برج خنک کننده چیست؟ راهنمای محاسبات، انتخاب و خرید کولینگ تاور صنعتی

به علت حساسیت دستگاهها و خطوط تولید به دمای زیاد، اگر برج خنک کننده بی کیفیت بوده و یا راندمان عملکرد پایینی داشته باشد، ممکن است کل خط تولید یک کارخانه متوقف گردد.

روش کار برج خنک‌کننده مدار باز صنعتی

در صنایع سنگین و فرآیندهایی با دبی(Flow Rate) بالا، بهینه‌ترین انتخاب از نظر مصرف انرژی و توجیه اقتصادی، استفاده از برج خنک‌کننده مدار باز صنعتی است. آب خنک کاری یا پروسس، پس از چرخش در داخل دستگاه ها و ماشین آلات، انرژی حرارتی را از آنها می گیرد و دمایش زیاد می شود. در ادامه سیال فرآیند(Process Fluid) به صورت مستقیم و بدون واسطه تجهیزات واسط، وارد کولینگ شده و پس از اتمیزه شدن توسط نازل‌های ثابت، روی سطوح تبخیر(پکینگ یا مدیا) پاشیده می شود. در این مقاله تمام تمرکز ما بر برج خنک کننده مدار باز صنعتی خواهد بود.

فرآیند کاهش دمای آب بر اساس تبخیر سطحی و گرمای نهان

​​​​​​​برخلاف تصور برخی از افراد، کاهش دمای آب در کولینگ تاور مدار باز صرفاً ناشی از تماس با هوای خنک نیست؛ بلکه خنک شدن آب بر پایه پدیده‌ی تبخیر سطحی استوار است. زمانی که آب توسط نازل‌های ثابت روی پکینگ‌ها پاشش می‌شود، فیلمی نازک از آب شکل می‌گیرد و یا آب به قطرات خیلی ریز تبدیل می گردد.
فن برج با به گردش درآوردن هوا، به تبخیر بخش بسیار کوچکی از این آب می انجامد. این حجم از آب پس از بخار شدن، برای تغییر فاز از مایع به گاز، گرمای نهان تبخیر را از توده اصلی آب جذب می‌کند. این انتقال انرژی باعث می‌شود که مابقی آب به شدت خنک شده و با دمای مطلوب به سمت تجهیزات کارخانه هدایت شود.

اهمیت و نقش کولینگ تاور(Cooling Tower) در صنایع

با توجه به توضیح بالا، می توانیم بگوییم:
کولینگ تاور قلب سیستم خنک کاری کارخانه است. بنابراین انتخاب و خرید یک برج خنک کن صنعتی باکیفیت و استاندارد، اهمیت خاصی دارد.
این بهترین تعریف ممکن برای سوال " کولینگ تاور چیست؟" می باشد.
برخی از مدیران فنی و مالکین کارخانه ها، تصور می کنند خریدن Cooling tower ارزان، باعث صرفه جویی در هزینه ها می شود. اما واقعیت این است که خرید ارزان، معمولا هزینه و زمان تعمیرات را بالا می برد. به همین خاطر است که برج ارزان و بی کیفیت باعث دردسر همیشگی پرسنل تعمیرات و نگهداری خواهد شد. همچنین مقدار تولید مجموعه را هم کم می کند. این مساله در بازار رقابتی این روزها، مثل دور ریختن بخش زیادی از حاشیه سود است.​​​​​​​
"مجموعه RMS Cooling در کنار ارائه اطلاعات فنی، به عنوان با کیفیت ترین تولیدکننده برج‌های خنک‌کننده صنعتی، همراه شما در طراحی و ساخت این تجهیزات است."

محاسبه ظرفیت برج خنک کننده بر اساس تن تبرید (TR)

ظرفیت سرمایش و توان خنک کردن آب در کولینگ تاور در دو حالت اسمی و واقعی تعریف می شود. تناژ تبرید اسمی یا نامی، بر اساس دبی، و اختلاف دمای ورودی و خروجی طراحی، طبق فرمول ظرفیت برج، بدست می آید. ما در مورد تفاوت بین تن تبرید اسمی و واقعی(عملکردی) کولینگ تاور در مقاله های تخصصی توضیحات کامل تری را داده ایم.ما در این سایت و برای استفاده های عمومی، نرم افزار و ماشین حساب آنلاین محاسبه تناژ و ظرفیت کولینگ تاور را آماده کردیم. با استفاده از این نرم افزار می توانید تن تبرید نامی برج خنک کن را بر اساس دبی، دمای آب ورودی و خروجی محاسبه کنید.

