بهبود کیفیت آب برج‌های خنک کن
در صنعت جهت دفع گرمای ایجاد شده در مبدلهای حراتی و بسیاری از تجهیزات فرآیندی از برج‌های خنک‌کن استفاده می‌شود. برج‌های خنک‌کن به دو صورت خشک و تر موجود هستند.
در برج‌های خنک‌کن خشک، آب خروجی از مبدلهای حرارتی پس از ورود به برج و عبور از لوله‌هایی که در اطراف برج قرار گرفته‌اند به صورت غیرمستقیم با هوا تبادل حرارت کرده، خنک می‌شود و مجدداً وارد مبدلهای حرارتی می‌شود.
در برج‌های تر، آب گرم خروجی از مبدلهای حرارتی پس از ورود به برج‌های خنک‌کن به صورت مستقیم با هوا در تماس قرار می‌گیرد و پس از تبادل حرارت به مبدلهای حرارتی باز می‌گردد.
در این برج‌ها به علت تماس مستقیم آب و هوا در برج و تبخیر شدن بخش زیادی از آب در برج، پاشش بخشی از آب به اطراف برج (drift) و تخلیه بخشی از آب برج (blowdown) جهت جلوگیری از رسوب، دبی آب برج خنک‌کن کاهش می‌یابد. بدین منظور جهت ثابت ماندن دبی باید همواره مقداری آب جبرانی به برج تزریق شود.
بیشتر بخوانید
در برج‌هایی که آب جبرانی از کیفیت لازم برخوردار نیست، خوردگی، رسوب و رشد میکروارگانیسم‌ها موجب وارد شدن آسیب‌های جدی به برج و نهایتاً به کل سیکل خنک کاری اعم از پمپ‌های سیر کوله، مبدلهای حرارتی و خطوط لوله می‌شود.
لذا در برج‌های خنک‌کن حفظ کیفیت مطلوب آب جبرانی و نصب یک سیستم تصفیه آب مناسب امری اجتناب ناپذیر است. در این مقاله به اهمیت کیفیت آب جبرانی و بررسی انواع مختلف سیستم‌های تصفیه آب برج‌های خنک‌کن تر پرداخته می‌شود.
کیفیت نامطلوب آب
هنگامی که یک سیستم سرمایش تبخیری برای بار اول راه‌اندازی می‌شود، باید به کیفیت آب در طول پر کردن اولیه توجه ویژه‌ای شود. بعد از راه‌اندازی سیستم، حفظ کیفیت آب جبرانی بسیار حایز اهمیت است.
اگر در یک فرآیند صنعتی آب جبرانی از کیفیت لازم برخوردار نباشد و سیستم تصفیه به درستی عمل نکند، شرایط نامطلوب آب منجر به وارد شدن آسیب جدی به کل سیکل خنک کاری در مدت زمان کوتاهی بین ۲ الی ۷ سال می‌شود.
در صورتی که اگر آب جبرانی کیفیت مطلوبی داشته باشد و سیستم تصفیه به خوبی عمل کند، همین سیستم بین ۱۵ تا ۲۰ سال کار می‌کند.
کیفیت نامطلوب آب جبرانی و عملکرد نادرست سیستم تصفیه آب برج‌های خنک‌کن سبب سه مشکل اصلی خوردگی، رسوب و رشد میکروارگانیسم‌ها می‌شود.
خوردگی در برج‌های خنک‌کن به این دلیل رخ می‌دهد که آب یک حلال عمومی است و قادر است مواد زیادی نظیر اکسیژن، دی اکسید کربن و … را در خود حل کند. وجود همین گازهای محلول در آب سبب خوردگی تجهیزات می‌شود که یکی از دلایل اصلی کاهش عمر تجهیزات است.
رسوب در برج‌های خنک‌کن به این علت تشکیل می‌شود که در سیستم‌های سرمایش تبخیری گرمای منتقل شده به برج از طریق تبخیر آب به محیط داده می‌شود. با افزایش تبخیر آب، غلظت یون‌ها نظیر یون‌های قلیایی، کلسیم، کلر، سولفات و سیلیکات که در آب تغذیه حل می‌شوند بیشتر شده و باعث تشکیل رسوباتی نظیر کربنات کلسیم می‌شود.
این رسوبات مانع انتقال حرارت مطلوب در برج می‌شوند.
میکروارگانیسم‌ها جهت رشد نیاز به حرارت دارند که این حرارت را از آب برج‌های خنک‌کن دریافت می‌کنند؛ وجود آن‌ها در برج‌های خنک‌کن باعث مسدود شدن سوراخ‌های آب پخش‌کن برج شده و مانع ریزش آب به صورت اسپری می‌شود.
برخی از آن‌ها به وسیله آب از سطوح برج خنک‌کن جدا شده و باعث گرفتگی فیلترهای قسمت تحتانی برج‌ها می‌شوند.
همچنین در صورت وارد شدن به تجهیزات سیکل خنک کاری نظیر پمپ‌ها و مبدلهای حرارتی، به پره‌های پمپ‌های سیر کوله چسبیده و یا در لوله‌های مبدلهای حرارتی تجمع کرده و باعث کاهش راندمان کل سیکل می‌شوند. برخی از میکروارگانیسم‌ها نظیر باکتری‌های لژیونلا باعث به خطر انداختن سلامت اپراتورها نیز می‌شوند.
