دانلود گزارش کارآموزی تصفیه آب در برج های خنک کننده آب و سیستم های بخار سازی در شرکت پتروشیمی رازی واحد تصفیه گاز جدید

در این گزارش ( گزارش چهارم  ) از سری گزارش های کارآموزی با توجه به اهمیت آب در صنعت ولزوم تصفیه آن برای سیستم های خنک کننده ونیز برای تولید بخار ابتدا به بررسی آب های صنعتی، منابع ناخالصی آب، انواع سختی آب، روش های تصفیه آب، مکانیسم خوردگی آب وعوامل آن و نیز روش های جلوگیری از آن خواهیم پرداخت.

 سپس به طور مختصر برج های خنک کننده آب و انواع آنها و مکانیسم خنک کردن در این برج ها را شرح خواهیم داد. در ادامه به بررسی وضعیت و شرایط آب مورد نیاز برای تولید بخار و روش های تصفیه آب، ونیز روش های جلوگیری از رسوب دهی و خوردگی در دیگ های بخارو بویژه روش استفاده از فسفات  در دیگ بخار می پردازیم.

لازم به ذکر است که مطالب آورده شده در این گزارش کلی بوده ومربوط به نوع خاصی از یک دستگاه یا فرآیند خاص نبوده و هدف صرفاً آشنایی بیشتر با آب های صنعتی، برج های خنک کننده آب و نیز آب مورد نیاز دیگ های بخارمی باشد.

تعریف آب های صنعتی

آب صنعتی برای صنایع مختلف دارای تعاریف متفاوتی می باشد اما بطور کلی آبی را که صنعت برای استفاده خود در هر بخش طلب می کند را " آب صنعتی " می نامند، ودر صنایع فرآیندی نفت به آبی گفته می شود که برای برج های خنک کننده  و دیگ های بخارتهیه می گردد و بایستی دارای خواص ثابتی باشد، به عنوان مثال آب صنعتی مورد استفاده در دیگ های بخاربایستی از نظر سختی کاملاً سختی زدایی شده و با توجه به فشار دیگ بخار مقدار سیلیس آن در حد مجاز، کنترل و یا اینکه اکسیژن و دی اکسید کربن آب قبل از ورود به دیگ بخار حذف گردد.

منابع ناخالصی های آب

آب پس از ورود به بخش صنعت، توسط فرآیند های مختلف آلوده می گرددچرا که ما برای حذف بعضی از عوامل مزاحم در آب برای فرآیندی مشخص از مواد شیمیایی مختلفی استفاده می کنیم به عنوان مثال در آب دیگ های بخار  برای حذف اکسیژن آب با ازدیاد سولفیت سدیم همواره مقدار سولفات آب را افزایش می دهیم. ضمناً آب صنعتی به علت تماس با دستگاههای مختلف توسط مواد شیمیایی فرآیندی آلوده می شود.

یکی دیگر از منابع آلودگیهای آب در صنعت بخصوص در برج های خنک کننده علاوه بر مواد افزودنی به آب، مواد معلق و ترکیبات شیمیایی موجود در هوای محیط می باشندکه در اثر تماس با آب در برج های خنک کننده آب، باعث آلودگی آب می گردند.

تصفیه آب های صنعتی

برای تهیه آب مورد استفاده در صنعت شناخت کامل آب و املاح موجود در آن ضروری است زیرا برای هر دستگاه صنعتی یک نوع آب با مشخصات ویژه ای قابل استفاده می باشد ولی چون آب به طور طبیعی دارای این مشخصات نمی باشد لازم است آن را طی فرآیند های

مختلفی منطبق با نیاز صنعت تصفیه نمود. مهمترین املاحی که معمولاً در آب صنعتی تولید اشکال می کنند،  نمکهای فلزات قلیایی خاکی می باشند که در آب باعث پدید آمدن سختی

 ( Hardness ) می گردند.از مشخصات آب سخت دیر کف کردن صابونها و نتایج مصرف آن، گرفتگی دستگاهها ،  ایجاد رسوب، کاهش راندمان حرارتی و نهایتاًً خوردگی و

