برج خنک کننده

[faridbensaeed]

برج خنک کننده

---

دراکثر کارخانجات کوچک و بزرگ یکی از مهمترین و اساسی ترین دستگاهها می توان انواع برجهای خنک کننده را نام برد.
برجهای خنک کننده علاوه بر آب به منظور خنک کردن سیالاتی دیگر در صورت لزوم مورد استفاده واقع می شود.
با توجه به اینکه برجهای خنک کننده معمولاًً حجیم می باشند و بعلت پاشیدن آب در محیط اطراف خود و خرابی تجهیزات آن را معمولاًٌ در انتهای فرایند نصب می کنند.
اگراز وسایل برجهای خنک کننده صرف نظر نشود برای ساخت برج تکنولوژی بالایی نیاز نیست همانطور که در ایران در حال حاضر ساخت این برجها در حد وسیعی صورت می گیرد .برجها با توجه به شرایط فیزیکی و شیمیایی خاص خود دچار مشکلاتی می شوند ولی معمولاٌ زمانی لازم است تا این مشکلات برج را از کار بیاندازد طولانی است.،ولی عملاٌ اجتناب ناپذیر است.
در این مجمعه تا سر حد امکان سعی شده است که دیدی نسبتاً کلی راجع به برج به خواننده منتقل شود و تا حد امکان از جزيیات مربوط به برجهای خنک کننده توضیح لازم داده شده باشد.
پیشگفتار :
برج خنک کننده دستگاهی است که با ایجاد سطح وسیع تماس آب با هوا تبخیر را آسان می کند و باعث خنک شدن سریع آب می گردد.عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرمای نهان تبخیر انجام می گیرد، در حالی که مقدار کمی آب تبخیر می شود و باعث خنک شدن آب می گردد.باید توجه داشت آب مقداری از گرمای خود را به طریق تشعشع ،هدایتی وجابجایی و بقیه از راه تبخیر از دست می‌دهد.
بیشتر دستگاههای خنک کن از یک مدار بسته تشکیل شده اند که آب در این دستگاهها نقش جذب ، دفع و انتقال گرما را به عهده دارد، یعنی گرمای بوجود آمده توسط ماشین جذب و از دستگاه دور می سازد. این کار باعث ادامه کار یکنواخت و پایداری دستگاه می شود.
در دستگاههایی که به دلایلی مجبوریم آب را بگردش در آوریم و یا به کار ببریم باید بنحوی گرمای آب را دفع کرد. با بکار بردن برجهای خنک کننده این کار انجام می گیرد. در تمام کارخانه ها تعداد زیادی دستگاههای تبدیل حرارتی (heat exchanger) وجود دارد که در بیشترآنها آب عامل سرد کنندگی است.
بدلایل زیر آب معمولترین سرد کننده هاست:
1. بمقدار زیاد وارزان در دسترس می باشد.
2. به آسانی آب را می توان مورد استفاده قرار داد .
3. قدرت سرد کنندگی آب نسبت به اکثر مایعات) در حجم مساوی )بیشتر است.
4. انقباض و انبساط آب با تغییر درجه حرارت جزیی است.
هر چند که آب برای انتقال گرما بسیار مناسب است با بکار بردن آن باعث بوجود آمدن مشکلاتی نیز می شود.
آب با سختی زیاد باعث رسوب سازی در دستگاهها شده و همچنین از آنجایی که بیشتر این دستگاهها از آلیاژ آهن ساخته شده اند مشکل خوردگی بوجود می آید. از طرف دیگر بیشتر برجهای خنک کننده در بر خورد مستقیم با هوا و نور خورشید می باشند محیط مناسبی برای رشد باکتریها و میکرو ارگانیسم ها نیز می باشد که آنها نیز مشکلاتی همراه دارند.
وارد شدن گرد و خاک بداخل برج نیز در بعضی مواقع ایجاد اشکال می نماید.در کل این مشکلات باعث می شود که بازدهی دستگاه کم شده و در نتیجه از نظر اقتصادی مخارج زیادتری خواهند داشت. در این مجموعه طبیعت این مشکلات و شرایط بوجود آمدن آنها و راههای جلوگیری از آنها را بطور مختصر شرح خواهیم داد.موارد استفاده از برجهای خنک کننده را نیز در بخش های دیگری از این مجموعه را در بر می گیرد.
عموماً برجهای خنک کننده (cooling tower) را به سه گروه تقسیم می کنند:
1. برجهای خنک کننده مرطوب
2. برجهای خنک کننده مرطوب- خشک
3. برجهای خنک کننده خشک
در برجهای خنک کننده مرطوب، آب نقش اصلی و اساسی را داشته و هدف نیز همان خنک کردن آب است. این نوع دستگاهها که خود به چند گروه و دسته تقسیم می شوند در صنعت دارای کاربرد فراوانی است.
از یرجهای خنک کننده خشک بیشتر در مکانهای که آب کافی برای خنک کردن برج وجود ندارد استفاده می شود. عمل خنک کردن آب را نیز میتوان از برجهای سینی دار بصورت مرحله ای انجام داد.ولی عملاً بعلت وجود هزینه های زیاد ساخت ،نگهداری و کنترل سیستم این روش ، معمول نمی باشد.
برای انجام عملیات خنک سازی آب می توان از برجهای آکنده و سینی دار استفاده نمود.با وجود این در مواردی که فازهای مورد نظر آب و هوا با شند بعلت فراوانی و ارزان بودن فازهای فوق بدلایلی که در صفحه قبل ذکر شد از دستگاههای دیگری استفاده می گردد که ساختن و نگهداری آنها مستلزم هزینه های زیادی نمی باشد. از این جهت بیشتر دستگاههایی که در مقیاس صنعتی بکار می رود ساختمان و خصوصیات بسیار عمده ای را دارا است که اینک به انواع مختلف این دستگاهها اشاره می شود.
فصل اول

