پکینگ برج خنک کننده

پکینگ برج خنک کننده (cooling tower packing) به نام های سطوح تبخیر، پکینگ مدیا و فیل (Fill) یا فیلینگ نیز خوانده می‌شود. پکینگ اصلی ترین بخش برج خنک کننده است که وظیفه دارد بیشترین سطح تماس بین آب و هوا را ایجاد کند. آب داغ وارد شده به برج خنک کننده به صورت لایه نازک یکنواختی بر روی پکینگ پاشیده می‌شود.

تبدیل شدن آب به قطرات آب باعث می‌شود تبادل حرارت بین آب و هوا بیشتر شده و تبخیر سریع تر و راحت تر اتفاق بیفتد و آب خنک شود. همچنین پکینگ علاوه بر افزایش سطح تماس میان آب داغ و هوا و تبادل حرارت بیشتر، با طولانی کردن مسیر آب، زمان تبخیر را نیز بیشتر می‌کند. پکینگ ها به گونه‌ای هستند که با اشغال فضای کم، فضای زیادی جهت انتقال حرارت و گرما ایجاد کنند. به دلیل تماس مستقیم با آب، پکینگ ها باید از موادی عالی و با طراحی مناسبی تولید شده باشند. البته در طول مدت عمر مفید برج خنک کننده، ممکن است پکینگ کولینگ تاور نیاز به تعویض یا رسوب زدایی داشته باشد. محل قرار گیری پکینگ مدیا در داخل برخ خنک کننده، بالاتر از تشتک ذخیره آب سرد و پایین تر از ورودی آب داغ و  نازل های آب پاش می‌باشد.

اهمیت پکینگ در کولینگ تاور

زمانی که پکینگ دچار رسوب و گرفتگی شود، اهمیت آن کاملا مشخص می‌شود. می توان گفت اصل خنک کردن آب در کولیگ تاور بسته به پکینگ خنک کننده است. رسوب گرفتگی با کاهش سطح تماس میان آب و هوا و کاهش سطح تبادل حرارت همراه  است. کاهش تبادل حرارت، باعث می‌شود راندمان سیستم افت کرده و این افت عملکرد سیستم با افزایش دمای آب خروجی از کولینگ تاور مشخص می‌شود.

پکینگ ها انواع گوناگونی داشته و با توجه به نحوه عملکرد و نوع طراحی، مورد استفاده های مختلفی قرار می‌گیرند. پکینگ ها علاوه بر استفاده در برج های خنک کننده، در سایر تجهیزات مانند برج اسید (اسکرابر)، تصفیه آب، اکسیژن سازی، تصفیه گازهای گلخانه‌ای و… به کار می‌روند. فیلینگ موجود در برج اسید، مانند برج خنک کننده وظیفه سرد کردن اسید را به عهده دارد. پکینگ در تصفیه خانه ها با ایجاد سطح جهت نشست کردن آلاینده ها، باعث تصفیه می‌شود.

انواع پکینگ برج های خنک کننده

پکینگ های برج خنک کننده بر اساس نحوه عملکرد به دو دسته کلی پکینگ های اسپلش (Splash) یا پاششی و فیلمی (Film) یا لانه زنبوری تقسیم می‌شوند. پکینگ های اسپلش عملکرد پاششی داشته و به این طریق آب را به قطرات ریز تبدیل می‌کند تا سطح تماس آب و هوا افزایش یابد. به سبب نحوه عملکرد این نوع، به آن پاششی هم می‌گویند. پکینگ فیلمی که به آن آبشاری هم می‌گویند، آب را به صورت لایه نازک فیلم پخش کرده تا سطح تماس میان آب و هوا و درنهایت تبخیر افزایش یابد.

پکینگ های اسپلش معمولا به صورت یک تکه ساخته می‌شوند ولی پکینگ های لانه زنبوری با چسب های خاصی به صورت بلوک تولید می‌شوند. پکینگ های اسپلش نسبت به پکینگ های فیلمی، سطح تبادل حرارت کمتری دارند، اما پکینگ های اسپلش رسوب کمتری گرفته و رسوب زدایی از آن راحت تر از رسوب زدایی پکینگ های لانه زنبوری است. در ادامه به بررسی بیشتر و دقیق تر انواع هر یک از پکینگ ها می‌پردازیم.

