کولینگ تاور و خنک کاری مبدل حرارتی

همانطور که در مطالب قبلی بیان شد، در ، کویل وظیفه انتقال حرارت بین سیال خنک شونده و محیط را بر عهده دارد. به همین دلیل در مواردی به کویل برج خنک کننده، مبدل گرمایی و هیت اکسچنجر نیز گفته میشود. در حقیقت بر خلاف برج خنک کننده مدار باز که در آن سیال خنک شونده بر اثر تبخیر در روی پکینگ برج خنک کننده می گردد، در کولینگ تاور مدار بسته سیال خنک شونده در داخل کویل جریان دارد و پاشش آب روی کویل موجب خنک کاری آن می گردد.

در شکل ذیل تصویر شماتیک یک کولینگ تاور مدار بسته و محل قرارگیری هیت اکسچنجر یا همان کویل مشاهده می گردد.

نمودار شماتیک نحوه عملکرد کولینگ تاور مدار بسته – Closed loop cooling tower

به دلیل وجود کویل در برج های خنک کن مدار بسته، سازه این نوع کولینگ تاور باید از استحکام بیشتری برخوردار باشد. کویل برج خنک کننده مدار بسته از نظر جنس به دو گروه اصلی تقسیم می گردد که به ارائه توضیحاتی در خصوص هرکدام و بررسی مزایا و معایب آنها می پردازیم.

مبدل(کویل) مسی برج خنک کننده 

کویل مسی در کولینگ تاور به دلیل ضریب بالای انتقال حرارت، راندمان بالاتری از کویل گالوانیزه دارد، لیکن به دلیلی قطر و ضخامت کم لوله مسی، در مصارف صنعتی ممکن است بعضا مشکل ایجاد کند. ضخامت کم کویل مسی کولینگ تاور، موجب می گردد این نوع کویل نسبت به ضربه و برخورد با اشیاء خارجی حساسیت بیشتری داشته و در صورت برخورد، سوراخ شود.

همچنین به علت قطر کم، رسوب در کویل مسی باید کاملا کنترل شود،زیرا در غیر این صورت می تواند باعث گرفتگی برج خنک کن و کاهش شدید راندمان گردد. قیمت برج خنک کننده با کویل مسی در حدود 35% گرانتر از برج خنک کن با کویل گالوانیزه است.

تصویر نمونه کویل مسی(مبدل حرارتی) برج خنک کن

کویل(مبدل) گالوانیزه برج خنک کننده و کویل استیل کولینگ تاور

کویل گالوانیزه و کویل استیل برج خنک کن علیرغم ضریب انتقال حرارت پایینتر از کویل مسی، دارای قطر و ضخامت بیشتری بوده و به همین دلیل در مقابل رسوب گیری و سوراخ شدن مقاومت بسیار بیشتری دارد. در عین حال قیمت برج خنک کن مدار بسته با کویل گالوانیزه تا 35% کمتر از کویل مسی است. 

بدین ترتیب Cooling tower مدار بسته با کویل گالوانیزه برای مصارف صنعتی عمومی بیشتر توصیه می گردد. همچنین باید توجه داشت که در برخی از موارد با توجه به الزامات صنعت، نیاز به استفاده از کویل های استیل ضد زنگ در برج خنک کننده می باشد. طراحی این نوع کویل نیز مانند کویل های گالوانیزه است با این تفاوت که نحوه جوش این نوع کویل تفاوت دارد و باید حتما از جوش استیل استفاده نمود.

عکس نمونه های کویل فلزی گالوانیزه

در نظر داشتن این نکته ضروری است که کویل های گالوانیزه مورد استفاده در کولینگ تاور مدار بسته حتما باید پس از ساخت و انجام تست فشار، با روش گالوانیزه گرم تولید شوند و در صورت استفاده از لوله گالوانیزه سرد و خم کردن آن، در هنگام بهره برداری دچار زنگ زدگی خواهد شد.

تست هیدرو استاتیک و آزمون فشار کویل برج خنک کن

برای کسب اطمینان از جوش مناسب کویل فلزی کولینگ تاور، پس از خم کردن لوله ها و پوشش گالوانیزه گرم، ورودی و خروجی کویل را به دستگاه تست هیدرو استاتیک متصل می کنیم. در این دستگاه فشاری بین 7 الی 10 بار(اتمسفر) به لوله ها وارد می شود تا مطمئن شویم هیچ نشتی و سوراخی در بدنه کویل وجود ندارد. علاوه بر این جوش های کویل نیز بررسی می شود که درز نداشته باشد. انجام تست فشار آب در کویل برای عزیزانی که قصد خرید پروانه فن برج خنک کننده دارند جزو الزامات است.

