نوشته‌ها

نحوه کار و تصفیه آب برج های خنک کننده

تصفیه آب در برج خنک کننده و تاثیر آن در عملکرد سیستم های خنک کننده را در این مقاله بررسی خواهیم نمود.

تعداد فزاینده ای از کاربران برج‌های خنک کن از سیستم فیلتراسیون جهت کنترل سطح ذرات و حفظ پاکیزگی و آب در گردش سیستم استفاده و بهره برداری می کنند.

کولینگ تاورها همانند اسکرابرهای هوا عمل می کنند و تمام ذرات محیط اطراف را به درون دستگاه می کشند. این ذرات مانند گرد و غبار به راحتی در هنگام گردش در داخل سیستم به سطوح داغ می چسبند و باعث گرفتگی، خرابی، رسوب و کاهش راندمان دستگاه می شوند. سیستم فیلتراسیون، روشی بسیار کارآمد برای حفظ عملکرد مداوم سیستم‌های خنک کاری می باشد.

با استفاده از سیستم های تصفیه آب، نه تنها از این مشکلات جلوگیری خواهید کرد بلکه با فیلتر کردن آب، مصرف مواد شیمیایی برای رسوب زدایی را نیز کاهش خواهید داد.

یک سیستم فیلتراسیون مکمل عملکرد با کیفیت و با راندمان بالای برج‌های خنک کننده خواهد بود.

کولینگ تاور چیست؟


کولینگ تاور به انگلیسی tower coolingو با معادلهای برج خنک کننده ، برج خنک کن و حتی کولینگ واتر نوع خاصی از مبدل های حرارتی است که شرایط تماس بیشتر آب و هوا را فراهم نموده تا دمای آب کاهش یابد . پس هدف این دستگاه خنک کاری آبی است که توسط تجهیزات و فرآیندهای صنعتی گرم می شود . کولینگ تاور چیلر که پرکاربردترین مدل برجهای خنک کننده مورد استفاده در صنایع و کارخانجات و پاالیشگاه ها و پتروشیمی هاست و گرمای تولید شده توسط کندانسور را به محیط آزاد یا اتمسفر منتقل میکند بدین صورت که آب گرم خروجی از کندانسور چیلر به بالای خنک کن پمپ می شود و ازآنجا به تشتک کولینگ تاور میریزد . در ادامه آب در آن به گردش در می آید و از باالی برج به طرف پایین ریخته میشود . این آب در حین سقوط از درون پوشش های داخلی بنام پکینگ اسپلش که وظیفه افزایش سطح تماس را بر عهده دارد عبور کرده و با برخورد با هوای خنکی که از درون لوورها و توسط فن و یا بصورت جریان طبیعی به درون کولینگ تاور جریان می یابد، گرمای خود را به هوا می دهد.

فرآیندهای خنک سازی مورد استفاده در صنایع شیمیایی به طور کلی به سه دسته خنک سازی با آب تازه و خنک سازی با گردش مجدد و خنک سازی ترکیبی تقسیم می شوند. در خنک سازی با آب تازه، آب از میان کندانسور فقط یکبار عبور می کنند، اما در حالت خنک سازی با گردش مجدد همان آب به طور ثابت در سیستم خنک کن در حال گردش می باشد و عمل جایگزینی نیزبه مقدار کمی انجام می پذیرد. در نوع ترکیبی می توان آمیخته ای از سیستم های مختلف را داشت. خنک سازی با گردش مجدد به نوبه خود به دو سیستم باز یعنی فرآیندهای خنک کن تر و سیستم بسته یعنی فرآیندهای
خنک کن خشک تقسیم می شود.نام این سیستم ها می تواند طبیعت آنها را شرح دهد، یعنی یک سیستم به اتمسفر باز مرتبط است و دیگری سیستمی بسته است. در بیان دیگر در تبادل حرارت تر،آب وهوا در تماس مستقیم با یکدیگرهستند و در تبادل حرارت خشک، آب یا بخار در تماس مستقیم با هوا قرار نمی گیرند. برج های خنک کن تر به مقدارمعینی آب جبران کننده به منظور جبران آب مصرف شده نیز نیاز دارند.

