در چند دهه اخیر رسوب زدایی برج خنک کننده در صنایع مختلف و به خصوص در مواجه با حرارت و برودت جایگاه مناسبی پیدا کرده است، به طوری که باعث شده این روش جایگزین روش های دیگری مانند روش های شیمیایی شود. رسوب زدایی برج خنک کننده یکی از کاربردی ترین روش های مورد استفاده است که با هدف برخورداری از مزایایی چون حذف آثار نامطلوب سختی آب و جلوگیری از تشکیل رسوب ایجاد می شود.
رسوب زدایی برج خنک کننده چگونه انجام می گیرد؟
با وجود اعمال میدان مغناطیسی با انرژی مناسب می توان شرایطی را ایجاد کرد که فرایند تشکیل بلورهای رسوب درون آب رخ داده و مانع چسبیدن آنها به دیواره ها شود. در این حالت به اصطلاح در آب پدیده دانه برفی رخ می دهد و هسته های اولیه بلورهای رسوب در آب ایجاد می شوند. با گذشت زمان به حجم هسته های اولیه افزوده می شوند و بلورهای سخت خنثی و همچنین معلق در آب که خاصیت چسبندگی خودشان را از دست می‌دهند معلق می شوند. در کنار فرایند فوق، افزایش مولکول های آزاد در آب و شکسته شدن پیوند هیدروژنی بین آنها موجب افزایش حلالیت آب می شوند و خاصیت رسوب زدایی را افزایش می‌دهند. این فرایند آنقدر ادامه می یابد تا رسوب های قبلی در آب حل شوند و سپس تبدیل به بلورهای خنثی در آب شوند.
منظور از رسوب زدایی برج خنک کننده چیست؟
آب مهم ترین سیال در محیط حرارت و برودت می باشد که وظیفه آن انتقال گرما در مبدل های حرارتی است. در برج های خنک کننده و همچنین چیلرها و بویلرها، آب را به عنوان مایع مبدل مورد استفاده می دهند، زیرا گردش آب در برج باعث تبادل حرارتی می‌شود. البته آبی که در این شرایط مورد استفاده قرار می گیرد در کاربردهای حرارتی و برودتی از نوع آب سخت می باشد و آب های سخت یک پوسته کربنات کلسیم را تشکیل می دهند که باعث به وجود آمدن مشکلات زیادی می شوند. این پوسته ها مانند رسوب بر سطح داخلی لوله هایی که آب را منتقل می کنند می چسبند و موجب می شوند که ظرفیت انتقال جریان آب و انتقال جریان حرارت را کاهش دهند. زمانی که آب های سخت را حرارت می دهند، فرایند تشکیل پوسته، زودتر صورت می گیرد. این مساله موجب بروز مشکلات زیادی در بویلرها و دستگاه های خنک کننده و در نتیجه نیاز به رسوب زدایی برج می شود.
برج خنک کننده چیست؟
برای درک روش های رسوب زدایی برج خنک کننده در ابتدا باید با طرز کار این برج ها آشنا شوید. وظیفه یک برج خنک ساز این است که گرما را از یک فرایند جذب کند و آن را به فضای اتمسفر دفع کنند. معمولا برج ها این وظیفه را از روش تبخیر یا دفع انجام می دهند. آب در گردش در این برج ها طی فرایند خنک سازی در مدار برج خنک کن سیرکوله می شوند یا به اصطلاح به گردش در می آیند. تبخیر تدریجی آب موجب می‌شود که غلظت مواد معدنی در آن افزایش پیدا کند. زمانی که غلظت مواد معدنی به دو برابر مقدار اولیه اش رسید گفته می شود که آب شامل دو سیکل غلظت است. زمانی که غلظت مواد معدنی در آب به سه برابر مقدار اولیه می رسد در این صورت این فرایند شامل دو سیکل غلظت می شود.