• پکینگ فیلمی یا آبشاری:

پکینگ های فیلمی (Film packing)، به علت شکل شش گوشه که مانند لانه زنبور است، به نام پکینگ لانه زنبوری نیز خوانده می‌شوند. این نوع پکینگ، جریان آب را به صورت لایه نازک فیلم بر روی خور عبود داده تا آب در سطح بیشتری در تماس با هوا قرار بگیرد. این پکینگ ها که در برج های خنک کننده مکعبی و مدور مورد استفاده قرار می‌گیرند، از مواد PVC یا PP ساخته می‌شوند. امروزه پکینگ های ساخته شده از PVC به دلیل مقرون به صرفه بودن، بیشتراز نوع PP آن، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پکینگ ها با توجه به نوع گام به چند گرید تقسیم می‌شوند. به فاصله بین ورق های مورب پکینگ، گام می‌گویند. پکینگ ها عموما به صورت گام 12، گام 14، گام 19، گام 23 و یا گام 30 تولید می‌شوند. هر چه میزان گام در پکینگ های فیلمی بیشتر شود، فاصله بین ورق های مورب نیز بیشتر شده و سطح کمتری برای عبور آب در آن وجود دارد. و هرچه میزان گام کمتر شود، فاصله بین ورق های مورب کمتر شده و تبادل حرارت میان آب و هوا نیز بیشتر می‎شود. در اینجا نکته‌ای که هائز اهمیت است این است که کم بودن بیش از اندازه گام باعث رسوب گرفتگی پکینگ در مدت کمتری می‌شود. بنابراین انتخاب گام مناسب برای پکینگ فیلمی، از نکات مهم و اساسی در طراحی کولینگ تاور می‌باشد. در مدل های مختلف کولینگ تاور، عموما از پکینگ های گام 14 یا گام 19 استفاده می‌شود. پکینگ های گام 23 و گام 30 در تصفیه خانه فاضلاب مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مزیت استفاده از پکینگ لانه زنبوری PP:

پکینگ های لانه زنبوری PP طول عمر مفید بیشتری داشته و نیاز به نگهداری در شرایط خاص و یا تعمیر و تعویض ندارد. پلیمر پلی پروپیلن (PP) نسبت به پلیمر پلی ونیل کلراید (PVC) در برابر حرات بیشتری مقاوم است. در زمان تعمیر برج خنک کننده (اورهال)، قابلیت اسیدشویی دارد. در پکینگ های لانه زنبوری PP می‌توان از جوش به جای چسب استفاده نمود.

• پکینگ رولی:

پکینگ رولی نوعی پکینگ آبشاری محسوب می‌شود که عموما در کولینگ تاورهای مدور مورد استفاده قرار می‎گیرد. ورق های تولید شده این پکینگ، به دور لوله مخصوص پیچیده می‌شوند تا به شکل رول دربیایند. این پکینگ از پلیمرpvc ساخته شده و قطر آن بین 120 تا 300 سانتی متر می‌باشد.

• پکینگ نت اسپلش:

از میان پکینگ های رایج در برج های خنک کننده، پکینگ نت اسپلش (Net splash packing)، یکی از پرکاربرد ترین نوع پکینگ هاست. در این مدل علاوه بر عبور لایه نازک آب از روی پکینگ، با قابلیت پاشش آب توسط پکینگ نت اسپلش، قطرات آب ریز تر شده و سطح تبادل حرارت آب داغ به هوا نیز بیشتر می‌شود. قابلیت پاششی این پکینگ باعث شده است که نسبت به دیگر پکینگ ها، عملکرد متفاوتی داشته باشد؛ اما ظاهر آن شبیه به پکینگ فیلمی بلوکی است که در ابعاد 100 در 30 و در ارتفاع 30 سانتی متر ساخته می‌شود. پکینگ های نت اسپلش عموما از پلی پروپلین (pp) ساخته می‌شوند.

مزیت استفاده از پکینگ نت اسپلش:

این پکینگ بسیار سبک بوده و جابجایی و آن آسان است. به دلیل نوع ساختار، نصب ساده‌ای داشته و تحمل حرارت و آب با دمای 90 تا 95 درجه سانتی گراد را دارد. پکینگ نت اسپلش کمتر دچار رسوب گرفتگی می‌شود و چون قابلیت اسیدشویی را دارد، رسوب زدایی آن آسان است.

• پکینگ رندوم اسپلش یا پال رینگ

پکینگ رندوم اسپلش که اصطلاحا به آن پکینگ استکانی (Random splash packing) نیز می‌گویند، در اکثر کولینگ تاور ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این پکینگ ها به صورت رندوم درون محفظه‌ای در برج خنک کننده قرار گرفته و با عبور جریان آب از روی این نوع پکینگ، در جهت های مختلف حرکت می‌کند. پکینگ رندوم اسپلش از پلی پروپیلن ساخته می‌شود. این پکینگ استوانه‌ای شکل بوده که قطر آن یک تا سه اینچ می‌باشد. پکینگ پال رینگ دارای 12 پره است که ارتفاع آن ها، 2 تا 7 سانتی متر می‌باشد.

مزیت استفاده از پکینگ رندوم اسپلش: این پکینگ بدون جوش یا چسب بوده و نصب و تعویض آن بسیار است. رسوب پذیری پکینگ استکانی بسیار پایین بوده و رسوب زدایی آن به دلیل قابلیت شست و شو با اسید، آسان است. این مدل پکینگ تحمل حرارت بالا و آب داغ با دمای 85 درجه را داشته و دوام بالایی دارد.