سوراخ شدن لوله ها می باشد. یکی دیگر از موادی که وجودش در آب برای صنعت تولید اشکال می کند سیلیس می باشدکه بخصوص در مورد دیگ های بخار فشار بالا افزایش بیش از حد غلظت سیلیس باعث ایجاد رسوب وکاهش راندمان توربین وازکارافتادگی آن به دلیل خوردگی مکانیکی ( Erosion ) می شود. رسوبات سخت سیلیس که در شرایط کار دیگ های بخار تشکیل می شوند و به سختی می توان تمیز نمود، انتقال حرارت را در درون لوله ها بشدت کاهش داده و موجب افزایش درجه حرارت لوله ها ودر نتیجه سوختن (Over Heating ) و پاره شدن لوله های دیگ بخار ( Tube Failure ) میگردند.

مقدار مجاز سیلیس در آب خوراک دیگ های بخار مختلف ، متفاوت بوده و بستگی به فشار عملیاتی دیگ بخار و قلیاییت آب دارد. در جدول زیر محدوده غلظت سیلیس در دیگ های بخار با فشاری در محدوده  0 – 900  psi g  آورده شده است.

لازم است آب صنعتی را قبل از استفاده در دیگ های بخار مورد تصفیه خاص قرار داد تا بتوان سختی وسیلیس آن را در حد مجاز  ( TH  <  2 ppm )  کنترل نمود.

سختی آب ( Hardness )

سختی آب به خاطر حضور املاح ( کاتیونهای ) دو ظرفیتی است که در آن پیدا می شود و مهمترین آنها کلسیم و منیزیم می باشند ( آهن و منگنز در آب های سطحی بندرت با غلظت قابل توجهی وجود دارند. )  سختی آب به دو نوع موقت و دائم تقسیم می شود.

سختی موقت :     سختی موقت یا کربناته مربوط به کربنات ها و بی کربنات های کلسیم و

منیزیم می باشد و چون در اثر حرارت ایجاد رسوب می کنند سختی موقت نامیده می شوند.

 Ca(HCO3)2  →Q→ CaCO3 ↓    +   CO2 ↑   +    H2O               

سختی دائم : سختی دائم مربوط به سولفاتها و کلرورها و ... کلسیم و منیزیم بوده و چون سختی موقت بسیار نامحلولتر از سختی دائم آب می باشد ، بیش از سختی دائم ایجاد اشکال می کند.

سختی دائم  +  سختی موقت   =     Total Hardness ( TH )

آهک معمولاً به صورت هیدراته برای حذف سختی های کربناته و غیر کربناته مورد استفاده قرار می گیرد . اما در بعضی از دستگاههای بزرگ استفاده از آهک به صورت    CaO  مقرون به صرفه تر است. بنابراین در بیشتر مواقع لازم است آهک را قبل از استفاده بصورت هیدروکسید درآورد.

CaO    +    H2O        →       Ca(OH)2

یکی از مهمترین مزایای فرایند آهک -  سودا  حذف سیلیس می باشد، به گونه ای که در ازاء حذف  100 PPm  منیزیم در این فرآیندمقدار  12  PPm  سیلیس آزاد میگردد. برای حذف سیلیس در صورت عدم وجود منیزیم کافی بایستی ترکیباتی حاوی منیزیم، مانند  

اکسید منیزیم (  MgO  )   به محیط واکنش اضافه نمود زیرا باعث افزایش  TDS  نمیشود.

TDS  =  Total Dissolved Solid

مکانیسم خوردگی

خوردگی یک فرآیند الکتروشیمیایی است که باعث می گردد فلزات به حالت طبیعی و خام خود تبدیل شوند.به عنوان مثال در اثر خوردگی فولاد به اکسید آهن تبدیل می شود که این عمل برای فلزاتی مانند مس، روی، آلومینیم و غیره نیز صادق می باشد. خوردگی باعث از بین

رفتن قطعات گران قیمت ، تشکیل رسوبات سنگین حاصل از واکنش های خوردگی فلزات برسطوح و ... گردیده که خسارات زیادی را بدنبال دارد.