کارایی این قسمت به منظور بهره برداری موثر و اقتصادی بسیار حائز اهمیت است. برای اینکه انتقال حرارت تا آنجا که امکان دارد راحت تر انجام گیرد باید در حد امکان آن را تمیز نگه داشت. اگر غلظت مواد معدنی در برج خنک کن زیاد شود، امکان تجمع رسوب و خوردگی نیز زیاد می‌شود، بنابراین تصفیه کردن آب باعث بهره برداری موثرتر از واحد انتقال حرارت می‌شود. سطوح انتقال حرارت نقطه بسیار گرمی است که آب خنک کننده به آن می رسد و حلالیت کربنات کلسیم در آب با دما دارای یک رابطه معکوس است، در نتیجه در سطوح انتقال حرارت رسوبات کربنات کلسیم صورت می گیرد.
چرا به رسوب زدایی برج خنک کننده نیاز داریم؟
وجود یک پوسته به قطر یک میلیمتر بر روی سطوح گرم کننده یک آب گرم کن مانند یک عایق حرارتی عمل می کند و در نتیجه تقریبا ۱۰ درصد موجب افزایش هزینه خواهد شد. اکثر کاتیون های کلسیم و منیزیم که در آب وجود دارند موجب تشکیل رسوب می شوند و کاتیون کلسیم به غیر از نمک های آن که شامل سولفات کلسیم، کلرور کلسیم و سایر نمک های کلسیم می‌شوند باعث سختی کلسیم نیز می شوند. جمع شدن لایه های رسوب کربنات کلسیم موجب می‌شود که انتقال حرارت را کاهش دهد و باعث خوردگی شود و نقاط داغی را به وجود آورد که باعث تنش حرارتی نیز بشود، اینجاست که رسوب زدایی آن ضرورت می یابد. همه این موارد روی بازدهی و عمر حرارتی برج های خنک کننده تاثیر می گذارد.
روش های رسوب زدایی برج خنک کننده
یکی از روش‌های ابتدایی رسوب زدایی برج و جلوگیری از تشکیل این رسوبات این است که بخشی از آب گردش کننده در مدار را با آب تازه جایگزین کنید تا غلظت مواد معدنی در آن کمتر باشد. راهکارهای بازدارنده خوردگی در برج های خنک کننده چیست؟ باز دارنده های خوردگی برای به حداقل رساندن تلفات فلزی طراحی شده اند که می‌تواند عمر مفید مبدل‌های حرارتی، لوله‌های آب در حال گردش و تجهیزات خنک کننده فرآیند را کاهش دهد. خوردگی ناشی از تلاش فلزات برای بازگشت به حالت طبیعی خود است. جمع بندیرسوب زدایی برج خنک کننده برای کنترل و ممانعت از تشکیل رسوب مورداستفاده قرار می‌گیرد.
به‌طورکلی روش‌های مختلفی برای رسوب گیری پکینگ برج خنک کننده وجود دارد. فرایند رسوب‌گذاری به‌سبب تبخیر و فراهم‌کردن محلول در آب برج خنک کننده به وجود می‌آید. اگر رسوب گیری موجب ممانعت از تشکیل و جمع‌شدن رسوب نشود، به بخش‌های برج خنک کننده، گرفتگی قطعات و سطوح انتقال حرارت صدمه می‌رساند و در نتیجه بر روی کارکرد کولینگ تاور نیز تأثیر منفی می‌گذارد. روش‌های کنترل رسوب‌گذاری برج خنک کننده شامل افزودن مواد رسوب‌زدای مناسب به آب و به‌کارگیری سختی گیر متناسب با میزان سختی آب است. با افزایش چکاپ دورهای و رسوب زدایی سیستم کولینگ تاور به‌موقع با توجه به نقش کلیدی که در سیستم‌های تهویه مطبوع ایفا می‌کند؛ بنابراین قدم مهمی در بالابردن توان و عملکرد سیستم و همچنین کاهش مصرف انرژی برداشته‌اید.