• پکینگ شانه تخم مرغی:

پکینگ شانه تخم مرغی (Ebara packing) برآمدگی های دایره شکلی دارد که آن را شبیه به شانه تخم مرغ کرده است. یکی از رایج ترین پکینگ های برج خنک کننده، پکینگ شانه تخم مرغی است که بیشتر در برج های خنک کننده جریان متقاطع یا کراس فلو مورد استفاده قرار می‌گیرد. پکینگ شانه تخم مرغی اغلب از PVC ساخته شده و اغلب در ابعاد 60، 30، 100 و یا 100، 50، 50 تولید می‌شود. پکینگ شانه تخم مرغی ساده از صفحات شانه تخم مرغی با 500 میکرون ضخامت ساخته می‌شود.

مزیت استفاده از پکینگ شانه تخم مررغی: این پکینگ در برابر حرارت مقاومت مناسبی نشان می‌دهد و قابلیت تحمل آب داغ تا دمای 65 درجه را دارد. رسوب پذیری پایینی داشته و در انواع کولینگ تاور های کراس فلو مورد استفاده قرار می‌گیرد. نصب آسانی داشته و سطح مطلوبی را جهت تماس آب و هوا به جود می‌آورد.

• پکینگ گرید اسپلش:

پکینگ گرید اسپلش یا اسپلش شبکه‌ای (Grid splash) به دلیل ضد رسوب بودن، مناسب برای آب های آلوده و کثیف است. آب های کثیف در نیروگاه ها و پتروشیمی ها سبب گرفتگی و رسوب شدید پکینگ ها می‌شوند. نصب سیستم تصفیه آب برای آب های کثیف، صرفه اقتصادی ندارد و به همین دلیل استفاده از پکینگ گرید اسپلش در برج های خنک کننده نیروگاه ها بسیار رایج است. پکینگ گرید اسپلش دارای ساختار متفاوت و ارتفاع بیش از 120 سانتی متر است و در برج های خنک کننده بتنی و کولینگ تاورهای صنعتی بزرگ استفاده می‌شود. عملکرد این پکینگ ها به صورت پاششی بوده و سطح تبادل حرارت بالایی ندارند. سطح تبادل در پکینگ گرید اسپلش حدود یک سوم پکینگ آبشاری است.

مزیت استفاده از پکینگ گرید اسپلش:

این پکینگ مناسب برای برج های خنک کننده صنعتی و جریان مخالف است. بدون چسب و جوش بوده و نصب و تعویض آن ساده است. قابلیت تحمل حرارت بالا تا 120 درجه سانتی گراد را (به صورت موقت) دارد. قابلیت اسیدشویی و رسوب زدایی آسانی داشته و مناسب برای آب های آلوده است.

• پکینگ تیوب اسپلش:

پکینگ تییوپ اسپلش (Tube splesh packing) در انواع کولینگ تاورهای بتنی و سیمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این پکینگ از لوله های فلزی جوش خورده به یکدیگر تولید شده و به صورت بلوکی ساخته و عرضه می‌شود. یکی از معایب پکینگ تیوب اسپلش، وزن بالای آن است. این پکینگ از پلیمرpp ساخته شده و ابعاد آن 50، 50، 50 می‌باشد. تیوب های به کار رفته در این مدل پکینگ، دارای ضخامت بین 800 تا 1200 میکرون می‌باشند.

مزیت استفاده از پکینگ تیوب اسپلش:

رسوب پذیری کمی داشته و برای آب های سنگین و آلوده مناسب می‌باشد. تعویض و شست و شوی آن، به دلیل ساختاری بلوکی، آسان است.

انتخاب جنس و نوع پکینگ در طراحی کولینگ تاور

با توجه به وظیفه کولینگ تاور که ایجاد سطح تماس میان آب و هوا می‌باشد، سطوح خنک کننده که تماس میان آب و هوا را جهت انتقال حرارت به وجود می‌آورند، دارای اهمیت ویژه‌ای هستند. انتخاب جنس و نوع پکینگ کار ساده‌ای نیست؛ زیرا درصورت ایجاد مشکل در عملکرد پکینگ، سیستم کولینگ تاور دچار اختلال می‌شود. برای انتخاب جنس، نوع و گام کولینگ تاور که به عهده طراحان است، نیاز است که پارامتر های زیر بررسی شوند:

• دمای آب داغ ورودی
• اسیدی یا بازی بودن آب یا هر سیال دیگر
• راندمان حرارتی
• میزان سخت بودن آب یا سیال دیگر
• میزان لزج بودن آب یا سیال دیگر
• کیفیت آب و میزان آلودگی آن
• مقاومت در برابر مواد شیمیایی و خوردگی
• و…