عوامل مهم خوردگی در آب های صنعتی

عوامل مهم خوردگی در آب های صنعتی عبارتنداز :

اکسیژن : حضور اکسیژن محلول در آب موجب پدید آمدن واکنش های کاتدی گردیده ودر لوله های جریان آب تولید خوردگی از نوع حفره ای می کند.

مواد جامد محلول : وجود یونهای محلول در آب باعث افزایش خاصیت هدایت الکتریکی آب شده که به طور مستقیم موجب نشر واکنش های خوردگی به کلیه نقاط می گردد.

مواد جامد معلق : مواد جامد معلق باعث خراشیدن  و فرسودگی سطوح می شوند و در نتیجه پیلهای الکتروشیمیایی راحت تر تشکیل شده و میزان خوردگی به شدت افزایش مییابد.

درجه آلکانیتی یا اسیدیته : بالا بودن اسیدیته آب ( پایین بودن درجه آلکانیتی ) باعث تشدید واکنش های خوردگی و پدید آمدن لایه ای از اکسید فلز بر سطح فلز می گردد

بصورتی که حتی در  PH  =  7 ( خنثی )  یا PH  =  7.5   ( قلیاییت ضعیف ) نیز این عمل صورت می پذیرد.

سرعت آب :  سرعت آب باعث افزایش تماس اکسیژن با فلز، حمل مواد حاصل از خوردگی و فرسایش سطح فلز یا لایه محافظ آن می گردد. البته سرعت کم آب نیز می تواند موجب رسوب ذرات معلق گردیده که این امر سبب ازدیاد خوردگی در یک محل بخصوص به صورت قطعی می شود.

دما : یکی از پارامتر های مهم در خوردگی درجه حرارت می باشد. سرعت خوردگی با افزایش  10  -  0  درجه دو برابر می شود که البته این امر تا دمای 72 ċ   صادق است.

میکروارگانیسم ها ( در سیستم خنک کننده ) :  رشد میکرو ارگانیسم ها می تواند یکی دیگر از عوامل خوردگی باشد زیرا مواد حاصل از بعضی از واکنش های میکروبی نیز خورنده می باشند.

در صنعت ، خوردگی در بخش های مختلف تولید بخار،  لوله های حاوی بخار و آب کندانس و در سیستم خنک کننده از اهمیت خاصی برخوردار است زیرا در اثر خوردگی مبدل های حرارتی از کار افتاده،  مسیر های جریان بخار سوراخ شده و این امر باعث میگرددکه هزینه چه از جهت جایگزینی و نگهداری وچه از نظر قطع شدن جریان تولید ، افزایش یافته وراندمان تولید را از نظر اقتصادی به شدت کاهش دهند.

مکانیسم تشکیل رسوب و تشخیص نوع آن

رسوبات تولید شده در روی سطوح انتقال حرارت معمولاً به دو دسته تقسیم می شوند:

١ – Fouling   : رسوباتی که حاصل از مواد معلق جامد موجود در آب بوده و به علت تجمع روی سطوح انتقال باعث کاهش راندمان حرارتی می گردند.

٢ – Scale    : رسوباتی که حاصل از مواد غیر آلی موجود در آب می باشد. هنگامی که غلظت این مواد از حد اشباع بیشتر می شود رسوب سختی روی سطوح انتقال حرارت تشکیل می گردد که تاٴثیر زیادی در کاهش انتقال حرارت وافزایش خوردگی دارند.

لایه های رسوبی روی سطوح انتقال حرارت بخصوص در مبدل ها، پدید آمده وکاهش شدید انتقال حرارت را به دنبال دارد. این لایه ها به دلیل جدا شدن نمک های محلول ازآب و قرار گرفتن برروی سطوح، پدید می آیند و سرعت تشکیل آنها بستگی به دما ، قلیاییت یا اسیدیته و مقدار ماده رسوب گذار درون آب دارد.

لايه هاي رسوبي روي سطوح انتقال حرارت بخصوص در مبدل ها، پديد آمده وكاهش شديد انتقال حرارت را به دنبال دارد. اين لايه ها به دليل جدا شدن نمك هاي محلول ازآب و قرار گرفتن برروي سطوح، پديد مي آيند و سرعت تشكيل آنها بستگي به دما ، قلياييت يا اسيديته و مقدار ماده رسوب گذار درون آب دارد.

