انواع برجهای خنك كننده :

1. استخرهای خنك كن كه ساده ترین سیستم خنك كننده می باشند یعنی استخرهای طویل و عریضی ساخته آب گرم توسط یك لوله وارد این استخر شده و در تماس با هوای محیط حرارت خود را از دست میدهد و آب خنك شده را از بالاترین قسمت استخر به سیستم برگشت داده تا با این عمل زمان ماندن آب در استخر را زیاد كرده تا بیشتر آب بتواند در معرض هوا قرار گیرد و تبادل حرارتی بهتر صورت گیرد . استخرهای خنك كن آبپاشی نیز داریم كه آب گرم را بصورت قطره قطره درآورده و وارد استخر میكند . با این عمل سطح برخورد آب گرم با هوای محیط در زمان ریزش زیاد گردیده است و راندمان آن از استخر فوق بهتر است فقط در طراحی بایستی حصارهایی جهت جلوگیری از انتقال آب بوسیله باد در نظر گرفته شود.

2. برج با كوران طبیعی هوا بطور افقی یا بطرف بالا متناسب با جهت ریزش آب به جریان انداخته و حرارت را از آب میگیرند . البته قسمتی از جریان هوا را جابجایی گرمای آب بوجود میآورد. یك نوع از این برجهای فاقد بست و بند در برج میباشند . فقط تعداد زیادی سوراخ های پخش كن آب در بالای آن نصب گردیده است. نوع دیگر آن دارای بست و بندهایی چوبی است كه راندمان بهتری را داراست در ضمن این برجها خیلی بلند و باریك هستند . پمپهایی با فشار زیاد جهت پمپاژ آب در بالای برج مورد نیاز هستند . افت دمای آب بستگی به سرعت و جهت حركت باد دارد و در محلی بایستی احداث گردند كه مانعی جهت وزش باد وجود نداشته باشد . برجهایی با كشش طبیعی هذلولی موجود است كه جریان هوا در جهت عكس جریان آب بطرف بست و بندهای چوبی در برج حركت میكند و باعث خنك شدن آب میگردد. این برجها در نقاطی كه هوای خشك و گرم دارند مورد استفاده قرار نمیگیرند .زیرا درجه حرارت آب ورودی به برج بایستی از درجه حرارت هوای محیط بیشتر باشد .

3. برجهای كورانی القائی :در این نوع برجها جریان هوا توسط بادبزنی كه در برج قرار گرفته برقرار میشود . در برجهای با كشش مكانیكی پمپهایی با فشار كم نیاز است و برای احداث آن تشخیص جهت باد اجباری نیست .

انواع برجهای با كشش مكانیكی :

1.برجهای دمنده Force draft cooling tower : در این نوع برج خنك كن بادبزنهای مكانیكی جریان هوا را در برج برقرار میكنند و محل آنها در قسمت ورودی هواست و هوا را بدرون برج و سرتاسر بست و بندها می راند. قسمتهای مكانیكی آن در نزدیكی سطح زمین در روی بتنها محكم شده است ، بنابراین لرزش را به حداقل میرساند.

2. برجهای مكنده Induced draft cooling tower : در این نوع برجها بادبزنها در محل خروجی هوا از برج قرار گرفته اند و محل آنها معمولاً در بالای برجها و در بعضی مواقع در طرفین برج میباشد .