بررسی برجهای خنک کننده و اجزاء آن
برج خنک کننده : COOLING TOWER
برج خنک کن دستگاهی است که با ایجاد سطح وسیعی در تماس آب با هوا ، عمل تبخیر را آسان نموده و در نتیجه باعث خنک شدن سریع آب می گردد.
عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرمای نهان تبخیر انجام می گیرد در حالی که مقدار کمی آب بخار می شود و سبب خنک شدن آب می گردد.باید توجه داشت که آب مقدار اندکی از گرمای خود را از طریق تشعشع (Radiation) ودر حدود 4/1آن را از راه هدایت (Conduction) و جابجائی (Convection) و بقیه را از راه تبخیر از دست می‌دهد.
اختلاف فشار بخار آب بین سطح آب و هوا باعث تبخیر می شود.این اختلاف بستگی به دمای آب و میزان اشباع هوا از آب دارد.



مقدار گرمای که بوسیله مایعی جذب یا دفع می شود از رابطه زیر بدست می آید :
TDE=W×S×
در رابطه بالا:
E :گرمای دفع یا جذب شده بر حسب BTU/hr یا CAL/hr
W :دبی مایع خنک شونده بر حسب lb/hr
S : گرمای ویژه مایع خنک کننده بر حسب lb.f/ Btu
T :کاهش دمای مایعD خنک شونده بر حسب f
در حالیکه عمل خنک شدن از طریق تبخیر انجام می گیرد گر مای نهان تبخیر از دست داده شده باید به آن اضافه گردد و آن برابر است با حاصل ضرب گرمای نهان تبخیر در دبی .
مقدار تبخیر بستگی دارد به سطح بر خورد آب با هوا و همچنین شدت جریان هوا دارد. برای اینکه حداکثر بهره برداری که در طرح آن بکار رفته است رعایت شود در برجهای خنک کننده که آکنده های آن از نوع splash packing می باشد آب به صورت قطره های در سطوح برج پخش می شود تا سطح وسیعی بوجود آید البته برای این منظور می توان از آکنه های نوع film packing نیز استفاده کرد.

جریان هوا در برج به صورت کشش طبیعی با استفاده از دودکش های هذلولی شکل یا کشش مکانیکی بوسیله بادبزنهای مناسب در جهت مخالف آب ( counter-flow) و یا به طور متقاطع (cross-flow) با آن به جریان می افتد .

سیستم برج خنک کننده :
در سیستم برج خنک کننده آب گرم کندانسور از برج خنک کننده عبور می کند و با هوا تماس می یابد. در برجهای خنک کننده با کشش طبیعی ،پوسته خارجی برج از بتن مسلح ساخته شده ودر روی پایه ها تکیه دارد . هوا از قسمت پائین وارد برج خنک کننده می شود و به طرف بالا جریان می یابد و از دهانه بالای برج خارج می گردد.

انواع دیگری از برجهای خنک کننده که از چوب و سایر مصالح ساخته می شود نیز وجود دارد.در برجهای خنک کننده با کشش طبیعی هوا شکل برج طوری طراحی می شود که جریان سریع هوا در داخل برج بوجود آید.

آب گرم از کندانسور در ارتفاع 10 تا 15 متر بالاتر از سطح استخر به سیستم پخش کننده آب وارد می شود . در برجهای قدیمی تر صفحه ای که آب خروجی از کندانسور به آن ریخته می شود دارای سوراخهای منظمی در قسمت پائین است که آب از داخل این سوراخها به فنجانهای زیرین می ریزد. این فنجانها باعث پاشش آب و تبدیل آنها به قطرات کوچک می شوند. یک سیستم خیلی جدید برای پخش آب در برج خنک کننده بکار بردن لوله هایی است که در سطح بالای آن شیپوره هایی برای پاشش آب تعبیه شده است.

تبادل حرارت بین هوای بالارونده از برج و آبی که از برج سرازیر است با تغییر حرارت محسوس در اثر اختلاف درجه حرارت بین آب و هوا انجام می شود. سهم این قسمت از تبادل حرارتی خیلی کم است و قسمت عمده تبادل در اثر تبخیر مقدار کمی آب که پیوسته همراه هوا می باشد،انجام می شود. در اثر این عمل مقدار زیادی گرما از آب سرازیر شده در برج خنک کننده ( بستگی به مقدار آبی که تبخیر شده است) به هوا منتقل می گردد(Evaporating loss). ضمناً مقداری از قطرات آب بوسیله هوا بخارج از برج پراکنده می شود(Windage loss). برای جلوگیری از خروج قطرات آب یک شبکه چوب در اطراف برج و حدود 3 متر بالاتر از توده تخته ها قرار دارد . کمبود آب تبخیر شده در سیستم برج خنک کننده باید از منبع خارجی جبران شود که به آن ،آب تکمیلی یا آب جبرانی (Makeup) گویند . برای این منظور در صورت امکان از آب رودخانه استفاده کرد یا فاضلابها را تا حد امکان صاف و تصفیه کرده و استفاده نمود .

