برج خنک کن

موضوع پروژه : برج های خنک کننده    cooling tower

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 جزییات 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 سیستمهای خنک کننده :

الف: سیستم های خنک کننده تر:        WET COOLING  SYSTEM

1-سیستم خنک کنندة باز

2-سیستم خنک کنندة بسته

3-سیستم خنک کننده ترکیبی

ب: سیستم های خنک کننده خشک :         DRY COOLING SYSTEM

1-سیستم خنک کننده خشک مستقیم

2-سیستم خنک کننده خشک غیر مستقیم

3-سیستم خنک کننده ترکیبی

1-سیستم خنک کنندة باز              ONCE THROUGH SYSTEM

در محیطی که آب فراوان است محل های نزدیک دریا یا رودخانه آب را به وسیله پمپ از یک طرف وارد سیستم های مبدل حرارتی (HEAT EXHCANGERS) نموده و از طرف دیگر خارج می گردد. آب درمحل عبور خود با جسم داغ تبادل گرما کرده و دوباره وارد رودخانه یا دریا می گردد.

بنابراین آب گرفته شده از دریا مجددا به دریا باز می گردد و عمل تبخیر بر روی آن صورت نمی گیرد یعنی آب دارای مواد حل شده و معلق ثابتی است لذا ایجاد رسوب بر روی لوله های کندانسور نمی نماید اما به دلیل داشتن مواد معلق زیاد باعث خوردگی از نوع سائیدگی (ERROSION CORROSION) می گردد برای جلوگیری از سائیدگی درون لوله باید در داخل لوله های خنک کننده با ایجاد محافظ که با تزریق سولفات آهن FESO4 محقق می گردد اقدام نموده و سپس توسط گلوله های اسفنجی که به وسیله پمپ در داخل لوله ها ارسال می شود قطر مورد دلخواه استاندارد را در آن ایجاد و زیادی آن را کنده و از محیط خارج کرد.

-2در مناطق کم آب ، آبی که به عنوان واسطه حرارتی در سیستم ها عمل می کند حرارت را جذب کرده ، دور ریخته نمی شود ، بلکه مجدااز آن استفاده می نمایند. بنابراین آب را وارد سیستمی به نام برج های خنک کننده (COOLING TOWER) کرده و پس از سرد شدن مجدا وارد مبدل های حرارتی می نمایند.

3)سیستم خنک کنندة ترکیبی بازو بسته (COMBINTION COOLING SYSTEM)

این سیستم بیشتر درمحیط هایی که در فصل تابستان سطح آب رودخانه پایین آمده و برج با کمبود تغذیه مواجه می شود استفاده می شود .

انواع سیستم های خنک کننده تر:

الف: استخرهای خنک کن:

استخرهای خنک کن ساده ترین سیستم های خنک کننده با ابعاد زیاد بوده که آب گرم توسط لوله ای وارد آن شده و در اثر تماس با هوای محیط حرارت خود را از دست داده و آب خنک کننده از بالاترین قسمت استخر به سیستم مبدل حرارتی برگشت داده می شود با این عمل زمان ماندن آب در استخر زیاد شده ، در نتیجه آب زمان  بیشتری را در معرض هوا قرار می گیرد و لذا تبادل حرارتی بهتر صورت می گیرد و همچنین ممکن است آب گرم به صورت آب پاش و قطره قطره وارد استخر گردد. با این عمل سطح برخورد آب گرم با هوای محیط درزمان ریزش زیاد شده و قسمتی از آب در اثر برخورد با هوا تبخیر شده و در اثر این عمل بقیه آب در حال ریزش خنک می گردد و در نتیجه راندمان آن از استخر اولیه بهتر است. در چنین سیستم هایی بایستی در طراحی حصارهایی جهت جلوگیری از انتقال آب به وسیله باد در نظر گرفته شود ، در بعضی از سیستم های قدیمی که حصار در طراحی بکار گرفته نشده است ، صدمات زیادی به سیستم هایی که در جوار استخر قرار گرفته اند وارد کرده است. تجربه ثابت کرده است که وقتی رطوبت هوای ساکن دریک نقطه افزایش یابد آب کمتر تبخیر شده و در نتیجه آب گرمی که از سیستم مبدل حرارتی جهت خنک شدن وارد محیطی که دارای هوای مرطوب است گردیده و دیرتر خنک می شود ،نتیجه انکه اگر هوا از طریقی به حرکت درآورد تا هوای خشک جانشین هوای مرطوب شود، راندمان سیستم خنک کننده به مراتب افزایش می یابد.

