close
تبلیغات در اینترنت
خرید دامنه
برج خنك كننده (Cooling Tower)

انجمن علمی مهندسی صنایع شیمیایی

نویسندگان

نظرسنجی

برج خنك كننده (Cooling Tower)

نام تجهيز : برج خنك كننده (Cooling Tower)

چكيده:

برج هاي خنك كننده وسيله اي هستند كه به كمك آنها حرارت ناشي از فرآيند اتلاف حرارتي به اتمسفر منتقل مي شود. كاربرد عمده برج هاي خنك كننده در خنك كردن آب در گردش در پالايشگاه نفت، كارخانه هاي شيميايي، نيروگاه ها و خنك سازي ساختمان ها مي باشد. برج هاي خنك كننده سايزهاي متنوعي دارند و مي توانند از يك ساختمان بتني، فلزي و يا چوبي ، با شكل و تركيب خا ص كه براي سرمايش آب گرم به صورت طبيعي يا مكانيكي طراحي و ساخته مي شود. طبعاً ابعاد و شكل اين سازه ، تابعي ا ز ميزان تبادل گرمايي موردنياز و مكانيزم سرمايش مي باشد.

برج خنك كننده
نام تجهيز : برج خنك كننده (Cooling Tower)

چكيده:

برج هاي خنك كننده وسيله اي هستند كه به كمك آنها حرارت ناشي از فرآيند اتلاف حرارتي به اتمسفر منتقل مي شود. كاربرد عمده برج هاي خنك كننده در خنك كردن آب در گردش در پالايشگاه نفت، كارخانه هاي شيميايي، نيروگاه ها و خنك سازي ساختمان ها مي باشد. برج هاي خنك كننده سايزهاي متنوعي دارند و مي توانند از يك ساختمان بتني، فلزي و يا چوبي ، با شكل و تركيب خا ص كه براي سرمايش آب گرم به صورت طبيعي يا مكانيكي طراحي و ساخته مي شود. طبعاً ابعاد و شكل اين سازه ، تابعي ا ز ميزان تبادل گرمايي موردنياز و مكانيزم سرمايش مي باشد.

مقدمه:

از برج هاي خنك كننده به طور گسترده براي خنك كردن مقادير زيادي آب در نيروگاه هاي حرارتي، پالايشگاه ها، نيروگاه هاي اتمي ، كارخانه هاي فولادسازي، سيستم تهويه مطبوع و ساير مراكز صنعتي استفاده مي شود. براي كاهش دماي قسمتهاي مختلف در صنايع ياد شده لازم است تا گرماي حاصل از عملكرد ماشين ها و موتورها به نحو مناسبي از سيستم گرفته، به محيط خارج منتقل شود.
از آنجايي كه ميزان تبخير آب در اين صنايع بسيار بالا و آب مصرفي آنها داراي خلوص بالا و طبيعتاً قيمت گران مي باشد، لازم است اين بخارها مجدداً به آب تبديل شده، مورداستفاده قرار گيرند. تبديل بخار به آب از طريق گرفتن گرماي آن امكان پذير است. لذا چنانچه اين بخار گرم با آب سرد درمجاورت هم واقع شوند گرماي بخار آب گرفته شده، به آب تبديل مي گردد. براي ادامه روند فوق نياز به آب سرد مي باشد . يك شيوه ابتدايي در اين مورد برگشت آب گرم به محيط و استفاده از آب تازه است. اين عمل به علت بالا بودن دماي آب و حجم بالاي آن از نظر زيست محيطي قابل قبول نمي باشد و همچنين تامين اين مقادير عظيم آب براي اين صنايع هميشه ميسر نيست. آنچه در اكثر صنايع براي دست يابي به منظور فوق رواج يافته، استفاده از برج هاي خنك كننده (Cooling tower) مي باشد.
برج خنك كن عبارت است از يك ساختمان بتني، فلزي و يا چوبي ، با شكل و تركيب خاص كه براي سرمايش آب گرم به صورت طبيعي يا مكانيكي طراحي و ساخته مي شود. طبعاً ابعاد و شكل اين سازه ، تابعي ا ز ميزان تبادل گرمايي موردنياز و مكانيزم سرمايش مي باشد.
در اين سيستم آب گرم به طور مستقيم و يا غيرمستقيم در تماس با جريان هواي طبيعي يا مكا نيكي قرارگرفته و گرماي آن به هوا منتقل مي شود و براي مصرف بعدي مورداستفاده قرار مي گيرد. در ادامه مختصري راجع به انواع برج هاي خنك كننده توضيح داده شده و تصاويري از چند Cooling tower رايج در صنايع آورده شده است.

