نقش آب خوراک در عملکرد آب شیرین کن و راهکارهای بهینه سازی آن

مقدمه: آب شیرین کن های حرارتی در صنایع نفت و گاز

چرا کیفیت آب خوراک تعیین کننده است؟

در صنایع نفت، گاز، پالایشگاه و نیروگاه، آب شیرین کن های حرارتی به عنوان یکی از ارکان اصلی تأمین آب خالص و بدون نمک عمل می‌کنند. این تجهیزات با استفاده از فرآیند تبخیر و تقطیر، آب دریا یا آب شور را به آب شیرین تبدیل می‌کنند و نقش حیاتی در راه‌اندازی واحدهای تولید بخار، سیستم‌های خنک‌کننده و فرآیندهای صنعتی دارند.

در منطقه خلیج فارس، که دسترسی به آب شیرین طبیعی محدود است، آب شیرین کن های حرارتی به ویژه نوع MED (Multi-Effect Distillation) وMSF (Multi-Stage Flash)، به انتخاب اصلی صنایع تبدیل شده‌اند. اما عملکرد این تجهیزات به شدت تحت تأثیر کیفیت آب خوراک قرار دارد.

آب خوراک — یعنی آب ورودی به سیستم — اگر فاقد پیش‌تصفیه مناسب باشد یا دارای غلظت بالای مواد معدنی، سیلیس، آهن یا آلاینده‌های بیولوژیکی باشد، به سرعت منجر به تشکیل رسوب در لوله های هیتر، کندانسور و دمیستر می‌شود. این رسوبات نه تنها راندمان تولید آب را کاهش می‌دهند، بلکه مصرف انرژی را افزایش داده و عمر مفید تجهیزات را کوتاه می‌کنند.

در این مقاله، به بررسی دقیق نقش آب خوراک در عملکرد آب شیرین کن های حرارتی، به‌ویژه نوع MED می‌پردازیم. همچنین، راهکارهای عملیاتی و شیمیایی برای بهینه‌سازی عملکرد، جلوگیری از رسوب و بازیابی راندمان از دست رفته را ارائه خواهیم داد. در این میان، به مطالعات موردی واقعی از پروژه‌های انجام‌شده توسط شرکت‌های فعال در این حوزه — از جمله شرکت پژوهشی صنعتی آبریزان — نیز اشاره خواهیم کرد.

آب شیرین کن حرارتی چیست؟ انواع MED و MSF و تفاوت‌های آنها

آب شیرین کن های حرارتی با استفاده از انرژی گرمایی (معمولاً بخار صنعتی) آب شور را تبخیر کرده و بخار آن را تقطیر می‌کنند. دو فناوری اصلی در این حوزه،MED (Multi-Effect Distillation)وMSF(Multi-Stage Flash)هستند.

آب شیرین کن MED (تقطیر چنداثری)

در سیستمMED، آب خوراک به صورت لایه ای روی لوله های گرم کننده جریان می یابد. بخار موجود در لوله ها، آب سطحی را تبخیر می کند و بخار تولیدی به اثر بعدی منتقل شده و به عنوان منبع گرمایی عمل می کند. این فرآیند در چندین اثر (Effect) تکرار می‌شود و راندمان بالایی دارد.

مزایای MED :

• مصرف انرژی پایین‌تر نسبت بهMSF
• مناسب برای ترکیب با سیستم‌های انرژی پایه
• عملکرد بهتر در شرایط آب خوراک با کیفیت متوسط

آب شیرین کن MSF (تبخیر چند مرحله‌ای)

درMSF، آب خوراک تحت فشار و دمای بالا به داخل محفظه‌های متوالی (Stage) پمپ می‌شود. با کاهش فشار، آب به صورت ناگهانی تبخیر می‌شود (Flash Evaporation). این فرآیند در چندین مرحله تکرار می‌شود.

مزایای MSF :

• تحمل بهتر آب خوراک با کیفیت پایین
• مقیاس‌پذیری بالا
• مناسب برای نیروگاه‌های بزرگ

هر دو سیستم به شدت به کیفیت آب خوراک وابسته هستند، اما MED به دلیل سطح تماس بیشتر و دمای عملیاتی بالاتر، حساسیت بیشتری به تشکیل رسوب دارد.