ب)برجهای با کوران طبیعی :

هوا به طور افقی یا به طرف بالا متناسب با جهت ریزش آب جریان یافته و حرارت را از آب می گیرد . در این سیستم وقتی که آب گرم وارد برج می گردد ، محیط داخل برج گرم شده در نتیجه حجم هوای داخل آن افزایش می یابد و رقیق می گردد که در این صورت هوای محیط بیرونی برج با فشار حدود یک اتمسفر موجب جریان خود به خودی در اثر اختلاف فشار هوای داخل برج و هوای بیرون برج می گردد . یک نوع از برج فاقد (PACKING) بوده و فقط تعداد زیادی سوراخ های پخش کن آب تعبیه شده است . نوع دیگر آن دارای بند و بست های چوبی یا پلاستیکی بوده که راندمان بهتری را به وجود می آورند .در ضمن این برجها خیلی بلند و باریک بوده و پمپ هایی با فشار زیاد جهت پمپاژ آب در بالای برج مورد استفاده قرار می گیرد . افت  دمای آب بستگی به سرعت وجهت جرکت باد دارد . لذا برج ها باید در محلی احداث گردند که مانعی در جهت وزش باد وجود نداشته باشد . برجهایی با کشش طبیعی هذلولی یا تنوره ای موجود است که جریان هوا در جهت عکس جریان آب به طرف شبکه های چوبی در برج حرکت کرده و باعث خنک شدن آب می گردد، این برج ها در آب و هوای خشک وگرم مورد استفاده قرار نمی گیرند، زیرا درجه حرارت آب ورودی به برج باید از درجه هوای محیط بیشتر باشد.

ج)برج ها با کوران القائی:

در این نوع برجها هوا توسط بادبزنی که در برج قرار گرفته برقرار می شود . در برج ها با کشش مکانیکی پمپ ها با فشار کم مورد نیاز است و برای  احداث آن تشخیص جهت باد اجباری نیست.

انواع برجها با کشش مکانیکی :

1)برج های دمنده : (FORCE DRAFT COOLING TOWER)

در این نوع برجهای خنک کننده بادبزن های مکانیکی (فن ها) جریان هوا را در برج برقرار می کنند محل آن ها در قسمت ورودی هوا و در سطح زمین بر روی بتن استقرار یافته اند لذا لرزش آنها به حداقل می رسد.این فن ها هوا  را به درون برج و سرتاسر بند و بست ها هدایت می کنند ولی هوا به طور یکنواخت در آن پخش نمی گردد و اطراف  برج های خنک کننده دمنده کاملا بسته است.

مزایای برج های خنک کننده دمنده :

1-تعمیر فن های آن راحت تر است.

2-فن ها در مجاورت هوای گرم قرار نمی گیرند.

3-سهولت و کم خرج بودن نصب آن .

2)برج های مکنده : (INDUCEDDRAFT COOLING TOWER)

در این نوع برجها بادبزن ها در محل خروجی هوا از برج قرار گرفته اند و محل آن ها معمولا در بالای برج ها در بعضی مواقع در طرفین برج می باشد و هوا به طور یکنواخت در داخل برج پخش می شود .

مزایای برج های مکنده :

1-لوله ها کمتر در معرض باران و برف و تگرگ قرار دارند.

2-امکان مکیدن هوای گرم خروجی به داخل کمتر است.

3-درجه حرارت سیال خروجی از تیوپ ها نزدیکتر به درجه حرارت هوای ورودی میشود.

ب:سیستم های خنک کننده خشک :(DRY COOLING SYSTEM)

امروزه ساخت این برج ها به سه دلیل رواج پیدا کرده است :

1-چون در این برج ها آب تبخیر نمی شود و نیاز به اب افزایشی ندارد، در محل هایی که آب کافی ندارند به کار می رود .

2-به دلیل آنکه برج دارای محیط بسته است موجب آلودگی محیط زیست نمی گردد.

3-در محیط هایی سرد به کار بردن برج تر مشکلات عدیده ای را سبب می شود که ترجیحا از برج خشک استفاده می شود .

