بررسی رسوب در برج خنک کننده و کنترل آن

برج خنک کننده

برج خنک کننده همانطور كه از نامش پيداست براي خنك كردن به كار مي رود. تجهيزاتي كه در صنعت به منظور انتقال حرارت به كار مي روند از جمله تجهيزات مهم بوده كه در اين ميان برج خنک کننده براي ادامه و تداوم عمليات و ديگر فرآيندها موثر و كاربردي است. بسياري از واحدهاي عملياتي نياز به خنك كاري دارند. اين خنك كاري توسط سيالاتي چون آب، روغن، هوا و غيره انجام مي شود. در برج خنک کننده آب در تماس با هوا قرار گرفته و خنك مي شود. به عبارت ديگر آبي كه در فرآيندهاي متعدد گرم شده و دماي آن بالا رفته مجددا خنك شده و به واحدها باز مي گردد.

يك برج خنك كننده از قطعات و بخش هاي مختلفي ساخته مي شود. همچنين داراي طبقه بندي و انواع مختلفي بوده كه بر حسب كاربرد آن در صنعت انتخاب مي شوند اما شيوه عملكرد در همه آنها كمابيش مثل هم است.

ایجاد رسوب و خوردگی در برج های خنک کننده

آبي كه از فرآيندها به درون برج خنک کننده وارد ميشود در اثر تماس با آلاينده هاي گوناگون حاوي مقاديري از آلاينده ها مي باشد. از اين رو با ورود مداوم و پيوسته به برج در طول مدت زمان زياد بر روي بخش هاي درون برج كه در تماس مستقيم با آب هستند رسوب توليد مي شود. ايجاد رسوب در تجهيزات سبب ايجاد يك مقاومت اضافي شده كه اين خود باعث كاهش شديد نرخ انتقال حرارت ميشود. از سوي ديگر اين آلاينده ها موجب تشديد پديده خوردگي در برج شده و موجب بالا رفتن هزينه هاي نگهداري و عملياتي مي شود. از اين رو دو عامل ايجاد رسوب و پديده خوردگي در برج خنک کننده همواره بزرگترين مشكلات پیش رو در اين برج ها مي باشد. براي جلوگيري و يا توقف اين دو پديده تا كنون راه كارهاي زيادي پيشنهاد شده و آزمايش گرديده است.

مشکلات ناشی از ایجاد رسوب در برج های خنک کننده

رسوب از جمله مهم ترين مشكلات برج هاي خنك كننده است. تشكيل رسوب در برج خنک کننده موجب ايجاد مقاومت اضافي در برابر انتقال حرارت شده و بازدهي برج را به شدت كم مي كند از سوي ديگر رسوب موجب بروز خوردگي در قطعات و لوله ها در برج مي شود.

چه رسوباتی در برج های خنک کننده ایجاد میشود؟

1. کربنات كلسيم
2.  فسفات كلسيم و فسفات روي
3. سيليكا و سيليكات منيزيم
4.  سولفات كلسيم

سیکل تغلیظ در برج های خنک کننده

در برجهاي خنك كننده از مفهومي به نام سيكل تغليظ استفاده ميشود كه عبارت است از نسبت هدايت الكتريكي آب گرم ورودي به برج به هدايت الكتريكي آب جبراني. هرچه مقدار عددي سيكل تغليظ در برج بالاتر باشد هزينه هاي عملياتي كمتر شده و از نظر زيست محيطي نيز عملكرد بهتري دارد. هنگامي كه برج در حالت سيكل تغليظ بالا كار ميكند ميزان رسوبات در برج افزايش مي يابد. از اينرو براي جلوگيري از ايجاد و تشكيل رسوب در برج از مواد ضد رسوب استفاده ميشود.

استفاده از محلول های ضد رسوب در برج خنک کننده

مواد ضد رسوب همانطور كه از نامشان پيداست به عنوان عاملي جهت ايجاد يك مانع براي رسوب عمل كرده و فرآيند رسوب را متوقف و يا كاهش مي دهند. در جدول (1) براي هر كدام از رسوبات در برج، ماده ضد رسوب آن آورده شده است.