کولینگ تاور با تقسیم بندی های متنوعی همچون مدار باز، مدار بسته و هیبریدی، تر و خشک، مخروطی، مدور، مکعبی و گرد، جریان مخالف و جریان متقاطع، جریان مکانیکی و جریان طبیعی، فایبرگالس، چوبی، گالوانیزه و بتنی پرکاربرد ترین دستگاه در سیستم تهویه مطبوع با رنج ظرفیت از ۵ تن تبرید تا ده هزار تن تبرید در کولینگ تاورهای هذلولی و رنج
قیمت از ٩ میلیون تومان تا ۶ میلیارد تومان وظیفه گرفتن گرما و خنک کاری سیستم های خانگی، اداری، تجاری و صنعتی و حتی نیروگاه های برق و گاز و کارخانجات فوالد، سیمان و… تا نزدیک دمای مرطوب مکان محل نصب دستگاه را بر عهده دارد.
کولینگ تاور مجهز به سیستم پخش آب گرم است که می تواند رویه هایی که به صورت شبکه های مشبک در ارتباط با هم هستند را توسط پخش یکسان آب ایجاد کنند. به این شبکه ها پر کننده می گویند. پر کننده ها آبی که از روی برج به سمت پایین سرازیر شده را با هوایی که بین آن ها وجود دارد به صورت یک نواخت مخلوط کرده به نحوی که توسط  نیروی ثقل از یک پر کننده یک قطره آب به سطح پر کننده دیگر می ریزد.اثر خنک کنندگی تقریبا از تبخیر آبی که به برج اسپری شده حاصل می شود. در کولینگ تاور بخاری که از تبخیر بدست می آید به وسیله جریان هوایی به بیرون هدایت می کند. میزان تاثیر دستگاه کولینگ تاور تا اندازه زیادی به درجه حرارت هوایی که به دستگاه وارد شده وابسته است به نحوی که با کاهش آن تاثیر دستگاه بیشتر می شود.

 

برج حنک کننده

 

 

عوامل دیگری که عملکرد کولینگ تاور را تحت تاثیر قرار می دهند عبارت اند از :


1.سطح و زمان تماس آب با هوا
2.سرعت هوای عبوری از کولینگ تاور
3.جهت جریان هوا نسبت به سطح تماس با آب
میزان سطح تماس آب با هوا درون کولینگ تاور شامل سطح آب در تشتک ، کلیه سطوح خیس شده در
بدنه داخلی برج و سطح کل قطرات آب پاشیده شده درون و روی پکینگ ها می شود

 

اجزای اصلی کولینگ تاور


پوسته و بدنه: بسیاری از کولینگ تاورها دارای بدنه ای هستند که فن ها و موتورها و .. را می پوشاند و از آن ها محافظت می
کنند.
واسطه های انتقال حرارت(پکینگ ها): این وسیله داخل تمام کولینگ تاور ها وجود دارد. وظیفه آن تبدیل قطرات آب به قطعات ریزتر است. در این دستگاه برای آن که انتقال حرارت بین آب و هوا به راحتی صورت پذیرد سطح انتقال حرارت را افزایش می دهند. در کولینگ تاور از دو نوع پر کننده ترشحی و فیلمی استفاده می شود.
حوضچه آب خنک: این دستگاه در پایین برج قرار دارد و بعد از فرود آب خنک از پخش کننده آن را جمع می کند.
ورودی هوا: دریچه ایست که هوا را به داخل کولینگ تاور راهنمایی میکند.
کرکره: وظیفه دستگاه کرکره این است که جریان هوا را به صورت یک نواخت روی سینی پخش کند و نگهدارنده آب باشد
نازل: آب را روی سینی ها به صورت اسپری می پاشد.
فن: آبی را که توسط نازل از قسمت باالی برج پاشیده می شود را خنک میکند.

 

 

وظیفه سیستم تصفیه آب برج خنک کننده محافظت از اجزای برج (Cooling Tower) در برابر صدمه‌هایی است که به دلیل وجود آلاینده‌های موجود در آب خوراک ممکن است ایجاد شود. این آلاینده‌ها ممکن است شامل کلریدها، سختی ، آهن ، مواد بیولوژیکی ، سیلیس ، سولفات‌ها ، TDS یا TSS باشد.

