سازمان بین المللی استاندارد یا همان ISO، همواره تأکید دارد که پیش از انتخاب و استفاده از انواع برج خنک کننده، اطلاعات تئوری و کاربردی‌تان را از این تجهیزات، تا حد امکان ارتقا دهید. مسئله ای که البته نه فقط برای برج خنک کننده؛ بلکه برای دیگر تجهیزات صنعتی نیز از سوی ISO توصیه میشود.
درواقع ایزو (سازمان بین المللی استاندارد)، یک فدراسیون جهانی متشکل از سازمان های استاندارد ملی (سازمان های عضو ISO) در سراسر جهان است. کار تهیه استانداردهای بین المللی از جمله طراحی استاندارد برج های خنک کننده، معمولاً از طریق کمیته های فنی آن انجام می شود. هر ارگان حق دارد طبق علاقه به هریک از کمیته های فنی، در آن کمیته مربوطه شرکت کرده و نماینده داشته باشد. سازمان‌های بین‌المللی دولتی و غیردولتی در ارتباط با ISO نیز در این کار مشارکت دارند. ISO با کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی (IEC)، در رابطه با تمام موارد استانداردسازی به صورت الکتروتکنیکی همکاری نزدیک دارد. بیاد داشته باشید که هر نام تجاری استفاده‌شده در این سند، اطلاعاتیست که برای راحتی و تفهیم کاربران ارائه شده و به منزله تایید یک برند خاص نیست.
کولینگ تاور مورد بررسی استاندارد ISO 16345
مجموعه استاندارد بین‌المللی ISO 16345 در رابطه با برج های خنک کننده، به مواردی همچون:
- اندازه‌گیری عملکرد حرارتی و هد پمپاژ سیستم های کولینگ مدار باز و بسته،
- کشش مکانیکی،
- انواع مکانیزم ها و قطعات و تعاریف برجهای خنک کننده مرطوب و خشک
- و سیستم های کولینگ با مکش طبیعی و مکش با فن (مکانیکی)
اشاره خواهد داشت. نکته‌ی حائز اهمیت اینجاست که این استاندارد بین المللی، برای آزمایش و رتبه بندی انواع برج خنک کننده مدار بسته‌ای که در آن سیال فرآیند، هنگام عبور از مبدل حرارتی دچار تغییر فاز (جامد، مایع و گاز) می شود، تعبیه نشده است. همچنین استاندارد فوق، در جایی که خواص ترموفیزیکی سیال فرآیند در دسترس نیست، اعمال نمی شود.
اصطلاحات و تعاریف برج خنک کننده
برای بررسی برج خنک کننده، اصطلاحات و تعاریف زیر مورد استفاده قرار می گیرند. اما پیش از پرداختن به این اصطلاحات و مفاهیم آن، بایستی توجه داشته باشید که:
- قطعاَ پرداختن به تمامی ریزجزئیات مربوط به هر اصطلاح، کاری بسیار طولانی خواهد بود. لذا در مقاله حاضر، تنها به توضیح کلی تعاریف برجهای خنک کن طبق استاندارد iso اکتفا می شود.
- بدون آگاهی از تعاریف پایه، فهم مکانیزم عملکردی کولینگ تاور برایتان شدیداَ مشکل خواهد بود. بخصوص که اگر در پی بررسی عملکرد دستگاه در شرایط محیطی و کاری مختلف باشید.
تعاریف پارامترهای برجهای خنک‌کن در استانداردهای ایزو 16345
2.1. سرعت جریان هوا:
مقدار کل هوای خشک و بخار مربوطه که در برج خنک کننده در حال فعالیت است.
2.2 شرایط هوای محیط:
هوای جو که در مجاورت برجهای خنک‌کننده باشد؛ اما هنوز تحت تأثیر سیستم قرار نگرفته است.
2.3 کارایی:
تفاوت بین دمای آب سرد (دوباره خنک شده) و دمای مرطوب هوای ورودی.
2.4 انحراف رویکرد:
انحراف بین رویکرد تست انجام شده و کارایی سیستم پس از نصب.
2.5 میزان جریان:
میانگین نرخ تغییر دمای هوای خشک؛ با در نظر گرفتن تغییر ارتفاع از سطح حوضه آب سرد تا حدود دو برابر ارتفاع برج خنک‌کن.