انواع رسوب زدایی برج خنک کننده
برای ممانعت از ایجاد رسوب در سیستم باید ابتدا آنها را شناخت تا بتوانید به یک روش تأثیرگذار با آنها مقابله کرد. رسوب‌ها ترکیبی از گردوخاک، آلودگی‌های آب، روغن، میکروارگانیسم‌ها و محصولات خوردگی هستند. عوامل تأثیرگذار در رسوب زدایی برج خنک کننده شامل موارد زیر است:
- آلودگی‌های آب تأمینی
- مواد جامد معلق در آب
- آهن
- منیزیم
- آلومینای موجود در آب
- آلودگی‌های فرایند
- سرعت جریان
- درجه حرارت
- PH آب
با توجه به کیفیت و منابع تأمین آب و درنظرگرفتن موضوعات اقتصادی، تشکیل رسوب را با اتخاذ یک یا دو روش همراه با موارد زیر به حداقل می‌رساند:
- ازبین‌بردن مواد رسوب موجود در آب
- اصلاح آب باهدف ممانعت از نشست و چسبیدن مواد به سطح فلزی
هنگامی‌که فیلینگ یا پکینگ به‌دلیل رسوب زیاد گرفته شود، تبخیر آب در برج خنک کننده کم می‌شود. در این صورت اولین تأثیرگذاری رسوب پکینگ، کم‌شدن ظرفیت برودتی و سرمایشی خواهد بود. همچنین افزایش فشار هوا در برج خنک کننده از تأثیرات انسداد و گرفتگی فیلینگ است. در این صورت موتور و فن تحت‌فشار قرار می‌گیرند و مصرف برق نیز بالا می‌رود. ازآنجایی‌که پکینگ به‌دلیل رسوب و خوردگی به‌مرورزمان ترد و شکننده می‌شود؛ بنابراین تکه‌های آن به درون حوضچه کولینگ تاور سرازیر خواهد شد. به‌مرورزمان مسیر لولهها و سیستم خنک کاری از طریق بخش‌های کنده شده پکینگ مسدود می‌شوند و در نتیجه می‌توانند خسارات بسیار زیادی را برای کارخانه‌ها به بار آورند.
رسوب زدایی برج خنک کننده چیست؟
آب اصلی‌ترین و اساسی‌ترین سیال در حرارت و برودت محسوب می‌شود که وظیفه انتقال گرما در مبدل‌های حرارتی را برعهده دارد. در برج‌های خنک کننده، بویلرها و چیلرها از آب به‌عنوان مایع مبدل به‌کار گرفته می‌شود، به‌طوری‌که جریان آب باعث تبادل حرارتی می‌گردد. در صنعت بسته‌بندی، توجه به اصول بهینه‌سازی هزینه و کیفیت، در تعیین قیمت پکینگ فیلمی اهمیت دارد . معمولاً آب مورداستفاده شده در کاربردهای حرارتی و برودتی از نوع آب سخت محسوب می‌شود. آب‌های سخت پوسته کربنات کلسیم را تشکیل می‌دهند که مشکلات مختلفی را ایجاد می‌کنند.
به‌طورکلی پوسته کربنات کلسیم به‌صورت رسوب بر روی سطح داخلی لوله‌هایی که شامل آب هستند قرار گرفته و ظرفیت انتقال جریان آب و حرارت را کاهش می‌دهند. هنگامی‌که آب‌های سخت حرارت داده می‌شوند پوسته بلافاصله تشکیل می‌گردد که موجب ایجاد بسیاری از مشکلات در بویلرها و آبگرمکن‌ها می‌شود. بر روی سطوح گرمکننده یک آبگرمکن یک پوسته به قطر یک میلیمتر به‌شکل عایق حرارتی عمل نموده و در نتیجه حدوداً 10 درصد افزایش هزینه را در پی خواهد داشت.
