کنترل رسوب و خوردگی در تصفیه آب سیستم خنک کننده

در این مقاله به دنبال تدوین استراتژی انتخاب بهترین سطح هر ماده برای یک سیستم خاص هستیم. و موضوعاتی از جمله غلظت، سیستم گردش و تامین مناسب به نحوی که ماده فعال همواره در سطوح موردنظر وجود داشته باشد، مطرح می شود. به همین منظور به بررسی ذرات فلزی و ترکیبات عامل سختی که ممکن است باعث ایجاد مشکل در سیستم آب خنک کننده چرخشی شوند و راه هایی برای خنثی سازی، مقابله و پراکندگی آن ها می پردازیم.

کنترل رسوب

کلسیم کربنات

اگرچه پلیمرها عامل موثری برای کنترل رسوب کلسیم کربنات به شمار می روند، اما سایر ترکیبات، به ویژه فسفونات ها، کارایی بیشتری دارند. مهم است که پیش از تشکیل رسوب کلسیم کربنات آن را کنترل کنیم به جای اینکه پس از تشکیل رسوب برای پراکندگی آن تلاش کنیم. کنترل اولیه کلسیم کربنات با استفاده از فسفونات ها، و با کمک پلیمرها و تریپلیمرها امکان پذیر بوده و سیستم را تثبیت می کند.
در ادامه، ترکیبات مختلف از نظر قابلیت کنترل رسوب با هم مقایسه می شوند که این اطلاعات از نمودارهای میله ای موجود در مقالات تکنیکی مختلف استخراج شده است.
نتایج بررسی و مقایسه محصولات پیشنهادی برای مهار کلسیم کربنات حاکی از آن است كه کوپلیمرها و ترپلیمرهای تجاری در دسترس، به خوبی فسفونات ها و هموپلیمرها عمل نمی کنند. نتیجه این مقایسه به شکل زیر است: (در pH 8 و ۱۰)

مقایسه ضدرسوب برای کلسیم کربنات

در مواردی که مقررات، تخلیه فسفر را ممنوع می کند، پلیمرها به بهترین گزینه تبدیل می شوند. در شرایط سختی و قلیایی بالا ، پلی آكریلات های واکنش دهنده با حلال به عنوان مهاركننده كلسیم كربنات نسبت به نسخه های دارای واکنش آبی مؤثرتر هستند. در شرایط معتدل تر ، اختلاف بین این دو نوع کاهش می یابد. نتایج مقایسه طیف وسیعی از ترکیبات مختلف نشان می دهد که HEDP و هموپلیمرها از این کوپلیمر و ترپلیمر ها موثر تر هستند.

مقایسه مهارکننده کلسیم کربنات

به نظر می رسد که گروه عاملی کربوکسیل در پلیمرها برای مهار کلسیم کربنات ضروری است و هر چه مقدار کربوکسیل یک پلیمر بیشتر باشد ، عملکرد بهتری خواهد داشت.
PMA ، در مورد کلسیم کربنات از عملکرد بهتری نسبت به پلی آکریلات و فسفونات برخوردار است اما در سایر موارد ممکن اسن این چنین نباشد. به همین دلیل هنگامی که PMA استفاده می شود ، اغلب با یک فسفونات و احتمالاً یک پلیمر دیگر (پلی آکریلات) همراه است.

کلسیم سولفات

تجربه نشان داده است که پلی آکریلات بهترین گزینه برای مهار کلسیم سولفات است. مقایسه نسبی این ترکیبات به صورت زیر است:

مقایسه ضدرسوب برای کلسیم سولفات

سولفوریک اسید دیگر به طور گسترده برای کاهش قلیائیت مورد استفاده قرار نمی گیرد و در نتیجه ، مشکلات مربوط به کلسیم سولفات مثل سابق رایج نیست. با پیشرفت تکنولوژی پلیمرها در کنترل قلیائیت، کاربرد اسیدها محدود شد.

ضدرسوب کلسیم سولفات

به دلیل حلالیت نسبتاً زیاد ، کلسیم سولفات به خودی خود از نظر ایجاد رسوب نگران کننده نیست اما کلسیم کربنات ممکن است یک سایت مؤثر در ایجاد هسته برای تبلور کلسیم سولفات به شمار می رود.