2.6 جهت باد متوسط:
به جهت غالب باد در طول دوره آزمایش و یا زمان بکارگیری محصول اطلاق می شود.
2.7 میانگین سرعت باد:
میانگین اندازه‌گیری‌های سرعت باد در طول دوره.
2.8 فشار هوا:
فشار اتمسفر گرفته شده در طول مدت هر دوره.
2.9 حوضچه آب (بیسین):
ساختار مخزن مانند واقع در زیر برج خنک کننده برای جمع آوری آب خنک شده‌ی در گردش. و سپس هدایت آن به لوله یا خط مکش پمپ گردش. (برای استفاده مجدد در چرخه‌های صنعتی)
2.10 ارتفاع محفظه حوضه:
ارتفاعی که حوضه جمع آوری آب در گردش دارد.
2.11 آب بلوداون:
آب تخلیه شده از سیستم کولینگ؛ برای کنترل غلظت نمک ها یا سایر ناخالصی های آب در گردش.
2.12 ظرفیت:
ظرفیت حرارتی یک برج خنک کننده اندازه گیری شده، به عنوان درصدی از نرخ جریان آب موجود در سیستم بیان می شود.
2.13 سلول
کوچکترین بخش از برج، که به کمک دیوارهای خارجی و دیوارهای جداکننده مستقل میشود. یعنی درواقع بعنوان یک برج کوچک عمل می کند و می‌تواند به عنوان یک واحد مستقل رفتار نماید.
نکته‌ی 1: هر سلول می تواند یک یا چند فن یا پشته و یک یا چند سیستم توزیع داشته باشد.
2.14 ابعاد سلول:
ابعادی که اندازه سلول برجهای خنک کننده را تشکیل می دهد.
نکته 1: ابعاد شامل:
- ابعاد عمود بر محور طولی برج و معمولاً در زوایای قائمه با سطوح ورودی هوا.
- طول: بُعد موازی با محور طولی و صفحه‌ای که معمولاً ورودی های هوا در آن قرار دارند.
- ارتفاع: در برجهای مکشی القایی، فاصله از حاشیه حوضه (حوضچه) تا بالای فن؛ اما بدون احتساب پشته‌فن.
نکته 2: در برج های مکش طبیعی، فاصله از حاشیه حوضه تا محل تخلیه کولینگ تاور.
2.15 تعریف برج خنک کننده مدار بسته در استاندارد ISO16345
این مدل برج خنک کن متشکل از یک جریان آب است که دوباره در خارج از یک مبدل حرارتی مدار بسته حاوی سیال فرآیند، گردش می کند.
نکته 1: هوا در درون دستگاه و خارج از مجرای آب عبوری از کویل مدار بسته، مسیری را طی می کند و باعث خنک شدن سیال (به کمک تبخیر ایندایرکت و تبادل گرمای هوای خنک و آب درون کویل) می شود. هیچ تماس مستقیمی بین سیال و هوای خنک‌کننده رخ نمی دهد.
2.16 آب سرد (دمای آب مجددا سرد شده)
در یک برج خنک کننده، دمای متوسط آب ورودی به حوضچه و دمای هوای خنک ورودی به سیستم مدنظر قرار می‌گیرد. (معمولاَ دمای سیال پس از عملیات خنکسازی، چند درجه خنک تر از دمای هوای پیرامون میشود)
نکته‌ی 1: از اینجا به بعد از اصطلاح “آب سرد” در ISO 16245 استفاده می شود.
2.17 محدوده خنک کننده
براساس تفاوت بین دمای آب سرد و گرم یا سیال موجود در چرخه سیستم، تعیین میگردد.
نکته 1: واژه «محدوده» نیز به این تعریف اطلاق میشود؛ اما به عنوان یک اصطلاح غیر مرجح است.
انواع سیستم کولینگ مدارباز
2.18 برج خنک کننده
بطورکلی دستگاهی است که در آن سیال با تبادل حرارت تبخیری با هوای محیط، خنک می شود.
