رسوب زدایی در برج خنک کننده به معنی راه های کنترل و جلوگیری از تشکیل رسوب در برج خنک کننده می باشد. همانطور که اشاره شد فرآیند رسوب گذاری به دلیل تبخیر آب و تجمیع املاح در آب برج خنک کن بوجود می آید. در صورتی که از تشکیل و تجمیع رسوب جلوگیری نشود موجب آسیب به اجزای برج خنک کننده، گرفتگی قطعات و سطوح انتقال حرارت در برج خنک کننده خواهد شد و در نتیجه بر راندمان کولینگ تاور تأثیر می گذارد. در مطلب قبلی به بررسی رسوب در برج خنک کننده، انواع و مراحل تشکیل آن پرداختیم و در این مطلب از قصد داریم تا به بررسی روش های رسوب زدایی و جلوگیری از تشکیل رسوب بپردازیم؛ زیرا بهترین اقدام پیشگیری از تشکیل رسوب در برج های خنک کن می باشد.
بازدارنده ها و رسوب زدایی برج خنک کننده
به طور کلی بازدارنده های رسوب به سه روش زیر عمل می کنند:
- جلوگیری از تشکیل هسته کریستال
- جلوگیری از رشد کریستال
- جلوگیری از تجمع کریستال ها و تشکیل کریستال های بزرگتر
تشکیل هسته کریستال تنها در محلول های فوق اشباع انجام پذیر است. در محلول های غیر اشباع، ممانعت از تشکیل هسته رسوب و در نتیجه رسوب زدایی برج خنک کننده با کنترل PH محلول و تزریق اسید انجام می شود. در محلول های فوق اشباع (غلیظ) برای جلوگیری از رسوب و رسوب زدایی برج خنک کننده از بازدارنده های رسوب استفاده می شود. متداول ترین بازدارنده های رسوب شامل پلی فسفات ها، فسفونات ها و پلی الکترولیت های سبک که گروه کربوکسیل دارند، می باشد. تشکیل و رشد رسوب، از طریق نقاط فعالی که بروی کریستال های رسوب وجود دارد انجام می شود.
بدین صورت که یون های با بار مخالف بروی این نقاط فعال جذب شده و باعث رشد کریستال رسوب می شود و این روند ادامه دارد. مکانیسم عملکرد بازدارنده ها بدین صورت است که این بازدارنده ها به صورت انتخابی بروی این نقاط فعال رشد قرار گرفته و آنها را می پوشانند. بنابراین مانع از رشد کریستال های رسوب از طریق این نقاط می شوند. نحوه عملکرد مکانیسم بازدارنده های رسوب در شکل دیده می شود. کریستال کربنات کلسیم در حالت نرمال به شکل مکعبی است. با افزودن بازدارنده ها، شکل کریستال ها مانند شکل تغییر می کند که این تغییر شکل به دلیل جذب شدن مواد بازدارنده رسوب بروی نقاط فعال در سطح کریستال می باشد.
در شکل نحوه تجمع کریستال های کربنات کلسیم را می بینیم. استفاده از بازدارنده ها مانع از تجمع کریستال رها شده و آنها را به صورت جداگانه نگه می دارد. در واقع در این حالت زمانی که مواد بازدارنده بر سطح کریستال جذب می شود، کریستال ها همدیگر را دفع می کنند. انواع بازدارنده های رسوب جهت رسوب زدایی برج خنک کننده پلی فسفات ها از سال 1936 توسط Resonstein به عنوان بازدارنده رسوب کربنات کلسیم در سیستم های خنک کننده معرفی شدند. اگرچه تاثیرات بازدارندگی این مواد در مورد سیستم های خنک کننده ای که زمان ماند آب زیاد است و یا دما بالاست به دلیل هیرولیز شدن بازدارنده به نسبت اورتوفسفات ها کم می باشد.
اخیرا بعضی از محصولات آلی سنتزی، مثل پلیمرها، فسفونات ها و پلی اول فسفات استرها، به عنوان بازدارنده های رسوبات کربنات کلسیم و فسفات کلسیم و غیره شناخته شده اند. این مواد بندرت هیدرولیزه شده و تاثیرات بازدارندگی پایداری را نشان می دهند. رسوب زدایی در برج خنک کننده به معنی راه های کنترل و جلوگیری از تشکیل رسوب در می باشد. برندهای معتبر و با کیفیت معمولاً قیمت پکینگ فیلمی خود را بر اساس استانداردهای بالا و خدمات اضافی تعیین می‌کنند . همانطور که اشاره شد فرآیند رسوب گذاری به دلیل تبخیر آب و تجمیع املاح در آب برج خنک کن بوجود می آید ، در صورتی که از تشکیل و تجمیع رسوب جلوگیری نشود موجب آسیب به اجزای برج خنک کننده، گرفتگی قطعات و سطوح انتقال حرارت در برج خنک کننده خواهد شد و در نتیجه بروی تأثیر می گذارد. متداولترین بازدارنده های به شرح زیر است:
- فسفونات ها
- پلیمرها
- سایر بازدارنده ها
تاثیرات بازدارنده ها در رسوب زدایی برج خنک کننده انواع بازدارنده هایی که برای هر نوع استفاده می شود، در جدول زیر مشاهده می گردد.
