معدات وحدات التشغيل

أبراج التبريد Cooling Towers – الجزء الثاني

أبراج التبريد الجزء الثاني

أنواع أبراج التبريد Cooling Towers Types

تعرف على أبراج التبريد وكيفية عملها وتطبيقاتها ومشاكل هذه الأبراج وكيفية حلها، في المقال التالي:
أبراج التبريد – الجزء الأول

إقرأ أيضا:المراجل Boilers – نظرة عامة

أبراج التبريد هي مبادلات حرارية تعمل على تبريد المياه بالتبخير في حيزٍ محدود وبكفاءةٍ عالية، وهي تقسم إلى أنواع عديدة بناءاً على عوامل مختلفة (مثل كيفية تشكل تيار الهواء الساري في البرج ، وبناءاً على طريقة الاتصال بين الماء والهواء داخل البرج، وأيضاً بناءاً على الاتصال المباشر للماء والهواء أو غير المباشر داخل البرج).

تقسم الأبراج إلى نوعين بناءاً على كيفية تشكل تيار الهواء الساري في البرج أو ما يسمى بالـ (Air Draft)، هذان النوعان هما:

  • النوع الأول: أبراج تيارات الهواء الجوية (Atmospheric Draft Cooling Towers):

    وتسمى أيضاً بأبراج التبريد الطبيعية (Natural Draft). في هذه الأبراج يكون مصدر تيارات الهواء هو الجو المحيط بالبرج، بدون تدخل الألات الميكانيكية مثل المراوح، وهي تحتوي على فوهات رش (Spray nozzles) توجد في أعلاها ، حيث تقوم بنفث رذاذ الماء الساخن الداخل إلى البرج على شكل قطرات صغيرة تسقط فوق سطوح تسمى بالحشوات (Fills). هذه الحشوات تعمل على زيادة مساحة التبادل بين الماء الساخن وبين الهواء البارد، بالإضافة إلى تقليل سرعة سقوط القطرات إلى حوض البرج، مما يزيد في كفاءة عمله بشكل كبير.

    إقرأ أيضا:المبردات Chillers – الجزء الثاني
Atmospheric draft cooling

تحتوي أبراج التيارات الجوية على مداخل للهواء تسمى الكوّات أو الفتحات الهوائية (Louvers) على طول البرج حتى تسمح للهواء الجوي المحيط بالبرج بالدخول إليه. هذه الأبراج بالعادة تنصب خارج المباني أو على الأسطح بحيث يمر عليها الهواء بحرية، إلا أن كفاءتها مع ذلك تعتبر منخفضة؛ لأنها تتأثر بشدة واتجاه الرياح وبالتالي تكون الأبراج الطبيعية ذات حجم وارتفاع كبيرين حتى تعوض ضعف هبوب الهواء واتجاهه.

  • النوع الثاني: أبراج تيارات الهواء الميكانيكية (Forced Draft Cooling Towers):
    وتسمى أيضا بأبراج التبريد ذات التيار الهوائي القسري (الجبري)، والتي تكون حركة الهواء فيها بفعل آلات ميكانيكية (مراوح)، وهي على نوعين:
  1. أبراج تيارات الهواء القسرية أو تيارات الدفع (Forced Draft Cooling Towers):
    لا تحتوي هذه الأبراج على كوّات أو فتحات هوائية، وتعمل بالإعتماد على المروحة الموجودة أسفل قاعدة البرج التي تقوم بدفع الهواء خلال البرج ويكون ضغط الهواء داخله أكبر من الضغط الجوي المحيط به. تمتاز هذه الأبراج بأن الاهتزاز والضجيج الناتج عنها قليل؛ حيث أن الأجزاء المتحركة فيه (المروحة) مبنية على أساس صلب أسفل البرج، كما أن المروحة تتعامل بالعادة مع هواء جاف كونها بالأسفل، مما يعني أن تأثير التآكل ومشاكل تكثيف المياه فيه قليلة جداً.
  2. أبراج تيارات الهواء المستحثة أو تيارات السحب (Induced Draft Cooling Towers): تعمل المروحة الواقعة أعلى البرج على سحب الهواء من البرج، ويكون ضغط الهواء داخل البرج أقل من الضغط الجوي، أي أن ضغط الهواء داخل البرج يكون سالب وموجب في حالة الدفع.
Forced Draft
Induced Draft

في أبراج التبريد ذات التيارات الميكيانيكية ، توجد موانع هوائية (Drift Eliminators) في الجزء العلوي من البرج، وتستخدم لمنع خروج قطرات المياه مع الهواء الخارج من البرج. كما يتواجد فيها مجموعة من المرشات أعلى البرج لضخ الماء الساخن القادم من العمليات الصناعية المختلفة إلى أسفل البرج كما هو الحال في أبراج التبريد ذات التيارات الجوية.
تحتوي هذه الأبراج عادةً على حشو مصنوع إما من الفولاذ أو من الخشب (Wooden Decking) المغطى بألواح من الألمنيوم أو الفولاذ المجلفن لزيادة مساحة السطح المبلل ولتذرية المياه إلى قطرات صغيرة والعمل على تباطؤ سقوط القطرات إلى قاع الحوض.