حال كه برجها را تا حدودی شناخته ایم میپردازیم به ساختمان و عملكرد برجها . همانطور كه می دانید آب با فشار پمپ گردشی یعنی(C.W.P ) Circulating Water Pump وارد مبدلهای حرارتی گشته وپس از اخذ حرارت از ماده گرم موجود در مبدل بوسیله یك لوله خروجی آب وارد بستر بالای برج خنك كن میشود . این بستر دارای سوراخهای زیادی است كه جهت پودر كردن آب در آن پلاستیكهای پروانه تعبیه شده است آب پس از ورود از آنها وارد بست و بندهای چوبی برج میگردد كه این چوبها داخل شبكه های پلاستیكی بصورت نردبانی چیده شده اند و كار آنها تا جای ممكن این است كه بتوانند آب را بصورت اسپری درآورند تا سطح برخورد آب و هوا بدین نحو افزایش یابد و تبادل حرارت در آن به خوبی صورت گیرد. پس دیدیم كه آب در بالای بستر برج وارد و بسمت پایین اسپری می گردد بادبزن یا فنی كه در بالای برج قرار گرفته است پره های آن دارای زوایایی هستند كه قادرند هوای محیط را از اطراف برج كشیده و در خلاف جهت ریزش آب به آب زده و از بالای برج هوا را خارج نمایند. (آب از بالا به پایین می ریزد و هوا را از پایین به بالا می وزد) پس در اینجا هوا با تماسی كه با آب گرفته است سبب شده گرمای آب را از آن گرفته واز برج خارج نمایند و چون آب تحت فشار پمپ گردش وارد بستر بالایی برج و این مقدار فشار در حدود چند دهم از فشار جو بیشتر است باعث می شود یك مقدار زیادی از آب تبخیر گردد (حدوداً 1% آب در گردش) و این عمل در فصل زمستان از بالای برج كاملاً مشهود است.

بست و بندهای چوبی (Packing ) و حذف كننده های قطرات آب (Eliminators ) كه در اطراف و بالای برج قرار گرفته اند وظیفه دارند از خروج آبهایی كه بوسیله باد انتقال میابند جلوگیری نمایند. هر وقت شما قطرات آب را حوالی برج ملاحظه كردید باید بدانید كه این بست و بندهای چوبی هستند كه فرسوده شده اند و قادر به نگهداری پودرهای آب نیستند و آب از آنها به خارج تراوش میكند . پس آب در برج خنك كننده با از دست دادن حرارت تبخیر شده است و در این رهگذر یونها و مواد معلق خود را وارد بستر تحتانی برج نموده است پس با عمل تبخیر آب یونها و مواد معلق در داخل آب تغلیظ میشوند بطوریكه ایجاد رسوب و فولینگ (Fooling ) در روی لوله های مبدل حرارتی حتمی است ، مثلاً اگر آبی دارای 200 میكروموس بر سانتیمتر كنداكتیویته و ppm200 یون كلر داشته باشد و این Make up تأمین كننده كسری آب برج باشد در برج خنك كننده پس از 5 بار تغلیظ شدن كنداكتیویته به 1000 میكروموس بر سانتیمتر، یون كلر به ppm100 می رسد و حال اگر هر چه درجه تغلیظ افزایش یابد مقادیر هم به نسبت افزایش می یابد پس بایستی جهت جلوگیری از تغلیظ شدن آب و ایجاد رسوب در لوله ها فاكتورهایی را در نظر بگیریم.

معمولاً سعی نكنیم آب برج بیش از 5 بار تغلیظ گردد . زیرا بیان شده وقتی درجه تغلیظ از مرز 5 بگذرد ایجاد رسوب در روی لوله ها حتمی است ولی در زیر 5 بار تغلیظ رسوب ایجاد نمی گردد و این كنترل معمولاً‌ توسط آزمایش كنداكتیویته از آب برج عملی است . فرضاً كنداكتیویته Make up برج 250 میكروموس بر سانتیمتر است. شما بایستی كنداكتیویته برج را حداكثر بین 1300-1000 میكروموس بر سانتیمتر یا اینكه آب رسوب ساز نیست شما مبادرت به دفع آب نمودید و متحمل ضرر از نظر مخارج تصفیه آب Make up شده اید و كنترل این پدیده متوسط باز و بسته كردن والو تخلیه یا Blow down برج عملی است برای اینكه كنداكتیویته یا رسانایی افزایش نیابد بهتر است همیشه بلودان والو مقداری باز باشد تا حد مورد دلخواه را ثابت نگهدارد. بلودان والو معمولاً بعد از Cooling C.M.P قرار گرفته است تا با نوربلانی(تلاطمی) كه پمپ ایجاد می نماید سبب گردد یونهای سنگین و مواد معلق زیر آب زده شود .

