تشکیل رسوب و کنترل آن در کولینگ تاور (Cooling Tower)

v

انواع رسوبات

انواع رسوبات: مشکلات رسوبات معمولاً به دو دسته – رسوب و ته مانده ها تقسیم می شود. هر دو نوع رسوب در انتقال گرما در مبدل های گرما دخالت دارند و از این طریق راندمان آنها را کاهش می دهند.

علل ایجاد رسوب

رسوب در سطوح انتقال حرارت و در خطوط جریان ماده به طور معمول، محلول در آب است. از آنجا که آب در یک برج خنک کننده تبخیر می شود ، غلظت مواد جامد محلول بیشتر می شود تا اینکه حلالیت یک نمک کم شود. هنگامی که این اتفاق در سیستم آب خنک کننده تصفیه نشده رخ دهد، نمک روی هر سطحی که در تماس با آب است، بخصوص در سطوح انتقال حرارت متبلور می شود.
الف- متداول ترین مواد رسوب گذاری شده عبارتند از: کلسیم فسفات، کربنات کلسیم، سولفات کلسیم و سیلیس، که لزوماً به این ترتیب نیست. رسوب سیلیکات منیزیم نیز در شرایط خاصی امکان پذیر است. بیشتر نمک ها، از جمله سیلیس، در آب گرم نسبت به سرما محلول هستند. با این حال، بیشتر نمک های کلسیم، از جمله کلسیم فسفات، کلسیم سولفات و کربنات کلسیم، در آب سرد نسبت به آب گرم محلول هستند. با عبور آب چرخشی از سیستم خنک کننده، دمای آب افزایش می یابد. به عنوان یک نتیجه ممکن است در هر نقطه از سیستم شکل بگیرد، اما به احتمال زیاد روی سطوح مبدل حرارتی است.
ب- غلظت نمک موجود در آب چرخشی را می توان اندازه گیری کرد. همچنین محاسبه تبخیر در سیستم امکان پذیر است. با انتخاب حد بالایی برای غلظت مواد جامد در سیستم، می توان COC بهینه یک سیستم کنترل نشده شیمیایی را محاسبه کرد.
متداول ترین رسوب موجود در برج های خنک کننده، کربنات کلسیم است که به شکل کلسیت رسوب می کند. حلالیت کربنات کلسیم که با افزایش دما کاهش می یابد، یک عملکرد پیچیده از عوامل دما، کل مواد جامد محلول (TDS)، سختی کلسیم، قلیایی کل و pH است.

کنترل رسوب

سه روش اساسی برای جلوگیری از شکل گیری رسوب در سیستم های خنک کننده آب وجود دارد:
۱) مواد رسوب گذاری شده را قبل از استفاده از آب خارج کنید،
۲) مواد تشکیل دهنده رسوب را در محلول نگه دارید، و
۳) اجازه دهید مواد رسوب شده به عنوان لجن قابل جابجایی به جای رسوبات سخت رسوب کنند.

هر سه روش برای استفاده در تاسیسات ارتش مجاز است. مهار رسوبات کلسیم، آنهایی که بیشتر در برج های خنک کننده هستند، می توانند با کاهش pH آب در گردش (با افزودن اسید)، یا با افزودن یک مهارکننده رسوب کلسیم (HEDP یا AMP)انجام شوند.

کنترل کربنات کلسیم

کربنات کلسیم به طور عادی ناشی از تجزیه بی کربنات کلسیم، یک نمک محلول در آب است. میزان رسوب در درجه اول به میزان سختی کلسیم و قلیایی بی کربنات موجود در آب خنک کننده بستگی دارد. تجزیه بی کربنات کلسیم با افزایش دما افزایش می یابد. دو فسفونات که بیشتر برای کنترل کربنات کلسیم در سیستم های برج خنک کننده چرخشی مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: AMP (آمینو تری متیلن فسفونیک اسید) و HEDP ( 1 -هیدروکسی اتیلیدین ۱و۱- دی فسفونیک اسید). واکنش شیمیایی هر دو مشابه هستند ، با این حال، HEDP در سطح کلر که معمولاً در برج های خنک کننده یافت می شود، پایدارتر است. استفاده از HEDP 3- 5 ppm باعث افزایش حلالیت کربنات کلسیم با فاکتور سه می شود. برج خنک کننده به جای اینکه در PSI 6.0 کار کند، قادر به کار با PSI 4.0 بدون رسوب گذاری بالقوه است. با این وجود ، استفاده از HEDP در صورت عدم وجود سختی کلسیم و منیزیم (یا در مقادیر بسیار پایین)، می تواند باعث افزایش خوردگی خفیف هم در فولاد و هم در مس شود.برای افزودن متن مورد نظرتان اینجا کلیک کنید