در جدول زير رسوبات مهمي كه معمولاً در محيط آبي تشكيل مي گردند آمده است. هنگامي كه دماي آب افزايش مي يابد، حلاليت بعضي از مواد مثل فسفات و كربنات كلسيم كاهش يافته وبر روي سطوح ته نشين شده و تشكيل لايه اي محكم و سخت را مي دهند.

رسوبات تشكيل شونده در محيط هاي آبي

كربنات كلسيم : يكي از بارزترين لايه هاي رسوبي كه در محيط هاي آبي در صنعت پديد مي آيدكربنات كلسيم است. اين رسوبات ناشي از تبديل بي كربنات كلسيم به كربنات كلسيم

است و درجه تشكيل آنها بستگي به سختي كلسيمي آب وقلياييت حاصل از بي كربنات دارد كه البته PH و دما نقش قابل توجهي را در تشكيل آن دارا مي باشند.

Ca(HCO3)2 ↔ CaCO3 ↓ + H2O + CO2 ↑

سولفات كلسيم : اين رسوب در صورت بالا بودن غلظت كلسيم و سولفات در آب پديد مي آيد. با افزايش دما و كم شدن PH حلاليت سولفات كلسيم در آب كاهش مي يابد. البته بايد توجه داشت كه در PH بين 7 تا 9 ( PH آب خنك كننده در حدود 8.5 است)، حلاليت سولفات كلسيم از كربنات كلسيم بيشتر است. به همين دليل است كه در بيشتر سيستم هاي خنك كننده سعي مي شود كه PH آب را بين 7 تا 9 نگهداري كنند.

به طور كلي براي كنترل و جلوگيري از تشكيل رسوب سولفات كلسيم هميشه بايستي سعي گردد تا رابطه زير بين غلظت يونهاي كلسيم و سولفات برقرار باشد:

[ Ca2++ ] [ SO4-- ] < 500000

فسفات كلسيم : اين نوع رسوب از واكنش يونهاي كلسيم با ارتو فسفات بدست مي آيد و معمولاً زماني كه آب خوراك برج هاي خنك كننده حاوي فسفات باشد و يا اينكه مواد شيميايي اضافه شده به آب گردشي جهت جلوگيري از انعقاد و لخته سازي (Dispersant) و يا مواد ضد خوردگي اضافه شده به آب داراي پايه فسفات باشند، حاصل مي شود. حلاليت كلسيم فسفات با افزايش PH و دما به شدت كاهش مي يابد.

سيليكات منيزيم : رسوبات سيليكات منيزيم در سيستم هاي آبي از عموميت كمتري برخوردار است و تشكيل اين رسوب ها در دو مرحله انجام مي پذيرد. ابتدا سختي منيزيمي از نوع هيدروكسيد منيزيم تشكيل مي گردد و سپس هيدروكسيد منيزيم با سيليس هاي معلق و غير محلول، تشكيل سيليكات منيزيم مي دهد كه رسوبي متراكم است وحذف آن توسط مواد شيميايي به آساني امكان پذير نمي باشد. حلاليت سيليس با افزايش دما زياد مي شود. بنا براين رسوبات سيليس معمولاً در سردترين قسمت يك سيستم آبي پديد مي آيند.

روش هاي پيشگيري از تشكيل رسوبات كلسيمي

با توجه به اهميت رسوبات كلسيمي روش هاي پيشگيري از تشكيل آنها شرح داده مي شودكه عبارتند از :

١ - حذف سختي كلسيمي مواد لايه هاي رسوبي در آب.

٢ – محلول كردن مواد لايه هاي رسوبي در آب.

٣ – استفاده از روشي كه ناخالصيها را به صورت لجن در آورده و سپس آنها را حذف كند.