کلسیم پلی آکریلات

از آنجایی که پلی آکریلات ها از توانایی مهارکنندگی متوسط برخوردار هستند ، تشکیل رسوب ترکیبات آن می تواند به یک مشکل تبدیل شود. علاوه بر این ، از دست دادن پلی آکریلات آزاد باعث کاهش قدرت پراکندگی می شود. پلی آکریلات با وزن مولکولی پایین تر(۲۰۰۰ amu) بیش از ۵۰٪ تحمل کلسیم بیشتری از انواع دارای وزن مولکولی بالاتر (۵۰۰۰ amu) دارد و اینکه پلی آکریلات های دارای واکنش با حلال حدود ۲۵٪ تحمل بیشتری نسبت به انواع آبی دارند. این نگرانی ها بیشتر مربوط به مواردی هستند که پلی آکریلات ها به تنهایی استفاده می شوند.

کلسیم فسفونات

با توجه به حلالیت محدود فسفونات ها ، مشخص شد که یک ترپلیمر رسوب کلسیم-HEDP را بسیار مؤثرتر از یک کوپلیمر کنترل می کند به طوریکه با افزایش دما ، pH و سختی این برتری همچنان وجود خواهد داشت. هموپلیمرها تأثیر قابل توجهی در پایداری فسفونات ندارند. در واقع عملکرد DCP (پلیمر كنترل رسوب) به عنوان مهار كننده Ca-HEDP به شدت به ساختار پلیمر بستگی دارد. در بین پلیمرها ، ترپلیمرهای حاوی سولفونیک اسید بهترین گزینه ، سپس پلی مالئیک انیدرید و یک پلی آکریلات گزینه های بعدی هستند.

کلسیم فسفات

کوپلیمرهای AMPS هنگامی که آهن موجود نباشد ، به عنوان یک دیسپرسنت عالی برای کلسیم فسفات عمل می کنند. در صورتیکه میزان آهن کم باشد ، کوپلیمر AMPS به خوبی ترپلیمرها در مهار کلسیم فسفات موثر هستند. مطالعات نشان می دهد که ترپلیمرها تقریبا دو برابر کوپلیمرها در حضور ۱٫۰ میلی گرم در لیتر آهن موثر هستند.
هنگامی که آهن به ۲٫۵ میلی گرم در لیتر افزایش یابد ، ترپلیمر تقریباً سه برابر کوپلیمر موثر است. و هر دو تحت این شرایط به مراتب از پلی آکریلات هموپلیمر برتر هستند. با پذیرش برتری کوپلیمرها و ترپلیمرها نسبت به هموپلیمرها برای کنترل کلسیم فسفات ، می توان با به کارگیری کوپلیمرها در کنار هموپلیمرها در هزینه ها صرفه جویی کرد. اگرچه اضافه کردن یک ماده افزودنی دیگر ممکن است هزینه ها را کمی بالا ببرد و منافع اقتصادی استفاده از این ترکیبات باید مورد بحث و بررسی دقیق قرار گیرد.
بررسی ها نشان می دهد که ۱۰ میلی گرم بر لیتر از کوپلیمر AA / SA-25 برای دستیابی به ۹۰٪ مهار رسوب فسفات مورد نیاز است ، و تنها ۷٫۵ میلی گرم بر لیتر از ترپلیمر AA / SA / SS برای رسیدن به همین سطح کافی است. محاسبات نشان می دهد که در این دوز ، هزینه استفاده از ترپلیمر بیش از هزینه کوپلیمر نیست.
هرچقدر محلول از فسفات کلسیم اشباع شود ، نیاز به پلیمر افزایش می یابد و کنترل سخت تر می شود. به منظور اصلاح این وضعیت ،ترکیبات و محصولات دیگری توسعه یافته اند.

آهن

آهن محلول

آهن به هر شکلی که باشد و حتی در غلظت های کم ، می تواند به طور جدی در توانایی های پراکندگی پلیمرها و سایر مواد شیمیایی تصفیه اختلال ایجاد کند. در شرایط آزمایش ، كلسیم به عنوان دیسپرسنت آهن اکسید در عملكرد پلی آكریلیك اسید اختلال ایجاد می کند. AA / SA حتی در غلظت بالای یون کلسیم به عنوان یک ماده دیسپرسنت مؤثر باقی می ماند زیرا نسبت به یون کلسیم نسبتاً غیر حساس است.

ذرات آهن

پلیمرها مؤثرترین مواد شیمیایی برای پراکندگی ذرات اکسید آهن هستند. به طور کلی ، پلی فسفات ها و فسفونات ها قدرت پراکندگی ضعیفی دارند. به طور کلی می توان گفت:

مقایسه پلیمرهای دیسپرسنت آهن

خاک رس و گل ولای

برخی از هموپلیمرها (به ویژه پلی آکریلات با وزن مولکولی ۵۰۰۰) برای پراکندگی رس و لجن کاملاً کارآمد هستند، اما کوپلیمرها و ترپلیمرهای جدیدتر حتی مؤثرتر و همچنین در برابر تداخل از سمت همین منابع مقاوم هستند.

