یکی از تجهیزات مهم و حیاتی در پالایشگاه ها برج های خنک کننده هستند.

آشنایی با نحوه کارکرد و طراحی برج های خنک کننده از جمله وظایف یک مهندس فرآیند است.

در این مقاله با نحوه عملکرد و تکنیک های طراحی Cooling Tower آشنا خواهید شد.

دانلود ویدیو دانلود pdf مقاله

آنچه خواهید خواند….

  • برج خنک کننده چیست؟
  • نحوه عملکرد برج های خنک کننده
  • انواع برج های خنک کننده
  • لیست دمای حباب اندازه گیری شده مناطق مختلف در ایران
  • طراحی برج خنک کننده
  • پارامترهای موثر در طراحی برج خنک کننده

#1 برج خنک کننده (Cooling Tower) چیست؟

نوعی مبدل حرارتی است
که در آن در اثر برقراری تماس بین آب گرم و هوای خنک باعث پایین آمدن دمای آب گرم می شود.

اگر به یکی از پالایشگاه های موجود در ایران رفته باشید و یا تصاویر آن ها را دیده باشید،
مطمئنا اولین چیزی که از دوردست ها هم کاملا مشخص و واضح است،
تجهیز برج خنک کن یا Cooling Tower می باشد.
دلیل این موضوع هم می تواند وابسته به بزرگ سایز بودن این تجهیز باشد.

برج خنک‌کننده متقاطع

این سیستم به 2 دلیل مهم بسیار پر استفاده است:

  • کم هزینه ترین سیستم خنک کننده با آب است.
  • میزان هدر رفت آب گرم در آن بسیار کم است.

#2 طرز کار برج خنک کننده

هوایی که ترجیحا مقدار کمی رطوبت دارد در تماس با آب گرم قرار می گیرد.
در چنین حالتی به دلیل وجود اختلاف انرژی و هم چنین گرادیان غلظت انتقال انرژی و جرم از آب به هوا صورت می گیرد.
آب از فاز مایع تبخیر شده و به فاز بخار می رود و در اثر تبخیرش مقداری انرژی را نیز به فاز گاز می برد،
مقدار این انرژی بسیار بالاست و آن هم به دلیل بالا بودن گرمای نهان آب است.

عملکرد برج خنک کننده

به این ترتیب در اثر تبخیر مقداری آب و خارج کردن گرما از فاز مایع دمای آب پایین می آید.
لازمه انجام این فرایند این است که هوای مورد استفاده در برج دارای مقدار کمی رطوبت باشد،
تا ظرفیت پذیرش آب تبخیر شده را داشته باشد.

برج خنک کننده

پس به صرفه نیست که از این روش در مناطق شمالی کشور استفاده شود،
زیرا به دلیل رطوبت بالای هوا در این مناطق بازدهی این برج ها بسیار پایین می آید.

#3انواع برج های خنک کننده در صنعت

برج های خنک کننده را بر اساس پارامتر های مختلفی می توان دسته بندی کرد.
3 پارامتر اصلی دسته بندی این نوع برج ها عبارتند از:

  1. جهت حرکت آب و هوا
  2. روش انتقال حرارت
  3. نوع مکش هوا

#3-1انواع برج های خنک کننده بر اساس جهت حرکت آب و هوا

در این نوع دسته بندی یک برج خنک کننده به 2 دسته تقسیم می شود:

  • جریان متقاطع
  • جریان نا هم سو

هرکدام از این نوع برج ها در شرایط خاصی استفاده می شود.

#3-1-1برج خنک کننده متقاطع

همان طور که از نام آن می توان فهمید،
در این تجهیز ورود آب از بالا به پایین و جریان هوا هم به صورت متقاطع وارد می شود
و پس از تماس با آب از بالا خارج می شود.