انواع کولینگ تاور؛ بررسی برج خنک کننده مدار باز، بسته و هیبرید​​​​​​​

طبقه بندی برج خنک کن به روشهای مختلفی صورت می گیرد. کولینگ را بر اساس ظاهر(شکل هندسی)، نحوه برخورد هوا و آب(کراس فلو و کانتر فلو) و متریال بدنه طبقه بندی می شود. اما مهمترین روش دسته بندی برج خنک کننده، بر اساس تماس آب با محیط و نوع سیکل آن است.
بر این اساس، cooling tower به سه گروه زیر تقسیم می شود.
1- برج خنک کن مدار باز
2- کولینگ تاور مدار بسته(سیکل بسته)
3- برج خنک کننده هیبریدی
​​​​​​​توضیحات ما در این مقاله و سایر صفحات بصورت پیش فرض در مورد کولینگ مدار باز تر می باشد. در برج مدار باز از پگینگ استفاده می شود و آب فرآیند با محیط در تماس خواهد بود. 
در برج خنک کننده سیکل بسته، آب پروسس داخل کویل مسی، گالوانیزه یا استیل میچرخد و با محیط در ارتباط نمی باشد. برج مدار بسته اگرچه قیمتش بیشتر است، اما از ایجاد رسوب در دستگاه و پایپینگ جلوگیری می نماید.
سیستم Hybrid cooling tower هم از ترکیب کولینگ بسته با کویل هوا خنک تولید می گردد. کولینگ تاور هیبرید برای کاهش مصرف آب گزینه خوبی خواهد بود. 

تفاوت برج خنک کننده صنعتی و کولینگ تاور تهویه مطبوع

بسیاری از خریداران به اشتباه تصور می‌کنند که تمام برج‌های خنک‌کننده ماهیت یکسانی دارند؛ اما در دنیای مهندسی، تفاوت بین یک کولینگ تهویه مطبوع (HVAC) و یک برج خنک‌کننده صنعتی (Industrial)، مانند تفاوت یک خودروی سواری با یک ماشین‌آلات سنگین معدنی است. انتخاب اشتباه در این مرحله، می‌تواند منجر به توقف‌های ناخواسته خط تولید و خسارات میلیاردی شود.

۱. بازه گسترده دمای آب گرم ورودی و خروجی 

در استانداردهای تهویه مطبوع، سیستم‌ها فرآیند ساده‌ای دارند و برج‌ها معمولاً برای یک اختلاف دمای ثابت و محدودِ ۵ درجه سانتی‌گراد (مثلاً کاهش دما از37 به 32) طراحی می‌شوند. اما فرآیندهای سنگین صنعتی نظیر خنک‌کاری کوره‌های القایی، صنایع فرآوری فولاد، نفت و گاز یا راکتورهای شیمیایی، اغلب با اختلاف دماهای بسیار بالا و بحرانی (از ۱۰ تا بالای ۳۰ درجه سانتی‌گراد) روبرو هستند. 
طراحی برج خنک کننده صنعتی RMS محدود به جداول پیش‌ساخته بازار نیست. در مصارف صنعتی، ما سیستم را بر اساس رنج حرارتی(Range) وسیع و اپروچ(Approach) واقعی اقلیم منطقه طراحی می‌کنیم. این انعطاف‌پذیری فوق‌العاده در حجم هوادهی فن‌ها و محاسبات سطح برخورد آب و هوا، تضمین می‌کند که industrial Cooling Tower بدون دفرمگی یا افت راندمان، توانایی کارکرد با آب‌ ورودی بسیار داغ (تا 80 درجه سانتیگراد) را داشته باشد.

۲. توان کارکرد دائم (Continuous Duty)؛ بدون توقف در ۳۶۵ روز سال

سیستم‌های تهویه مطبوع ماهیتی فصلی دارند؛ عمدتاً در فصول گرم سال روشن می‌شوند و در طول شبانه‌روز نیز با نوسان بار روبرو هستند. اما یک برج خنک کننده صنعتی باید توان دائم‌کار بودن واقعی (24/7) داشته باشد. توقف یک برج ساختمانی نهایتاً باعث گرم شدن موقت هوای خانه یا شرکت می‌شود، اما توقف یک برج صنعتی یعنی خوابیدن خط تولید و ضررهای هنگفت مالی. از این رو، تمام قطعات متحرک در تجهیزات صنعتی RMS، از پکینگ و قطره گیر، الکتروموتورهای کلاس F و H گرفته تا درایوهای کاهش دور و شفت‌های انتقال قدرت، برای کارکرد بدون وقفه در سخت‌ترین شرایط اقلیمی و زیر بار نامی طراحی شده‌اند.