هنگامیکه از نظر فضای ساختمان برج خنک کننده محدودیتی وجود داشته باشد ظرفیت برج خنک کننده راتا حد امکان با استفاده از بادبزنهای مخصوص و بزرگی اضافه می نمایند. این بادبزنها مقدار عبورهوای خنک کننده در داخل برج را زیاد می نماید








عوامل مؤثر در طراحی برجهای خنک کننده

عوامل مؤثر در طراحی برجهای خنک کننده را بطور خلاصه می توان بصورت زیر بیان کرد :
1. میزان افت درجه حرارت (اختلاف دمای ورودی وخروجی برج(

2. اختلاف بین درجه حرارت آب سرد و درجه حرارت مرطوب هوا

3. دمای مرطوب محیط : اصولاً خنک کردن آب زیر این دما غیر ممکن است
.
4. شدت جریان آب

5. شدت جریان هوا

6. نوع آکنه های برج

7. روش پخش آب

به تجربه ثابت شده است که برای هر 10 درجه فارنهایت افت دما در برج خنک کننده میزان تبخیر در حدود یک درصد کل آب در حال گردش می باشد
.
چون نمک های کلرور حلالیت زیادی دارند غلظت یون کلر در آب ورودی به برج وآب در حال گردش راهنمای بسیار خوبی برای تعیین غلظت بوده و بنابراین همیشه باید آنرا بازدید و بررسی نمود
.
افزایش غلظت مواد محلول و مواد معلق در آب در حال گردش در برج خنک کننده ایجاد اشکال می نماید که برای جلوگیری از افزایش غلظت مواد محلول و مواد معلق مقداری از آب در حال گردش را تخلیه می کنند که این آب در صنعت به زیر آب (Blow down) معروف است .
مقدار آب برج همچنین ممکن است تصادفی یا بوسیله باد تقلیل یابد . اصولاً در برجهای خنک کننده مقداری آب بصورت گرد درآمده و توسط باد یا کشش از برج خارج می شود .
مقدار تخلیه لازم در یرج برای کنترل مواد محلول و معلق مجاز را می توان از رابطه زیر بدست آورد
:
M=(B+W)*C
که در رابطه فوق

B : مقدار زیر آب بر حسب gal/hr یا
m3/hr
E : مقدار آب تبخیر شده بر حسب gal/hr یا
m3/hr
C : ضریب غلطت پیشنهاد شده برای برج

W : مقدار آبی که توسط باد خارج می شود بر حسب gal/hr یا m3/hr

مقدار آبی که باد همراه خود از برج خارج می سازد در رابطه بالا منفی است ،زیرا آب مواد محلول و معلق را نیز با خود می برد . بنابراین تاثیر در غلظت و بالا بردن املاح آب ندارد .
مقدار آب لازم جهت آب کسری برج از رابطه زیر بدست آورد :
MAKE UP = E +B + W

اطلاعاتی که از طرف خریداران در اختیار فروشندگان قرار می گیرد در طرح برج اهمیت فراوانی دارد . مانند اختلاف دما ، مقدار آب در حال گردش ،مقدار زیر آب
.
کمبود آب در اثر تبخیر و باد را با استفاده از رابطه های بالا بررسی می کنند .


انواع سيستمهاي خنك كننده :
الف: سيستم هاي خنك كننده تر: WET COOLING SYSTEM
1-سيستم خنك كنندة باز
2-سيستم خنك كنندة بسته
3-سيستم خنك كننده تركيبي
ب: سيستم هاي خنك كننده خشك : DRY COOLING SYSTEM
1-سيستم خنك كننده خشك مستقيم
2-سيستم خنك كننده خشك غير مستقيم
3-سيستم خنك كننده تركيبي

1-سيستم خنك كنندة باز ONCE THROUGH SYSTEM
در محيطي كه آب فراوان است محل هاي نزديك دريا يا رودخانه آب را به وسيله پمپ از يك طرف وارد سيستم هاي مبدل حرارتي (HEAT EXHCANGERS) نموده و از طرف ديگر خارج مي گردد. آب درمحل عبور خود با جسم داغ تبادل گرما كرده و دوباره وارد رودخانه يا دريا مي گردد.
بنابراين آب گرفته شده از دريا مجددا به دريا باز مي گردد و عمل تبخير بر روي آن صورت نمي گيرد يعني آب داراي مواد حل شده و معلق ثابتي است لذا ايجاد رسوب بر روي لوله هاي كندانسور نمي نمايد اما به دليل داشتن مواد معلق زياد باعث خوردگي از نوع سائيدگي (ERROSION CORROSION) مي گردد براي جلوگيري از سائيدگي درون لوله بايد در داخل لوله هاي خنك كننده با ايجاد محافظ كه با تزريق سولفات آهن FESO4 محقق مي گردد اقدام نموده و سپس توسط گلوله هاي اسفنجي كه به وسيله پمپ در داخل لوله ها ارسال مي شود قطر مورد دلخواه استاندارد را در آن ايجاد و زيادي آن را كنده و از محيط خارج كرد.

-2در مناطق كم آب ، آبي كه به عنوان واسطه حرارتي در سيستم ها عمل مي كند حرارت را جذب كرده ، دور ريخته نمي شود ، بلكه مجدااز آن استفاده مي نمايند. بنابراين آب را وارد سيستمي به نام برج هاي خنك كننده (COOLING TOWER) كرده و پس از سرد شدن مجدا وارد مبدل هاي حرارتي مي نمايند.

3)سيستم خنك كنندة تركيبي بازو بسته (COMBINTION COOLING SYSTEM)
اين سيستم بيشتر درمحيط هايي كه در فصل تابستان سطح آب رودخانه پايين آمده و برج با كمبود تغذيه مواجه مي شود استفاده مي شود .