کنترل فسفات کلسیم

رسوب فسفات کلسیم در سیستم های خنک کننده آب که با برنامه مهار کننده خوردگی بر پایه فسفات کنترل می شوند متداول است. فسفات کلسیم نیز در pH و درجه حرارت بالاتر حلالیت کمتری دارد. اگر سختی کلسیم ۵۰۰ ppm و pH بالاتر از ۷٫۰ باشد، احتمالاً حتی در سطح پایین فسفات ۵ ppm باعث رسوب گذاری می شود. حلالیت فسفات کلسیم با فاکتور کمتر از سه با افزودن ۴ ppm فسفونات (HEDP) قابل افزایش است.

کنترل سولفات کلسیم

سولفات کلسیم از غلظت بالای یون های کلسیم و سولفات در آب چرخشی ناشی می شود. سولفات کلسیم محلول ترین نمک های کلسیم در رسوب است که در برج های خنک کننده یافت می شود (کلرید کلسیم بسیار محلول است). این بدان معنی است که رسوب سولفات کلسیم با مقادیر سختی کلسیم باقی مانده پس از واکنش تمام کربنات موجود در آب، تشکیل می شود. با این حال، رسوب سولفات کلسیم ممکن است هنگامی رخ دهد که آب چرخشی حاوی سختی کلسیم در محدوده ۳۰۰- ۵۰۰ ppm به عنوان CaCO3 و سولفات در محدوده ۵۰۰- ۷۰۰ ppm بعنوان SO4 باشد. افزودن ۳- ۵ ppm از فسفونات (HEDP) یا سایر مهارکننده های مناسب کلسیم باعث می شود تقریباً سه برابر سطح سولفات کلسیم در محلول باقی بماند.

کنترل سیلیکات منیزیم

تشکیل سیلیکات منیزیم تحت شرایط خاص امکان پذیر است. منیزیم ابتدا با یون های هیدروکسیل (OH-) واکنش نشان می دهد و هیدروکسید منیزیم را تشکیل می دهد، که سپس با سیلیس محلول یا کلوئیدی واکنش نشان می دهد تا سیلیکات منیزیم تشکیل شود. از آنجا که حلالیت سیلیس با درجه حرارت افزایش می یابد، این رسوب معمولاً در سردترین بخش سیستم شکل می گیرد.

کنترل سیلیس

برای افزایش حلالیت سیلیس بالاتر از ۱۵۰ ppm، هیچ کاری نمی توان انجام داد. از آنجا که سیلیس در آب گرم نسبت به آب سرد قابل حل است، ابتدا در میله های برج خنک کننده رسوب می کند تا در مبدل حرارتی. میله ها با یک رسوب سفید و گاه درخشان پوشیده می شوند. اگر این اتفاق بیفتد، تخلیه (بلودان) را افزایش دهید، که چرخه غلظت را دهد. اینکار باید تشکیل رسوب اضافی را متوقف کند. اگر غلظت سیلیس در آب چرخشی بالای ۳۰ ppm باشد، معمولاً عملکرد سیستم (حداکثر ۵ COC) را کنترل می کند.

رسوبات میکروبیولوژیکی و کنترل آن ها

مشکلات میکروبیولوژیکی عموماً به عنوان لجن شناخته می شوند. آنها ناشی از وجود میکروارگانیسم هایی مانند جلبک ها، باکتری ها و قارچ ها هستند. اینها می توانند در یک سیستم خنک کننده رشد کرده و تمام سطوح لوله و مبدل حرارتی را پوشش دهند. لجن های ژلاتینی تولید شده توسط بسیاری از میکروارگانیسم ها می توانند رسوبات را به دام بیندازند، بنابراین باعث افزایش رسوبات می شود. حتی خوردگی توسط ارگانیسم های خاصی ایجاد می شود که باعث تولید فرآورده های خورنده می شوند.

جلبک

گیاهان سبز ریز که معمولاً به شکل توده هایی در بالا و در طرف برج های خنک کننده رشد می کنند. تا زمانی که بمیرند مضر نیستند. پس از آن، به بخشی از ماده معلق در آب در گردش تبدیل می شوند و ممکن است باعث ایجاد حفره شوند. جلبک ها همچنین ممکن است مکانی برای پرورش باکتری ها باشند.

باکتری ها

ارگانیسم های تک سلولی میکروسکوپی. بیشتر باکتری ها در آب خنک کننده به حالت تعلیق در آمده و به سیستم خنک کننده آسیب نمی رسانند. با این حال، برخی از آنها می توانند باعث آبگیری و خوردگی شوند.