۳. کیفیت قطعات و متریال؛ شرایط خشن(Heavy Duty)

در برج‌های تهویه مطبوع، اولویت با کاهش صدا و ابعاد کوچک است. اما در ساخت برج‌های صنعتی، قطعات باید در برابر آب‌های خورنده، رسوب‌گذار و جریان‌های شدید هوا مقاومت کنند.
بدنه و استراکچر: استفاده از رزین‌مرغوب و خالص و ضخامت بالای فایبرگلاس (FRP) جهت پایداری در برابر لرزش‌های مداوم صنعتی و مقاومت کامل در برابر پرتوهای شدید خورشید (Anti-UV).
پکینگ‌های ضد رسوب: برخلاف مدل‌های تهویه که از پکینگ‌های نازک و فشرده فیلمی استفاده می‌کنند (که به سرعت با سختی آب مسدود می‌شوند)، در مدل‌های صنعتی از پکینگ‌های اسپلش (Splash) یا گرید ضد رسوب با ضخامت بالا استفاده می‌شود تا آب‌های چرب، کثیف و با سختی بالا بدون ایجاد گرفتگی جریان داشته باشند.​​​​​​​
قطره گیر و لوور صنعتی : ما در برج های صنعتی از شبنم گیر و لوور ورودی هوای PP با ضخامت بالا استفاده می کنیم تا در مقابل تابش آفتاب، دمای بالا و شرایط خشن مقاومت کند.

جدول مقایسه برج خنک کن HVAC و کولینگ تاور صنعتی

آشنایی با اجزا و قطعات اصلی برج خنک کننده

کولینگ تاور، دستگاهی است که دمای سیال یا آب را، با استفاده از تبخیر سطحی کاهش می دهد. کاهش دما بر مبنای تبخیر سطحی نسبت به استفاده از چیلر یا ایر-کولر، راندمان مناسبتری داشته، کم هزینه تر و ساده تر است. به همین خاطر از برج خنک کننده در صنایع مختلف به صورت گسترده ای استفاده می شود. 
در برج های خنک کننده مدار باز، آب پروسس پس از جذب حرارت از دستگاهها و ماشین آلات، وارد نازل ها می شود. نازل در کولینگ، وظیفه پاشش آب روی سطوح تبخیر یا همان پکینگ را دارد. همزمان فن(پروانه) با ایجاد جریان هوا داخل بدنه سیستم، مقدار تبخیر سطحی را افزایش میدهد. ​​​​​​​

قطعات اصلی کولینگ تاور

در مورد اجزا و بخش های یک cooling tower، نیاز به توضیحات کاملی است. ما در مقاله های مختلف، در مورد هر یک از قطعات برج خنک کننده توضیح داده ایم. در اینجا صرفا اجزا کولینگ را بصورت تیتروار مرور می کنیم.
- بدنه
- فن
- الکتروموتور
- سیستم کاهش دور
- قطره گیر(شبنم گیر)
- نازل و مجموعه پخش آب
- پکینگ(فیلینگ)
- ساپورت های داخلی
- لوور ورودی هوا
- حوضچه(بسین)
- لوله و فلنج های ورودی و خروجی آب​​​​​​​​​​​​​​