کنترل خوردگی

پلیمرها در مهار خوردگی خیلی موثر نیستند. به طور معمول ، در غلظت های مورد استفاده ، پلیمرها به خودی خود خورنده نبوده یا خوردگی کمتری نسبت به سایر گزینه های موجود دارند. اما قابلیت آن ها در پراکندگی رسوبات به تمیز نگه داشتن سطوح و مقاومت در برابر انواع خوردگی بخصوص نوعی از خوردگی که با وجود رسوبات مرتبط است ، کمک می کند.
در حالی که فسفونات ها به طور معمول برای جلوگیری از رسوب کربنات کلسیم مورد استفاده قرار می گیرند ، از مزیت مهار خوردگی کاتدی محدودی نیز برخوردار هستند ، که در صورت ترکیب با عوامل قدرتمندی مانند فسفات ، مولیبدات ، روی یا HPA بهبود می یابد.

راهنمای انتخاب ضدرسوب و ضدخوردگی

۱٫ یک فسفونات مانند HEDP و یا PBTC برای کنترل رسوبات کلسیم کربنات، آهن و سیلت (لجن) ضروری است.
۲٫ فسفونات ها ترکیبات موثری جهت جلوگیری از خوردگی هستند.
۳٫ روی با کارایی کاتدی با سایر مهارکننده ها دارای اثر هم افزایی بوده و تحت شرایط شدید خوردگی موثر خواهد بود.
۴٫ HPA به دلیل حلالیت بالا، پایداری و قابلیت مهار خوردگی در تمام سیستم های تصفیه لازم است.
۵٫ ترپلیمرها دیسپرسنت مناسبی برای کمپلکس های فسفات و فسفونات هستند.
۶٫ با توجه به موارد بالا همه فرمولاسیون ها باید شامل PBTC، HPA و ترپلیمرها باشند، هم به دلیل کارایی هرکدام به صورت جداگانه و هم به دلیل اثر هم افزایی که کنار هم دارند.
۷٫ آزول ها از فلزات غیر آهنی محافظت کرده و همچنین از آلاینده های فلزی جلوگیری می کند و به همین دلیل در اکثر فرمول ها استفاده شد است. (بنزوتیازول، تولیل تریازول، مرکاپتوبنزوتیازول)

نکات استفاده صحیح از ضدرسوب و ضدخوردگی

به منظور استفاده صحیح و بهینه از ترکیبات موجود توجه به موارد زیر ضروری است:
۱٫ از اوردوز بپرهیزید.
۲٫ کمپلکس کلسیم با AMP و HEDP ، مانند روی و فسفات، حلالیت پایینی دارد. که این مساله با بالا رفتن PH و دما تشدید می شود. PBTC مقاوم ترین ترکیب در برابر مشکل حلالیت پایین است. همچنین افزودن کوپلیمرها نیز در این مورد می تواند مفید باشد.
۳٫ HEDP و AMP مقاومت کمی در برابر اکسیدکننده ها دارند. به طور خاص کلر AMP و برم HEDP را مورد حمله قرار می دهد. در حالیکه PBTC بیشترین مقاومت را از خود نشان می دهد. مشکل مشابهی در مورد HPA وجود دارد اما افزودن مونواتانول آمین مفید خواهد بود.

غلظت، سیستم گردش و تغذیه مناسب ضدخوردگی و ضدرسوب

غلظت

در ابتدا یکی از مهم ترین تصمیمات که باید گرفته شود تصمیم در مورد غلظت مورد نیاز از هر ترکیب شیمیایی در سیستم است. باقی مراحل بیشتر شامل محاسبات مکانیکی برای رسیدن به نرخ تغذیه مناسب و درجه گردش برای یک ترکیب مشخص است. غلظت را از جهات مختلفی می توان مشخص کرد و لازم است که همه موارد را باهم مقایسه کرده و مورد بررسی قرار داد:
۱٫ فرمول ها به صورت درصد وزنی ترکیب شیمیایی بیان می شوند به طور مثال محلول ۶۰% HEDP .
۲٫ مشخصات یک محتوای شیمیایی در یک سیستم معمولا به صورت میلی گرم در لیتر بیان می شود. این مقادیر با اصلاح محصولات شیمیایی برای سطح فعالیت مورد نظر بدست می آیند. برای مثال ۱% از محلول ۶۰% HEDP به معنی استفاده از ۰٫۶% HEDP فعال است. و اگر بر اساس PO4 گزارش کنیم برابر است با ۰٫۵۵۳% PO4. غلظت در سیستم به تعداد گردش ها بستگی دارد.برای مثال ۰٫۶% HEDP فعال در ۵ گردش غلظتی معادل ۳% HEDP فعال می دهد.