انواع سيستم هاي خنك كننده تر:
الف: استخرهاي خنك كن:
استخرهاي خنك كن ساده ترين سيستم هاي خنك كننده با ابعاد زياد بوده كه آب گرم توسط لوله اي وارد آن شده و در اثر تماس با هواي محيط حرارت خود را از دست داده و آب خنك كننده از بالاترين قسمت استخر به سيستم مبدل حرارتي برگشت داده مي شود با اين عمل زمان ماندن آب در استخر زياد شده ، در نتيجه آب زمان بيشتري را در معرض هوا قرار مي گيرد و لذا تبادل حرارتي بهتر صورت مي گيرد و همچنين ممكن است آب گرم به صورت آب پاش و قطره قطره وارد استخر گردد. با اين عمل سطح برخورد آب گرم با هواي محيط درزمان ريزش زياد شده و قسمتي از آب در اثر برخورد با هوا تبخير شده و در اثر اين عمل بقيه آب در حال ريزش خنك مي گردد و در نتيجه راندمان آن از استخر اوليه بهتر است. در چنين سيستم هايي بايستي در طراحي حصارهايي جهت جلوگيري از انتقال آب به وسيله باد در نظر گرفته شود ، در بعضي از سيستم هاي قديمي كه حصار در طراحي بكار گرفته نشده است ، صدمات زيادي به سيستم هايي كه در جوار استخر قرار گرفته اند وارد كرده است. تجربه ثابت كرده است كه وقتي رطوبت هواي ساكن دريك نقطه افزايش يابد آب كمتر تبخير شده و در نتيجه آب گرمي كه از سيستم مبدل حرارتي جهت خنك شدن وارد محيطي كه داراي هواي مرطوب است گرديده و ديرتر خنك مي شود ،نتيجه انكه اگر هوا از طريقي به حركت درآورد تا هواي خشك جانشين هواي مرطوب شود، راندمان سيستم خنك كننده به مراتب افزايش مي يابد.
ب)برجهاي با كوران طبيعي :
هوا به طور افقي يا به طرف بالا متناسب با جهت ريزش آب جريان يافته و حرارت را از آب مي گيرد . در اين سيستم وقتي كه آب گرم وارد برج مي گردد ، محيط داخل برج گرم شده در نتيجه حجم هواي داخل آن افزايش مي يابد و رقيق مي گردد كه در اين صورت هواي محيط بيروني برج با فشار حدود يك اتمسفر موجب جريان خود به خودي در اثر اختلاف فشار هواي داخل برج و هواي بيرون برج مي گردد . يك نوع از برج فاقد (PACKING) بوده و فقط تعداد زيادي سوراخ هاي پخش كن آب تعبيه شده است . نوع ديگر آن داراي بند و بست هاي چوبي يا پلاستيكي بوده كه راندمان بهتري را به وجود مي آورند .در ضمن اين برجها خيلي بلند و باريك بوده و پمپ هايي با فشار زياد جهت پمپاژ آب در بالاي برج مورد استفاده قرار مي گيرد . افت دماي آب بستگي به سرعت وجهت جركت باد دارد . لذا برج ها بايد در محلي احداث گردند كه مانعي در جهت وزش باد وجود نداشته باشد . برجهايي با كشش طبيعي هذلولي يا تنوره اي موجود است كه جريان هوا در جهت عكس جريان آب به طرف شبكه هاي چوبي در برج حركت كرده و باعث خنك شدن آب مي گردد، اين برج ها در آب و هواي خشك وگرم مورد استفاده قرار نمي گيرند، زيرا درجه حرارت آب ورودي به برج بايد از درجه هواي محيط بيشتر باشد.
ج)برج ها با كوران القائي:
در اين نوع برجها هوا توسط بادبزني كه در برج قرار گرفته برقرار مي شود . در برج ها با كشش مكانيكي پمپ ها با فشار كم مورد نياز است و براي احداث آن تشخيص جهت باد اجباري نيست.
انواع برجها با كشش مكانيكي :
1)برج هاي دمنده : (FORCE DRAFT COOLING TOWER)
در اين نوع برجهاي خنك كننده بادبزن هاي مكانيكي (فن ها) جريان هوا را در برج برقرار مي كنند محل آن ها در قسمت ورودي هوا و در سطح زمين بر روي بتن استقرار يافته اند لذا لرزش آنها به حداقل مي رسد.اين فن ها هوا را به درون برج و سرتاسر بند و بست ها هدايت مي كنند ولي هوا به طور يكنواخت در آن پخش نمي گردد و اطراف برج هاي خنك كننده دمنده كاملا بسته است.
مزاياي برج هاي خنك كننده دمنده :
1-تعمير فن هاي آن راحت تر است.
2-فن ها در مجاورت هواي گرم قرار نمي گيرند.
3-سهولت و كم خرج بودن نصب آن .
2)برج هاي مكنده : (INDUCEDDRAFT COOLING TOWER)
در اين نوع برجها بادبزن ها در محل خروجي هوا از برج قرار گرفته اند و محل آن ها معمولا در بالاي برج ها در بعضي مواقع در طرفين برج مي باشد و هوا به طور يكنواخت در داخل برج پخش مي شود .
مزاياي برج هاي مكنده :
1-لوله ها كمتر در معرض باران و برف و تگرگ قرار دارند.
2-امكان مكيدن هواي گرم خروجي به داخل كمتر است.
3-درجه حرارت سيال خروجي از تيوپ ها نزديكتر به درجه حرارت هواي ورودي ميشود.

ب:سيستم هاي خنك كننده خشك DRY COOLING SYSTEM)
امروزه ساخت اين برج ها به سه دليل رواج پيدا كرده است :
1-چون در اين برج ها آب تبخير نمي شود و نياز به اب افزايشي ندارد، در محل هايي كه آب كافي ندارند به كار مي رود .
2-به دليل آنكه برج داراي محيط بسته است موجب آلودگي محيط زيست نمي گردد.
3-در محيط هايي سرد به كار بردن برج تر مشكلات عديده اي را سبب مي شود كه ترجيحا از برج خشك استفاده مي شود .