پمپهای گردشیC.M.P همیشه جریان Turbulence (متلاطم) را در آب خنك كننده ایجاد می نمایند زیرا میدانید كه اگر جریان حالت اغتشاش نداشته باشد كل آب در تبادل حرارتی نقش ندارد . دو لوله در نظر میگیریم در یكی از لوله ها جریان آرام عبور میكند ملاحظه میكنید فقط آن قسمت از آبی كه با جداره لوله در تماس هستند قادرند حرارت را از ماده گرم گرفته وآب قسمت میانی لوله هیچ نقشی در جذب حرارت ندارند و از آن خارج می شوند ولی لوله ای كه در آن آب بصورت متلاطم درآمده كل آب با جداره لوله در تماس است و نقش زیادی در جذب حرارت دارد. پس پمپهای فوق باعث اغتشاش در آب شده و این اغتشاش البته در مسیرهای پیچ و خم دار والوها و سه راهیها و هرگونه تغییر مسیر دادن آب و غیره افزلیش می یابد و وقتی وارد جعبه آب Water box شد با همین حالت تلاطم وارد لوله های كندانسور را جهت حفاظت بایستی باندازه 20 سانتیمتر داخل لوله را با لوله پلاستیكی دیگر حفاظت نموده تا ایجاد تلاطم باعث خوردگی سایشی Errosion نگردد.

عمل اغتشاش با عبور آب در لوله رفته رفته كاسته میشود. كلیه مواد شیمیایی كه به برج زده میشوند ترجیحاً بایستی بعد از این پمپ تزریق گردد تا بتواند كاملاً محفوظ و مفید واقع شده ، لازم بتذكر است 30 سانتیمتر لوله پلاستیكی كه قطر كمتری نسبت به لوله كندانسور دارد در داخل لوله كندانسور تعبیه میشود البته این عمل احتیاج به مهارت زیاد از نظر نصب دارد كه آب بین دو جداره لوله كندانسور و لوله پلاستیكی نفوذ نكند كه بعداً سبب خوردگی از بین از نوع حفره ای Pitting گردد .پس با بخار شدن آب در برج مشخص شده است كه آب از یونها تغلیظ میشود و از طرفی اگر در این آبها بیكربنات كلسیم و منیزیم وجود داشته باشد و زمانیكه این آب وارد مبدلهای حرارتی میگردد با جذب حرارت قادر است رسوب كربنات كلسیم و یا ئیدروكسیدمنیزیم را در جداره داخلی لوله های مبدل حرارتی باقی بگذارد و رسوبات تشكیل شده باعث افت انتقال حرارت میگردند و سبب میشوند كه ماده گرم در مبدلهای حرارتی خنك نشود یا فرضاً بخار متراكم و كندانسه و یا راندمان سیستم حرارتی كم شود .

قسمت های برج خنک کننده

الف) لوله ها و آکنه ها

شامل قسمتهای هستند که درجریان انتقال حرارت دخالت داشته در ضمن باعث می شود که مقدار آب گرد شده که همراه باد خارج می شود کم شده و از خروج آنها از برج جلوگیری شود.همچنین نگهدار خوبی برای قسمتهای دیگر برج می باشد . در مورد مشخصات آکنه ها در همین فصل توضیح داده خواهد شد.

ب)حوضچه

حوضچه در پائین برج قرار دارد که آب خنک کننده در آن جمع می گردد.به حوضچه یک جریان بنام آب تکمیلی یا آب جبرانی (MAKE UP) وارد می شود و یک جریان برای استفاده در دستگاههای تبادل حرارت از آن خارج می گردد .علاوه بر جمع آوری آب در حوضچه ،آب قبل از اینکه به سمت کندانسور پمپ شود صاف نیز می گردد.

حوضچه های برجهای بزرگ و مفید از بتن ساخته شده اند .عموماً این حوضچه ها طوری طراحی می شوند که برج بدون اضافه کردن آب جبرانی می تواند برای چندین ساعت کار کند .

از زهکش برای برطرف کردن لجن ته نشین شده و کنترل سطح آب در حالتی که جریان موج دار که در کف قرار دارد ترک می کند و به میان سرندی که از ورود اشغال تجمع یافته به ورودی پمپ جلوگیری می کند ،می ریزد .

پ)بادبزنها

در برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی باد بزنهای نصب می شوند تا جریان هوای لازم را جهت عبور از آکنه ها تولید نماید .بادبزنها در برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی کاربرد دارند . توضیح در این مورد ضرورتی ندارد و به همین مقدار اکتفا می شود .

