روش های رسوب زدایی

در صنایعی مانند نفت، گاز و پتروشیمی، همواره سعی بر پیشگیری از تشکیل رسوب با استفاده از روش های مختلف در تجهیزاتی مانند مبدل های حرارتی و دیگ های بخار می باشد. در این زمینه هزینه های زیادی برای مواد و افزودنی های شیمیایی صرف می شود. اما بیشتر مبدل های حرارتی صنعتی به دلایل مختلف مانند کیفیت پایین آب ها در مناطق مختلف، در معرض رسوب گذاری قرار می گیرند. این رسوبات بیشتر در لوله های مبدل ها تشکیل می شوند. برای کاستن زیان های پدیده رسوب، مبدل باید پیوسته تحت نظارت عملکرد و تمیزکاری قرار گیرد.

انجمن تولیدکنندگان مبدل های پوسته لوله توصیه میکند همواره مقداری مجاز برای رسوب گذاری در طراحی مبدل ها در نظر گرفته شود، تا این امر تأثیر زیادی در فرایند تولید نداشته باشد. اما در تمامی موارد باید تمیزکاری مبدل در فواصل زمانی مناسب صورت گیرد.

انواع مختلف رسوبات در صنعت

در فرایندهاي صنعتی رسوب ها انواع مختلفی دارند که برخی از آنها عبارتند از:

• رسوب ذرات ریز معلق
• رسوب ناشی از خوردگی
• رسوب بیولوژیکی
• رسوب به علت تشکیل بلورهای جامد
• رسوب در اثر یک واکنش شیمیایی
• رسوب در اثر تغییر دما مانند انجماد

افزایش هزینه ها با تشکیل رسوبات

با توجه به اینکه مبدل های حرارتی بخش مهمی از فرایندهای مختلف هستند، درصورت تشکیل رسوب در آنها و برای حفظ مقدار انتقال حرارت، لازم است دما یا جریان سیال گرم افزایش یابد. این افزایش دما یا جریان می تواند منجر به افزایش هزینه انرژي ورودی به فرایند یا کاهش میزان تولید گردد. در هر دو حالت هزینه هایی بر فرایند تحمیل می شود که آنها را هزینه رسوب گذاری می گویند. برای اتخاذ تصمیم های مناسب اقتصادی، این هزینه ها باید در زمان های مختلف و متناسب با مقدار انتقال حرارت ناشی از رسوب، محاسبه گردند.

زمان های مناسب تمیزکاری مبدل های حرارتی

به طور کلی زمان تمیزکاری را باید با توجه به میزان تأثیر رسوب بر فرایند محاسبه کرد، تا به مقدار بهینه برای زمان تمیزکاری دست یافت. تمیزکاری در فواصل زمانی کم، باعث افزایش زمان کلی صرف شده برای تعمیرات مبدل ها می شود. بنابراین، این موضوع علاوه بر افزایش هزینه های تمیزکاری، با کاهش محصولات تولیدی مجتمع، درآمد کلی را هم کاهش می دهد. از سوی دیگر، تمیزکاری در فواصل زمانی طولانی به دلیل افزایش رسوبات، نیاز به انرژی را برای حفظ دمای سیالات افزایش می دهد. علاوه بر این، در مواردی هم گرفتگی بیش از حد مبدل ها می تواند تولید مجتمع صنعتی را مختل کند. پس، برای افزایش کارایی مبدل های حرارتی رسوب گرفته، باید تمیزکاری آنها در فواصل زمانی معین انجام شود. رسوب زدایی، سطح داخلی لوله ها را به حالت اولیه خود (که در واقع سطح فلز است) برمی گرداند و معمولا باعث افزایش دوام آن می گردد. زیرا بعد از هربار تمیزکاری، لایه نازکی از اکسید در سطح لوله تشکیل می شود که عامل جلوگیری از خوردگی است. تمیزکاری لوله های مبدل فقط درصورتی انجام می گیرد که مبدل درحال کار نباشد.