مواد به كار رفته در ساختمان برج ها :
الف)چوب:
چوب هايي كه در برج ها به كار برده مي شوند شامل: (RED WOOD) نوعي چوب اروپايي مي باشد كه از درخت ماموت به دست مي آيد و نوع ديگر چوب قرمز مايل به زردي است كه از درخت هميشه بهار كه در غرب آمريكا مي رويد تهيه مي شود و به DOUGLAS معروف است البته امزوزه از انواع چوب هايي كه در جنگلهاي هند نيز مي رويد مي توان استفاده كرد. چوب ها به صورت الوار مورد مصرف مي باشد و در ساختمان چوب موادي مانند سلولز، همي سلولز، ليكنين و مواد استخراجي نظير اسيد چرب ، قطران، اسيد استيك، وكربنات وجود دارد و با توجه به اينكه اين چوب ها درمحيط آبي كار مي كنند، جهت حفاظت آنهادر مقابل ورم كردن، حملة ميكرو ارگانيزم ها و غيره بايستي آنها را توسط بعضي از مواد شيميايي اشباع نمود . مثلا بعضي از چوب ها را در داخل مايعاتي نظير كرومات هاي سديم يا پتاسيم غرق كرده و ان را در داخل تانك هاي تحت فشار 10-7 اتمسفر قرار داده و اين مواد به داخل مغز چوب نفوذ كرده و يك لايه نيز سطح خارجي آن را مي پوشاند ولي چوب هاي برج هاي خنك كن را بيشتر توسط كروزوت و مازوت اشباع مي نمايند و هر چه مقدار ماده كروزوت بيشتر باشد عمل اشباع مرغوبتر است . برج هايي كه از چوب ساخته شده اند نگهداري بدنة آنها در زمان توقف به خصوص در فصل تابستان حائز اهميت مي باشد زيرا گرماي زيادي باعث ترك خوردگي چوبها مي شود بنابراين آب پاشي قسمت چوبي برج ضروري است.
البته در طراحي براي بعضي از برج ها پمپي جهت پاشش آب در نظر گرفته مي شود كه در زمان توقف برج وارد سرويس شده و آب را به بدنه برج تزريق مي كند. اگر پاشش اب در هواي گرم صورت نگيرد با توجه به اينكه چوب هاي آغشته به كروزوت و مازوت (كه هر دو از جنس روغن) هستند و تنورة برج كه در بالاترين ارتفاع برج قرار گرفته كه فن در آن نصب گرديده نقش دودكش را بازي مي كند. كوچكترين جرقه آتش مي تواند برج عظيمي را در مدت 15-10 دقيقه به آتش كشيده و جز ستون هاي بتوني و آهني چيزي در برج باقي نگذارد، لازم به تذكر است كه وقتي باكتري هاي بي هوازي در لجن هاي حوضچه ته برج رشد مي كنند مواد الي را به گاز متان ، آب و انرژي تجزيه مي كنند.
گازمتان متصاعد شده همراه با انزژي حرارتي حاصل شده در شرايط گرماي تابستان خود به خود باعث شعله ور شدن برج خنك كننده مي گردد كه افراد نا آگاه ممكن است آتش سوزي را عمدي تلقي كنند در حالي كه عامل اصلي ميكروارگانيزم ها هستند.
علت اينكه در برج هاي خنك كننده چوبي PH آب برج را بايستي بين 8-7.5 تنظيم كرد اين است كه در PH بالاي 8 ماده (LIGNIN SULPHONATE) حاصل شده و از ساختمان چوب جدا مي گردد و چون اين ماده رشته هاي سلولز چوب را به هم محكم كند با حل شدن آن مقاومت چوب از بين رفته و چوب پوسته پوسته شده و از ساختمان برج جدا مي گردد.
علت به كار بردن چوب در برج ها را مي توان به شكل پذيري، عايق بودن ،ارزاني ، دردسترس بودن وتر شدن آن ربط داد.
ب:آلومينيم:
آلومينيم آندي شده در برج هاي خنك كننده مورد استفاده قرار مي گيرد . آلومينيم ميل تركيبي شديدي با اكسيژن داشته و توليد اكسيد آلومينيم مي نمايد كه در شرايط 1 اتمسفر بسيار مقاوم است.
زيرا اكسيد آلومينيم داراي خلل و فرج بسيار ريز بوده و از نفوذ اكسيژن كاملا ممانعت به عمل مي آورد . به همين دليل ميزان خوردگي آلومينيوم به مرور زمان به شدت كاهش مي يابد.
از آنجا كه آلومينيوم يك فلز آمفوتر است در PH=4 خورده شده ، در PH=6 خوردگي آن كاهش مي يابد و مجدد در PH=9 خوردگي دوباره شدت پيدا مي كند.
بنابراين برجهايي كه از آلومينيوم تهيه شده اند بايد PH=6.5-7.5 و آب آنها بدون يون باشد و تزريق اكسيژن جهت فيلم AL2O3 مورد استفاده قرار گيرد.
عمده ترين خوردگي كه در آلومينيوم حاصل مي شود خوردگي حفره اي (PITTING) مي باشد به طوري كه اگر آلومينيوم در محلولي كه حاوي بيش از 150PPM كلرو قرار بگيرد به راحتي دچار خوردگي حفره اي مي گردد. همچنين آلومينيوم در محلول حاوي يون هاي مس، به راحتي مورد هجوم خوردگي حفره اي واقع مي شود . آلومينيوم در تماس با مس، برنج، برنز، در الكتروليت هاي مناسب نيز خورده مي شود.