2.19 ضد جریان:
وضعیتی که در آن هوا و آب، در جهت مخالف با هم در داخل برجهای خنک کننده جریان دارند. (با نام جریان مخالف نیز در ایران شناخته میشوند)
2.20 جریان متقابل:
وضعیتی که در آن جریانهای هوا به صورت عمود بر جریان آب درون برج خنک کننده، وارد می شوند. (آب از بالا به پایین پاشش داشته و هوای خنک از دو سمت به سوی آب جریان دارد)
2.21 بخش تخلیه:
جریان هوای برج خنک‌کننده هنگامی که (جریان هوای مرطوب به طور کامل یا جزئی) تا دمای محیط خنک شود (و فرآیند خنکسازی تمام شود)، توسط دستگاه تخلیه می گردد.
برخی از قطعات و اصطلاحات کولینگ تاور
2.22 سیستم توزیع:
سیستم دریافت آب ورودی به برج خنک‌کن و توزیع آن در منطقه‌ای که با هوای جو تماس دارد.
2.23 حذف کننده رانش:
مجموعه هایی در پایین دست رسانه انتقال حرارت که برای کاهش تلفات قطرات آب، عمل می کنند. (صرفه جویی در مصرف آب با نصب قطره گیر)
2.24 از دست دادن رانش:
بخشی از سرعت جریان آب از دست رفته از برج، به شکل قطرات ریز به صورت مکانیکی در جریان هوای تخلیه که معمولاً به صورت جرم در واحد زمان یا درصدی از نرخ جریان آب در گردش، بیان می شود.
نکته 1: این میزان، مستقل از آب از دست رفته در اثر تبخیر است. یعنی شامل قطرات پرتابی می باشد.
2.25 دمای هوای خشک:
دمای مخلوط بخار و هوا که توسط یک دماسنج و حسگر تمیز محاسبه می شود. دمای خشک را می توان به دو دسته تقسیم کرد:
- الف) دما هوای خشک محیط: بر مبنای دمای خشک هوا که به سمت برج در حال وزیدن است، اندازه گیری می شود.
- ب) دمای هوای خشک ورودی: دمای خشک هوای ورودی به برج. از جمله تأثیر هرگونه گردش مجدد جریانهای هوا به داخل کولینگ تاور و یا تداخل آنها.
2.26 مشخصات هوای ورودی:
میانگین مشخصات جریان هوای ورودی به برج خنک کننده.
2.27 قدرت فن:
توان مصرفی درایور فن؛ که بسته به قرارداد ممکن است شامل درایور باشد یا نباشد. (بعنوان مثال سیستم های هواخنک، معمولاَ از فن های بسیار قدرتمندی بهره می‌برند)
2.28 پکینگ مدیا:
قطعاتی که در برج خنک‌کننده در قسمت تبادل حرارتی، به منظور افزایش سطح و/یا سرعت انتقال حرارت از جریان آب به جریان هوا، تعبیه میشوند. (سطحی برای ایجاد تماس مستقیم و طولانی‌تر میان آب داغ و جریان هوای ورودی)
2.29 نتیجه آزمایش نهایی:
میانگین نتایج حاصل از حداقل تعداد دوره های آزمون معتبر.
2.30 نرخ جریان:
مقدار سیال فرآیند گرم که باید توسط برجها، خنک شود.
2.31 نوع سیال:
نوع سیال فرآیند که باید توسط دستگاه کولینگ تاور، خنک شود.
2.32 عوامل رسوب دهنده:
موادی که قابلیت انتقال حرارت ناشی از سیستم را توسط مبدل حرارتی، به صورت چشمگیری کاهش می دهند. (رسوبات غالباَ بر روی پکینگ برج خنک کننده و نازلها، بوجود می‌آید. دلیل تشکیل لایه‌های رسوبی، عمدتاَ مربوط به خرابی نازل برج خنک کننده و عدم توزیع یکنواخت سیال است)
2.33 افت فشار مبدل حرارتی:
میزان افت فشار سیال در محل های ورودی و خروجی مبدل(های) حرارتی مدار بسته یا برجهای خنک کن مرطوب/خشک. (تنظیم شده برای ارتفاع و سرعت خاص)
2.34 بار حرارتی:
سرعت حذف گرما از سیال فرآیند در داخل سیستم کولینگ.
