تصميم وتركيب برج تبريد مغلق

تلعب أبراج التبريد ذات الدائرة المغلقة (المعروفة أيضًا باسم أبراج التبريد ذات الحلقة المغلقة) دورًا حاسمًا في أنظمة تبديد الحرارة الصناعية. بخلاف أبراج التبريد ذات الدائرة المفتوحة، فإنها تتميز بحلقة مغلقة لسائل العملية، مما يمنع التلوث بشكل فعال ويضمن التشغيل المستقر للمعدات المرتبطة بها.

يتمثل مبدأ التصميم الأساسي لبرج التبريد ذي الدائرة المغلقة في تحقيق تبادل حراري فعال بين سائل العملية (الذي يدور في ملف مغلق) والهواء المحيط. تنتقل الحرارة من سائل العملية إلى سطح الملف، ثم تتبدد في الغلاف الجوي من خلال التأثير المشترك للتيار القسري وتبخر الماء على سطح الملف. أثناء عملية التصميم، من الضروري تحقيق التوازن بين كفاءة التبادل الحراري واستهلاك الطاقة والاستقرار التشغيلي، مع مراعاة خصائص سيناريو التطبيق ومتطلبات سائل العملية بشكل كامل.

اعتبارات التصميم الأساسية

2.1 تحديد سعة التبادل الحراريتعتبر سعة التبادل الحراري المؤشر الأساسي لبرج التبريد ذي الدائرة المغلقة، والذي يتم تحديده بناءً على الحمل الحراري للنظام، ودرجات حرارة مدخل ومخرج سائل العملية، وظروف درجة الحرارة المحيطة. الصيغة لحساب الحمل الحراري هي كما يلي: \( Q = c \أوقات m \أوقات \دلتا T \), حيث \( Q \) هو الحمل الحراري (كيلوواط)، و\( c \) هي السعة الحرارية النوعية لسائل العملية (كيلوجول/(كيلوجرام·درجة مئوية))، و\( m \) هو معدل تدفق كتلة سائل العملية (كيلوجرام/ثانية)، و\( \دلتا T \) هو فرق درجة الحرارة بين مدخل ومخرج سائل العملية (درجة مئوية). في التصميم العملي، ينبغي تخصيص هامش معين (عادةً 10٪ - 20٪) للتعامل مع التقلبات في الحمل الحراري والتغيرات في الظروف المحيطة.

2.2 اختيار مادة الملف وهيكلهالملف هو المكون الأساسي لتبادل الحرارة، ومادته وهيكله يؤثران بشكل مباشر على كفاءة تبادل الحرارة وعمر الخدمة. تشمل المواد الشائعة المستخدمة في صناعة اللفائف الفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للصدأ (304، 316L) والنحاس. يُعد الفولاذ الكربوني مناسبًا لسوائل العمليات غير المسببة للتآكل والمشاريع منخفضة التكلفة؛ يتمتع الفولاذ المقاوم للصدأ بمقاومة ممتازة للتآكل ويستخدم على نطاق واسع في البيئات القاسية مثل الصناعات الكيميائية والصيدلانية؛ يتميز النحاس بموصلية حرارية عالية وهو مناسب للسيناريوهات التي تتطلب كفاءة عالية في تبادل الحرارة. من حيث الهيكل، يتم عادةً اعتماد الملفات ذات الزعانف لزيادة مساحة التبادل الحراري. ينبغي اختيار نوع الزعانف (مثل الزعانف المستطيلة والزعانف المموجة) وكثافة الزعانف وفقًا لمعدل تدفق الهواء وخطر التلوث. على سبيل المثال، في البيئات ذات المحتوى العالي من الغبار، ينبغي اختيار كثافة زعانف منخفضة لتجنب الانسداد.

2.3 تصميم نظام توزيع الهواءيتكون نظام توزيع الهواء من مراوح ومداخل هواء وقنوات هواء، وهو المسؤول عن توفير تدفق هواء كافٍ لتعزيز التبخر وتبديد الحرارة. يجب اختيار نوع المروحة (التدفق المحوري أو الطرد المركزي) بناءً على متطلبات الضغط وقيود الضوضاء للنظام. تُستخدم مراوح التدفق المحوري بشكل شائع في أبراج التبريد ذات الدائرة المغلقة نظرًا لحجم الهواء الكبير واستهلاك الطاقة المنخفض. يمكن تصميم سرعة المروحة بتردد متغير لضبط حجم الهواء وفقًا للحمل الحراري الفعلي، مما يحقق تشغيلًا موفرًا للطاقة. ينبغي ترتيب مداخل الهواء بشكل معقول لضمان توزيع متساوٍ للهواء على كامل سطح الملف، وتجنب المناطق الميتة المحلية التي قد تقلل من كفاءة التبادل الحراري. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تركيب مرشحات الهواء عند مداخل الهواء لمنع دخول الغبار والحطام إلى جسم البرج.

2.4 تصميم نظام رش الماءيُستخدم نظام رش الماء لرش الماء المتداول على سطح الملف، مما يشكل طبقة رقيقة من الماء لتعزيز التبادل الحراري من خلال التبخر. تشمل معايير التصميم الرئيسية كثافة رذاذ الماء ونوع الفوهة وتجانس توزيع الماء. يتم التحكم في كثافة رذاذ الماء بشكل عام عند 0.8 - 1.2 م³/(م²·س). يجب أن تتمتع الفوهات بأداء رذاذ جيد لضمان توزيع الماء بالتساوي على سطح الملف. تشمل أنواع الفوهات الشائعة فوهات الضغط والفوهات الطاردة المركزية. تُعد فوهات الضغط مناسبة لأنظمة إمداد المياه ذات الضغط العالي، بينما تتمتع الفوهات الطاردة المركزية بأداء أفضل في مقاومة الانسداد. بالإضافة إلى ذلك، يلزم وجود خزان لتجميع المياه ومضخة تدوير في النظام. ينبغي أن تكون سعة خزان تجميع المياه كافية لتلبية احتياجات تخزين المياه وتدويرها، وينبغي اختيار مضخة التدوير بناءً على معدل تدفق المياه ومتطلبات الضغط.

2.5 اعتبارات الوقاية من التآكل والترسبات: نظرًا لوجود تبخر الماء واحتمالية تآكل سائل العملية، يُعدّ التآكل والترسبات من المشاكل الشائعة في أبراج التبريد ذات الدائرة المغلقة. لذا، ينبغي اتخاذ تدابير وقائية مناسبة في التصميم. على سبيل المثال، يمكن تطبيق طلاءات مضادة للتآكل على السطح الداخلي لجسم البرج والملف؛ وبالنسبة للمياه المتداولة، يمكن تركيب معدات معالجة المياه (مثل أجهزة التليين والمطهرات) للتحكم في عسر الماء ومحتواه الميكروبي، مما يقلل من الترسبات والتلوث البيولوجي. إضافةً إلى ذلك، يجب أن يتضمن التصميم منافذ للصيانة لتسهيل التنظيف والصيانة الدورية للملف والمكونات الأخرى.