پ:فولاد نرم گالوانيزه :
جنس اين فلزها از استيل بوده و داراي پوششي از روي است . روي تحت اثر عوامل محيطي اكسيد شده و فيلم نرم و چسبنده اي كه در آب هاي يك اتمسفر غير قابل حل مي باشد بر روي آن ايجاد مي شود . روي داراي انرژي پتانسيل بيشتري از فولاد است و لذا باعث محافظت كاتديك مي گردد. معمولا عمر فين تيوب هايي كه در برج به كار برده مي شود به عوامل زير بستگي دارد .
1-ضخامت لايه روي
2-تركيبات هواي محيط صنعتي
3-زمان
در مدار آب و بخار برج هاي فولادي اگر از تشكيل يون Fe جلوگيري يا به حداقل برسد از به وجود آمدن يون هاي Fee جلوگيري مي شود. برج هايي كه آب تغذيه آنها بيش از 150PPM كلرو داشته باشد براي مصرف فولاد مناسب نبوده و دچار خوردگي مي گردد. فولاد نرم جهت لوله هاي آب و يا فن هاي برج مورد استفاده قرار مي گيرند . و دچار خوردگي مي شوند.
ت:پلاستيك

در ساختمان برخي از برج ها به خصوص بند و بست هاي برج از انواع مختلف پلاستيك استفاده مي شود نظير برج هاي خنك كننده HAMON كه فقط داراي شبكه هاي پلاستيكي است و قسمت بالاي آن از يك رديف ايرانيت هاي بازيابي آب توسط هوا ساخته شده است . برج هاي خنك كننده ايستگاه هاي تقويت گاز بيشتر از اين نمونه هستند.


ساختمان برج هاي خنك كننده :
برج هاي خنك كننده از قسمت هاي زير تشكيل شده اند :
1-حوضچه هاي بتني (BASIN)
حوضچه كه در كف برج قرار گرفته و آب پس از خنك شدن در آن جمع شده و كسري آب برج (MAKE UP) نيز در آن تزريق مي گردد .در بعضي از سيستم ها مواد ممانعت كننده (INHIBITOR) هم در اين ناحيه به برج اضافه مي شود . در بعضي از برج ها شير تخليه در كف حوضچه قرار گرفته و به صورت سيفونه مواد معلق ومواد محلول را از برج به بيرون حوضچه تخليه مي كند. حوضچه برج بهترين جا جهت ايجاد ميكروارگانيزم هاي هوازي و بي هوازي ولجن به شمار مي رود و وقتي كه برج مدتي از مدار خارج شده باشد بوي تعفن از آن به مشام خواهد رسيد . در حوضچه هاي خيلي عميق نظير حوضچه هاي برج هاي خنك كننده نيروگاه پس از متوقف نمودن واحد جهت تعمير سريعا با يك پمپ لجن كش مبادرت به خروج لجن هاي كف برج نموده و پمپ هاي گردش C.W.P (CIRCULATING WATER PUMP) آب خنك شدة برج را وارد مبدل هاي حرارتي مي كنند چون اين پمپ ها توليد جريان متلاطم مي كنند بعد از اين پمپ ها محل تزريق مواد شيميايي به آب برج مي باشد به همين دليل (TURBELANCE) بهترين جا جهت كم كردن مواد معلق و C.D.S نيز بعد از اين پمپ ها مي باشد.
در بعضي از برج ها خنك كنندة شير تخليه را از آب خروجي مبدل هاي حرارتي مي گيرند تا رسوب و موادمعلق حاصل وارد برج نگردد. اين طرح چندان مناسب به نظر نمي رسد زيرا بلودان بايستي از آب قبل از ورود به مبدل گرفته شده تادر اثر درجه حرارت رسوب در آن ايجاد نشود .
2-لوله ها : آب سرد حوضچه برج را به وسيله C.W.P ها به مبدل هاي حرارتي و آب گرم شده را از مبدل هاي حرارتي به توزيع كننده آب در برج انتقال مي دهند.
3-توزيع كننده : آب برگشتي از مبدلهاي حرارتي از بالا وارد برج گشته از آنجا به چند شاخه تقسيم و به وسيله باز نمودن ولو مربوطه به توزيع كننده آب وارد حوضچه فوقاني برج مي گردد.
4-حوضچه هاي فوقاني برج كه معمولا از تخته هاي الوار ساخته شده و داراي سوراخ هاي بي شماري بوده كه در درون آن پلاستيك هاي پروانه اي شكل تعبيه شده است تا پخش آب روي بند و بست ها ي داخل برج به نحو مطلوب انجام شود اين حوضچه به علت قرار گرفتن در معرض هوا نقش يك استخر خنك كننده را ايفا مي كند.
راههاي مختلف جهت پخش آب بر روي بندوبست هاي درون برج وجود دارد .
شامل :
الف:استفاده از سرپوش ها كه آب را در جهت مختلف از بالا به پايين يا بالعكس در روي بند و بست هاي برج پخش مي كنند.
ب:استفاده از لوله هاي سوراخ دار.
پ:استفاده از تانكهاي سوراخ دار پخش كن آب .
5:ستون هاي برج .(COLUMN)
ستون ها آهني يا بتوني بوده باعث محكم نگاه داشتن بندو بست هاي برج و ساختار برج مي گردند. تسمه ها نيز در ساختمان برج به كار گرفته مي شود كه ستون هاي آهني و غيره را مستحكم مي نمايند.
6-بادگيرها (LOUVER)
بادگيرها از تخته يا ايرانيت يا غيره بوده كه به صورت مورب در قسمت هاي خارجي برج قرار گرفته واز اين طريق است كه نسبت آب به هوا كه بايستي بين 5/1-75/0 باشد برقرار مي گردد. به عبارت ديگر نفوذ هوا به داخل برج توسط بادگيرها انجام پذير بوده كه با تنظيم زاوية آن ها مي توان نفوذ هوا در داخل برج را كنترل نمود.