2.35 دمای سیال داغ:
به دماهای متوسط سیال سیستم ورودی به مبدل حرارتی، در یک برج مدار بسته اطلاق میشود.
2.36 دمای آب گرم:
دمای متوسط آب ورودی در یک برج خنک کننده مدار باز.
2.37 آلودگی حرارتی:
آلودگی حرارتی هوای ورودی به برج خنک کننده توسط یک منبع خارج از دستگاه. (برای مثال هوای خارج شده از برجهای خنک کننده دیگر)
2.38 L/G:
نسبت کل نرخ جریان جرمی مایع (آب) بر گاز (هوای خشک)؛ در یک کولینگ تاور مدار باز.
2.39 تقویت:
آب اضافه شده به سیستم برای جایگزینی آبهای از دست رفته در اثر تبخیر، رانش، انفجار و نشت.
2.40 برج خنک کننده مکش مکانیکی
برج خنک کننده ای که در آن گردش هوا توسط یک فن، ایجاد می شود. برجهای خنک‌کن مکش مکانیکی را می توان به این دو دسته تقسیم کرد:
- الف) کشنده (مکش) اجباری: فن در جریان هوای ورودی قرار دارد.
- ب) مکنده القایی: فن در مسیر جریان هوای تخلیه قرار دارد.
2.41 برجهای خنک کن کششی طبیعی
دستگاهی که در آن گردش هوا، با اختلاف چگالی بین هوای خنک‌تر خارج از برج خنک‌کننده و هوای گرم‌تر و مرطوب‌تر داخل آن ایجاد میشود. (مدلهای برج هذلولی بدون فن و دارای درگاه های ورودی هوای طبیعی، از این دست سیستمها بشمار می‌روند)
نکته‌ی 1: برج های کششی طبیعی را می توان به فن نیز مجهز کرد.
2.42 سایت:
طرحی که به طور کلی برای یک محیط بزرگ آماده شده و عملکرد آن وابسته به پروژه است.
2.43 برج خنک کننده مدار باز (مرطوب) در استاندارد ISO 16345
برج خنک کننده مدارباز نوع دیگری از این سیستم‌هاست که در آن سیال، فرآیند آب گرم است؛ که با انتقال جرم و گرما از طریق تماس مستقیم با هوای اتمسفر، خنک می شود. برخی از قطعات و تعاریف مربوط به این سیستم ها عبارتست از:
2.44 دیوار جداکننده:
دیوار داخلی عمودی، عرضی، طولی یا شعاعی، که یک کولینگ تاور را به یکسری سلول ها تقسیم میکند.
2.45 سیال پردازش:
سیالی که برای انتقال گرما از منبع گرما به برج خنک کننده، بکار گرفته می شود. سیالات موردنظر می‌توانند بصورت آب یا هر عنصر شیمیایی، ترکیب یا مخلوط، مایع یا گاز در جریان تک‌فاز باشند.
2.46 سر پمپ:
در یک برج مدار باز، شامل مجموعه‌ی هد استاتیک و هد دینامیکی از رابط ورودی تا تخلیه سیستم توزیع به جو میشود.
2.47 گردش مجدد:
بخشی از هوای خروجی که دوباره وارد دستگاه می گردد.
2.48 رطوبت نسبی:
نسبت کسر مولی بخار آب در یک نمونه هوای معین به کسر مولی بخار آب؛ در نمونه ای از هوای اشباع در دما و فشار یکسان. (که معمولاً به صورت درصد بیان می شود)
2.49 نوع سری:
برجی که آماده شده و در کاتالوگ سازنده توضیح داده شده است، معمولاً در کارخانه مونتاژ میشود. بنابراین داده های عملکرد، از پیش تعیین شده است.
2.50 اسپری جریان آب:
مقدار آب جاری در خارج از مبدل حرارتی در یک برج مدار بسته.
آزمایشات و بازرسی سیستم کولینگ در استاندارد ISO 16345:2014
2.51 مسئول ازمایش:
شخص یا نهادی که مسئول انجام آزمایش است.
2.52 دوره آزمایشی:
مدت زمانی که در آن مقدار هر اندازه گیری، باید میانگین گرفته شود. می توان آن ها را بعنوان نتایج دوره آزمون مورد محاسبه و انالیز قرار دارد.
