تصفیه آب برج‌های خنک کننده

آب ماده‌ای منحصر بفرد است اکثر فرآیند‌های تولیدی صنعتی جهت بهره‌برداری صحیح و افزایش بازده نیازمندسیستم برج‌های خنک کننده هستند. پالایشگاه‌ها، کارخانجات فولاد، صنایع پتروشیمی، کارخانجات تولیدی شیمیایی و نیروگاه‌های تولیدبرق، جهت پیشبرد اهداف خود درزمینه تولید، نیازمند و وابسته به سیستم برج‌های خنک کننده‌اند. سیستم برج‌های خنک کننده دما و فشار را براساس انتقال گرما از سیال گرم به آب سرد، کنترل می‌نماید که در واقع کاهش دما انجام می‌گیرد و در عین حال، باعث افزایش دمای آب سرد می‌گردد. بنابراین پیش از استفاده مجدد آب باید آنرا خنک کرد یا اینکه با آب جبرانی تازه، آنرا را جایگزین نمود.

سه روش اساسی در طراحی سیستم برج‌های خنک کننده وجود دارد. طراحی یک سیستم خنک کننده، تاثیر و راندمان آن برای استفاده در یک واحد، بستگی به نوع فرآیندخنک کردن، خواص و مشخصات آب و ملاحظات زیست محیطی دارد.

چرا نیاز به سیستم  برج‌های خنک کننده یک امر ضروری است

بسیاری از سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی، فرآیند‌های صنعتی و تولیدی کمکی بطور موثر و با بازدهی بالا کار نمی‌کنند مگر آنکه دما و فشار در محدوده خاص تثبیت شود.

فرآیند برجهای خنک کننده بر مبنای چیست

انتقال حرارت از یک ماده به ماده دیگر اساس فرآیند خنک کردن است. ماده‌ای که حرارت را از دست می‌دهد، بعنوان ماده خنک شونده و ماده‌ای که گرما را دریافت می‌کند بعنوان ماده سرد کننده در نظر گرفته می‌شود. کل سیستم برج‌های خنک کننده براساس پس دادن و گرفتن حرارت آب با استفاده از مقادیر زیاد آب جهت سرد کردن، هستند.

چرا جهت سرد کردن از آب استفاده می‌شود

چند عامل موثر در منحصر بفرد بودن آب بعنوان یک ماده سرد کننده مناسب، وجود دارد:

1. فراوانی، سهولت دسترسی و ارزانی

2. سهولت در انتقال و جابجایی

3. انتقال بخش زیادی از گرما در واحد حجم

4. عدم انبساط و انقباض قابل ملاحظه در محدوده دمایی نرمال

5. تجزیه ناپذیر بودن

منابع آب سرد چه هستند

آب تازه: این آب منشا اولیه آب جبرانی به سیستم برج‌های خنک کننده است. آب تازه میتواند از آبهای سطحی (رودخانه‌ها، چشمه‌ها و آبگیر‌ها) یا از آبهای زیرزمینی (آب چا‌های کم عمق یا عمیق) تامین گردد. عموما، استفاده از آب‌های زیرزمینی به جهت یکسان بودن از نظر  ترکیب و کاهش مواد معلق نسبت به آب‌های جاری بیشتر مرسوم بوده که بطور مستقیم تحت تاثیر بارش باران، فرسایش و سایر شرایط زیست محیطی قرار دارد.

آب شور و پساب: با توجه به ملاحظات زیست محیطی، هزینه و سهولت در دسترس بودن آب، تعدادی از کارخانجات در حال حاضر از تصفیه پساب‌های کارخانه و آب شور بعنوان منابع آبی در سیستم برج‌های خنک کننده استفاده می‌نماید. توجه دقیق به طرح و تصفیه آب سیستم برج‌های خنک کننده با استفاده از این منابع آبی، برای عملکرد مطمئن و طولانی مدت بسیار حیاتی است.

خواص شیمیایی مهم آب برجهای خنک کننده کدامند

عموما، مهمترین خواص عبارتند از:

قابلیت هدایت الکتریکی: میزان قابلیت آب در هدایت الکتریسیته است. آب موجود در برجهای خنک کننده حاوی مقادیر زیادی از مواد معدنی و گاز‌های محلول می‌باشد. قابلیت هدایت الکتریکی با واحد میکروموس سنجیده می‌شود و می‌تواند از یک مقدار جزیی برای آب مقطر تا بیش از ۱۰,۰۰۰ برای آب شور است.

PH: نشانه نسبت خاصیت اسیدی و بازی آب است. مقیاس PH از ۰ تا ۱۴ بوده که عدد ۰ نشانه خاصیت اسیدی زیاد و عدد۱۴ نشانه خاصیت بازی زیاد است.

قلیاییت: در آب برج‌های خنک کننده دو نوع قلیاییت نقش اساسی را ایفا می‌نمایند که شامل قلیاییت کربناتی (CO3) و قلیاییت بی کربناتی (HCO3) است.

سختی: بعلت وجود مواد معدنی کلسیم و منیزیم در آب است. سختی در آب طبیعی متنوع بوده و از یک مقدار در میلیون(PPM) تا بیش از ۸۰۰ PPM است.

چرا این خواص در سیستم برج‌های خنک کننده مهم می‌باشد

تمام خواص شیمیایی اصلی آب، مستقیما بر چهار مشکل اساسی سیستم برج‌های خنک‌کننده موثر هستند که عبارتند از: خوردگی، تشکیل رسوب، تجمع لجن و آلودگی میکروبیولوژی. همچنین این خواص جهت کنترل مسائل و مشکلات برنامه‌های تصفیه آب تاثیر گذار هستند.