7-تخته هاي بازيابي آب : (DRIFT ELIMINATOR)
بازياب آب از تخته يا ايرانيت يا آزبست يا غيره است كه جلوي فرار آب توسط هوا را گرفته و مانع خارج شدن آب از برج مي گردد. هر گاه ريزش قطعات آب در برج خنك كننده پديد آيد نشانگر خرابي بازياب يا تغيير زاويه آنها مي باشد.
در بعضي از برجهاي مكنده ودر تمام برجهاي دمنده تخته هاي بازيابي آب در بالاي برج قرار گرفته است ولي در برج هاي مكنده بزرگ به ازاء هر رديف از تخته هاي پخش كننده يك رديف تخته بازيابي قرار گرفته است .

8-تخته هاي پخش كننده آب :
الف: SPLASH PACKING و SPLASH BAR كه آب را به صورت قطره درآورده و از سرعت سقوط آب جلوگيري مي كنند يعني زمان برخورد آب با هوا زياد شده و در نتيجه آب بهتر خنك مي شود و به عبارت ديگر هر چه سرعت سقوط آب كمتر شود برخورد آب با هواي ورودي بيشتر مي شود.
ب:FILM PACKING: سطح وسيعي ازآب را روي تيغه ها به وجود مي آورند به شرح زير :
1-GRID PACKING سري هايي از شبكه هاي چوبي كه بوده توزيع آب را بر عهده دارند .
2-RANDOM PACKING تخته هاي نامنظمي هستند كه با ايجاد مقاومت در مقابل جريان هوا آب را خنك مي كنند.
3-PLATE TYPE FILM PACKING از صفحات پلاستيكي چين دار تشكيل شده اند با زاويه كمتر از 90 درجه ، كمتر از سطح افق در داخل برج قرار گرفته اند و چين هايي روي اين صفحات پلاستيكي در برج هاي HAMUN زياد مورد استفاده قرار مي گيرند و در برخي از برج هاي HAMUN تيغه هاي بازيابي آ ب را نيز از جنس پلاستيك تهيه نموده اند .





عوامل موثر در خنك كردن برجهاي خنك كننده به شرح زير است:
1-سطح تماس آب و هوا
راندمان برج ها را با تبديل هر چه بيشتر آب به قطرات ريز آب و سطح تماس بيشتر آب با هوا افزايش مي دهند.
2-سرعت آب:
اگر سرعت آب را بتوان كاهش داد تا با هواي بيشتري در تماس قرار گيرد، راندمان خنك كننده افزايش پيدا مي كند . اين عمل توسط تخته هاي پخش كننده آب عملي مي شود نقش مجموعه اين تخته ها اعم از SPLASH BARيا FILM PACKING و غيره در برج هاي خنك كننده جلوگيري از سرعت ريزش آب است.
در چنين شرايطي آب با هوا تماس بيشتري داشته و در نتيجه تبادل حرارتي آن بيشتر مي شود و بر اين اساس در طراحي ها در محيطي كه درجه حرارت آب خروجي از برج و درجه حرارت هواي ورودي به برج نزديك باشد ارتفاع برج را بلندتر اختيار كرده تا از سرعت سقوط آب كاسته شود تا آب در نتيجه تماس با هوا خنك گردد. در چنين وضعيت قيمتهاي برج ها حدود 700-60 درصد بيشتر از برج هايي است كه در محيطي قرارگرفته اند كه اختلاف درجه حرارت آبي خروجي از برج ودرجه حرارت هواي ورودي به برج زياد مي باشد.
3-سرعت جريان هوا :
اگر سرعت دميدن هوا در داخل برج زياد باشد مقداري از آب را همراه خود برده و اگر سرعت كم باشد آب را به خوبي خنك نمي كند. معمولا نسبت L/G يعني نسبت آب به هوا را در برجهاي خنك كننده حدود 5/1 –75/0 پاوند در ساعت در نظر مي گيرند.
تنظيم سرعت هوا در داخل برج به وسيله بادگيرها (LOUVERS) كه مي توان زاويه آنها را كم يا زياد نموده و همچنين توسط تغيير زاويه پره هاي فن دمنده يا مكنده هوا انجام مي گيرد.
4-اختلاف درجه حرارت آب خروجي و هواي ورودي .
5-رطوبت هوا هر چه بيشتر باشد راندمان خنك شدن برج پايين مي آيد .
6-روش پخش آب
نقش شيميست در قسمت آب :
آب مورد استفاده براي سيستم هاي خنك كننده از جمله نيازهاي عمدة بسياري از صنايع است و لذا تصفيه و تهيه آب مطابق استاندارد براي هر واحدي از جمله نيازها در صنايع مي باشد. با همه تدابير به كار گرفته شده در تصفيه آب ها و به دست آوردن آب مورد نياز در صورت عدم كنترل پيامدهايي از قبيل چهار مورد ذكر شده زير را دنبال دارد .
1-خوردگي (CORROSION) و فرسايش.
2-تشكيل رسوب (SCALE)
3-مشكلات ناشي از تشكيل ميكروارگانيزم ها.
4-تجمع لجن ها (FOULING)
براي جلوگيري از اين پيامدها و مشكلات به خصوص خوردگي و رسوب دهي بايد تا حد ممكن از سختي آب مورد استفاده در برجهاي خنك كننده و ساير قسمت ها كاسته شود .

سختي آب و انواع آن:
آبي كه شامل املاح كلسيم و منيزيم و آهن باشد راآب سخت مي گويند.