ت) حذف کننده ها

این وسیله از خارج شدن قطرات آب بوسیله کشش هوا از برج جلوگیری بعمل می آورد . تیغه ها معمولاًطوری نصب می شوند که با سطح افق زاویه ای در حدود 45 درجه بسازد .جنس این تیغه ها از چوب ، فلز یا پلاستیک ممکن است ساخته شده باشند .درباره کشش و حذف کننده های کشش بعداً مفصلاً توضیح داده خواهد شد .

ث) آکنه ها

دو نوع آکنه ها که در برجهای خنک کننده ممکن است مورد استفاده قرار گیرد عبارتند از :

1. SPLASH PACKING

2. FILM PACKING

1. SPLASH PACKING :

در این نوع آکنه ها آب بر اثر برخورد با تیغه ها پخش و به صورت قطره قطره در آمده که در نتیجه ایجاد سطح وسیع می نماید .از آنجایکه قطرات آب همراه پیوسته بوده و وزن سنگین دارند این نوع دسته بندی ممکن است در اثر جریان دائمی از هم گسیخته گردد.

2. FILM PACKING :

در این نوع آکنه ها سطح وسیع از آب در اثر جریان آن در روی تیغه ها بوجود می آید . به طرق گوناگون می توان چنین سطح وسیعی ایجاد کرد

a. GIRD PACKING

در این نوع آکنه ها از یک سری شبکه های که معمولاً از چوب بوده و روی یکدیگر قرار گرفته اند استفاده می شود .این شبکه ها طوری نصب گردیده که همراه هر شبکه با شبکه های اطراف خود زاویه 90 درجه می سازند وباین شکل در سطوح شبکه ها پخش می گردد .

b. RANDOM PACKING

این نوع آکنه ها موادی با سطح زیاد درست شده که به طور نا منظم در داخل برج قرار دارند . یکی از دلایل نا مرغوب بودن این نوع آکنه ها ایجاد مقاومت زیاد در مقابل جریان هوا می باشد . این نوع آکنه ها دارای قسمتهای حلقوی است که قطر هر حلقه با طول آن برابر است . این حلقه ها از جنس های مختلفی یوده وسطح تماس آب با هوا را زیاد می کنند.

c. PLATE TYPE FILM PACKING

این نوع آکنه ها از صفحات نازک پلاستیکی چین دار ساخنه شده اند که با زاویه کمی کمتر از 90 درجه با سطح افق نصب شده اند. چین های روی صفحات باعث بوجود امدن سطح زیاد می گردند .

مشخصات و خصوصیات آکنه ها در بخش های آینده تشریح خواهد شد .آکنه ها باید طورب انتخاب شوند تا هم سطح تماس آب و هوا برای نسبتهای بالای انتقال حرارت و انتفال جرم مناسب یاشند و هم مقاومت کمتری در مقابل جریان هوا داشته باشند .آکنه ها باید محکم ، سبک و در برابر خوردگی و خراب شدن مقاوم باشد.

مشخصات و خصوصیات آکنه ها :

مشخصات و خصوصیات آکنه یک برج خنک کننده را در یک برج خنک کننده آزمایشی اندازه گیری می کنند. یک نمونه از این برج در نیروگاه برق groyden A در سال 1950 بنا شده بود و در آن زمان فکر می کردند بزرگترین نوع خود در کشور باشد . در این برج یک مقطع از آکنه با مربعی به ضلع 4 ft وعمق 8 ft را می توان زیر یک تغییر بار آب و هوا و اتلاف حرارتی برای اندازه گیری ضریب انتقال حجمی و مقاومت جریان هوا نصب و آز مایش کرد . بزرگی این برج یک مسئله اساسی است در غیر اینصورت مقدار آبی که به ظرف پائین دیواره ریزش می کند کافی است تا بر روی دقت آزمایش تاثیر بگذارد.

هر دو جریان آب وهوا توسط اوریفیس اندازه گیری می شود . جریان آب بیشتر در مقابل یک حجم اندازه گیری شده تانک ، چک خواهد شد.

دانشنامه مرجع مهندسی ایران
 www.Smsm.ir

نوع مطلب : مهندسی مکانيک - جامدات
نوشته شده در پنجشنبه ۱۸ آذر ۱۳۸۹ توسط SMSM |           |