مواد به کار رفته در ساختمان برج ها :

الف)چوب:

 چوب هایی که در برج ها  به کار برده می شوند شامل: (RED WOOD) نوعی چوب اروپایی می باشد که از درخت ماموت به دست می آید و نوع دیگر چوب قرمز مایل به زردی است که از درخت همیشه بهار که در غرب آمریکا می روید تهیه می شود و به DOUGLAS معروف است البته امزوزه از انواع چوب هایی که در جنگلهای هند نیز  می روید می توان استفاده کرد. چوب ها به صورت الوار مورد مصرف می باشد و در ساختمان چوب موادی مانند سلولز، همی سلولز، لیکنین و مواد استخراجی نظیر اسید چرب ، قطران، اسید استیک، وکربنات وجود دارد و با توجه به اینکه این چوب ها درمحیط آبی کار می کنند، جهت حفاظت آنهادر مقابل ورم کردن، حملة میکرو ارگانیزم ها و غیره بایستی آنها را توسط بعضی از مواد شیمیایی اشباع نمود . مثلا بعضی از چوب ها را در داخل  مایعاتی نظیر کرومات های سدیم یا پتاسیم غرق کرده و ان را در داخل تانک های تحت فشار 10-7 اتمسفر قرار داده و این مواد به داخل مغز چوب نفوذ کرده و یک لایه نیز سطح خارجی آن را می پوشاند ولی چوب های برج  های خنک کن را بیشتر توسط کروزوت و مازوت اشباع می نمایند و هر چه مقدار ماده کروزوت بیشتر باشد عمل اشباع مرغوبتر است . برج هایی که از چوب ساخته شده اند نگهداری بدنة آنها در زمان توقف به خصوص در فصل تابستان حائز اهمیت می باشد زیرا گرمای زیادی باعث ترک خوردگی چوبها می شود بنابراین آب پاشی قسمت چوبی برج ضروری است.

البته در طراحی برای بعضی از برج ها پمپی جهت پاشش آب در نظر گرفته می شود که در زمان توقف برج وارد سرویس شده و آب را به بدنه برج تزریق می کند. اگر پاشش اب در هوای گرم صورت نگیرد با توجه به اینکه چوب های آغشته به کروزوت و مازوت (که  هر دو از جنس روغن) هستند و تنورة برج که در بالاترین ارتفاع برج قرار گرفته که فن در آن نصب گردیده نقش دودکش را بازی می کند. کوچکترین جرقه آتش می تواند برج عظیمی را در مدت 15-10 دقیقه به آتش کشیده و جز ستون های بتونی و آهنی چیزی در برج باقی نگذارد، لازم به تذکر است که وقتی باکتری های بی هوازی در لجن های حوضچه ته برج رشد می کنند مواد الی را به گاز متان ، آب و انرژی تجزیه می کنند.

گازمتان متصاعد شده همراه با انزژی حرارتی حاصل شده در شرایط گرمای  تابستان خود به خود باعث شعله ور شدن برج خنک کننده می گردد که افراد نا آگاه ممکن است آتش سوزی را عمدی تلقی کنند  در حالی که عامل اصلی میکروارگانیزم ها هستند.

علت اینکه در برج های خنک کننده چوبی PH آب برج را بایستی بین 8-7.5 تنظیم کرد این است که در PH بالای 8 ماده (LIGNIN SULPHONATE) حاصل شده و از ساختمان چوب جدا می گردد و چون این ماده رشته های سلولز چوب را به هم محکم کند  با حل شدن آن مقاومت چوب از بین رفته و چوب پوسته پوسته شده و از ساختمان برج جدا می گردد.

علت به کار بردن چوب در برج ها را می توان به شکل پذیری، عایق بودن ،ارزانی ، دردسترس بودن وتر شدن آن ربط داد.

ب:آلومینیم:

آلومینیم آندی شده در برج های خنک کننده مورد استفاده قرار می گیرد . آلومینیم میل ترکیبی شدیدی با اکسیژن داشته و تولید اکسید آلومینیم می نماید که در شرایط 1 اتمسفر بسیار مقاوم است.

زیرا اکسید آلومینیم دارای خلل و فرج بسیار ریز بوده و از نفوذ اکسیژن کاملا ممانعت به عمل می آورد . به همین دلیل میزان خوردگی آلومینیوم به مرور زمان به شدت کاهش می یابد.

از آنجا که آلومینیوم یک فلز آمفوتر است در PH=4 خورده شده ، در PH=6 خوردگی آن کاهش می یابد و مجدد در PH=9 خوردگی دوباره شدت پیدا می کند.