انواع سختي :

الف)سختي موقت كه شامل سختي بي كربنات مي باشد كه در اثر درجه حرارت از آب جدا شده و به صورت رسوب بر روي جداره مي نشيند.
ب)سختي دائم كه شامل كلرور و سولفات هاي كلسيم ومنيزيم مي باشد كه در اثر درجه حرارت از بين رفته اما در ديگ هاي بخار كه آب در آنها بخار شده و يون هاي كلسيم و منيزيم با آنيون هاي فوق به حالت اشباع مي رسند وتوليد رسوب سر نيزه اي CaSo4 مي كنند كه در صورت گرم شدن بيش از حد فلز رسوبات مذكور داخل شبكه هاي فلزي شده و باعث از بين بردن آن مي گردد.
ج)سختي كلسيم CAH (CAL CIUM HARD NESS) كه مربوط به سختي كلسيم موجودر در آب است .
د)سختي TH (TOTAL HARDNESS) به مجموع سختي كلسيم و منيزيم گفته ميشود.
رشد ميكروارگانيسم ها در سيستم برج هاي خنك كننده :
1)آب برج داراي حرارت مطلوب جهت رشد ميكروارگانيسم ها وموجودات آبزي است. يعني در حد درجه حرارت مزوفيليك و مناسب ترين درجه حرارت براي رشد اين موجودات مي باشد.
2)برجهاي خنك كن در مقابل نور خورشيد ، هوا و آب قرار گرفته است ، كه اين عوامل را مثلث تكثير مي گويند.
3)مواد فسفاته تزريق شده در برج و نيز مواد معدني و آلي ديگر نيز داراي غذاي مناسبي براي موجودات در آب برج است . جنس محيط كاملا جهت رشد و نمو آنها آماده است . به خصوص در فصل تابستان رشد ميكروارگانيسم ها و جلبك ها مشكلات فوق العاده زيادي را موجب مي گردد به طوري كه جلبك ها در بستر فوقاني برجهايي كه بيشتر در معرض نور خورشيد قرار دارند از آنچنان رشدي برخوردار هستند كه آن قسمت را به شكل سبز رنگ در مي آورند.

خسارتهاي حاصل از جلبك ها در برج خنك كننده :
1-باعث مسدود شدن سوراخ هاي آب پخش كن بستر فوقاني برج شده و مانع ريزش آب به صورت اسپري روي بند و بست هاي چوبي مي شود و راندمان برج را از نظر خنك كردن آب كم مي كند.
2-جلبك ها قادرند به ديواره چوب ها چسبنده و شيارهاي آن را مسدود كنند كه در اثر آن مسير آب و مسير هوا در برج تغيير مي كند.
3-جلبك ها به وسيله آب كند شده ، وارد مسير مي گردند و گرفتگي صافي ها و توري هاي بستر تحتاني برج را سبب شده و كار آبدهي را مختل مي نمايند.
4-جلبك ها قادرند وارد لوله هاي مبدل ها حرارتي شده و با مواد معلق محصولات ، خوردگي لايه اي در داخل لوله ايجاد مي نمايند كه تبادل حرارتي را كم كرده و در نتيجه راندمان سيستم HATE EXCHANGER را كاهش مي دهد و اگر اين سيستم كندانسور باشد افت خلاء را سبب مي شود.
5-مقدار بيش از حد جلبك ها مي تواند بر پره C.W.P (پمپ هاي گردشي ) چسبيده و باعث افزايش آمپر مورد نياز پمپ مي شود .
6-جلبك هاي مرده ممكن است درداخل مبدل هاي حرارتي جمع شده و منبع تغذيه ساير ميكروارگانيزم ها را فراهم كنند و ازاين گذشته با رسوبات ومحصولات خوردگي توام شده و سطح داخلي لوازم را بپوشاند و لذا باعث اختلاف در ميزان اكسيژن درآن قمست شده و تشكيل پيل غلظتي در آن ناحيه را مي دهد در نتيجه خوردگي حفره اي را موجب مي شود.
7-جلبك ها با عمل فتوسنتزي كه انجام مي دهند مي توانند باعث خوردگي در سيستم گردند .
نگهداري برج هاي خنك كننده :
اگر در برج ، آبي كه داراي بيوكربنات كلسيم و منيزيم باشد استفاده كنيم در اثر درجه حرارت به كربنات كلسيم و ئيدوركسيد منيزيم غير محلول تبديل مي شود .
براي جلوگيري از ايجاد رسوب در جداره لوله هاي مبدل هاي حرارتي به آب برج خنك كن اسيد سولفوريك تزريق مي شود .
علت تزريق اسيد اين است كه اگر بيكربنات هاي كلسيم و منيزيم در آب وجود داشته باشد آن را به سولفات كليسم و منيزيم تبديل مي كنند كه در آب برج محلول بوده و در اثر حرارت ايجاد رسوب نمي كند. بدين سان عمل پيشگيري انجام مي شود ، يعني قبل از اينكه بي كربنات ها وارد سيستم مبدل هاي حرارتي شده و رسوب ايجاد نمايند توسط اسيد از مدار خارج مي شوند و به صورت سولفات هاي منيزيم و كلسيم محلول در آب برج در مي آيند . فرضا اگر بر اثر واكنش هاي انجام شده در برج رسوب در جداره داخلي لوله هاي مبدل هاي حرارتي به وجود آمده باشد اسيد قدرت انحلال رسوب از سطح داخلي لوله ها را دارد. گاز Co2 حاصل از واكنش اسيد ها در برج خنك كننده به وسيله هوا دهي از آن خارج مي شود. فشار جزئي هوايي كه از قسمت پايين در خلاف جهت ريزش آب ،با آب برخوردمي كند بيشتر از فشار جزئي گاز حل شده در آب برج بوده و كليه گازهاي محلول در آب را جدا و آزاد مي كند پس اسيد سولفوريك نقش درمان كننده را بر عهده دارد .

[G1_cute]

خیلی زیاده کاش خلاصه تر بود