 

 

خواص شیمیایي مهم آب درون برج خنک کننده 


تفاوت ماده خنک کننده و ماده سرد شونده
1 .قابلیت هدایت الکتریکی: میزان قابلیت آب در هدایت الکتریسیته است. آب موجود در برج خنک کننده حاوی مقادیر
زیادی از مواد معدنی و گازهای محلول می باشد. قابلیت هدایت الکتریکی با واحد میکرو موس سنجیده می شود و می تواند از یک مقدار جزیی برای آب مقطر تا بیش از 000،10 برای آب شور است.
2 .PH :نشانه نسبت خاصیت اسیدی و بازی آب است. مقیاس PHاز 0 تا 14 بوده که عدد 0 نشانه خاصیت اسیدی زیاد و عدد 14 نشانه خاصیت بازی آب موجود در برج خنک کننده در حد زیاد است.
3 .قلیاییت: در آب برج خنک کننده دو نوع قلیاییت نقش اساسی را ایفا می نمایند که شامل قلیاییت کربناتی و قلیاییت بی کربناتی است.
4 .سختی: بعلت وجود مواد معدنی کلسیم و منیزیم در آب است.سختی در آب طبیعی متنوع بوده و از یک مقدار در میلیون تا بیش از 800 PPMاست.
تمام خواص شیمیایی اصلی آب، مستقیما بر چهار مشکل اساسی سیستم برج خنک کننده موثرهستند که عبارتند از:خوردگی، تشکیل رسوب، تجمع لجن و آلودگی میکروبیو لوژی

 

تصفیه آب کولینگ تاور به روش فرآیند ازن زنی


آب برج های خنک کننده و چیلرها نیاز به تصفیه و درمان وسیعی دارد. در طی تصفیه این آب، باید سه فاکتور مهم خوردگی لوله ها و واحدهای تبادل گرمایی، رسوب های جدار داخلی لوله ها و ضریب تبادل حرارتی و رشد مواد میکروبیولوژی(باکتری، جلبک و خزه ها)به طور هم زمان کنترل گردد. PHپایین می تواند ضریب تبادل حرارتی را زیاد کند اما اشکال اینجاست که در PHهای پایین میزان خوردگی مواد افزایش می یابد.تکنیک های تصفیه مرسوم، استفاده از مواد شیمیایی مثل کلر و هیپوکلریت می باشد که خوردگی بیولوژیکی را کاهش می دهد، اما به علت داشتن پایداری و قدرت
اکسندگی زیاد در آب باعث خوردگی شیمیایی می شوند.صورت های اصلی رسوب در برج های خنک کننده، یون های کلسیم و منیزیم می باشند که این رسوبات باعث ایجاد الیه ای ضخیم روی سطوح دستگاههای تبادل حرارت می شود.کاهش انتقال حرارت باعث عمل تبخیر آب و افزایش غلظت نمک ها در آب برج های خنک کننده می شود که در این حالت به اشباع رسیدن نمک ها تسریع می شود و رسوب گذاری افزایش می یابد. در آب برج های خنک کننده، تجمع میکروارگانیسم ها(بایو فیلم)ایجاد می گردد که این بایو فیلم ها از تشکیل کریستال اولیه یون ها و همچنین توانایی رسوب ها برای به هم پیوستن و سنگین شدن جلوگیری می کند و در نتیجه غلظت مواد آلی و معدنی در آب زیاد می شود و خوردگی را تسریع می کند. ازن به عنوان یک ضد عفونی کننده باعث گسستن بایو فیلم شده و این کار رسوب گذاری را افزایش می دهد و حتی آب با ظرفیت بالایی مواد جامد محلول می تواند بارها و بارها سیرکوله شود که در نتیجه میزان تخلیه آب برج های خنک کننده کاهش می یابد.زمانی سیستم با چنین خصوصیاتی کار می کند که ازن با غلظت کمی در آب برج خنک کننده وجود داشته باشد و از تشکیل مجدد میکروارگانیسم ها جلوگیری کند

 