بنابراین برجهایی که از آلومینیوم تهیه شده اند باید PH=6.5-7.5 و آب آنها بدون یون باشد و تزریق اکسیژن جهت فیلم AL2O3 مورد استفاده قرار گیرد.

عمده ترین خوردگی که در آلومینیوم حاصل می شود خوردگی حفره ای (PITTING)    می باشد به طوری که اگر آلومینیوم در محلولی که حاوی بیش از 150PPM کلرو قرار بگیرد به راحتی دچار خوردگی حفره ای می گردد. همچنین آلومینیوم در محلول حاوی یون های مس، به راحتی مورد هجوم خوردگی  حفره ای واقع می شود . آلومینیوم در تماس با مس، برنج، برنز، در الکترولیت های مناسب نیز خورده می شود.

پ:فولاد نرم گالوانیزه :

جنس این فلزها از استیل بوده و دارای پوششی از روی است . روی تحت اثر عوامل محیطی اکسید شده و فیلم نرم و چسبنده ای که در آب های یک اتمسفر غیر قابل حل  می باشد بر روی آن ایجاد می شود . روی دارای انرژی پتانسیل بیشتری از فولاد است و لذا باعث محافظت کاتدیک می گردد. معمولا عمر فین تیوب هایی که در برج به کار برده می شود به عوامل زیر بستگی دارد .

1-ضخامت لایه روی

2-ترکیبات هوای محیط صنعتی

3-زمان

در مدار آب و بخار برج های فولادی اگر از تشکیل یون         Fe  جلوگیری یا به حداقل برسد از به وجود آمدن یون های Fee     جلوگیری می شود. برج هایی که آب تغذیه آنها بیش از 150PPM کلرو داشته باشد برای مصرف فولاد مناسب نبوده و دچار خوردگی می گردد. فولاد نرم جهت لوله های آب و یا فن های برج مورد استفاده قرار می گیرند . و دچار خوردگی می شوند.

ت:پلاستیک

در ساختمان برخی از برج ها به خصوص بند و بست های برج از انواع مختلف پلاستیک استفاده می شود نظیر برج های خنک کننده HAMON که فقط دارای شبکه های پلاستیکی است و قسمت بالای آن از یک ردیف ایرانیت های بازیابی آب توسط هوا ساخته شده است . برج های خنک کننده ایستگاه های تقویت گاز بیشتر از این نمونه هستند.

ساختمان برج های خنک کننده :

برج های خنک کننده از قسمت های زیر تشکیل شده اند :

1-حوضچه های بتنی (BASIN)

حوضچه که در کف برج قرار گرفته و آب پس از خنک شدن در آن جمع شده و کسری آب برج (MAKE UP) نیز در آن تزریق می گردد .در بعضی از سیستم ها مواد ممانعت کننده (INHIBITOR) هم در این ناحیه به برج اضافه می شود . در بعضی از برج ها شیر تخلیه در کف حوضچه قرار گرفته و به صورت سیفونه مواد معلق ومواد محلول را از برج به بیرون حوضچه تخلیه می کند. حوضچه برج بهترین جا جهت ایجاد میکروارگانیزم های هوازی و بی هوازی ولجن به شمار می رود و وقتی که برج مدتی از مدار خارج شده باشد بوی تعفن  از آن به مشام خواهد رسید . در حوضچه های خیلی عمیق  نظیر حوضچه های برج های خنک کننده نیروگاه پس از متوقف نمودن واحد جهت تعمیر سریعا با یک پمپ لجن کش مبادرت به خروج لجن های کف برج نموده  و پمپ های گردش C.W.P (CIRCULATING WATER PUMP) آب خنک شدة برج را وارد مبدل های حرارتی می کنند چون این پمپ ها تولید جریان متلاطم می کنند بعد از این پمپ ها محل تزریق مواد شیمیایی به آب برج می باشد به همین دلیل (TURBELANCE) بهترین جا جهت کم کردن مواد معلق و C.D.S نیز بعد از این پمپ ها  می باشد.

در بعضی از برج ها خنک کنندة شیر تخلیه را از آب خروجی مبدل های حرارتی می گیرند تا رسوب و موادمعلق حاصل وارد برج نگردد. این طرح چندان مناسب به نظر نمی رسد زیرا بلودان بایستی از آب قبل از ورود به مبدل گرفته شده تادر اثر درجه حرارت رسوب در آن ایجاد نشود .