قابلیت هدایت الکتریکی: راهکارهای تصفیه آب برج‌های خنک کننده درمحدوده دامنه خاصی از قابلیت هدایت الکتریکی پیروی می‌کند. میزان این دامنه به طراحی سیستم برجهای خنک کننده خاص، بستگی دارد.

PH: کنترل PH در اکثر برنامه‌های سیستم برجهای خنک کننده یک امر حیاتی است. عموما، هنگامیکه PH زیر محدوده دامنه پیشنهادی باشد، زمان جهت پدیده خوردگی افزایش می‌یابد و هنگامیکه PH بالاتر از دامنه‌های پیشنهادی است، زمان برای تشکیل رسوب افزایش می‌یابد. همچنین تاثیرگذاری بسیاری از بیوسید‌ها(biocides) به PH بستگی دارد، لذا در PH‌های بالا و پایین ممکن است که به رشد ونمو ساختارهای میکرو بیولوژیکی کمک کند.

قلیاییت: قلیاییت و PH مکمل یکدیگر هستند، زیرا  افزایش PH نشانه افزایش قلیاییت بوده و بر عکس. همچنین با PH و قلیاییت‌های پایین‌تر از دامنه پیشنهادی، زمان جهت انجام خوردگی را افزایش می‌دهد و قلیاییت‌های بالاتر از دامنه پیشنهادی، مدت زمان تشکیل رسوب را افزایش می‌دهد. زمانیکه مشکلات خوردگی و رسوب باقی است تجمع لجن نیز یک مشکل خواهد بود.

سختی: مقادیر سختی معمولا به میزان تمایل تشکیل رسوب در آب موجود برجهای خنک کننده بستگی دارد. خط مشی‌های مدون شده استفاده از مواد شیمیایی جهت جلوگیری از تشکیل رسوب تنها هنگامی نتیجه بخش خواهد بود که میزان سختی آب در محدوده دامنه تعیین شده کنترل شود. بعضی از راهکارهای کنترل خوردگی نیاز به یک میزان سختی معین دارند تا به عنوان یک ممانعت کننده خوردگی بشکل صحیح عمل نماید. بنابراین اطمینان از عدم کاهش سختی در این گونه خط مشی‌ها بسیار مهم است.

انواع معمول سیستم برجهای خنک کننده آب کدامند

هرچند در سیستم برجهای خنک کننده آب وجه تمایز وجود دارد اما معمولا سه نوع طرح بنیادی و اساسی وجود دارندکه عبارتند از:

1. سیستم‌های سیر کوله باز

2. سیستم‌های یکبار گذر

3. سیستم‌های سیر کوله بسته

تفاوت این سه سیستم در چیست

1. سیستم سیرکوله باز: این سیستم در حجم وسیعی از طراحی سیستم برجهای خنک کننده در صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد که شامل پمپ، مبدل حرارتی و برج خنک کننده است. پمپ عمل پمپاژ  و سیر کوله آب را از طریق مبدل حرارتی انجام می‌دهد که باعث جذب گرما و انتقال آن به برج خنک کننده می‌شود و در آنجا گرمای آب توسط عمل تبخیر به محیط پس داده می‌شود. بواسطه عمل تبخیر، آب در سیستم سیرکوله باز از نظر شیمیایی دستخوش تغییر می‌گردد.

2. سیستم یکبار گذر:  در این سیستم آب خنک کننده تنها یکبار از داخل مبدل‌های حرارتی می‌گذرند. بواسطه استفاده از حجم زیاد آب جهت خنک کردن، دمای آب خروجی از سیستم به آرامی افزایش می‌یابد و عملا مواد معدنی موجود در آب برج خنک کننده هنگام عبور از مبدل حرارتی دستخوش تغییر نمی‌شوند.

3. سیستم سیرکوله بسته: در این سیستم‌ها آب خنک کننده بطور پیوسته و به دفعات در سیستم مورد استفاده قرار می‌گیرد. ابتدا آب، گرما را از سیال فرآیند جذب و سپس در یک مبدل حرارتی گرما را آزاد می‌کند. در این سیستم‌ها از برج خنک کننده استفاده نمی‌شود.

مقایسه این سه سیستم با هم:

سیستم سیرکوله باز

مشکلات معمول موجود: خوردگی، تجمع لجن (FOULING)، تشکیل رسوب سخت (SCALE) فساد چوب، آلودگی میکروبیولوژیکی

مثال: استخرهای با سیکل پاشش،برجهای خنک کننده، کندانسورهای بخار

تغییرات متوسط دما:۱۰-۳۰˚f

حجم آب مصرفی: محدود

سیستم یکبار گذر

مشکلات معمول موجود: خوردگی، تجمع لجن(FOULING)، تشکیل رسوب سخت (SCALE)، آلودگی میکروبیولوژیکی

مثال: سیستمهای آب آشا میدنی، فرآیند آب، خدمات عمومی

تغییرات متوسط دما:f˚۵-۱۰

حجم آب مصرفی: بسیار زیاد

سیستم سیرکوله بسته

مشکلات معمول موجود:خوردگی، تجمع لجن

مثال: در ژاکتهای(بدنه دو لایه) موتورهای دیزل، رادیاتورهای ماشین، سیستم‌های خنک کننده آب(چیلر)

تغییرات متوسط دما:۱۰-۱۵˚f

حجم آب مصرفی: قابل صرف نظر