روش های تمیزکاری در مبدل حرارتی

روش هاي مختلفی براي تمیزکاری مبدل های حرارتی، اعم از شستشوی مکانیکی و شیمیایی استفاده می شوند. به طور کلی انواع روش های حذف رسوب عبارت اند از:

• تمیزکاری مکانیکی
• تمیزکاری شیمیایی

در ادامه هر کدام از این روش ها به اختصار توضیح داده می شود.

روش های رسوب زدایی مکانیکی

انواع روش های شستشوی مکانيکی رسوب عبارت اند از:

1. ایجاد جریان معکوس
2. جت آب(فشار آب)
3.  هیدروفرز مکانیکی
4.  فشنگی ساینده

رسوب زدایی به روش ایجاد جریان معکوس

یک روش انجام رسوب زدایی، توقف و بستن واحد و تمیز کردن مبدل های آن می باشد. اما هر بار که واحد بسته و مجددا راه اندازی گردد، مقدار زیادی انرژی، مواد اولیه، وقت، تولید محصول و … تلف می شود. به این دلیل راه ساده تری وجود دارد که تا چند بار قبل از توقف واحد برای تعمیرات، قابل استفاده و مؤثر است. به این ترتیب که موقتا و تنها به مدت چند دقیقه، جهت ورود و خروج آب خنک  کننده برعکس می شود. این کار از طریق  باز و بسته کردن چند شیر صورت می گیرد. بخش عمده ای از رسوب ها با این روش کنده می شوند و تا مدتی می توان از انتقال حرارت نزدیک به مقدار طراحی شده بهره برد. البته هر بار که این کار  صورت گیرد، بازیابی انتقال حرارت از دفعه قبل کمتر خواهد بود. همین موضوع دربارۀ بازیابی افت فشار مسیر آب نیز صادق است. بسته به طراحی خنک کننده، یکی از دو عامل کاهش انتقال حرارت یا افزایش افت فشار می تواند تاثیر منفی بیشتری بر ادامه کار واحد شیمیایی مربوطه داشته باشد، اما معمولا کاهش انتقال حرارت زودتر مشخص می گردد. برای سهولت ایجاد جریان معکوس به ویژه در واحدهایی که تعداد خنک کننده های بیشتری دارند، از یک شیر چهار راهه استفاده می شود.

رسوب زدایی به روش جت آب

از میان روش های مختلف شستشو، استفاده از آب فشار قوی بیشتر متداول است. شستشوی با آب به دلیل اینکه فشار (جت) آب به آرامی لوله ها را تمیز می کند، وقت گیر می باشد. باید دقت کرد که در این روش تمیزکاری، عدم آرامش و دقت، باعث تخریب لوله ها و یا صفحه نگهدارنده آنها می گردد. البته بیشتر این تخریب ها بعد از راه اندازی مجدد مبدل آشکار می گردد. روش فشار آب (جت آب) معمولاً برای شستشوی نهایی  استفاده می شود.

معایب رسوب زدایی به روش فشار آب (جت آب)

رسوب زدایی با استفاده از فشار آب گرچه در بسیاری از مواقع یک روش مناسب است، ولی معایب و محدودیت هایی دارد که عبارت اند از:

• مصرف زیاد آب
• مصرف زیاد انرژی
• عدم رسوب زدایي از لوله های نیم گرفته و یا کاملاً مسدود
• عدم رسوب زدایی از لوله های U شکل

روش رسوب زدایی هیدروفرز مکانیکی

روش هیدروفرز مکانیکی برای رسوبات بسیار سخت استفاده می شود. در شرایط معمولی جداسازی این رسوبات بسیار مشکل است. به این خاطر در این روش ابتدا رسوبات داخل لوله ها توسط مته های مناسب و برس های ویژه جداسازی می گردند و سپس برای خارج ساختن آنها از یک کمپرسور هوا با فشار زیاد استفاده می شود.