با کویل سیکل بسته چند درجه می توان آب را خنک کرد؟

ما در یک مطلب تخصصی با عنوان “” در مورد این مساله توضیح داده ایم. اگر عدد اپروچ بالای 13 الی 15 درجه باشد، با کولینگ تاور مدار باز امکان کم کردن دمای آب به مقدار 35(در موارد خاص 40 درجه) درجه نیز ممکن است. برای مثال با استفاده از Cooling tower صنعتی در یک مرحله می توانید آب را از 75 درجه سانتیگراد به 40 درجه برسانید. البته این در شرایطی است که وت بالب بیش از 25 نباشد. 

در برج خنک کننده سیکل بسته وضعیت کمی متفاوت است. کولینگ مدار بسته، نسبت به مدار باز محدودیت سرمایشی بیشتری دارد. برای مثال شرایط پاراگراف بالا را در نظر بگیرید. اگر همان وت بالب یعنی 25 درجه سانتیگراد را در نظر بگیریم، با مبدل سیکل بسته شما می توانید آب را از 75 به 50 برسانید(احتمال رسیدن به 45 نیز در آب و هوای خنک وجود دارد). البته بهتر است اگر می خواهید اختلاف دمای 30 درجه و بیشتر را با کولینگ سیکل بسته بدست بیاورید، این کار را در دو مرحله انجام دهید. مرحله اول 20 درجه و مرحله نهایی 10 درجه. 

هیت اکسچنجرها بر اساس حالت فیزیکی و فرم هندسی، به مدلهای مختلفی تقسیم می شوند. چهار مدل اصلی مبدل های حرارتی عبارتند از :

– مبدل حرارتی شل اند تیوب(پوسته و لوله)

– مبدل حرارتی صفحه ای

– کویل هوا خنک و آب خنک

در ادامه این مطلب توضیح مختصری در مورد انواع مبدل و روشهای انتقال حرارت در آن ها ارائه خواهیم کرد.

یکی از پرکاربردترین انواع هیت اکسچنجر، مدل شل اند تیوب است. در این نوع مبدل که برای انتقال حرارت با مقدار بسیار زیاد کاربرد دارد، دو سیال یکی در داخل لوله ها و دیگری در فضای بین پوسته و لوله، جریان دارد. نحوه چیدمان لوله ها و فرم پوسته به گونه ای طراجی می شود که بیشترین مقدار انتقال حرارت در هیت اکسچنجر پوسته و لوله ایجاد کند.

– مبدل صفحه ای

برخلاف سیستم انتقال حرارت پوسته و لوله، در مدل های صفحه ای، انتقال حرارت بین صفحات فلزی انجام می شود. طراحی هندسی این صفحه های فلزی به گونه ای است که دو سیال به صورت منظم از حد فاصل بین پلیت ها رد می شوند و با سیال دوم تبادل حرارت انجام  میدهند.

بدلیل اینکه سطح تبادل نسبت به فضای حرکت سیال در مبدل صفحه ای زیاد است، معمولا راندمان انتقال حرارت خوبی خواهید داشت. البته هیت اکسچنجر های صفحه ای برای دبی های توصیه نمی شوند و همچنین در مقابل رسوب بشدت حساس هستند.

– کویل هوا خنک و آب خنک(ایرکولر و کولینگ تاور)

یکی از انواع مبدل های حرارتی کویل است. سیال درون کویل می تواند با آب یا هوا خنک شود. درصورتی که کویل با هوا خنک شود، کندانسور هوایی یا کولر هوایی نامیده می شود.

اما اگر نیاز باشد به دماهای پایینتر از دمای محیط برسید لازم است از استفاده کنید. 

روش خنک کاری و سردکردن مبدل حرارتی

همانطور که در ابتدای این مقاله توضیح دادیم، کار اصلی مبدل، انتقال حرارت بین دو سیال است. در اکثر موارد، مبدل برای خنک کردن مایع، گاز یا بخار استفاده می شود. در بین مبدل های حرارتی، کویل هوا خنک یا آب خنک از یک جهت با مدلهای دیگر تفاوت دارد.

لازم است به این مساله توجه کنید که بمنظور سرد کردن سیال داخل مبدل، نیاز به برج سیکل بسته ندارید و میتوانید از برج خنک کن مدار باز هم استفاده کنید.