| نوع رسوب | بازدارنده مناسب |
| کربنات کلسیم | فسفونات ها، هموپلیمرهای انیدرید مالئیک، همو پلیمرهای اسید اکریلیک |
| فسفات کلسیم و فسفات روی | کوپلیمر و ترپلیمرهای اسید اکرلیک، کوپلیمرهای انیدرید مالئیک |
| سیلیکات مگنزیوم | کوپلیمر اسید اکریلیک، همو پلیمر آکریل آمید، کوپلیمر های انیدرید مالئیک |
| سولفات کلسیم | پلی فسفات ها، فسفونات ها و همو پلیمرهای اسید اکریلیک |
عوامل موثر در تشکیل رسوب
عوامل زیادی نظیر غلظت یونهای تشکیل دهنده رسوب (یون کلسیم، یون فسفات و غیره) در آب، دما و PH آب در تشکیل رسوب تاثیر دارند. به طور کلی حلالیت رسوب ها با کاهش PH افزایش می یابد. بنابراین میزان رسوب با کاهش PH کاهش می یابد، البته محدودیت هایی در این زمینه وجود دارد. به مطلب مراجعه فرمایید. به طور کلی حلالیت ترکیبات رسجنس بدنه این سختی گیرهای برج خنک کننده معمولاً فلزی یا فایبرگلاس است.
در کنار آن منبع نمک وجود دارد ،که کار احیای سختی گیر را برعهده دارد. این منبع به وسیله ی لوله مسیر آب نمک به منبع اصلی سختی گیر متصل می‌باشد. در قسمت فوقانی منبع اصلی سختی‌گیریک گیج قرار دارد، وظیفه آن نمایش فشار آب درون سختی‌گیر می‌باشد. ضد رسو برج خنک کننده پر کاربردترین و رایج ترین نوع در بازار هستند. از املاح موجود درآب بیشتر کلسیم و منیزیم باعث تشکیل رسوب و باعث گرفتگی در تاسیسات و دستگاه های مختلف می‌شوند. این سیستم ها را به نام های سختی گیر مکانیکی یا تبادل یونی و همچنین رسوب گیر رزینی نیز می‌شناسند.
رسوب زدایی برج خنک کننده
رسوب زدایی برج خنک کننده باعث ایجاد مشکلات مختلفی برای سیستم می‌شود.کاهش راندمان انتقال حرارت بر اثر ایجاد رسوب در سختی گیر برج خنک کننده . گرفتگی کاهش دبی و کاهش کیفیت عملکرد پکینگ برج خنک کننده و نازل ها براثر رسوب ورود تکه های کنده شده از رسوب به داخل حوضچه و لوله و گرفتگی سیستم و کاهش تولید یا ترکیدگی آن بر اثر بیش از حد گرم شدن سطوح فلزی خرابی زود هنگام دیگ بخار و توقف های ناخواسته آن خواهد شد.
بنابراین برای آب موجود در دیگ های فشار بالا و بسیاری از سیستم های فرآیند لازم است کلیه یونهای دی اکسید کربن و سیلیس تقریبا حذف گردد. ایجاد رسوب در برج خنک کننده، چیلر و سایر سیستم‌های حرارتی و برودتی سبب کاهش راندمان آنها و یا از کار افتادن کل سیستم میگردد. سختی موجود در آب، قدرت شویندگی انواع مواد صابونی کاهش می‌یابد به طوری که بازدهی شوینده ها درآب سخت نصف بازدهی آنها در آب نرم است.
چگونگی تشکیل رسوب در برج خنک کننده
زمانیکه آب گرم شود و یا در اثر مجاورت با هوا تبخیر و در نتیجه تغلیظ شود، تشکیل رسوب غیر محلول باعث مشکلات جدی در تاسیسات ساختمانی می شود. اگر چه این رسوب ممکن است تشکیل پوشش محافظی دهد که باعث کاهش خوردگی شود، اما باعث کاهش ضریب انتقال حرارت و افزایش افت فشار می شود. متداول ترین رسوب سختی که در سیستم های تاسیساتی تشکیل می شود، کربنات کلسیم است که تشکیل آن به فاکتورهایی چون غلظت، قلیائیت، pH ، دما و … بستگی دارد. همچنین فاکتورهای زیادی وجود دارد باعث خوردگی قطعات مختلف در سیستم های تاسیساتی می شود که مهمترین آن اکسیژن محلول در آب می باشد.
مشکلات عمده تشکیل رسوب در برج خنک کننده
- کاهش دبی آب و فشار مسیر
- کاهش انتقال حرارت
- افزایش مصرف سوخت و کاهش راندمان، همچنین کوتاه شدن عمر تجهیزات
- ایجاد خوردگی از طریق الکترولیز بین لایه رسوب و فلز بدنه
اهمیت استفاده از آب در سیستم های سرمایشی و گرمایشی آب مهمترین سیال عامل در حال چرخش در سیستم های گرمایش و سرمایش بوده که وظیفه حمل انرژی را از محل تولید (بویلر، چیلر، …) تا پایانه های مصرف آن بر عهده دارد، آب می باشد. ارزانی، در دسترس بودن، ظرفیت گرمایی نسبتا بالا و … از جمله مزایای این سیال است. مواد قطبی و بسیاری از نمک ها به مقدار متفاوت در آب حل می شوند و این حلالیت به دما، فشار، PH، پتانسیل شیمیایی و غلظت نسبی مواد در آب بستگی دارد.