تقسيم بندي انواع برج هاي خنك كننده
تقسيم بندي هاي متفاوتي براي برج هاي خنك كن آمده است ؛ از جمله براساس نوع جريان و يا براساس عامل تبادل گرما (طبيعي يا مكانيكي) و با بر حسب نحوه تبادل (مستقيم يا غيرمستقيم ).

خصوصيات برج هاي خنك كن
در اين بخش خصوصيات انواع مختلف برج خنك كننده مورد بررسي قرار مي گيرد.

خصوصيات برج هاي خنك كن مدار باز

  1. ظرفيت دستگاه: مقدار آبي است كه در حوضچه پايين برج، دستگاه هاي تبادل حرارت و مسير رفت و برگشت آب وجود دارد. معمولاً 20 درصد آب در مدار و دستگاه هاي تبادل حرارت جريان دارد و بقيه درحوضچه برج خنك كن.
  2. زمان يك گردش: زمان لازم براي اينكه جريان آب از مكش پمپ برج خنك كن خارج شود و دوباره به همان نقطه برگردد.
  3. از دست دادن آب به وسيله تبخير: حدوداً براي هر 10 درجه فارنهايت افت حرارت آب ، حدود 1% مقدار آب در گردش را درنظر مي گيرند.
  4. كم شدن به وسيله باد: در برج هاي خنك كن مقداري از آب برج به همراه جريان هوا، از سيستم خارج و وارد جو مي شود، اين مقدار آب به طور متوسط در حدود 0/2 درصد مقدار آبي است كه در مدت يك ساعت در مدار گردش مي كند.
  5. درجه تغليظ: تبخير قسمتي از آب برج، غلظت نمكهاي محلول در آب را افزايش مي دهد . در نتيجه هرچه تبخير بيشتر صورت گيرد، غلظت مواد در آب باقيمانده بيشتر خواهد شد و به عبارت ديگر درجه تغليظ افزايش خواهد يافت. از اين رو درجه تغليظ عبارت است از نسبت مواد محلول موجود در آب در گردش به مقدار مواد موجود در آب تأميني (جبراني) . البته اين نسبت موقعي درست است كه مواد ديگري به آب اضافه نشده باشد. درجه تغليظ را مي توان از نسبت كلر آب در گردش به كلر آب جبراني حساب كرد.

كنترل پارامترها

براي اينكه برج خنك كن خوب كار كند و در برابر عوامل خارجي پايدار باشد، بايد نكات زير مورد توجه قرار گيرد:

  1. درجه تغليظ: معمولاً بين 2 تا 5 باشد.
  2. بكار بردن مواد شيميايي: اين مواد عبارتند از؛ كلر، اسيد و مواد ثابت كننده (ضد خوردگي وضدرسوب). اين مواد بايد به نحوي در مكانهايي استفاده شود كه با آب سيستم كاملاً مخلوط گردد.
  3. اضافه كردن گاز كلر: به منظور كنترل رشد موجودات زنده، غلظت آن نبايد از حد معيني كمتر شود.
  4. اضافه كردن ضد لجن: براي جلوگيري از تشكيل رسوب.

خصوصيات سيستم خنك كن مدار بسته

سيستم خنك كن مدار بسته سيستمي است كه آب در آن در يك مسير بسته درگردش مي باشد و به علت عدم مجاورت با هوا تبخير در آن صورت نمي گيرد . بنابراين در تركيب آن تغيير چنداني به وجود نمي آيد . سيستم مدار بسته، مشابه هر شبكه آبي احتياج به بهسازي شيميايي دارد ولي چون هدررفتن آن كم است هزينه بهسازي در شرايط خوب سيستم، زياد نمي باشد.