مزایای رسوب زدایی هیدروفرز مکانیکی

از مزایای این روش، می توان به ایمنی زیاد ابزار آن برای کار در داخل محوطه مجتمع، سرعت، قدرت و کارایی زیاد، قابلیت تغییر دور، هزینه های کم، امکان ساخت و تهیه کلیه لوازم آن در داخل کشور، امکان به کارگیری دو نازل به طور هم زمان، امکان کار متصدی با دستگاه از راه دور، تعمیر و نگهداری آسان و سریع، کیفیت و استحکام زیاد آن اشاره کرد.

معایب رسوب زدایی هیدروفرز مکانیکی

ابزار به کار رفته در این روش به علت داشتن لوله های محکم انتقال نیرو، قابل انعطاف نبوده، در برخورد با رسوبات سخت، دچار شکستگی مته و آسیب به جدارۀ داخلی لوله می شود. به دلیل کوچک بودن منافذ خروج آب از نوک ابزار، با افزایش تعداد منافذ گرفته شده، اصطکاک و تنش حرارتی افزایش می یابد، لذا موجب شکسته شدن مته و آسیب رساندن به لوله می شود.

رسوب برداری فشنگی ساینده

در این روش توسط یک تفنگ هوای فشرده، فشنگی هایی به داخل لوله شلیک می شوند. جنس فشنگی های ساینده، پلاستیکی بوده، با سرعت جداره داخلی لوله را جاروب می کنند. استفاده از گلوله های اسفنجی با یک سطح صاف در لوله های مبدل حرارتی نتایج بهتری در کاهش رسوب دارد. قطر گلوله های اسفنجی کمی بزرگ تر از قطر داخلی لوله بوده، به گونه ای است که هر 5 تا 10 دقیقه یک گلوله شلیک می شود.

معایب رسوب برداری فشنگی ساینده

این روش برای لوله های نیم گرفته و یا کاملاً گرفته و نیز برای رسوبات سخت کاربرد ندارد.

رسوب زدایی شیمیایی

برای شستشوی شيميايی تجهیزات، ابتدا بايد نوع رسوبات (اعم از رسوبات ناشی از سيالات فرایندی و يا رسوبات ناشی از خوردگی) مشخص شود. در این روش بسته به نوع رسوب، از انواع مواد شیمیایی استفاده می گردد. در روش شستشوی شيميايی با اسیدها، برای جلوگیری از اثرات نامطلوب اسید بر سطح فلز از مواد بازدارندۀ خوردگی استفاده مي شود. اسید به کار رفته در این مواد، بسته به جنس رسوبات و متالورژی سامانه ممکن است معدنی، آلی و یا مخلوطی از هر دو باشد. هر رسوبی بايد با توجه به طبيعت شيميايی و خواص فيزيكی مربوطه از روی سطوح برداشته شود. اغلب محلول های رسوب زدا بر پايۀ اسيدهای آلی و معدنی می باشند. در ميان اسيدهای معدنی، اسيدهای HCl و H2SO4 بیشترین کاربرد را دارند. از اسيدهای آلی نيز غالبا سيتريك اسيد، استيك اسيد و EDTA  به كار گرفته می شوند.

هيدروكلريك اسيد يكی از مهم ترين اسيد هایی است که در شستشوی شیمیایی استفاده می شود. انتخاب بازدارنده خوردگی، بستگی به غلظت، دما، زمان اسيدشويی، متالورژی سامانه و نوع اسيدكاری دارد.

معایب رسوب زدایی شستشوی شیمیایی

این روش معایبی دارد که عبارت اند از:

• آسیب ديدن بدنه تجهیزات
• مصرف زیاد آب
• مصرف زیاد انرژی
• خطر ناشی از کار با مواد شیمیایی
• ایجاد آلودگی آب های سطحی و زیرزمینی توسط مواد نفتی و یا شیمیایی
• عدم رعایت مسائل زیست محیطی
• عدم رسوب زدایی از لوله های نیم گرفته یا کاملاً مسدود