مدل متقاطع

از مزایای این نوع برج ها می توان به 3 مورد اشاره کرد:

  • هزینه پایین
  • تعمیر و نگهداری ساده

برج خنک کننده متقاطع

از این نوع تجهیزات برای صنایع فشرده سازی هوا بیشتر استفاده می شود.

شاید در دانشگاه محل تحصیل خود هم این نوع برج ها را دیده باشید.

#3-1-2برج خنک کننده نا هم سو

در این تجهیز آب از بالای برج و هوا در خلاف جهت آن از پایین برج وارد می شود.
آب از بالای پرکن ها وارد برج شده و در قسمت پرشده برج با هوا تماس پیدا می کند.

برج با جریان ناهمسو

نا هم سو بودن فرایند، هم از نظر انتقال جرمی و هم انتقال حرارت بازدهی بالاتری نسبت به متقاطع دارد.
به همین دلیل وقتی که بخواهیم برای حجم زیادی آب عملیات خنک سازی را انجام دهیم،
از این برج ها استفاده می کنیم.

برج خنک کننده ناهمسو

از جمله مزایای این نوع برج ها عبارتند از:

  • بیشترین تماس بین فازها در این برج ها برقرار می شود
  • بیشترین نیروی محرکه برای انتقال جرم و حرارت

برج خنک کننده ناهمسو

از این برج ها بیشتر در پالایشگاه های نفت و گاز و پتروشیمی استفاده می شود.

#3-2انواع برج های خنک کننده بر اساس روش انتقال حرارت

#3-2-1برج خنک کننده خشک

در این نوع خنک کننده ها آب نقشی ندارد،
بلکه سیال فرایندی با عبور از یک مبدل توسط هوا خنک می شود.

#3-2-2برج خنک کننده مدارباز (Open Circuit Cooling Tower)

خنک سازی در این برج ها با تبخیر آب انجام می شود.
از مزایای این تجهیزات بازده بالای انرژی است،
اما مشکل اصلی این برج ها نیز هزینه بر بودن بهره برداری آن هاست.

#3-2-3برج خنک کننده مداربسته (Closed Circuit Cooling Tower)

اساس کار این تجهیز مثل برج های مدار باز است.
با این تفاوت که سیال فرایندی با هوای خنک تماس پیدا نمی کند.

برج خنک کن مدار بسته

#3-3انواع برج های خنک کننده بر اساس نوع مکش هوا

#3-3-1مکش طبیعی (Natural Draft)

در این تجهیز در اثر تبخیر آب دمای هوا بالا می رود،
و همان طور که می دانیم، در گازها دما با چگالی رابطه ی عکس دارد.
پس با افزایش دما چگالی کاهش می یابد و هوا به طور طبیعی به بالا صعود می کند.

از جمله مزایای این تجهیز عبارت است از:

  • ایمنی بالا
  • بازده بالای انرژی

البته در کنار این مزایا، موارد زیر از معایب این نوع برج های خنک کننده است:

  • عدم تطابق با شرایط اتمسفری
  • فضای مورد نیاز نصب
  • هزینه اولیه بالا

از این نوع تجهیز در نیروگاه های تولید برق بیشتر استفاده می شود.

#3-3-2 مکش مکانیکی

این نوع برج ها خود به دو گروه تقسیم می شوند:

  • دمیدن اجباری (Forced Draft):
    در این دسته از برج ها یک فن در پایین برج وجود دارد
    که هوا را به طور نا هم سو با آب تماس می دهد.
    در صنایع شیمیایی از این روش استفاده می شود.

برج خنک کن با دمیدن اجباری

  • مکش اجباری (Induced Draft):
    دقیقا شبیه برج های قبلی است،
    اما فن در بالای برج نصب می شود و هوای ورودی را به بیرون پرتاب می کند.
این را هم ببینید
مبدل حرارتی

#4 محاسبات و طراحی برج خنک کننده

محاسبات برج های خنک کننده بر پایه معادلات موازنه جرم و انرژی انجام می شود.
برای این کار باید به کتب مراجع که در این زمینه توضیحاتی ارائه کرده اند مراجعه کنید.
از جمله این مراجع کتاب مک کیب است که در این زمینه اطلاعات تقریبا کاملی ارائه کرده است.