براي اينكه سيستم به خوبي كاركند، آب اوليه وآب تأميني بايستي از كيفيت خوبي برخوردار باشند. سيستم مداربسته كارخانجات معمولاً در مراكز حساس مثل مدل هاي ريخته گري در كارخانجات ذوب فلز به كارگرفته مي شوند. مصرف وكاربرد سيستم سردكننده مدار بسته از اين لحاظ است كه اشكالات ناشي از رسوب در مبدل هاي حرارتي حساس را از بين ببرند. سرعت آب در مدار بسته بطور كلي كم و بين0/9  تا 1/5 متر بر ثانيه مي باشد و اختلاف دماي ايجاد شده در اين سيستم برابر 10 تا 15 درجه فارنهايت ( 6 تا 9 درجه سانتي گراد ) مي باشد.

سيستم مدار بسته چنانچه نشتي درپمپ ها و مراكز مصرف نداشته باشد، به آب جبراني بسيار كم نياز دارد . اين سيستم مجهز به مخزن انبساط و دريچه خروجي تبخير جزئي مي باشد. هرچند آب جبراني، آب كندانس شده مي باشد و احتمال رسوب و خوردگي بي اندازه كم است، لذا احتياج است بعضي اوقات آب آزمايش شده، و مقدار مواد محلول آن در صورتي كه آب نرم(آب عاري از ناخالصي) مصرف مي شود با مخزن آب تغذيه مقايسه گردد. چون غالباً اين سيستم در مدار داراي آلياژها و فلزات مختلف مي باشد در معرض خطر احتمالي خوردگي گالوانيكي قرار دارد. چون آب جبراني داراي غلظت كم اكسيژن است، لذا خوردگي به وسيله اكسيژن كم است. اما چنانچه مصرف آب جبراني زياد باشد و به دفعات آب وارد سيستم شود، احتمال وجود اكسيژن و خوردگي اكسيژن وجود دارد.

از نظر تئوري چون تغليظ در مدار صورت نمي گيرد، خطر توليد رسوب هم در آن كم است و چون رسوب وجود ندارد كاهش در تبادل حرارت نيز وجود ندارد و خوردگي نيز نبايد در سيستم باشد. ولي چنانچه به علت نشت، لازم باشد مكراً به سيستم آب اضافه شود، هرچند آب جبراني، آب كندانس باشد، ممكن است همراه آب، مواد معلق، اكسيژن و حتي ميكروارگانيسم ها نيز به سيستم اضافه شود ودرحاليكه سرعت آب كم مي باشد، پتانسيل ايجادرسوب افزايش مي يابد و شرايط خوردگي و بوجود آمدن رسوبات سخت در مبدل ها فراهم مي شود. از اينرو در سيستم هاي مداربسته كه نياز مكرر به آب جبراني باشد، لازم است تدابيري براي جلوگيري از ايجاد رسوب اتخاذ كرد.

مشكلات عملياتي برج هاي خنك كننده

عمده ترين مشكلات سيستم هاي سردكننده عبارتند از:

  1. خوردگي
  2. رسوب گذاري كه از مهمترين آنها مي توان رسوبات ميكروبيولوژي را نام برد.
  3. كف كردن

خوردگي

خوردگي در سيستم هاي سردكننده و انتقال آب مهمترين و عمده ترين مشكل مي باشد . عوامل اصلي در خورده شدن فلزات مخصوصاً فلزات سري آهن در سيستم سردكننده عبارتند از:

  • كيفيت آب: بالا رفتن غلظتهاي نمك محلول در آب، خوردگي را شدت مي بخشد، زيرا زياد بودن غلظت مواد در آب غلظت يوني را افزايش مي دهد كه نتيجه آن بالا رفتن فعل و انفعالات يوني و احتمالاً تشكيل نمكهاي خورنده از طريق جابجايي نمك هاي محلول  مي باشد. از نمك هاي محلول در آب، كلرورها بيشترين سهم را در افزايش ميزان خورندگي دارند.
  • اثر حرارت: با افزايش درجه حرارت، خوردگي افزايش مي يابد.
  • اكسيژن محلول در آب: به فلز آهن حمله ور شده، سبب خوردگي و سوراخ شدن آن مي شود. منبع اصلي آن، اكسيژن محلول در آب در تماس با هواست.
  • ميكروارگانيسم ها: باكتري هاي احياءكننده سولفات با توليد هيدروژن سولفوره و اسيدسولفوريك خوردگي را در سيستم سبب خواهند شد.