2-لوله ها : آب سرد حوضچه برج را به وسیله C.W.P ها به مبدل های حرارتی و آب گرم شده را از مبدل های حرارتی به توزیع کننده آب در برج انتقال می دهند.

3-توزیع کننده : آب برگشتی از مبدلهای حرارتی از بالا وارد برج گشته از آنجا به چند شاخه تقسیم و به وسیله باز نمودن ولو مربوطه به توزیع کننده آب وارد حوضچه فوقانی برج می گردد.

4-حوضچه های فوقانی برج که معمولا از تخته های الوار ساخته شده و دارای سوراخ های بی شماری بوده که در درون آن پلاستیک های پروانه ای شکل تعبیه شده است تا پخش آب روی بند و بست ها ی داخل برج به نحو مطلوب انجام شود این حوضچه به علت قرار گرفتن در معرض هوا نقش یک استخر خنک کننده را ایفا می کند.

راههای مختلف جهت پخش آب بر روی بندوبست های درون برج وجود دارد .

شامل :

 الف:استفاده از سرپوش ها که آب را در جهت مختلف از بالا به پایین یا بالعکس در روی بند و بست های برج پخش می کنند.

ب:استفاده از لوله های سوراخ دار.

پ:استفاده از تانکهای سوراخ دار پخش کن آب .

5:ستون های برج .(COLUMN)

ستون ها آهنی یا بتونی بوده باعث محکم نگاه داشتن بندو بست های برج و ساختار برج  می گردند. تسمه ها نیز در ساختمان برج به کار گرفته می شود که ستون های آهنی و غیره را مستحکم می نمایند. 

6-بادگیرها (LOUVER)

بادگیرها از تخته یا ایرانیت یا غیره بوده که به صورت مورب در قسمت های خارجی برج قرار گرفته واز این طریق است که نسبت  آب به هوا که بایستی بین 5/1-75/0 باشد برقرار می گردد. به عبارت دیگر نفوذ هوا به داخل برج توسط بادگیرها انجام پذیر بوده که با تنظیم زاویة آن ها می توان نفوذ هوا در داخل برج را کنترل نمود.

7-تخته های بازیابی آب : (DRIFT ELIMINATOR)

بازیاب آب از تخته یا ایرانیت یا آزبست یا غیره است که جلوی فرار آب توسط هوا را گرفته و مانع خارج شدن آب از برج می گردد. هر گاه ریزش قطعات آب در برج خنک کننده پدید آید نشانگر خرابی بازیاب یا تغییر زاویه آنها می باشد.

در بعضی از برجهای مکنده ودر تمام برجهای دمنده تخته های بازیابی آب در بالای برج قرار گرفته است ولی در برج های مکنده بزرگ به ازاء هر ردیف از تخته های پخش کننده یک ردیف تخته بازیابی قرار گرفته است .

8-تخته های پخش کننده آب :

الف: SPLASH PACKING و SPLASH BAR که آب را به صورت قطره درآورده و از سرعت سقوط آب جلوگیری می کنند یعنی زمان برخورد آب با هوا زیاد شده و در نتیجه آب بهتر خنک می شود و به عبارت دیگر هر چه سرعت سقوط آب کمتر شود برخورد آب  با هوای ورودی بیشتر می شود.

ب:FILM PACKING: سطح وسیعی ازآب را روی تیغه ها به وجود می آورند به شرح زیر :

1-GRID PACKING سری هایی از شبکه های چوبی که بوده توزیع آب را بر عهده دارند .

2-RANDOM PACKING تخته های نامنظمی هستند که با ایجاد مقاومت در مقابل جریان هوا آب را خنک می کنند.

3-PLATE TYPE FILM PACKING از صفحات پلاستیکی چین دار تشکیل  شده اند با زاویه کمتر از 90 درجه ، کمتر از سطح افق در داخل برج قرار گرفته اند و  چین هایی روی این صفحات پلاستیکی در برج های HAMUN زیاد مورد استفاده قرار می گیرند و در برخی از برج های   HAMUN تیغه های بازیابی آ ب را نیز از جنس پلاستیک تهیه نموده اند .

عوامل موثر در خنک کردن برجهای خنک کننده به شرح زیر است:

1-سطح تماس آب و هوا

راندمان برج ها را با تبدیل هر چه بیشتر آب به قطرات ریز آب و سطح تماس بیشتر آب با هوا افزایش می دهند.