هم چنین مقالات زیادی نیز در این زمینه وجود دارد،
که برای محاسبات پارامترهای مهم در برج خنک کننده ارائه کرده اند،
که یکی از بهترین این مقالات را برای راحتی دسترسی شما عزیزان قرار داده ایم:

مقاله طراحی برج خنک کننده

#5 4 پارامتر مهم در طراحی برج خنک کننده

#5-1 دمای حباب مرطوب (Wet Bulb Temperature)

پایین ترین دمایی است که با تبخیر آب در هوا می توان آن را خنک کرد،
این حالت زمانی اتفاق می افتد که هوا به حالت 100 درصد اشباع از رطوبت برسد.

دمای حباب

در برج های خنک کننده، این پارامتر بیانگر یک حالت تعادلی است.
در واقع دانستن این دما در یک محیط جغرافیایی به ما می گوید
که
با استفاده از این مکانیزم خنک سازی،
در نهایت به این مقدار دما می توان رسید.

این پارامتر برای مناطق مختلف اندازه گیری شده
و به همراه چند پارامتر دیگر در نقاط مختلف کشور در فایل زیر آورده شده است:

خاورمیانه دمای حباب تر


#5-2 دبی آب

طبیعی است که هرچه مقدار آبی که می خواهیم خنک کنیم بیشتر باشد،
باید از برج بزرگتری برای این کار استفاده کنیم.

#5-3 دمای Approach

عبارت است از اختلاف دمای هوای خروجی و دمای حباب مرطوب که هرچه کمتر باشد،
ظرفیت بالاتری از برج های خنک کننده نیاز است.
چون کم بودن این پارامتر بیانگر نزدیکتر شده به دمای حباب مرطوب است.

Approach در برج خنک کننده

#5-4 دمای Range

به اختلاف دمای هوای ورودی و خروجی Range می گویند.
هرچه میزان این پارامتر بیشتر باشد طبیعی است که به برج بزرگتری نیاز داریم.

#5-5آب جبرانی در برج خنک کننده (Make Up)

در برج خنک کننده گرمای فرایند از طریق تبخیر مقداری آب صورت می گیرد.
هم چنین مقداری آب نیز توسط هوا به بیرون می رود که به این پدیده همراه بری آب می گویند.
از این رو  مقدار مواد معدنی در آب به تدریج و با گذشت زمان افزایش می یابد،
که این موضوع پدیده نامطلوبی است.

برای حل این مشکل همواره مقداری آب تحت عنوان آب جبرانی یا Make Up به برج وارد می شود.
که دبی این جریان از نوشتن موازنه جرم برای آب موجود در برج به سادگی به دست می آید.

امیدوارم در این مقاله توانسته باشیم به سوالات شما راجب این موضوع پاسخ بدهیم،
و اما برای دریافت آموزش های تکمیلی حتما با ما همراه باشد….

مقاله بالا بخشی از بسته جامع آموزش شبیه سازی فرآیند (PRS) است.

ویدیوهای اصلی با کیفیت عالی (FullHD) هستند. برای مشاهده کامل بسته کلیک کنید.

مشاهده بسته شبیه سازی فرآیند
بسته شبیه سازی فرآیند

به آموزش شبیه سازی فرآیند علاقه مندم

اگر محتوای آموزشی شبیه سازی فرآیند را می پسندید برای دریافت آموزش های رایگان فرم را تکمیل کنید.

شماره موبایل پشتیبانی: ۰۹۰۱۷۰۳۹۳۲۹


نظرتون درباره این مقاله چیه؟
ما رو راهنمایی کنید تا اون رو کامل تر کنیم و نواقصش رو رفع کنیم.

توی بخش دیدگاه ها منتظر پیشنهادهای فوق العاده شما هستیم.