اختيار -أبراج تبريد الدوائر المغلقة

الأخطاء الشائعة "3" في -أبراج تبريد الدائرة المغلقة

المأزق 1: الاختيار الخاطئ لمواد الملف، مما يؤدي إلى اختراق الصدأ وتسرب الماء لملف برج التبريد بالدائرة المغلقة -؛

المأزق 2: الفشل في إضافة مادة مضادة للتجمد إلى الوسط، مما يؤدي إلى تجميد الوسط بعد إيقاف تشغيل المعدات في الشتاء، مما يؤدي إلى انفجار الملف؛

المعضلة الثالثة: سوء تقدير حجم مياه الرش مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في تكاليف استهلاك الطاقة.

المبادئ الأساسية لأبراج تبريد الدوائر-المغلقة

تعمل أبراج التبريد ذات الدائرة المغلقة- على تحقيق التبريد من خلال التبادل الحراري غير المباشر. يتدفق الوسط المتداول (مثل الماء أو محلول جلايكول الإيثيلين) في ملف مغلق، ويتم التخلص من الحرارة من خلال تبخر الماء بالرش والحمل الحراري للهواء. يعتمد المبدأ الأساسي لأبراج التبريد ذات الدائرة المغلقة- على ثلاث عمليات رئيسية: التبادل الحراري، والتبريد بتبخر الماء، وتدفق الهواء.

عملية التبادل الحراري

1.1 وسيلة نقل الحرارة

في أبراج التبريد ذات الدائرة المغلقة، يُستخدم الماء عادةً كوسيط لنقل الحرارة. يتم أولاً نقل الحرارة الصادرة من المعدات أو النظام المراد تبريده (مثل المعدات الصناعية، ومكثفات أنظمة تكييف الهواء، وما إلى ذلك) إلى المياه المتداولة.

تتدفق المياه المتداولة في نظام مغلق دون الاتصال المباشر بالبيئة الخارجية، وبالتالي ضمان استقرار جودة المياه ومنع الشوائب من دخول النظام.

1.2 دور المبادل الحراري

وتتمثل المهمة الرئيسية للمبادل الحراري في نقل الحرارة بكفاءة من المعدات إلى المياه المتداولة.

عندما يدخل الماء المتداول الذي يحمل الحرارة من الجهاز إلى المبادل الحراري، يتم نقل الحرارة من جانب درجة الحرارة الأعلى (جانب الماء المتداول) إلى الجانب الأقل درجة حرارة (جانب سائل التبريد). في أبراج التبريد ذات الدائرة المغلقة، يكون سائل التبريد عادةً هو الهواء، ولكن على عكس أبراج التبريد المفتوحة، لا يتصل الهواء مباشرة بالمياه المتداولة.

عملية التبريد بتبخر الماء

2.1 ملف التبريد ونظام الرش

عادةً ما يكون ملف التبريد الموجود في برج التبريد ذو الدائرة المغلقة- مصنوعًا من المعدن، على شكل حلزوني أو أشكال أخرى، ويتم وضعه داخل برج التبريد. يتدفق الماء المتداول في الملف، ويتبادل الحرارة مع الهواء الموجود خارج الملف.

برج التبريد مُجهز بنظام رش، والذي يقوم برش جزء صغير من الماء المتداول إلى قطرات ماء ناعمة. تشكل هذه القطرات طبقة مائية على سطح الملف. عندما يمر الهواء عبر الملف تحت تأثير مروحة البرج، تتلامس القطرات مع الهواء.

2.2 مبدأ تبديد الحرارة بالتبخر

عندما تتلامس القطرات المرشوشة مع الهواء، يتبخر الماء، وتمتص عملية التبخر كمية كبيرة من الحرارة، التي تأتي من حرارة الماء المتداول في الملف.

مع تبخر الماء، تنخفض درجة حرارة الماء المتداول في الملف تدريجياً. يدور الماء المبرد في النظام المغلق، ويعود إلى الجهاز ليتم تبريده، ويمتص الحرارة من الجهاز مرة أخرى، وتستمر هذه الدورة لتحقيق التبريد المستمر.

عملية تدفق الهواء

3.1 دور المروحة

تعمل المروحة بشكل أساسي على تعزيز تدفق الهواء في برج التبريد. عادة ما يتم تركيب المروحة على الجزء العلوي أو الجانبي من برج التبريد، مما يخلق ضغطًا سلبيًا من خلال الدوران لسحب الهواء الخارجي إلى داخل البرج.