گردش

بدیهی است ، برآورد سیستم گردش مناسب، نیازمند درک صحیح از غلظت موردنظر یک ماده شیمیایی در سیستم و مقدار موردنیاز در آب میکاپ جهت خوراک سیستم است. اگر میزان کلسیم و سطح قلیایی آب میکاپ مدام تغییر کند ، باید چرخه غلظت با دقت کنترل و تنظیم شود تا حداکثر پایبندی به یک برنامه تصفیه حفظ شود و بدون هرگونه مشکل احتمالی انجام شود. به طور کلی ، چرخه غلظت بین ۲ و ۸ خواهد بود ، که با تجزیه و تحلیل آب تعیین می شود و توسط برنامه ای مانند WaterCycle® تفسیر می شود. سیستم گردش بر اساس چنین محاسباتی معمولاً می تواند تغییرات متوسط را تحمل کند. به عنوان مثال ، اگر یک فرمول مبتنی بر ۵ چرخه غلظت باشد ، نتایج خوبی را می توان از ۴ چرخه نیز بدست آورد ، به خصوص اگر نرخ غلظت ۲۵% افزایش یابد (۵/۴=۱٫۲۵).
با افزایش چرخش ها می توان تا حد زیادی در هزینه ها صرفه جویی کرد اما محدودیت های متعددی وجود دارد که بابد مدنظر قرار گیرد:
۱٫ در حضور برخی از نمک ها مانند نمک سیلیکات و کلسیم، قبل از اینکه شروع به رسوب گذاری کنند تنها امکان تعداد کمی گردش وجود دارد.
۲٫ در سیستم هایی که نشت آب زیاد باشد، چرخه بالایی از غلظت را ایجاد می کنند حتی در مواقعی که تخلیه محدود باشد.
۳٫ به طور کلی ، افزایش چرخه ها با افزایش pH همراه است و همراه آن باعث کاهش خوردگی می شود. با این حال ، مواد جامد باقی مانده ممکن است تمایل به خوردگی و ایجاد رسوب را افزایش دهند ، و تا حدودی هرگونه صرفه جویی پیش بینی شده در هزینه ها را منتفی کند.
تعداد چرخه بالا همیشه مطلوب نیست! تجربه نشان داده است که برای سیستم هایی که بیش از ۸ چرخه دارند ، دوز موردنیاز اغلب باید به میزان زیادی افزایش می یابد (با هزینه اضافی) و خطر افزایش غلظت فراتر از سطح آستانه وجود دارد.

تزریق

دستورالعمل ها برای تزریق مواد شیمیایی تصفیه آب خنک کننده معمولاً براساس میزان ۱۰۰ میلی گرم در لیتر از ماده شیمیایی تجاری تعیین می شود. از آنجا که ابزار موردنیاز برای وزن کردن مقدار میلی گرم و ظروف یک لیتری در اکثر مکان های صنعتی در دسترس نیست، بسیاری از اپراتورها از یک واحد ماده شیمیایی در هر ۱۰۰۰ گالن آب استفاده می کنند که روش مناسبی برای تزریق ماده شیمیایی به سیستم های صنعتی است.
بدیهی است، در مورد یک واحد برای ۵۰۰ گالن باید غلظت را دو برابر کرد و در مورد یک واحد برای ۲۰۰۰ گالن باید نصف شود. برای سیستم های بزرگتر می توان از یک گالن برای تصفیه ۱۰ ، ۸ ، ۶ یا ۴۰۰۰ گالن استفاده کرد. توجه داشته باشید که تمام محاسبات حجمی به چگالی ماده شیمیایی بستگی دارد. برای به دست آوردن نرخ تغذیه ، چندین رابطه جهت تبدیل واحدها وجود دارد:

تبدیل واحد

با توجه به روابط زیر محاسبات حجمی نرخ خوراک (F) نیز دشوار نخواهد بود:

تبدیل واحد حجمی

مهم است که فرمول مورد استفاده در تولید به صورت میلی گرم در لیتر ، ppm یا درصد وزنی بیان شود. این فرمت اجازه می دهد تا درصد هر ماده در فرمول تولید (تنظیم شده برای نرخ خوراک و چرخه) و مقدار آن در سیستم بر حسب mg / L (ppm) تعیین شود.
اگر شرایط عملیاتی تعداد چرخه های مورد انتظار را تحمل نکند، این ممکن است بیانگر این باشد که سختی بالاتر از حد پیش بینی شده است یا عوامل محدود کننده دیگری وجود دارد. در این حالت نیاز به افزایش دوز یا تغییر فرمول برای رسیدن به فرمول مناسب آب مورد استفاده است.