جلوگيري از خوردگي

به طور كلي در سيستمي كه با آب سر و كار دارد، محافظت فلزات و آلياژها به طوركامل در برابر خوردگي غيرممكن است. هدف از كنترل خوردگي، رسيدن به حد قابل قبول از طريق طراحي درست، انتخاب فلزات و آلياژهاي مناسب و همچنين بهسازي آب و تركيبات شيميايي متناسب با شرايط سيستم و كيفيت آب است. عده اي معتقدند براي رسانيدن خوردگي به حداقل بايستي طراحي خوب انجام شود و فلزات و آلياژهاي مناسب انتخاب گردد، اما با توجه به مسائل اقتصادي و امكانات، اكثريت كارشناسان و مهندسين آب و خوردگي معتقد مي باشند تنها راه رسانيدن خوردگي به حد قابل قبول استفاده از مواد شيميايي مي باشد.

رسوب


منابع ايجاد رسوب

  1. منابع داخلي: يكي از اساسي ترين منابع توليد رسوب كيفيت خود آب است كه علاوه بر مواد محلول در آب ممكن است داراي مواد معلقي همچون تركيبات سيليسي، آهن محلول يا رسوب، منگنز يا موادي كه درنتيجه صاف كردن آب به آن اضافه شده است باشد.
  2. منابع خارجي: مهمترين عامل خارجي ايجاد رسوب در يك سيستم سردكننده، مخصوصاً سردكننده مدارباز، هوا مي باشد. برج خنك كن مانند يك مكنده بزرگ هواست و آب وسيله مناسبي براي جذب گرد وخاك، ميكروارگانيسم ها و ساير ذرات است كه در حجم بسيار بزرگ در مجاورت آب قرار دارند و چون مواد معلق در هوا بر حسب شرايط جوي و فصول مختلف تغيير مي كند، مواد معلق در برج نيز هميشه در حال تغييراست.

انواع رسوب

براي جلوگيري از ايجاد رسوب در سيستم بايد نخست آنها را شناخت تا بتوان به نحو موثر با آنها مبارزه كرد. رسوب ها، مخلوطي از گردوخاك، آلودگي هاي آب، روغن، ميكروارگانيسم ها و محصولات خوردگي مي باشند. عوامل مؤثر تشكيل دهنده آنها عبارتند از :

  • آلودگي هاي آب تأميني
  • مواد جامد معلق در آب
  • آهن، منيزيم و آلوميناي موجود در آب
  • آلودگي هاي فرايند
  • سرعت جريان، درجه حرارت وPH آب

بطوركلي با توجه به كيفيت و منابع تأمين آب و درنظر گرفتن مسائل اقتصادي، تشكيل رسوب را با اتخاذ يك يا دو روش توأم زير به حداقل مي رسانند:

  1. حذف مواد مولد رسوب از آب
  2. اصلاح آب به منظور جلوگيري از نشست يا چسبيدن مواد به سطوح فلزي

ميكروارگانيسم ها

تقريباً مي توان گفت تمام صنايعي كه با آب سروكار دارند، ميكروارگانيسم ها در آن صنايع اثر مي گذارند، زيرا تعداد زيادي از فعل و انفعالات شيميايي بوسيله ميكروارگانيسم ها انجام مي شود.
 در پاره اي از صنايع مثل صنايع غذايي، دستگاه هاي سردكننده كارخانجات صنايع شيميايي، ميكروارگانيسم ها، ضررهاي زيادي را ايجاد مي كنند و حتي ممكن است مسير توليد را تغيير دهند. تابش مستقيم نور خورشيد به برج هاي خنك كننده، وجود حرارت مناسب وغذا كه ممكن است در نتيجه نشت از مسير توليدات كارخانه به برج وارد شود، فراواني اكسيژن در نتيجه ريزش و تلاطم آب در سيستم مداري باز محيط خوبي براي رشد و تكثير ميكروارگانيسم ها مي باشد.