کاربردهای انواع برج خنک کن در صنایع و کارخانه های مختلف

همانطور که گفتیم بر برج خنک کن برای سرد کردن آب پروسس و کولینگ واتر استفاده می شود. علاوه بر کاربری صنعتی، کولینگ تاور را دبرای خنک کردن چیلر نیز استفاده می کنند.
بعضی از صنایع مهمی که در آن ها از Cooling tower استفاده می شود عبارت است از :
- صنایع فولاد: برای خنک کردن آب در گردش کوره ها، غلتک ها، سیستم پاشش مستقیم، تجهیزات نورد و غیره
- پتروشیمی : کاهش دما سیال در روشهایی مثل کراکینگ و ریفورمینگ و متدهای فیزیکی مثل تقطیر و تغلیظ
- پالایشگاه : خنک کردن آب برای انتقال حرارت ایجاد شده توسط فرآیند(پروسس)، دستگاه ها و خط تولید
- صنایع غذایی : کاهش دمای تجهیزات و ماشین آلات پخت، پرکن، پاستور و چیلرها
- شرکت های دارویی : انتقال حرارت از دور ژاکت ها، پروسس تانک ها و خط بسته بندی و پرکن
- ذوب آهن : کولینگ کوره ها، دستگاه ها و تجهیزات انتقال
- کارخانه های مس : گاهش دمای تجهیزات ذوب، خرد کن ها و خطوط انتقال
- ذوب و احیا فلز روی : خنک کاری مایع اسیدی که ین ها روی در آن وجود دارند
- سردخانه : کاهش دمای آب چیلر و سیستم تراکمی
- کشت و صنعت : کولینگ خط کنسانتره، تولید عصاره و رب گوجه
- چیلر جذبی : کاهش دمای سیال ابزوربر(جاذب) 
- تهویه مطبوع : خنک کاری انواع چیلر
- کمپرسور هوا : کولینگ روغن و قطعاتی که بر اثر اصطکاک داغ می شوند.
- یونیت های تولید گاز : سرد کردن آب خط تولید

راهنمای انتخاب و خرید برج خنک کننده صنعتی​​​​​​​

​​​​​​​برای اینکه کولینگ تاور مناسبی را برای مجموعه خود خریداری کنید باید به چند نکته مهم توجه کنید.

تفاوت تن تبرید اسمی و واقعی در طراحی کولینگ تاور

متاسفانه بسیاری از تولید کننده های Cooling tower، که بیشتر بصورت تجربی و کارگاهی فعالیت دارند، توان محاسبات دقیق سایز و ابعاد برج خنک کن را ندارند. به همین دلیل صرفا کولینگ تاور را با تن تبرید نامی می فروشند.
تن تبرید نامی، ظرفیت برج برای خنک کردن آب چیلر (به اندازه 5 درجه)و در شرایط استاندارد آب و هوایی است.
ما در پروژه های صنعتی که معمولا می خواهیم آب را بیش از 10 درجه و در برخی موارد تا 40 درجه سانتیگراد خنک کنیم. به همین دلیل باید طراحی کولینگ تاور بر اساس نرم افزارهای محاسبه واتر لود و مساحت باشد.
پس در پروژه های صنعتی، استعلام خرید کولینگ تاور بر اساس 4 مولفه مهم(بدترین شرایط) صورت می پذیرد.
1- دمای آب گرم ورودی
2- دمای آب سرد خروجی 
3- دبی
4- وضعیت اقلیمی و مقدار وت-بالب
با این توضیحات اگر در پروژه صنعتی، شرکتی صرفا بر اساس تن تبرید و بدون انجام محاسبات تخصصی واتر-لود و پکینگ پیشنهاد داد، حتما در مورد دانش فنی آن محموعه بیشتر تحقیق کنید.
ما به شما کمک می کنیم که بر اساس اطلاعات فنی و محاسبات دقیق، بهترین کولینگ تاور ایران را بخرید. کیفیت برتر کولینگ تاورهای RMS، بدلیل دقت ما به جزئیات محاسباتی و تولید، بدست آمده.
برای کسب اطلاعات بیشتر و مشاوره در مورد برج خنک کن استاندارد و با کیفیت، با ما تماس بگیرید :
09124780268

مقاله های مرتبط

مقدار تبخیر آب در کولینگ تاور
برج خنک کننده مدار بسته
برح هیبرید
​​​​​​​فن cooling tower
تعیین ظرفیت و تناژ تبرید برج خنک کن

مطالعه موردی (Case Study): حل چالش دمای بالا در صنایع شیمیایی​​​​​​​

در این قسمت سعی می کنیم، بعضی از پروژه های خاص صنعتی که در آن مشتری دچار چالش شده بود، به همراه راهکار کلی ارائه شده و نتایج نهایی را با شما به اشتراک بگذاریم. 