جهت جلوگیری از مشکلات فوق، بهبود عملکرد موثر سیستم و افزایش عمر تجهیزات، باید در زمان ساخت از مواد مناسبی استفاده شود، یک سیستم تصفیه کارآمد انتخاب شود و برنامه نگهداری پیشگیرانه به درستی اجرا شود.
انواع سیستم‌های تصفیه آب
سه هدف اصلی از اجرای سیستم تصفیه آب کنترل خوردگی، رسوب و کنترل رشد میکروارگانیسم‌ها است. کنترل موارد فوق باید به گونه‌ای صورت گیرد که راندمان انتقال حرارت در برج‌های خنک‌کن مطلوب باشد و سیستم تصفیه باعث کاهش عمر تجهیزات نشود.
در طراحی یک سیستم تصفیه در هر پروژه‌ای ابتدا باید کیفیت و ترکیب آب جبرانی موجود مشخص شود و سپس با توجه به پیشنهادات سازندگان برج‌های خنک‌کن در خصوص ترکیب شیمیایی آب برج، سیستم تصفیه مناسب انتخاب شود.
انتخاب سیستم تصفیه نیز باید با نظر کارشناسان شیمی صورت گیرد. سه نوع سیستم تصفیه آب در سیستم‌های سرمایش تبخیری استفاده می‌شود که عبارتند از:
• سیستم تصفیه شیمیایی
• سیستم تصفیه غیر شیمیایی
• سیستم تصفیه هیبریدی
سیستم تصفیه شیمیایی
انواع مختلف مواد شیمیایی جهت حفظ کیفیت آب برج‌های خنک‌کن به کار گرفته می‌شوند. مواد شیمیایی به دو صورت مایع و جامد (دانه‌ای) استفاده می‌شوند. استفاده از مواد جامد نسبت به مایع به علت کاهش اثرات زیست‌محیطی، سهولت حمل و نقل، ذخیره و ایمنی اپراتورها، رواج بیشتری یافته است.
مواد شیمیایی مایع اغلب در سطل‌ها و یا درام‌هایی به وزن ۳۵۰ تا ۴۵۰ پوند و یا بیشتر حمل و نقل و ذخیره می‌شوند. حمل مواد مایع نسبت به مواد جامد با خطرات بیشتری همراه است چرا که مواد شیمیایی در حیم حمل و نقل ممکن است روی بدن اپراتور ریخته و باعث آسیب شوند.
سیستم تصفیه غیرشیمیایی
در دو دهه اخیر، انواع متفاوتی از سیستم‌های تصیه غیر شیمیایی به بازار آمده‌اند. استفاده از روش‌های غیرشیمیایی نسبت به روش‌های شیمیایی با موفقیت‌های بیشتری همراه بوده است به علت اینکه این سیستم‌ها نیاز به خرید، ذخیره و تزریق مواد ندارند. یکی از روش‌های تصفیه غیرشیمیایی آب، استفاده از میدان مغناطیسی است.
اساس این روش به این ترتیب است که وقتی آب سخت از یک میدان مغناطیسی عبور می‌کند، سختی‌های موجود در آب تحت تاثیر میدان مغناطیسی قرار گرفته، خاصیت چسبندگی خود را از دست می‌دهند و به مواد جامدی که قدرت چسبیدن به سطوح را ندارند تبدیل شده و در ته حوضچه برج ته‌نشین می‌شوند.
سیستم تصفیه هیبریدی
این سیستم با ترکیب چند تکنولوژی به‌طور موثر کیفیت آب را افزایش می‌دهد، در حالی که وابستگی به مواد شیمیایی را کاهش داده و موجب کم کردن اثرات زیست‌محیطی می‌شود. دو نوع سیستم تصفیه هیبریدی در سیستم سرمایش تبخیری استفاده می‌شود.
در روش اول، با استفاده از یک تجهیز غیرشیمیایی آب جبرانی تصفیه می‌شود، به‌طوری که حداقل الزامات تامین شود. در روش دوم یک سیستم پیش تصفیه با یک سیستم تصفیه شیمیایی ترکیب می‌شود تا کیفیت آب جبرانی را بالا ببرد و میزان استفاده از مواد شیمیایی را کاهش دهد.
بسته به کیفیت آب موجود، این روش ممکن است شامل استفاده از نرم‌کننده‌‌های آب، تبادل کننده‌های یونی و یا اسمز معکوس باشد.
به‌طور کلی، کیفیت مطلوب آب و وجود سیستم تصفیه برای هر سیستم سرمایش تبخیری ضروری است. حفظ عملکرد مطلوب سیستم‌های خنک‌کننده تبخیری مستلزم شناخت درستی از مواد سازنده تجهیزات و کیفیت آب جبرانی موجود به منظور اجرای یک سیستم تصفیه آب بر مبنای توصیه‌های سازندگان تجهیزات است.
ترجمه: مهندس اعظم مشیدی
منبع
ماهنامه صنعت تاسیسات