ازن چیست؟


قرنها طبیعت است که هنگام صاعقه یا به وسیله پرتو فرابنفش خورشید، ازن را به وجود می آورد و از خصوصیات ضدعفونی کننده آن برای پالایش آب و هوا و محیط زیست، استفاده میکند. ازن یک ضدعفونی کننده بسیار انعطاف پذیر است و بسته به موارد استعمال، کاربرد بسیاری در ضدعفونی صنایع مختلف زیست محیطی(آب، فاضلاب و هوا)، صنایع غذایی، پزشکی، نساجی،صنایع کشاورزی، رنگسازی، صنایع بسته بندی، برجهای خنک کننده، چیلرها و . . . دارد .ازن(O3) ،آلوتروپ سه اتمی اکسیژن یا اکسیژن فعال و یا اکسیژن سه ظرفیتی، یکی از اجزاء طبیعی هوایی است که هر روزه تنفس می کنیم. این گاز زمانی تشکیل می گردد که مولکول های O2توسط پرتو دهی فرا بنفش خورشید و قوس الکتریکی به دو اتم اکسیژن تفکیک می شود، اتم های آزاد در گروههای سه اتمی ترکیب مجدد شده و ازن را به وجود میآورند.ازن تمایل بسیاری به واکنش با ترکیبات غیر اشباعی ترکیباتی که با پیوندهای دو گانه و سه گانه دارد. از جمله میتوان به پیوندهای C=C ،C=Nو N=Nاشاره کرد. با توجه به این ویژگی، ازن توانایی شگفت آوری در اکسید کردن چربی هادارد.قابلیت اکسید کنندگی ازن به همین جا ختم نمیشود بلکه ترکیبات -2 ساده قابل اکسایش از قبیلSمانند ترکیب H2Sرا به گونه هایی با عدد اکسایش باالتر مانند -2 SO3و –SO42تبدیل میکند. اکسایش این ترکیبات به حدی راحت است که به محض تماس ازن شروع به اکسید شدن می کنند و واکنش آنها از لحاظ سینتیکی با سرعت بالایی رخ میدهد. نیمه عمر ازن بسیار کوتاه است به گونهای که در آب 20 ازن، تنها به مدت 2۵ دقیقه پایدار می ماند.

 

ژنراتورهای-ازن

 

 

مزایای استفاده از فرآیند ازن زنی


1 .کاهش میکروب ها و باکتری ها در زیر سطح
2 .حذف کامل باکتری ها در هوای مجاور برج های خنک کننده
3 .حذف کامل باکتری رسوب های مربوط به ذرات معلق در لوله چگالنده
4 .افزایش تعداد سیرکوالسیون
5 .حذف کامل مصرف مواد شیمیایی
6 .افزایش ضریب انتقال حرارت در لوله های کندانسورها درنتیجه کاهش تشکیل رسوب
7 .کاهش مصرف انرژی توسط کمپرسورها بین ۵ تا 18 درصد

 

به طور کلی مزایای استفاده از ازن در مقایسه با کلر به قرار زیر است


1 .کاهش قابل توجه میزان رنگ، طعم و بو
2 .افزایش راندمان فیلتراسیون(حدود ۵0 درصد)
3 .افزایش راندمان گندزدایی
4 .کاهش زمان مورد نیاز برای تشکیل فلوك و لختهسازی
5 .کاهش مواد شیمیایی موردنیاز برای فرآیند انعقاد
6 .کاهش ترکیبات تری هالومتان به میزان قابل توجه و نیز
دیگر ترکیبات آلی کلر دار
7 .کاهش لجن حاصل از BackWash فیلترها
8 .ناپایداری و عدم ایجاد باقیمانده مضر در آب

 

معرفی دستگاه ازن ژنراتور


ازن ژنراتور دستگاهی است که می تواند با شکستن پیوندهای اکسیژن و تولید رادیکالهای Oسبب تشکیل مولکول ازن (O3) گردد. بر خالف سایر مواد شیمیایی هیچ منبع طبیعی برای تولید ازن وجود ندارد بلکه تنها راه تولید آن استفاده از ازن ژنراتور( مولد ازن) است. فرآیندهای موجود در ازن ژنراتور را میتوان به سه بخش تقسیم نمود:
1 .گاز ورودی
2 .تبدیل گاز ورودی حاوی اکسیژن به ازن در ازن ژنراتور
3 .انتقال ازن و مصرف آن
ازن ژنراتور هیچ عضو محرکی ندارد و منابع ولتاژ باال تامین کننده انرژی آن هستند . از جمله فاکتورهای مهم در طراحی ازن ژنراتور دمای آب خنک کننده، درجه خلوص و میزان رطوبت گاز ورودی و باالخره میزان ازن تولیدی نسبت به گاز ورودی اشاره کرد.