بعد دخول برج التبريد، يمر الهواء عبر ملف التبريد ومنطقة الرش. يمكن تعديل سرعة الدوران وحجم الهواء للمروحة وفقًا للاحتياجات الفعلية للتحكم في معدل التبادل الحراري بين الهواء والماء.

3.2 اتجاه التبادل الحراري بين الهواء والماء

في برج التبريد، يقوم الهواء والماء بإجراء تبادل حراري معاكس للتيار. يتدفق الهواء من الأسفل إلى الأعلى، بينما يتدفق الماء من الأعلى إلى الأسفل (داخل الملف). يمكن لوضع التيار المعاكس هذا أن يحافظ على اختلاف درجة الحرارة بين الهواء والماء مستقرًا نسبيًا، وبالتالي تحسين كفاءة التبادل الحراري.

التركيب الهيكلي لأبراج التبريد ذات الدوائر المغلقة-.

الملف: مصنوع من مواد مقاومة للتآكل-(مثل الفولاذ المقاوم للصدأ 304 أو الأنابيب النحاسية)، مع تدفق الوسيط المراد تبريده إلى الداخل؛

نظام الرش: يرش ماء التبريد بشكل موحد على سطح الملف؛

المروحة: قوى تدفق الهواء (مروحة محورية أو مروحة طرد مركزي)؛

خزان المياه: يجمع ويوزع مياه الرش.

الحشو: يزيد من مساحة التلامس بين الماء والهواء؛

وسط أبراج التبريد ذات الدوائر المغلقة ومعلمات خصائصها الفيزيائية

وسط أبراج تبريد الدوائر-المغلقة: الوسيط المستخدم في أبراج تبريد الدوائر-المغلقة هو بشكل عام الماء وجلايكول الإيثيلين. ويشيع استخدام الماء كوسيط في الجنوب، ويستخدم وسط جلايكول الإيثيلين في الشمال.

معلمات الخصائص الفيزيائية للمياه

المعلمة	القيمة (20 درجة)	القيمة (40 درجة)	الأهمية الهندسية
الكثافة (ρ)	998 كجم/م3	992 كجم/م3	يؤثر على قوة المضخة وحساب معدل التدفق
السعة الحرارية النوعية (Cp)	4.18 كيلوجول/(كجم·درجة)	4.18 كيلوجول/(كجم · درجة )	المعلمة الأساسية لحساب الحمل الحراري
الموصلية الحرارية (π)	0.598 واط/(م·درجة)	0.630 واط/(م·درجة)	يؤثر على كفاءة نقل الحرارة لفائف
اللزوجة الديناميكية (μ)	1.002×10⁻³ باس	0.653×10⁻³ باس	يحدد مقاومة التدفق وانخفاض الضغط
نقطة التجمد	0 درجة	-	مفتاح لتصميم التجمد في فصل الشتاء
نقطة الغليان	100 درجة	-	-

ملاحظة: تتغير الخواص الفيزيائية للماء بشكل كبير مع تغير درجة الحرارة. على سبيل المثال، اللزوجة هي 1.787×10⁻³ Pa·s عند 0 درجة و 0.467×10⁻³ Pa·s عند 60 درجة؛ وتنخفض الموصلية الحرارية إلى 0.68 وات/(م·درجة) عند 100 درجة.

معلمات الخاصية الفيزيائية لمحلول جلايكول الإيثيلين (20 درجة)

المعلمة	قيمة	التغيير مقارنة بالمياه النقية	تأثير التصميم
الكثافة (ρ)	1070 كجم/م3	+7%	تحتاج طاقة المضخة إلى زيادة بحوالي 8%
السعة الحرارية النوعية (Cp)	3.45 كيلوجول/(كجم · درجة )	-17%	يتطلب معدل تدفق أكبر لنفس الحمل الحراري
الموصلية الحرارية (π)	0.39 واط/(م·درجة)	-35%	انخفاض كفاءة نقل الحرارة
اللزوجة الديناميكية (μ)	3.5×10⁻³ باس	+450%	زيادة كبيرة في مقاومة التدفق

العلاقة بين تركيز جلايكول الإيثيلين النموذجي ونقطة التجمد

تركيز جلايكول الإيثيلين	نقطة التجمد (درجة)	نقطة الغليان (درجة)	سيناريوهات التطبيق
30%	-15	106	المتطلبات العامة للتجمد
50%	-37	110	المناطق شديدة البرودة أو ظروف العمل ذات درجات الحرارة المنخفضة-.
60%	-55	113	بيئات ذات درجات حرارة منخفضة للغاية-.

