مقدمة:
يعتمد الكثير من التطبيقات الصناعية على تبريد أماكن خاصة بها مثل أماكن عملها، أو تبريد الماكينات التي تعمل في جوٍّ حارٍّ جدًّا، ممَّا قد يسبب مشاكل لها؛ لذلك تلجئ الفكرة إلى تبريد هذه الأجزاء عن طريق مكيفات أو مُبرِّدات؛ مثل: التكييف المركزي، لكن في بعض الأحيان تكون الحاجة إلى تبريدٍ بدرجةٍ أكبر، فنلجأ إلى أبراج التبريد، وهي تُعدُّ طريقةً فعالةً في تبريد المياه في المناطق الصناعية، وأحيانًا السكنية.
تعريف أبراج التبريد وشرحه:
أداة لطرح الحرارة من مكانٍ ما (مكثف، مبادل حراري، الأبنية التجارية، أو السكنية، أو الخدمية، أو محطات توليد الطاقة)؛ إذ يكون التبادل الحراري بين الماء الساخن (المتحرك من الأعلى إلى الأسفل)، والهواء البارد (المتحرك من الأسفل إلى الأعلى) داخل البرج، وطرح الحرارة مع الهواء إلى الغلاف الجوي؛ حيث تُرَشُّ المياه الساخنة، وتُوزَّع توزيعًا منتظمًا بواسطة المرشات التي تقع في أعلى البرج لتسقط على الحشوة التي تساعد على زيادة سطح التبادل الحراري، ويدخل الهواء من فتحات التهوية التي تُوضَع على السطح الجانبي للبرج ليمتصَّ الحرارة من الماء، وترتفع رطوبته النسبية إلى (100%)، ويصعد إلى قمة البرج ليأتي دور مصائد الرطوبة التي تساعد على تخفيض نسبة الماء الصاعد مع الهواء، ثم يسقط الماء بعد تبريده إلى حوض الماء البارد ليعود مرةً أخرى إلى دائرة التبريد الأساسية.
أنواع أبراج التبريد: تمَّ تصنيفها بناءً على طريقة الاتصال بين الماء والهواء داخل البرج:
- أبراج ذات سريانٍ متوازٍ (Concurrent): وفيها يسري الماء والهواء في نفس الاتجاه إلى الأسفل عبر الحشوات، وجريان الهواء إما أن يكون بالدفع، أو بالسحب بمروحةٍ.
- أبراج ذات سريان متعاكس (Counter Flow): وفيها تسري المياه إلى الأسفل، والهواء إلى الأعلى، عَبْر الحشوات، وتشغل مساحة أقل من الأبراج ذات السريان المتعامد، ولكنها أكثر ارتفاعًا من النوع السابق الذِّكْر.
- أبراج ذات سريان متعامد (Cross Flow): وفيها يسري الهواء أُفُقيًّا، والماء رأسيًّا إلى أسفل، ويمتاز هذا النوع بالمزايا التالية:
تقسم الأبراج إلى نوعين بناءً على كيفيَّة تشكل تيار الهواء الساري في البرج، أو ما يُسمَّى بالـ (Air Draft)، وهذان النوعان هما:
- النوع الأول: أبراج تيارات الهواء الجوية (Atmospheric Draft Cooling Towers).
- النوع الثاني: أبراج تيارات الهواء الميكانيكية (Forced Draft Cooling Towers).
السلامة الهندسية في مواد بناء أبراج المياه CHAPTER 4 NFPA 214:
- عندما يكون هيكل برج التبريد، والمروحة، ونظام التوزيع، والفتحات، ومواد مانع الانجراف والتعبئة، كلها من مواد غير قابلةٍ للاحتراق، فلا يلزم وجود نظامٍ للوقاية من الحريق، أمَّا إذا كانت إحدى مواد البناء من المواد القابلة للحريق، فيجب تركيب نظام إطفاء طبقًا للباب الخامس، وسوف نشرحه في نهاية المقال.
- يجب إجراء تحليل مخاطر الحريق، وفيما يلي بعض العوامل التي يجب أَخْذها في الاعتبار عند تحديد مدى وطريقة الحماية من الحرائق المطلوبة لأبراج التبريد بالمياه ذات السحب الطبيعي والغاطس الطبيعي: (1) أهمية استمرارية العملية (2) حجم وبناء البرج (3) نوع البرج (4) موقع البرج (5) إمدادات المياه (6) قيمة البرج (7) المناخ (8) وقت توصيل المياه (9) البيئة (10) أبراج على الأسطح (11) وصول محدود (12) مواد البناء.
- الأسطح الخارجية القابلة للاحتراق: يجب أن تكون أبراج التبريد بالمياه ذات الأسطح الخارجية القابلة للاحتراق، بما في ذلك السطح وأحواض التوزيع، وما إلى ذلك، على بُعْد (100 قدم) = (30.5 مترًا) على الأقل من المخاطر التالية:
- الهياكل أو العمليات التي تنبعث منها شرارات أو علامات تجارية متطايرة في ظلِّ الظروف العادية؛ مثل: المداخن أو المحارق أو مداخن التوهُّج أو مواقد الفرن.
- المواد أو العمليات التي تنطوي على مخاطر حريق شديد؛ مثل: البترول، صهاريج المعالجة والتخزين، وتصنيع أو تخزين المتفجرات، وأنابيب المنتجات البترولية ومحطات الضخ.
- يجب أن تكون الأبراج ذات الأسطح الخارجية غير القابلة للاحتراق على بُعْد (40 قدمًا) = (12 مترًا)، أو أكثر من المخاطر الخارجية.
- أبراج ذات أسطح خارجية غير قابلةٍ للاحتراق يجب وَضْع نظام حماية داخلي من الحريق مثبت وفقًا للفصل (5) على مسافةٍ تزيد عن (40 قدمًا) = (12 مترًا) من المخاطر الخارجية.
شرح نظام الإطفاء CHAPTER 5 NFPA 214:
- يجب تصميم أنظمة الحماية من الحريق، وتركيبها واختبارها وفقًا للمواصفة NFPA 13.
- يُسمَح باستخدام أنظمة الحماية من الحريق التالية في أبراج التبريد ذات السريان المعاكس: (1) نظام رش الأنابيب الرطب (2) نظام رش الأنابيب الجافة (3) نظام الرش المسبق (4) نظام رش الغمر.
- تحت أسطح المروحة لأبراج السريان المعاكس، يجب أن يكون معدل رش الماء (0.5 جالون) في الدقيقة/قدم2 (20.4 مم/دقيقة)، بما في ذلك فتحة المروحة.
- تحت أسطح المروحة لأبراج السريان المتعامد يجب أن يكون معدل رش الماء (0.33) جالون/قدم مربع (13.45مم/دقيقة)، بما في ذلك فتحة المروحة.
- يجب أن تكون إمدادات المياه كافية لتشمل ما لا يقل عن (500) جالون في الدقيقة (1892.5 لتر/دقيقة) خاصة بالخراطيم بالإضافة إلى نظام الرش الآلي.