باکتری های تشکیل دهنده لجن

باکتری هایی که تقریباً در هر سطح پوشیده از آب می توانند در کلنی ها رشد کنند. این توده های لجن می توانند آنقدر بزرگ شوند که بتوانند جریان آب و انتقال حرارت را محدود کنند. آنها همچنین ممکن است باعث افزایش خوردگی شود. اگر لجن در سیستم وجود داشته باشد، معمولاً در آنجا احساس می شود.برای افزودن متن مورد نظرتان اینجا کلیک کنید

باکتری های تولید کننده سولفید

باکتری هایی که می توانند در زیر توده های لاغر رشد کنند. آنها می توانند سولفید هیدروژن تولید کنند که بسیار سمی است. آنها ممکن است در سیستمی شناسایی شوند که قسمت زیرین لایه لجن یک رنگ سیاه فلزی یا بوی پوسیده تخم مرغ ایجاد شود.

قارچ

گیاهان میکروسکوپی که به نور خورشید احتیاج ندارند. آنها می توانند در برج های خنک کننده به چوب حمله کنند. کنترل آنها نیاز به عملیات ویژه، معمولاً قبل از ساخت برج دارد. کنترل آنها در یک سیستم عامل نیاز به تکنیک های خاصی دارد.

کنترل میکروبیولوژیکی

کنترل شیمیایی روشی است که در تاسیسات ارتش برای کنترل میکروبیولوژیکی استفاده می شود. زیست کش ها برای کنترل رشد میکروبیولوژیکی در دو دسته وسیع اکسید کننده و غیر اکسید کننده قرار می گیرد. انتخاب بین این دو به عوامل مختلفی بستگی دارد. نکته مهم محدودیت تخلیه مواد سمی است. همچنین باید پارامترهای عملیاتی برج خنک کننده مانند دما، pH و طراحی سیستم در برنامه ای در نظر گرفته شود که شامل بایوسایدهای اکسید کننده و غیر اکسید کننده است. برنامه کنترل، برای کاهش ۹۹ درصدی جمعیت ارگانیسم است. این کار با استفاده از یک یا چند بایوساید انجام می شود.. استفاده از بایوسایدهای اکسید کننده نیاز به کنترل دقیق آب خنک کننده دارد. علاوه بر این که می تواند درصد زیادی از میکروارگانیسم ها را بکشد، در انتخاب بایوسایدها باید هزینه نیز در نظر گرفته شود. عامل اصلی مؤثر بر هزینه، فراوانی کاربرد برای ارائه کنترل مورد نظر است.
دوز تزریقی معمولی باید به طور متوسط یک تا سه بار در هفته اعمال شود، بخصوص وقتیکه رسوب گذاری شدید باشد. مهمترین جنبه کنترل رسوبات زیستی تطابق بایوساید انتخابی با ارگانیسم مشکل زاست.

کنترل جلبک ها

با جلوگیری از رشد جلبک ها یا از بین بردن گیاهانی که رشد کرده اند کنترل می شوند.
(۱) جلبک ها برای زنده ماندن نیاز به نور دارند زیرا از گیاهان هستند. اغلب آنها را می توان با پوشاندن عرشه های بالایی برج ها تحت کنترل نگه داشت.
(۲) هیپوکلریت کلسیم که روی عرشه فوقانی پاشیده می شود جلبک ها را می کشد. با این حال، این باعث افزایش کلسیم به آب در گردش می شود که امکان رسوب گذاری را افزایش می دهد.

کنترل باکتری ها

کنترل باکتری ها با کلر: کلر آشناترین و مؤثرترین بایوساید صنعتی است. هنگامی که گاز کلر به آب تزریق می شود، هیدرولیز می شود و اسید هیدروکلریک و هیپوکلروز تشکیل می شوند. این بایوساید، اکسید کننده است. حالت اسید هیپوکلروس با pH پایین مطلوب است. در pH 5/5 ، یونیزاسیون بسیار کمی وجود دارد. در pH برابر ۷٫۵ تقریباً مقادیر برابر اسید هیپوکلروز و یون وجود دارد. کلر در pH 9.5 یا بیشتر، به دلیل فقدان یونیزاسیون کامل، خاصیت بایوساید کمتری دارد. به طور کلی، یک محدوده pH از ۶٫۵ تا ۷٫۵ برای برنامه های کنترل میکروبی کلر تلقی می شود، زیرا pH پایین تر باعث افزایش خوردگی سیستم می شود. به دلیل نگرانی های ایمنی هنگام کار با کلر گازی، کنترل گاز استنشاقی و نگرانی بیشتر در مورد آن اثرات زیست محیطی از کلر فرار باقیمانده، کلر گازی به ندرت در تاسیسات ارتش برای برج های خنک کننده استفاده می شود.