جدول(1) : انواع رسوب و ماده ضد آن

بازدارنده مناسب	نوع رسوب
فسفونات ها، هموپليمرهاي انيدريد مالئيك، هموپليمرهاي اسيد اكريليك	كربنات كلسيم
پلي فسفات ها، فسفونات ها، هموپليمرهاي اسيد اكريليك	سولفات كلسيم
كوپليمر اسيد اكريليك، هموپليمر اكريل آميد، كوپليمر انيدريدمالئيك	سيليكات منيزيم
كوپليمر و تري پليمرهاي اسيد اكريليك، كوپليمرهاي انيدريد مالئيك	فسفات كلسيم و فسفات روي

عملکرد بازدارنده های رسوب در برج خنک کننده

مكانيسم عملكرد اين بازدارنده ها در برج متفاوت بوده و به طور كلي به سه دسته تقسيم ميشود:

1. جلوگيري از ايجاد و تشكيل هسته كريستال
2. جلوگيري از رشد و توسعه كريستال رسوب
3. جلوگيري از بهم پيوستن و تجمع رسوب و تشكيل كريستالهاي بزرگتر
    

تاثیر محلول ضد رسوب بر انواع مختلف رسوبات

اثرات مواد ضد رسوب با توجه به نوع ماده تشكيل دهنده و نوع رسوب فرق ميكند. اين مربوط به كيفيت ماده ضد رسوب است كه در جدول (2) به برخي از آنان اشاره شده است.

جدول(2) : برخی از رسوب های مهم و اثر ضد رسوب آنها

مکانیسم عمل و کیفیت ضد رسوب	نوع ماده ضد رسوب	نوع رسوب
اثرات بازدارندگی در حد کافی و پایداری ندارند	لیگنین ها، تانین ها	کربنات کلسیم، هیدروکسید روی
در صورتی که زمان ماند آب در برج زیاد باشد و یا دما بالا باشد هیدرولیز شده و تاثیر مفید ندارند	پلی فسفات ها	کربنات کلسیم
به ندرت هیدرولیز شده و تاثیر بازدارندگی پایداری دارد	پلی اول فسفات استرها، فسفونات ها	کربنات کلسیم و فسفات کلسیم

عوامل موثر بر سرعت رشد رسوبات در برج خنک کننده

برخي از عوامل در برج خنك كننده سبب تغيير در ميزان سرعت رشد رسوب ميشود از جمله مهمترين اين عوامل به سه مورد اشاره ميشود:

1. pH : حلاليت رسوبات با كاهش ميزان pH كم مي شود. به عبارتي ميزان رسوب در برج با كاهش pH  به طور كلي افزايش مي يابد. البته محدوديت هايي نيز وجود دارد.
2. دما : حلاليت تركيبات رسوب دهنده در آب با افزايش دما كاهش مي يابد. به عبارتي ديگر، ميزان رسوب در برج با افزايش دما زياد مي شود.
3. سرعت : با افزايش سرعت آب، ميزان رسوب كم ميشود. از اين رو تشكيل رسوب در فضاهاي مرده در برج كه سرعت آب در آنجا كم است مانند حوضچه، بيشتر است.

رسوبات بيولوژيكي:

دسته دوم از رسوبات برج خنك كننده رسوبات بيولوژيكي است كه ناشي از تجمع و ته نشين شدن گل و لاي و رشد ميكروارگانيسم ها و باكتري ها در برج خنک کننده مي باشد. اين نوع رسوب نيز به نوبه خود باعث كاهش نرخ انتقال حرارت و خوردگي مي شود.

انواع رسوب بیولوژیکی

اصولا رسوب بيولوژيكي را به دو دسته گل و لاي و لجن تقسيم بندي مي شود. جدول (3) به شرح اين نوع رسوب مي پردازد.

جدول(3) : انواع رسوب بيولوژيكي و كيفيت آنها

محل تشكيل رسوب	ويژگي رسوب	نوع رسوب
كف حوضچه آب سرد، سيستم توزيع آب گرم، سطح خارجي لوله ها و صفحات جداكننده و تيغه هاي بافل	بيشتر شامل مواد غيرآلي و غير باكتريايي بوده و بيشتر در مناطقي از برج رشد ميكند كه در آن نواحي سرعت آب كم بوده و يا ساكن است	گل و لاي
ديواره حوضچه آب سرد، پركن ها، سيستم توزيع آب گرم، سطح خارجي لوله ها و صفحات جدا كننده و تيغه هاي بافل	بيشتر شامل مواد ارگانيكي بوده و به صورت يك لايه چسبنده كه حاصل از ميكروارگانيسم ها است به سطوح و لولهها در برج ميچسبد. اين رسوب در نواحي با سرعت بالاي آب نيز مشاهده مي گردد	لجن