رسوب در برج خنک کننده

رسوب در برج خنک کننده به معنی تغلیظ و تجمیع املاح و ناخالصی های موجود در آب برج خنک کن می باشد. در برج خنک کننده، عمده خنک سازی توسط پدیده تبخیر انجام می شود که در حین انجام پدیده تبخیر تنها آب خالص به صورت بخار در می آید. بنابراین املاح و ناخالصیهای آب، در آب باقیمانده تغلیظ می گردد. در ادامه این مطلب برای روشن شدن مفهوم تغلیظ املاح و مواد جامد درون آب، ابتدا بایستی با مفهوم سیکل تغلیظ که با علامت ( C ) نشان داده می شود آشنا شویم و به بررسی انواع رسوب در برج خنک کننده و فرآیند تشکیل آن ها می پردازیم.

 

کنترل رسوب در برج خنک کننده

سیکل تغلیظ نسبت کنداکتیویته ( هدایت الکتریکی ) آب گرم ورودی به برج خنک کننده به کنداکتیویته آب جبرانی می باشد. به طور کلی کنداکتیویته بستگی به یونهای موجود در آب دارد. به طور مثال اگر غلظت یون کلراید در آب گرم ورودی به برج ۱۰۰ mg/lit باشد و غلظت آن در آب جبرانی ۲۰ mg/lit باشد، سیکل تغلیظ عدد ۵ خواهد بود. عملکرد برج خنک کننده با سیکل تغلیظ بالا، باعث دستیابی به بسیاری از فوائد اقتصادی و زیست محیطی می گردد و همچنین باعث کاهش هزینه های عملیات آبی در برج خنک کننده مانند کاهش مصرف آب برج خنک کننده ، کاهش آب جبرانی مورد نیاز و کاهش مصرف مواد شیمیایی می گردد. زمانی که سیستم در سیکل تغلیظ بالا کار می کند و آب جبرانی به برج نیز دارای مقادیر املاح زیاد است، همانطور که اشاره شد بنابر رابطه سیکل تغلیظ غلظت املاح و مواد جامد در آب چرخشی نیز زیاد خواهد شد. بنابراین، میزان رسوب در برج خنک کننده افزایش پیدا می کند و برای جلوگیری از تشکیل رسوب بایستی مواد شیمیایی که اصطلاحا به آنها ضد رسوب گفته می شود به آب تزریق می گردد.

 

در برج خنک کننده خنک سازی توسط پدیده تبخیر انجام می شود که در حین انجام پدیده تبخیر تنها آب خالص به صورت بخار در می آید. بنابراین املاح و ناخالصیهای آب، در آب باقیمانده تغلیظ می گردد که باعث تغلیظ و تجمیع املاح و ناخالصی های موجود در آب و تشکیل رسوب در برج خنک کننده می شود.

 

این مواد شیمیایی که مانع از تشکیل رسوبات در قسمت های مختلف سیستم خنک کننده به خصوص مبدل های حرارتی می گردند، بسیار گرانقیمت هستند، پس بایستی همواره میزان زیر آب برج خنک کننده که به منظور کاهش املاح آب چرخشی می باشد، کنترل شود. تشکیل رسوب در برج خنک کننده نه تنها باعث گرفتگی خطوط لوله دستگاه ها و مبدل های حرارتی می شود، همچنین باعث کاهش بازده حرارتی مبدل ها نیز می گردد.

 

انواع رسوب در برج خنک کننده

ترکیباتی که معمولا به صورت رسوب در سیستم های خنک کننده مشاهده می شود به شرح زیر است:

 

  • کربنات کلسیم
  • فسفات کلسیم و فسفات روی
  • سیلیکا و سیلیکات مگنزیم
  • سولفات کلسیم

 

فرآیند تشکیل رسوب در برج خنک کننده

در یک محلول رقیق و غیراشباع، مواد حل شونده بصورت یونها، یونهای پیچیده و یا مولکول های تکی وجود دارد، در حالیکه در یک محلول غلیظ و فوق اشباع بعضی از این حل شونده ها با هم ترکیب شده و هسته های رسوب را تشکیل می دهند. پی اولین گام در تشکیل رسوب در برج خنک کننده ایجاد هسته رسوب می باشد. با توجه به شرایط موجود در محلول و اندازه این هسته ها ممکن است هسته ها دوباره در داخل محلول، حل شوند و یا اینکه به صورت یک کریستال رشد نماید.

میزان رشد کریستال بستگی به میزان نفوذ یونهای حل شده در آب در سطح کریستال و میزان قرارگرفتن این یونها در سطح کریستال دارد. نیروی محرکه لازم برای جذب یونها در سطح کریستال و در نتیجه رشد کریستال رسوب همان تفاوت غلظت حل شونده ها ( یونها ) مابین کریستال و بالک سیال می باشد. عواملی که در میزان نفوذ یونها در سطح کریستال تاثیر می گذارد شامل سرعت آب، دما و ویسکوزیته می باشد. کریستال هایی که تشکیل شده اند تمایل به تجمع با یکدیگر دارند و تشکیل کریستال های بزرگتری می دهند.