ملاحظة: كلما زاد تركيز جلايكول الإيثيلين، انخفضت نقطة التجمد، ولكن اللزوجة تزداد بشكل حاد (تتطلب مضخة رأس عالية-)؛ يحتوي محلول جلايكول الإيثيلين على تآكل طفيف للمعادن، لذلك يجب إضافة مثبطات التآكل (مثل البورات) أو يجب استخدام لفائف سبائك النيكل من الفولاذ المقاوم للصدأ أو النحاس-؛ تحدد متطلبات نقطة التجمد تركيز جلايكول الإيثيلين، لكن التركيز العالي سيزيد بشكل كبير من استهلاك طاقة المضخة؛ يوصى بتحسين التركيز من خلال منحنى درجة حرارة اللزوجة -؛ معامل نقل الحرارة لمحلول جلايكول الإيثيلين أقل بنسبة 30%-40% من الماء النقي، لذلك يجب زيادة مساحة الملف أو حجم الهواء.

الأنواع والمواد والمزايا والعيوب الشائعة لملفات برج التبريد ذات الدائرة المغلقة-

(1) أنابيب النحاس (أنابيب النحاس الأحمر)

المزايا:

موصلية حرارية ممتازة: تتميز أنابيب النحاس الأحمر بموصلية حرارية عالية (380 واط/م·ك)، مع كفاءة كبيرة في التبادل الحراري، ومناسبة لسيناريوهات اختلاف درجات الحرارة المتوسطة والعالية.

مقاومة قوية للتآكل: مقاومة طبيعية للتآكل الناتج عن الماء، والوسائط الحمضية/القلوية الضعيفة، مع عمر خدمة طويل (عادة أكثر من 20 عامًا).

خواص ميكانيكية مستقرة: جدران رقيقة-(8-10 مم) ولكن ذات قوة عالية، مع تكنولوجيا اللحام الناضجة (قضبان اللحام القائمة على الفضة) وأداء الختم الجيد.

العيوب:

التكلفة العالية: يعد النحاس باهظ الثمن، حيث يبلغ الاستثمار الأولي حوالي 1.5 مرة مقارنة بأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ.

ثقيلة نسبيًا: أثقل من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ بنفس الحجم، وتتطلب هياكل دعم إضافية للتركيب.

(2) أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ (304/316 لتر)

المزايا:

مقاومة ممتازة للتآكل: يمكن للفولاذ المقاوم للصدأ 316L على وجه الخصوص أن يتحمل البيئات القاسية مثل الأحماض القوية ورذاذ الملح، مع عمر خدمة يصل إلى 15-20 عامًا.

قوة تحمل الضغط العالي-: يمكنها تحمل ظروف العمل ذات الضغط العالي- وليس من السهل تشويهها.

العيوب:

الموصلية الحرارية المنخفضة: تتطلب الموصلية الحرارية (16 واط/م·ك) زيادة في مساحة الملف أو حجم الهواء لتعويض الكفاءة.

المعالجة الصعبة: يتطلب اللحام تقنية اللحام بقوس الأرجون، مع متطلبات فنية عالية، ويكون عرضة للتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي.

(3) أنابيب الصلب الكربوني (المجلفن)

المزايا:

تكلفة منخفضة: السعر هو فقط 1/3 إلى 1/2 من الأنابيب النحاسية، وهو مناسب للمشاريع ذات الميزانيات المحدودة.

معالجة سهلة: سهلة اللحام والقطع، ومناسبة للتركيب السريع.

العيوب:

مقاومة ضعيفة للتآكل: الجلفنة مطلوبة لإطالة عمر الخدمة، ولكن التآكل لا يزال عرضة للحدوث على المدى الطويل (عمر الخدمة حوالي 5-8 سنوات).

معدل تحجيم عالي: السطح الخشن عرضة للتقشير، ويتطلب تنظيفًا متكررًا، مما يقلل من كفاءة التبادل الحراري.

(4) أنابيب سبائك التيتانيوم

المزايا: مقاومة قوية للغاية للتآكل (خاصة لأيونات الكلوريد)، وخفيفة الوزن، ومناسبة لتبريد مياه البحر والصناعة النووية.

العيوب: التكلفة العالية للغاية (حوالي 5 أضعاف تكلفة الفولاذ المقاوم للصدأ) والمعالجة الصعبة.

(5) أنابيب سبائك الألومنيوم

المزايا: خفيف الوزن وموصلية حرارية جيدة نسبيًا (حوالي 200 واط/م·ك).

العيوب: قوة ميكانيكية منخفضة وعرضة للتآكل بواسطة الوسائط القلوية.