إقرأ أيضا:المبردات Chillers – الجزء الأول

من التصنيفات الأخرى لأبراج التبريد، هو تصنيفها بناءً على طريقة الاتصال بين الماء والهواء داخل البرج، وتقسم إلى الأنواع التالية:

  1. أبراج ذات سريان متوازي (Concurrent): وفيها يسري الماء والهواء في نفس الاتجاه إلى الأسفل عبر الحشوات، وجريان الهواء إما أن يكون بالدفع أو بالسحب بمروحة.
  2. أبراج ذات سريان متعاكس (Counter Current): وفيها تسري المياه إلى الأسفل والهواء إلى الأعلى عبر الحشوات، وتشغل مساحة أقل من الأبراج ذات السريان المتعامد ولكنها أكثر ارتفاعاً من النوع السابق الذكر.
  3. أبراج ذات سريان متعامد (Cross Current): وفيها يسري الهواء أفقيًا والماء رأسيًا إلى أسفل، ويمتاز هذا النوع بالمزايا التالية:
    – يكون ارتفاع البرج هنا أصغر مما هو في برج التبريد ذو الجريان المعاكس، وتعتبر هذه ميزة في الحالات التي تتطلب ارتفاعات قليلة لبرج التبريد.
    – نسبة انخفاض الضغط (pressure drop) مقارنةً مع سعة البرج وكميات الهواء والماء فيه أقل من تلك الموجودة في أبراج السريان المتعاكس.
    – الطاقة المطلوبة لتشغيل المراوح في هذا النوع من الأبراج أقل، وبالتالي تكاليف الطاقة الكلية لتشغيل هذا البرج أقل.

وأخيراً، يتم تصنيف أبراج التبريد بناءً على اتصال الماء بالهواء بشكل مباشر أو غير مباشر داخل البرج إلى النوعين التاليين:

النوع الأول: أبراج التبريد ذات الحلقة المفتوحة (Open Circuit Cooling Towers):
وتسمى أيضاً بأبراج التبريد المباشرة (Direct Cooling Towers)، في هذا النوع هناك اتصال مباشر بين الماء والهواء، وطريقة التبريد تتم داخله حسب الخطوات التالية (تتبع الخطوات على الرسم التوضيحي بالأسفل):

  1. يتم توجيه المياه التي تحتاج إلى تبريد إلى الجزء العلوي من برج التبريد.
  2. المرشات (المشار إليها بالحرف A) توزع الماء على حشوات البرج (المشار إليها بالحرف B).
  3. ينتشر الماء على شكل طبقات رفيعة على سطح الحشوات بفضل تصميمها الخاص، مما يسمح باتصال أكبر بين الماء والهواء.
  4. تدفع المراوح أو تشفط بناءً على نوعها الهواءَ المحيط من خلال الحشوات، مما يسبب برودة الماء وسخونة الهواء كما شرحنا سابقًا.
  5. الهواء الساخن المشبع ببخار الماء والرطوبة سوف يخرج من أعلى البرج المفتوح.
  6. يتم تجميع الماء البارد في الحوض (basin) المشار إليه بالحرف C، بحيث يمكن إعادة استخدامه في عمليات التصنيع المختلفة.
  7. الموانع الموجودة فوق المرشات تعمل على منع قطرات الماء البارد من الخروج من برج التبريد.
Open Circuit Tower

النوع الثاني: أبراج التبريد ذات الحلقة المغلقة (Closed Circuit Cooling Towers):
وتسمى أيضاً بأبراج التبريد غير المباشرة (Indirect Cooling Towers)، ولا يوجد فيها اتصال مباشر بين الماء والهواء، ولكن يتم استخدام مبادل حراري إضافي لهذا الغرض.
ويتم استخدام هذا النوع عادةً عندما لا يجب أن يكون الماء المراد تبريده على اتصال مع الهواء (كما في الصناعات الغذائية)، لهذا يكون من الضروري استخدام مبادل حراري إضافي هنا. حيث يفصل المبادل الحراري المياه المستخدمة في العمليات الصناعية التي تحتاج التبريد عن المياه التي تم تبخير جزء منها في برج التبريد. وطريقة التبريد تتم حسب الخطوات التالية (تتبع الخطوات على الرسم التوضيحي بالأسفل):

  1. تعمل أبراج التبريد المغلقة بطريقة مشابهة لأبراج التبريد المفتوحة، إلا أن المحتوى الحراري (Q) الموجود في السائل المراد معالجته (السائل الذي يجري تبريده) يتم نقله إلى الهواء المحيط من خلال ملف لتبادل الحرارة (Coils).
  2. يعمل ال (Coil) على عزل السائل المراد تبريده عن الهواء الخارجي، مما يمكنه من الحفاظ على نظافته ومنع تلوثه داخل الحلقة المغلقة.

هذه العملية تتم من خلال دورتين منفصلتين للموائع الموجودة في برج التبريد المغلق، ألا وهما:

  • الدورة الخارجية (External Circuit): حيث تسري مياه الرش من المرشات فوق الملف وتخلط مع الهواء الخارجي ومنها إلى الحوض ثم يعاد ضخها من خلال مضخة لأعلى البرج، إلى المرشات مشكِّلَةً دورة متكاملة خارجية.
  • الدورة الداخلية (Internal Circuit): حيث تسري فيها المياه أو السائل المراد تبريده داخل الملف.

أثناء عملية التشغيل، تتنقل الحرارة من الدورة الداخلية من خلال الملف إلى ماء الرش الملامس للملف من الخارج ومنه إلى الهواء الخارج من البرج أثناء عملية التبخير التي تتم في الملف.

إعداد: م. حمزة العمايرة
تحرير وتدقيق: م. ماجدة الشريقي

السابق
أبراج التبريد Cooling Towers – الجزء الأول
التالي
المبردات Chillers – الجزء الأول

اترك تعليقاً