2-سرعت آب:

اگر سرعت آب را بتوان کاهش داد تا با هوای بیشتری در تماس قرار گیرد، راندمان خنک کننده افزایش پیدا می کند . این عمل توسط تخته های پخش کننده آب عملی می شود نقش مجموعه این تخته ها اعم از SPLASH BARیا FILM PACKING  و غیره در  برج های خنک کننده جلوگیری از سرعت ریزش آب است.

در چنین شرایطی آب با هوا تماس بیشتری داشته و در نتیجه تبادل حرارتی آن بیشتر  می شود و بر این اساس در طراحی ها در محیطی که درجه حرارت آب خروجی از برج و درجه حرارت هوای ورودی به برج نزدیک باشد ارتفاع برج را بلندتر اختیار کرده تا از سرعت سقوط آب کاسته شود تا آب در نتیجه تماس با هوا خنک گردد. در چنین وضعیت قیمتهای برج ها حدود 700-60 درصد بیشتر از برج هایی است که در محیطی   قرارگرفته اند که اختلاف درجه حرارت آبی خروجی از برج ودرجه حرارت هوای ورودی به برج زیاد می باشد.

3-سرعت جریان هوا :

اگر سرعت دمیدن هوا در داخل برج زیاد باشد مقداری از آب را همراه خود برده و اگر سرعت کم باشد آب را به خوبی خنک نمی کند. معمولا نسبت L/G یعنی نسبت آب به هوا را در برجهای خنک کننده حدود 5/1 –75/0 پاوند در ساعت در نظر می گیرند.

تنظیم سرعت هوا در داخل برج به وسیله بادگیرها (LOUVERS) که می توان زاویه آنها را کم یا زیاد نموده و همچنین توسط تغییر زاویه پره های فن دمنده یا مکنده هوا  انجام  می گیرد.

4-اختلاف درجه حرارت آب خروجی و هوای ورودی .

5-رطوبت هوا هر چه بیشتر باشد راندمان خنک شدن برج پایین می آید .

6-روش پخش آب

نقش شیمیست در قسمت آب :

آب مورد استفاده برای سیستم های خنک کننده از جمله نیازهای عمدة بسیاری از صنایع است و لذا تصفیه و تهیه آب مطابق استاندارد برای هر واحدی از جمله نیازها در صنایع می باشد. با همه تدابیر به کار گرفته شده در تصفیه آب ها و به دست آوردن آب مورد نیاز در صورت عدم کنترل پیامدهایی از قبیل چهار مورد ذکر شده زیر را دنبال دارد .

1-خوردگی (CORROSION) و فرسایش.

2-تشکیل رسوب (SCALE)

3-مشکلات ناشی از تشکیل میکروارگانیزم ها.

4-تجمع لجن ها (FOULING)

برای جلوگیری از این پیامدها و مشکلات به خصوص خوردگی و رسوب دهی باید تا حد ممکن از سختی آب مورد استفاده در برجهای خنک کننده و سایر قسمت ها کاسته  شود .

سختی آب و انواع آن:

آبی که شامل املاح کلسیم و منیزیم و آهن باشد راآب سخت می گویند.

انواع سختی :

الف)سختی موقت که شامل سختی بی کربنات می باشد که در اثر درجه حرارت از آب جدا شده و به صورت رسوب بر روی جداره می نشیند.

ب)سختی دائم که شامل کلرور و سولفات های کلسیم ومنیزیم می باشد که در اثر درجه حرارت از بین رفته اما در دیگ های بخار که آب در آنها بخار شده و یون های کلسیم و منیزیم با آنیون های فوق به حالت اشباع می رسند وتولید رسوب سر نیزه ای CaSo4  می کنند که در صورت گرم شدن بیش از حد فلز رسوبات مذکور داخل شبکه های فلزی شده و باعث از بین بردن آن می گردد.

ج)سختی کلسیم CAH (CAL CIUM HARD NESS) که مربوط به سختی کلسیم موجودر در آب است .

د)سختی TH (TOTAL HARDNESS) به مجموع سختی کلسیم و منیزیم گفته میشود.

رشد میکروارگانیسم ها در سیستم برج های خنک کننده :

1)آب برج دارای حرارت مطلوب جهت رشد میکروارگانیسم ها وموجودات آبزی است. یعنی در حد درجه حرارت مزوفیلیک و مناسب ترین درجه حرارت برای رشد این موجودات می باشد.