 

در مطلب بعدی ضمن معرفی انواع و مکانیزم های بازدارنده رسوب به بررسی اقدامات موثر در رسوب زدایی برج خنک کننده می پردازیم.

 

http://badrantahvie.com/sediment-in-cooling-tower/

شرایط اضطراری در برج خنک کننده

شرایط اضطراری در برج خنک کننده عبارتست از شرایطی است که در صورت عدم رفع سریع ممکن است خسارات سنگین به خود برج خنک کننده و حتی تجهیزات دیگر وارده نموده و یا سلامتی و جان پرسنل را به خطر بیاندازد. از آن جهت شرایط اضطراری گفته می شود که در صورت عدم اقدام فوری مخاطرات بسیاری به همراه خواهد داشت که ضمن آگاهی کامل پرسنل باید راه های کنترل و اقدامات مورد نیاز را از پیش آموزش داده شود تا از بروز اتفاقات ناگوار و خسارت به سیستم به موقع جلوگیری شود در ادامه به بررسی برخی از شرایط اضطراری در برج خنک کننده می پردازیم.

 

شرایط اضطراری در برج خنک کننده : نشت اسید

 

به منظور کنترل PH آب برج خنک کننده , اسید تزریق می شود. بروز اشکال در پمپ های تزریق اسید,  سبب نشتی و ورودی بیش از حد اسید به آب شده و مشکلاتی را در سیستم ایجاد می کند. ورود اسید به آب باعث کاهش PH آب شده و آهن را حل مینماید یعنی آهن با یون های عامل اسیدی (H +) واکنش داده و یون آهن تشکیل می شود. یون های آهن تولید شده در مجاورت آب,  تولید هیدروکسید آهن کرده و ایجاد رسوب در سیستم می کند.

بایستی یاد آور شویم زمانی که PH  آب به میزان اسیدی میرسد شرایط اضطراری در برج خنک کننده به وجود می آید لایه ی محافظ که توسط بازدارنده های خوردگی ایجاد شده است, تخریب شده و خوردگی افزایش می یابد. کاهش PH آب در اثر نشت اسید در سیستم , در برج های بتنی, سیمان حوضچه  را شدیدا مورد حمله قرار می دهد که این امر خود باعث افزایش سختی آب و ایجاد رسوبات می گردد و همینطور به ساختمان برج صدمه وارد می کند.

در صورت بروز نشت اسید در سیستم , بایستی پمپ اسید از سرویس خارج شود و کنترل کننده PH تنظیم و یا تعمیر گردد. در صورتی که نشت اسید زیاد باشد بایستی شیر زیر آب و همچنین شیر مربوط به ورود آب جبرانی به  حوضچه باز شود تا PH  به حد نرمال برسد و همچنین مواد شیمیایی بازدارنده به سیستم آب تزریق شود. در صورت نشت اسید, برای کنترل PH  هیچ گاه نبایستی از مواد قلیایی مانند سود استفاده شود.

 

شرایط اضطراری در برج خنک کننده : آلودگی آب ناشی از هیدرو کربن ها

در فرآیند هایی که با مواد هیدروکربنی سر و  کار داریم, نشت هیدرو کربن به داخل سیستم توزیع آب در برج خنک کننده سبب آلودگی آب می شود. در صورتی که میزان زیادی از مواد هیدروکربنی در سطح آب حوضچه برج خنک کننده جمع می شود، جمع آوری آن توسط سیستم های تانکر خلا به راحتی انجام پذیر است. اگر نشت مواد هیدروکربنی از قبیل روغن به داخل آب، از طریق کولر های روغن باشد به دلیل فرمولاسیون این مواد، امولسیون سختی از آنها با آب و گرد و خاک، مواد شیمیایی موجود در سیستم و در بعضی موارد املاح کلسیم تشکیل می شود که عامل گرفتگی لوله و سایر قسمت ها می باشد و شرایط اضطراری را در برج خنک کننده به وجود می آورد.

وجود مواد هیدروکربنی در آب, باعث می شود که سطوح تبادل حرارتی در برج خنک کننده , مخصوصا برج هایی که دارای پرکن از نوع فیلمی میباشد, پوشیده شده و انتقال حرارت به خوبی انجام نشود که خود باعث کاهش راندمان برج و افزایش دمای آب می گردد. برای رفع این مشکل, بایستی مبدل حرارتی که دارای نشتی است از سرویس خارج شود. در صورت جمع شدن مواد هیدروکربنی در سطح آب حوضچه , بایستی این مواد جدا شده و از مواد شیمیا یی نظیر Aerosol OT  که یک عامل مرطوب کننده است برای تمیز کاری استفاده شود. نبایستی میزان زیر آب را افزایش داد زیرا در مدت ۲ تا ۳ روز به روش های فوق سیستم تمیز می شود.