2.53 ثبت ارقام آزمایش:
مجموعه‌های جداگانه ای از داده ها در فواصل منظم، برای هر ابزار یا نقطه اندازه گیری مورد نیاز ثبت می گردد.
2.54 تاخیر حرارتی:
فاصله زمانی، قبل از اینکه دمای آب خروجی از تاثیر هوای خنک کننده در نقطه اندازه گیری تشخیص داده شود.
2.55 حد فشار:
مقدار عددی تعریف‌شده در اسناد قرارداد یا توسط یک برنامه گواهینامه بیان شده؛ بر حسب درصد یا درجه سانتیگراد. (که می تواند در هنگام تعیین انطباق با معیارهای قبولی / عدم موفقیت در نتایج آزمایش، اعمال شود)
معمولاً برای در نظر گرفتن تنوع آزمون، یک تلورانس نیز انتخاب میشود.
2.56 کل مواد جامد محلول:
شامل وزن مواد معدنی و آلی محلول در واحد حجم آب. به طور معمول، بیش از 90٪ از تمام جامدات محلول در آب، به صورت شش یون مختلف هستند. انواع عناصر:
- کلسیم،
- منیزیم،
- سدیم،
- کلریدها،
- سولفات ها
- و کربنات ها،
معمولاً به صورت mg/l بیان می شوند که برای حذف آنها باید از سختی گیر و رزین سختی گیر استفاده کنید.
2.57 کل مواد جامد معلق:
وزن ذرات، اعم از آلی و معدنی و معلق؛ اما حل نشده در واحد آب.
نکته 1: کل مواد جامد معلق، معمولاً به صورت mg/l بیان می شوند.
2.58 عدم قطعیت، تصادفی:
تخمینی که محدوده مقادیری را مشخص میکند تا در آن با درجه اطمینان معینی، بتوان انتظار داشت که ارزش واقعی اندازه‌گیری وجود داشته باشد.
2.59 دوره آزمون معتبر:
دوره آزمایشی که در آن ثبات و مقادیر پارامترهای اندازه گیری شده در محدوده، اعلام شده باشد.
سرعت و دمای جریان آب و هوا در کولینگ تاور
2.60 سرعت باد بالای برج:
میزان سرعت هوای موجود در جو برج خنک کننده را سرعت باد بالای سیستم کولینگ تلقی می کنند.
2.61 سرعت جریان آب:
مقدار آب گرمی که به یک برج خنک کن باز جریان می یابد.
2.62 شارژ مجدد آب:
نرخ جریان آب، به جهت پر کردن کولینگ تاور است. (با نام آب جبرانی نیز شناخته شده و پس از کاهش سطح آب از حد معین، آب جبرانی به سیستم کولینگ تزریق خواهد شد)
2.63 دمای مرطوب:
دمای هوای نشان داده شده توسط دماسنج؛ که حسگر آن توسط یک فتیله کاملا مرطوب و تهویه مناسب، پوشیده شده است. این مولفه اگر به درستی اندازه گیری گردد، به دمای یک اشباع آدیاباتیک نزدیک می شود. شاخصه‌های دمای هوای نشان داده‌شده، می تواند بیشتر به عنوان یکی از دو دسته طبقه بندی پایین باشد:
- دمای مرطوب محیط: شامل اندازه گیری دمای مرطوب هوا که به سمت برج جریان دارد.
- دمای هوای ورودی مرطوب: دمای مرطوب هوای ورودی به کولینگ تاور؛ از جمله تأثیر هرگونه گردش مجدد و یا تداخل.
2.64 برج خنک کننده مرطوب/خشک
برج خنک کننده دارای دو حالت انتقال حرارت همزمان می باشد: 1) مرطوب و 2) خشک. سیستم های کولینگ مرطوب/خشک می توانند از نوع باز یا بسته باشند و اغلب برای کنترل یا محدود کردن بخش تخلیه استفاده می شوند. اما امکان بکارگیری از آنها برای کاهش مصرف آب نیز وجود دارد.
2.65 طرح:
مجموعه ای از پارامترهای تعریف شده توسط مشخصات یا قرارداد. به‌عنوان مبنایی که بر اساس آن، عملکرد برج خنک کن تجزیه و تحلیل می گردد.