نمک های محلول در آب به صورت کاتیون ها شامل کلسیم، منیزیم، آهن، منگنز، سدیم و آنیون ها شامل بی کربنات، کربنات، هیدروکسید، سولفات، کلرید، فسفات، نیترات و … می باشند. این مواد با عبور از تک تک تجهیزات گرمایشی یا سرمایشی موجب بروز رسوب و یا خوردگی می شوند. بیشتر آب‌های طبیعی شامل مواد محلول مانند دی اکسید کربن، اکسیژن، کلریدها و سولفات ها هستند که باعث خوردگی فلزات می شوند. مواد جامد محلول مخصوصاً اکلریدها و سولفات ها، اثر خورندگی اکسیژن و کربن دی اکسید را تشدید می کنند. آب حاوی مواد جامد بیشتر هدایت الکتریکی بالاتر و در نتیجه خوردگی بیشتری را به همراه دارد. افزایش در سرعت فلو عموما خوردگی را افزایش می دهد.
کنترل رسوب در برج خنک کننده
آب درون برج خنک کن به شدت رسوبگذار است و بخاطر رسوب سخت و یکنواخت بدون خلل و فرج، خوردگی در آن کم و نرخ خوردگی هم ثابت و پایین بوده است .در سختی گیر رزینی کاتیونی یون های کلسیم و منیزیم که عامل سختی هستند، جای خود را به یون های سدیم که تمایلی برای رسوبگذاری ندارند می دهند. از این رو میزان سختی پایین می آید، اما میزان آنیون ها و همچنین TDS ثابت می ماند. در برج خنک کن بخاطر تبخیر زیاد آب و جایگزین شدن آب تازه، به مرور بر میزان یون ها و مواد جامد افزوده می شود. اگر چه فاکتورهای زیادی برای خوردگی در سیستم های خنک کننده است، اکسیژن محلول در آب خنک کننده فاکتور اصلی خوردگی است. واکنش اکسیژن با آهن با دما افزایش می یابد. عوامل موثر در خوردگی و افزایش سختی آب در برج خنک کننده
- میزان اکسیژن محلول در آب گردشی
- دمای آب در چرخش
- میزان دی اکسید کربن آب
- pH یا میزان اسیدیته
- مواد جامد محلول یا اصطلاحاٌ TDS آب
- مواد جامد سوسپانسیون
- سرعت جریان خطی سیال آب
آب خنثی (PH=7) اشباع با هوا نسبت به آب بدون هوا سه برابر بیشتر برای آهن خورنده است. آب گرم حاوی اکسیژن نسبت به آب سرد سه تا چهار برابر بیشتر باعث خوردگی آهن می شود. در سیستم های گردشی باز مانند برج خنک کن بیشترین خوردگی بخاطر جذب ناخالصی های اسیدی از هواست.
ضد رسوب برج خنک کننده
رسوب به لایه ای چسبده و پیوسته از مواد خارجی تشکیل شده روی سطحی که آب جریان دارد و انتقال حرارت صورت می گیرد اطلاق ی شود. املاح در دمای بالا از آب جدا می شوندو در سیستم های لوله کشی و مجاری دستگاه ها رسوب می کنند و این امر باعث میشودسالانه ده ها میلیارد دلار در جهان صرف تمیزکاری سیستم ها و تعویض قطعات می گردد. یکی از راه های کاهش سختی آب، استفاده از سختی گیر های مختلف است. برخی انواع سختی گیر های مرسوم شامل رزینی کاتیونی، اسمز معکوس، مغناطیسی و گالوانیک است. مزایا استفاده از سختی گیر در برج خنک کننده :
- کاهش میزان رسوب گرفتگی اجزای داخلی برج خنک کننده
- کاهش هزینه های مربوط به بخش نگهداری کولینگ تاور
- افزایش عمر قطعات داخلی برج خنک کن
- کاهش هزینه های سرویس و شستشو در برج خنک کن
- افزایش راندمان کولینگ تاور و بهبود عملکرد دمایی برج خنک کننده
نصب سختی گیر در برج خنک کننده
محل هایی برای نصب سختی گیر در نظر گرفته شده که می تواند آب تغذیه را پس از عبور از سختی گیر مورد نظر به داخل مدار ها ارسال نمود. در محل های مختلف از مدارها، از شیر تخلیه برای برداشت آب استفاده شده است. برای استفاده از آب های مختلف، از یک مخزن ذخیره آب به عنوان منبع تغذیه در ورودی مدارها و قبل از سختی گیر ها استفاده شد. برای بررسی و رسوب یا خوردگی، از سیستم کوپن گذاری استفاده گردید.