كنترل ميكروارگانيسم ها در برج هاي خنك كننده

از نظر عملي در بيشتر سيستم هاي آب صنعتي در استفاده از طرق فيزيكي براي نابودي و كنترل فعاليت ميكروارگانيسم ها محدوديت زيادي وجود دارد. مثلاً حرارت دادن آب تا 70 درجه ممكن است بسياري از ميكروارگانيسم ها را از بين ببرد اما منظور اصلي استفاده از برج، خنك كردن آب و استفاده از آن در مبدل ها و يا مراكز ديگر كارخانه مي باشد. تشعشع، مثل اشعه گاما يا اشعه ايكس و يا حتي فركانس هاي خاصي از صوت مي تواند از فعاليت ميكروارگانيسم ها جلوگيري كرده، آنها را بكشد. اما اين نوع كنترل متضمن هزينه بسيار و تجربيات عملي زياد مي باشد. از روش هاي شيميايي نيز كه مي توانند كنترلي در برابر موجودات زنده موجود در آب برج باشد PH  است كه اكثريت ميكروارگانيسم ها قادر به ادامه زندگي، رشد و تكثير در محدوده هاي خاصي از PH نمي باشند اما اين PH هاي اسيدي يا قليايي نيز مسائل عمده اي را در برج بوجود خواهد آورد . بنابراين تنها راه مبارزه و كنترل ميكروارگانيسم استفاده از تركيبات و ميكروب كش هاي شيميايي مي باشد.

معمولي ترين تركيباتي كه براي كنترل ميكروارگانيسم برج هاي خنك كن مصرف مي شوند، عبار تند از ؛ كلر، برم، فنل كلروينه و نمك هاي مس.
كلر يكي از مؤثرترين مواد براي كنترل ميكروارگانيسم ها در سيستم سردكننده مدار باز مي باشد. تصميم در مورد اينكه در يك برج، كلر يا مواد ديگر مصرف شود بستگي به بررسي اقتصادي، مقدار كلر موردنياز، هزينه محل، كارگر و نصب تجهيزات دارد. در حال حاضر هيچ ماده ميكروب كشي وجود ندارد كه بتواند طيف وسيعي از ميكروارگانيسم هاي موجود در برج هاي خنك كن را از بين ببرد. از اينرو با تجربه و دقت بايستي بر مبناي شرايط عملكرد هر برج، ماده ميكروب كش انتخاب گردد. تنها، توجه به ارزان بودن يك ماده شيميايي و انتخاب آن، نه تنها اقتصادي نيست بلكه ممكن است متضمن ضررهايي نيز باشد . مواد شيميايي بايد به نحوي انتخاب شوند كه در صورت مخلوط شدن و وارد شدن در مسير فرايند خساراتي متوجه آن نسازد.

كف كردن

در پاره اي از برج هاي خنك كننده، توليد كف مي تواند موجب مشكلاتي شود. ريزش آب از بالاي برج و جذب هوا توسط آن، سبب توليد جباب هايي در آب خواهد شد كه همراه مقداري روغن و تركيباتي آلي مشابه مي باشدكه در كل برج پخش خواهد شد. در اغلب موارد ايجاد كف، علاوه بر كاهش ظرفيت حوضچه برج از طريق انسداد لوله هاي انتقال آب خساراتي را متوجه پمپ ها خواهد نمود. يكي از عواملي كه سبب ايجاد كف در برج خواهد شد، مواد تثبيت كننده اي مي باشد كه به چوب برج ها براي محافظت آنها تزريق مي گردند . اين پديده غالباً بعد از چند هفته كار برج مرتفع خواهدگرديد. يادآوري مي كنيم كه يكي از مهمترين اجسامي كه براي ايجاد سطح تماس بين آب و هوا در برج هاي خنك كننده از آن استفاده مي شود الوارهاي چوبي است. براي بهبود شرايط سيستم بايد از ضد كف هاي مناسبي استفاده نمود.



ارسال دیدگاه جدید
نام
ایمیل (منتشر نمی‌شود) (لازم)
وبسایت
:) :( ;) :D ;)) :X :? :P :* =(( :O @};- :B /:) :S
نظر خصوصی
مشخصات شما ذخیره شود ؟ [حذف مشخصات] [شکلک ها]
کد امنیتیرفرش کد امنیتی