2)برجهای خنک کن در مقابل نور خورشید ، هوا و آب قرار گرفته است ، که این عوامل را مثلث تکثیر می گویند.

3)مواد فسفاته تزریق شده در برج و نیز مواد معدنی و آلی دیگر نیز دارای غذای مناسبی برای موجودات در آب برج است . جنس محیط کاملا جهت رشد و نمو آنها آماده است . به خصوص در فصل تابستان رشد میکروارگانیسم ها و جلبک ها مشکلات فوق العاده زیادی را موجب می گردد به طوری که جلبک ها در بستر فوقانی برجهایی که بیشتر در معرض نور خورشید قرار دارند از آنچنان رشدی برخوردار هستند که آن قسمت را به شکل سبز رنگ در می آورند.

خسارتهای حاصل از جلبک ها در برج خنک کننده :

1-باعث مسدود شدن سوراخ های آب پخش کن بستر فوقانی برج شده و مانع ریزش آب به صورت اسپری روی بند و بست های چوبی می شود و راندمان برج را از نظر خنک کردن آب کم می کند.

2-جلبک ها قادرند به دیواره چوب ها چسبنده و شیارهای آن را مسدود کنند که در اثر آن مسیر آب و مسیر هوا در برج تغییر می کند.

3-جلبک ها به وسیله آب کند شده ، وارد مسیر می گردند و گرفتگی صافی ها و توری های بستر تحتانی برج را سبب شده و کار آبدهی را مختل می نمایند.

4-جلبک ها قادرند وارد لوله های مبدل ها حرارتی شده و با مواد معلق محصولات ، خوردگی لایه ای در داخل لوله ایجاد می نمایند که تبادل حرارتی را کم کرده و در نتیجه راندمان سیستم HATE EXCHANGER را کاهش می دهد و اگر این سیستم کندانسور باشد افت خلاء را سبب می شود.

5-مقدار بیش از حد جلبک ها می تواند بر پره C.W.P (پمپ های گردشی ) چسبیده و باعث افزایش آمپر مورد نیاز پمپ می شود .

6-جلبک های مرده ممکن است درداخل مبدل های حرارتی جمع شده و منبع تغذیه سایر میکروارگانیزم ها را فراهم کنند و ازاین گذشته با رسوبات ومحصولات خوردگی توام شده و سطح داخلی لوازم را بپوشاند و لذا باعث اختلاف در میزان اکسیژن  درآن قمست شده و تشکیل پیل غلظتی در آن ناحیه را می دهد در نتیجه خوردگی حفره ای را موجب            می شود.

7-جلبک ها با عمل فتوسنتزی که انجام می دهند می توانند باعث خوردگی در سیستم گردند .

نگهداری برج های خنک کننده :

اگر در برج ، آبی که دارای بیوکربنات کلسیم و منیزیم باشد استفاده کنیم در اثر درجه حرارت به کربنات کلسیم و ئیدورکسید منیزیم غیر محلول تبدیل می شود .

برای جلوگیری از ایجاد رسوب در جداره لوله های مبدل های حرارتی به آب برج خنک کن اسید سولفوریک تزریق می شود .

علت تزریق اسید این است که  اگر بیکربنات های کلسیم و منیزیم در آب وجود داشته باشد آن را به سولفات کلیسم و منیزیم تبدیل می کنند که در آب برج محلول بوده و در اثر حرارت ایجاد رسوب نمی کند. بدین سان عمل پیشگیری انجام می شود ، یعنی قبل از اینکه بی کربنات ها وارد سیستم مبدل های حرارتی شده و رسوب ایجاد نمایند توسط اسید از مدار خارج می شوند و به صورت سولفات های منیزیم و کلسیم محلول در آب برج  در می آیند . فرضا اگر بر اثر واکنش های انجام شده در برج رسوب در جداره داخلی لوله های مبدل های حرارتی به وجود آمده باشد اسید قدرت انحلال رسوب از سطح داخلی لوله ها را دارد. گاز Co2 حاصل از واکنش اسید ها در برج خنک کننده به وسیله هوا دهی از آن خارج می شود. فشار جزئی هوایی که از قسمت پایین در خلاف جهت ریزش آب ،با آب برخوردمی کند بیشتر از فشار جزئی گاز حل شده در آب برج بوده و کلیه گازهای محلول در آب را جدا و آزاد می کند پس اسید سولفوریک نقش درمان کننده را بر عهده دارد .