مورد اول، مشکل کاهش 40 درجه ای دما، در خط تولید مواد شیمیایی

یکی از مشتریان قدیمی که از مخصولات ما رضایت داشت، ما را به یک کارخانه تولید مواد شیمیایی معرفی کرد. این شرکت می خواست دمای آب را از 70 درجه سانتیگراد به 30 درجه برساند. مدیرعامل قبلا از یک تولید کننده برج خنک کن تهویه، دستگاهی خریداری کرده بود. اما پس از چندین ماه استفاده، نه تنها دمای خروجی کولینگ تاور از 45 درجه پایین تر نیامد، بلکه لوور، قطره گیر و پکینگ هم آسیب دیده بود. همچنین بدنه دستگاه دچار نشتی و شکستگی ها زیادی بود. به گونه ای که برج خریداری شده، دیگر غیر قابل استفاده شده بود. چالش این پروژه، دمای بالای آب، تمایل کارفرما به کاهش 40 درجه ای دما در یک مرحله و نیاز به کولینگ تاور heavy duty با  عمر مفید بالا بود. علاوه بر این موارد، تولید کننده قبلی به علت نداشتن دانش صنعتی، به کارفرما گفته بود که در یک مرحله بیش از 5 الی 10 درجه نمی تواند دما آب را با برج خنک کن، کاهش دهد و نیاز است حداقل 3 الی 4 دستگاه کولینگ سری شوند. 

راهکار اجرا شده 

ما پس از بررسی شرایط عملکردی خط، دستگاه برج خنک کننده RMS را به آنها پیشنهاد دادیم. در این دستگاه از پکینگ نت اسپلش PP با مواد نو، استفاده شد که تحمل دما را تا 85 درجه سانتیگراد دارد. علاوه بر این قطره گیر و لوور ها را هم از جنس پلی پروپیلن درجه 1 تولید کردیم. 
برای کاهش دما آب از 70 به 30 درجه سانتیگراد که شرایط بسیار خاصی محسوب می شود، با 3 لایه پکینگ و بر اساس خروجی نرم افزار آلمانی طراحی کولینگ تاور، مقدار هوادهی و افت فشار فن و ابعاد برج خنک کننده را محاسبه کردیم. در عین حال برای اطمینان از عملکرد مناسب، حدود 12% ضریب اطمینان در نظر گرفتیم. بخاطر اینکه مقدار هوای در گردش و افت فشار این پروژه بیشتر از حالت عادی بود، از فن فایبرگلاس پروفیل ایرفویل پیچش دار استفاده کردیم.
یکی دیگر از چالش های این پروژه، سیستم پاشش آب و نازل ها بود. بخاطر ارتفاع بیشتر پکینگ و دمای رنج بحرانی، نوع نازل ها را تغییر دادیم و همچنین فاصله آن را از سطح پکینگ ها کمی بیشتر کردیم. با اینکار چتر پاشش نازلها پوشش بهتری را ایجاد نمود و تمام سطح پکینگ مورد استفاده قرار گرفت.
در بخش بدنه هم پس از بازدید از دستگاه فعلی، متوجه شدیم که متاسفانه، تولید کننده قبلی برای ارزانتر شدن قیمت برج، به رزین فیلر اضافه نموده. به همین خاطر در دمای بالا، بدنه کولینگ قبلی، ترک خورد.
ما در سری RMS بهترین رزین را با الیاف سوزنی و حصیری در تولید استفاده می کنیم. علاوه بر این قالب پنل و ستون بدنه از جنس استنلس استیل ساخته شده که کیفیت سطح را بالا می برد. همچنین به هیچ عنوان فیلر به رزین اضافه نمی گردد و به همین دلیل بدنه دستکاه خود را 5 سال گارانتی کامل می کنیم.
پس از پایان مراحل تولید و کنترل کیفیت، برج خنک کننده RMS برای مشتری ارسال شد. ما توانستیم با طراحی صحیح و بهینه سازی، دمای آب را در این پروژه از 70 به 29 درجه سانتیگراد، در اوج گرمای تابستان و در یک مرحله برسانیم. لازم به توضیح است، دمای وت بالب این پروژه 24 درجه سانتیگراد بود. 

نتایج کلیدی

با جایگزینی یک دستگاه برج خنک کننده مدار باز سفارشی RMS به جای دستگاه قدیمی بی کیفیت، خط تولید مواد شیمیایی، بصورت مداوم به تولید پرداخت و دیگر نیازی به توقف خط بخاطر بالا رفتن دما و خرابی کولینگ تاور وجود نداشت. همچنین در زمان پرسنل تعمیرات و نگهداری طرفه جویی شد. توجه داشته باشید که این شرکت اگر می خواست دمای 70 درجه را با کولینگ تاورهای غیر صنعتی و بی کیفیت و طی چند مرحله به 30 برساند، باید در حدود 90% بیشتر هزینه می کرد و علاوه بر این، با خرابی مداوم سیستم و توقف خط تولید روبرو می شد.