آب خوراک آب شیرین کن چیست و چه ویژگی هایی دارد؟

آب خوراک (Feed Water) به آب ورودی به سیستم آب شیرین کن گفته می‌شود. این آب معمولاً از منابع زیر تأمین می‌شود:

• دریای خلیج فارس (شایع‌ترین منبع)
• رودخانه‌های ساحلی
• آب بازیافتی صنایع

کیفیت این آب تعیین‌کننده اصلی طول عمر و راندمان آب شیرین کن است. پارامترهای کلیدی آب خوراک شامل:

دریای خلیج فارس به دلیل دمای بالا، تراکم زیاد ماهی و جلبک، و آلودگی صنعتی، حاوی غلظت بالایی از سیلیس، کلسیم و مواد آلی است که خطر تشکیل رسوب را به شدت افزایش می‌دهد.

تأثیر آب خوراک بر عملکرد آب شیرین کن های MED

در آب شیرین کن های MED ، آب خوراک به صورت لایه‌ای روی لوله های گرم کننده جریان دارد. هرگونه ناهمگونی در کیفیت آب خوراک، منجر به تشکیل رسوب در سطح لوله ها می‌شود.

افزایش مقاومت حرارتی

رسوبات به عنوان عایق حرارتی عمل می‌کنند و انتقال حرارت از بخار داخل لوله به آب خوراک بیرونی را مختل می‌کنند. این امر منجر به:

• کاهش ضریب انتقال حرارت (U-Factor)
• افزایش دمای بخار مورد نیاز
• افزایش مصرف انرژی

کاهش دبی آب تولیدی آب شیرین کن

با کاهش انتقال حرارت، میزان تبخیر کاهش یافته و در نتیجه دبی آب شیرین تولیدی نیز کم می‌شود.

افزایش دمای سوپرهیت

برای جبران کاهش انتقال حرارت، سیستم مجبور به افزایش دمای بخار می‌شود که خود خطر تشکیل رسوب سریع‌تر را افزایش می‌دهد.

کاهش راندمان (GOR)

مهم‌ترین شاخص عملکرد، GOR (Gain Output Ratio) است. کاهش GOR مستقیماً نشان‌دهنده افت راندمان است و ریشه آن اغلب رسوب در اثر کیفیت پایین آب خوراک است.

انواع رسوبات تشکیل‌شده در آب شیرین کن های MED

تشکیل رسوب در آب شیرین کن های MED یکی از شایع‌ترین مشکلات عملیاتی است. انواع اصلی رسوبات:

نمونه رسوب در لوله های هیتر آب شیرین کن

پیامدهای تشکیل رسوب در آب شیرین کن های حرارتی

تشکیل رسوب تنها یک مشکل فنی نیست، بلکه هزینه های عملیاتی، توقف تولید و کاهش عمر تجهیزات را به دنبال دارد.

• کاهش GOR تا 40%در موارد شدید
• افزایش مصرف بخار تا 25%
• نیاز به توقف تولیدبرای شستشو یا رسوب برداری
• افزایش فشار و خطر ترکیدگی لوله
• کاهش عمر مفید تجهیزات تا 50%
• افزایش هزینه های نگهداری و تعمیرات

مشکلات ناشی از تشکیل رسوب در تاسیسات

شاخص های کلیدی عملکرد آب شیرین کن (KPIs)

برای ارزیابی عملکرد، باید شاخص های کلیدی را رصد کرد:

راهکارهای بهینه‌سازی عملکرد آب شیرین کن

پیش‌تصفیه آب خوراک (Pre-treatment)

• فیلتراسیون چندلایه(شن، کربن فعال، سیلیس)
• فیلتر کارتریج(5 میکرون)
• اسمز معکوس پیش ازMED(کاهشTDS 50-70%)
• کلرزنی و دکلرزنیبرای کنترل بیوفولینگ