معمولاً از دلایل اصلی ایجاد رسوب می‌توان به کاتیون‌های کلسیم و منیزیم موجود در آب اشاره کرد. همچنین کاتیون کلسیم صرف‌نظر از نمک‌های آن، دربرگیرنده کلسیم، کلر و کلسیم و سایر نمک‌های کلسیم هستند و سختی کلسیم را ایجاد می‌کنند. ازآنجایی‌که کاتیون منیزیم موجب سختی منیزیم می‌شود؛ بنابراین عامل اصلی سختی آب ترکیبات معدنی این دو عنصر است. در این صورت تصور می‌شود که سختی کل آب از سبک کردن با استفاده از آب آهک و خاکستر کربنات سدیم و علاوه‌براین از طریق مبادله کننده‌های یونی به‌وجود می‌آید.
از دیگر شیوه‌ها از قبیل الکترو دیالیز، تقطیر، انجماد و اسمز معکوس وجود دارند که به‌دلیل پیچیدگی و گران بودن تنها در شرایط ویژه استفاده می‌شوند. در شیوه‌های معمول از مواد اضافی استفاده می‌شود که علاوه‌بر پایین بودن بازدهی، مشکلات زیست‌محیطی نیز اعمال می‌گردد. به‌طورکلی سختی گیری و رسوب زدایی الکترونیکی جزء یک روش غیرشیمیایی هستند. در این صورت بدون نیاز به مواد شیمیایی افزودنی به آب و سازگاری با محیط‌زیست جایگزین مناسبی برای روش‌های قدیمی محسوب می‌شوند. بازدارنده‌ها و رسوب گیری برج خنک کننده به‌طورکلی بازدارنده‌های رسوب از طریق 3 روش زیر عمل می‌کنند:
- از تشکیل هسته کریستال ممانعت می‌کنند.
- مانع از رشد کریستال می‌شوند.
- مانع جمع‌شدن و تشکیل کریستال‌های بزرگتر می‌شوند.
ایجاد هسته کریستال تنها از طریق محلول‌های فوق اشباع امکان‌پذیر است. در محلول‌های غیراشباع با کنترل PH محلول و تزریق اسید می‌توانید مانع از ایجاد رسوب شده و در نتیجه موجب رسوب زدایی برج خنک کننده شوید. در محلول‌های غلیظ برای ممانعت از رسوب و رسوب زدایی از بازدارنده‌های رسوب مورداستفاده قرار می‌گیرد. پلی فسفات‌ها، فسفونات‌ها و پلی الکترولیت‌های سبک رایجترین بازدارنده‌های رسوب هستند. ایجاد و رشد رسوب توسط نقاط فعالی که بر روی کریستال‌های رسوب وجود دارد، صورت می‌گیرد. در این صورت یون‌هایی با بار مخالف بر روی نقاط جذب شده و موجب رشد کریستال رسوب می‌گردد و این فرایند ادامه پیدا می‌کند .
مکانیسم کارکرد بازدارنده‌ها به این شکل است که به‌صورت انتخابی بر روی نقاط فعال رشد قرار گرفته و آنها را می‌پوشانند. در نتیجه از رشد کریستال‌های رسوب توسط این نقاط جلوگیری می‌شود. به‌طورکلی کریستال کربنات کلسیم در حالت نرمال به‌صورت مکعبی هست، با اضافه‌کردن بازدارنده‌ها شکل کریستال‌ها تغییر می‌کند که این تغییرات به‌سبب جذب مواد بازدارنده رسوب بر روی نقطه فعال در سطح کریستال است. به‌کارگیری بازدارنده‌ها از جمع‌شدن کریستال‌ها جلوگیری کرده و آنها را به‌صورت جداگانه نگه می‌دارد، در حقیقت در این زمان مواد بازدارنده بر سطح کریستال جذب می‌شوند و یکدیگر را دفع می‌کنند.