 

شرایط اضطرای در برج خنک کننده : مشکلات ناشی از قطع برق

در صورت قطع برق, قسمت های الکتریکی برج نظیر پمپ های آب چرخشی و فن ها متوقف می شود. در سیستم های بزرگ معمولا پمپ توربینی بصورت اتوماتیک وارد سرویس شده تا گردش آب قطع نگردد. اما با توقف فن ها به هر حال مقدار آب تبخیر شده کاهش یافته و سطح آب  درون حوضچه بالا می رود. اگر فن ها به مدت طولانی خارج از سرویس باشند , به علت بالا آمدن سطح آب ممکن است لازم باشد شیر آب به مقدار زیادی باز شود.

 

شرایط اضطرای در برج خنک کننده : مشکلات ناشی از یخ زدگی

برج های خنک کننده طوری طراحی می شوند که حداکثر سطح تماس مابین هوا و آب، به منظور افزایش انتقال حرارت ایجاد شود که این نوع طراحی، در فصول سرد سال به دلیل کاهش دمای هوای محیط و کاهش بار حرارتی اعمال شده به برج، باعث ایجاد یخ زدگی در قسمت های مختلف برج می شود. در صورتی که یخ زدگی به صورت لایه های نازک در قسمت صفحات ورودی هوا باشد مشکلات چندانی را ایجاد نمی نماید و به نوعی قابل قبول است.

ولی اگر یخ زدگی به مقدار زیاد در قسمت پر کن ها ایجاد شود باعث ایجاد شرایط اضطراری در برج خنک کننده و کاهش سطح انتقال حرارت و در بعضی موارد گرفتگی مسیر ها شده، عملکرد این بخش را با مشکل روبرو می سازد که باعث افزایش دمای آب شده و مشکلات فراوانی بوجود می آورد. بایستی یاد آور شویم که یخ زدگی در بخش پر کن ها از آنجاییکه با ازدیاد حجم همراه است باعث ایجاد ترک و شکستگی این قسمت ها نیز می شود. روش های کنترل یخ زدگی با توجه به نوع برج، نحوه ی توزیع آب گرم و تجهیزات مکانیکی متفاوت است اما موارد زیر در تمامی شرایط یکسان است:

 

الف) یخ زدگی ارتباط مستقیم با میزان هوای عبوری  از برج دارد یعنی با کاهش میزان هوا , می توان مانع از تشکیل یخ شد.

ب) یخ زدگی بستگی به بار حرارتی که به برج اعمال می شود دارد, یعنی هرچه بار حرارتی و دمای آب گرم ورودی به برج کمتر باشد امکان یخ زدگی بیشتر است.

ج) امکان یخ زدگی در پر کن ها , رابطه ی معکوس با میزان آب ورودی به پر کن ها دارد. یعنی هرچه آب بیشتری بر روی پر کن ها ریخته شود امکان یخ زدگی کمتر است.

 

به طور کلی برای کاهش یخ زدگی در برج می توان به در روش زیر عمل نمود:

  • کنترل میزان هوای ورودی به برج خنک کننده:

با کاهش میزان هوای ورودی به برج میتوان مشکلات یخ زدگی را برطرف کرد.این امر با خارج کردن تعدادی از فن هااز سرویس و یا تنظیم سرعت چرخش فن و در بعضی موارد تغییر زاویه پره های فن, انجام می شود.

زمانی که میزان هوای کمتری در تماس با آب قرار می گیرد انتقال حرارت کاهش یافته و میزان خنک سازی کمتر می شود.در بعضی موارد فن طوری تنظیم می شود که برای مدت کوتاه ۱ الی ۲ دقیقه جریان هوا درون برج معکوس می شود یعنی هوای گرم خروجی از برج وارد برج خنک کننده شده و باعث یخ زدایی می گردد.

  • کنترل میزان آب ورودی به برج خنک کننده:

به جای اینکه توسط لوله های رایزر  به قسمت بالای برج رفته و بر روی  پر کن ها پاشیده شود , از طریق یک مسیر بای پس مستقیما به داخل حوضچه آب سرد ریخته می شود که بدین روش می توان مانع از یخ زدگی پرکن ها شد.

برای یخ زدایی در برج های جریان متقابل یک مسیر بای پس از آب گرم ورودی به برج طوری تعبیه شده است که مستقیما از بخش پایین پرکن ها عبور می کند.آب گرم وارد این مسیر شده و از طریق سوراخ هایی که روی لوله تعبیه شده است به قسمت زیر پرکن ها پاشیده می شود و بدین ترتیب یخ زدایی صورت می گیرد.

 

http://badrantahvie.com/cooling-tower-emergency-conditions/