بخوانید درباره فرآیند تصفیه آب خوراک بویلرهای صنعتی و نیروگاه ها

استفاده از مواد شیمیایی تخصصی

• آنتی اسکالانت:جلوگیری از تبلور کلسیم و سولفات
• دیسپرسنت:پراکندگی ذرات رسوبی
• ضدخوردگی:حفاظت از لوله های فولادی
• اکسیژن زدا:کاهش خوردگی اکسیژنی

شستشوی دوره ای با محلول های شیمیایی

• هر 3 تا 6 ماهبر اساس شرایط عملیاتی
• تشخیص زمان شستشو: افتGOR > 15%، افزایش دمای بخار > 5°C
• استفاده از محلول های غیراسیدی و ضدخوردگی

مطالعه موردی: بهبود عملکرد آب شیرین کن MED با شستشوی شیمیایی

• قبل از شستشو:GOR = 2.1
• پس از شستشو با محلول تخصصی میتره:GOR = 5.4(+157%)
• بازیابی 85% توان تولید (افزایش 40% نسبت به وضعیت قبلی)
• پاکسازی کامل فضای بین تیوب ها از رسوبات سخت
• کاهش مصرف بخار
• بدون نیاز به توقف تولید طولانی

رسوب زدایی آب شیرین کن (پالایشگاه دوازدهم، مجتمع گاز پارس جنوبی)

تصویر قبل از رسوب برداری

تصویر بعد از شستشوی شیمیایی با محلول میتره

رسوب برداری اساسی با محلول های تخصصی

• برای مواردی که فضای بین لوله ها کاملاً مسدود شده
• استفاده از محلول های غیراسیدی، امولسیونی و ضدخوردگی
• اجرای عملیات توسط تیم متخصص

بخوانید درباره چرا کنترل رسوب و خوردگی در آب شیرین کن ها ضروری است؟

مطالعه موردی: رسوب برداری در پالایشگاه هفتم پارس جنوبی

• روی لوله های دستگاه کاملاً با رسوب پر شده بود
• اجرای رسوب برداری با محلول میتره سرد توسط تیم متخصص شرکت آبریزان
• حجم قابل توجهی از رسوب های کربناتی و سیلیکاتی خارج شد
• نتیجه: GOR به حد نرمال بازگشت، دبی آب 40% افزایش یافت، از توقف تولید جلوگیری شد

شستشوی شیمیایی آب شیرین کن MED پالایشگاه هفتم، مجتمع گاز پارس جنوبی

تصویر قبل از رسوب برداری

بعد از رسوب برداری آب شیرین کن با محلول میتره

نظارت و پایش آب خوراک

• آنالیز روتین:pH, TDS, Hardness, SiO₂, Fe
• استفاده از آنالایزر آنلاین
• هشدار زودهنگام برای تشکیل رسوب

جمع‌بندی و توصیه های عملیاتی

• کیفیت آب خوراک، عامل اصلی تعیین کننده راندمان آب شیرین کن است.
• پیش تصفیه مناسب و استفاده از مواد شیمیایی تخصصی می‌تواند از تشکیل رسوب جلوگیری کند.
• شستشوی دوره ای و رسوب برداری اساسی با محلول های تخصصی (مانند میتره) راهکاری مؤثر برای بازیابی راندمان است.
• نظارت مستمر و برنامه نگهداری پیشگیرانه ضروری است.
• انجام این عملیات توسط تیم‌های متخصص (مانند شرکت آبریزان) اطمینان از کیفیت و ایمنی عملیات را فراهم می کند.

منابع معتبر

1.API Standard 650 – Welded Tanks for Oil Storage 

2.NACE SP0106 – Internal Corrosion of Oil and Gas Production Equipment 

3.ASME Power Conference Papers on MED Efficiency 

4.El-Sayed, Y. (2002). *The Thermodynamics of Desalination*. 

5.ScienceDirect: "Fouling in Multi-Effect Desalination Plants" 

6. گزارش‌های داخلی شرکت پژوهشی صنعتی آبریزان (پروژه های انجام شده با محلول میتره)