راههاي زيادي براي حذف مواد رسوب گذار در آب وجود دارد كه مهمترين آنها استفاده از روش هاي آهك - سودا، تعويض يوني و اسمز معكوس مي باشند. در قدم دوّم مي توان با افزودن اسيد يا مواد شيميايي مخصوص ( پلي فسفات ها و غيره ) ظرفيت آب را براي حلاليت رسوبات كلسيم و منيزيم افزايش داد . بايد توجه داشت كه در صورت تزريق اسيد به سيستم خنك كننده ، نمك حاصل از اين عمل در شرايط موجود آب، محلول بوده و تغييرات PH ميزان خوردگي را افزايش ندهد. اصلي ترين پليمر آلي كه براي جلوگيري از رسوبات با پايه

كلسيم، مورد استفاده قرار مي گيرد پلي اكريلات( Polyacrylate ) و تركيبات آن ميباشد. تجربه نشان داده است كه مقدار 3 – 5 ppm از يك پلي اكريلات فعال قادر است حتي در شرايط سخت رسوب گذاري از تشكيل رسوب جلوگيري كند.

رسوب مواد معلق بيولوژيكي در سيستم آب خنك كننده

حضور ورشد مواد آلي مي تواند ايجاد لايه هايي در مسير عبور آب خنك كننده نمايد كه در نتيجه پيشرفت آنها، انسداد لوله ها و خوردگي فلزات در زير اين لايه ها اتفاق مي افتد. رسوبات بيولوژيكي توسط مواد ميكروسكوپي مثل باكتري ها و جلبك ها تشكيل ميگردند.بنابراين راه جلوگيري از تشكيل رسوبات ، كنترل رشد اين موجودات است.

براي كنترل رشد ميكروارگانيسم ها مواد مختلفي به صورت Cationic Micro biocide مثل تركيبات چهارتايي آمونيوم كه با بارهاي منفي بدنه سلول واكنش مي دهد، به داخل سيستم تزريق مي گردد. مواد آلي ديگري همانند تركيبات آلي سولفوردار وجود دارند كه از رشد ميكروارگانيسم ها جلوگيري مي كنند اين مواد با يك آنزيم كه باعث رشد ميكروب مي شود. واكنش داده و متابوليسم رشد را مختل مي نمايند.

برج هاي خنك كننده آب و انواع آن

در نيروگاهها، پالايشگاهها، صنايع پتروشيمي و ديگر صنايع ضرورت دارد تا گرماي اضافي موجود در سيستم به نحوي دفع گردد. متداولترين روش ، استفاده از آب براي حذف اين گرماي اضافي است. حرارت اضافه منتقل شده به آب سبب بالا رفتن دماي آن مي گردد. استفاده مجدد از اين آب نيازمند دفع گرماي جذب شده درآن مي باشد. خنك سازي مجدد آب با هوا صورت مي گيرد بطوريكه هوا انرژي و گرماي آب را گرفته و سبب كاهش دماي آن مي گردد. براي تماس هوا با آب گرم جهت زدودن گرماي آب از دستگاههايي تحت عنوان برج هاي خنك كننده ( Cooling Tower ) استفاده مي گردد. برج هايي كه در آنها هوا با جذب انرژي و نيز تبخير بخشي از آب ، سبب كاهش دماي آب مي گردد. برجهاي خنك كننده آب را به دو دسته برج هاي خشك و تر تقسيم مي نمايند.

برج هاي خنك كننده خشك

در اين برج ها كه مناسب مناطق كم آب و كويري است، تبخير آب و هدر رفتن آن با جريان هوا صورت نمي گيرد. نحوه عمل اين برج ها بگونه اي است كه آب گرم وارد مجموعه اي بزرگ از لوله هايي مي گرددكه سطح خارجي آنها داراي پره هاي( Fin ) فراوان مي باشد. هواي محيط توسط فن هاي قوي از ميان لوله هاي پره دار عبور داده مي شود تا بدين وسيله گرماي آب را از طريق ديواره لوله ها جذب نموده و دماي آب را كاهش دهد. اين برج ها

داراي بازده كمتري نسبت به نوع تر مي باشند. عليرغم اين عيب به دلايل زير استفاده از اين نوع برج ها در صنعت متداول است.

الف : در اين برج ها آبي تبخير نشده ودر نتيجه نياز به آب جبراني نمي باشد . به همين دليل استفاده از آنها در مناطق كم آب و كويري به صرفه تر است.

ب : آب در اين برج ها چرخه بسته را طي مي كند كه اين مسئله سبب مي گردد تا از نظر زيست محيطي ايجاد آلودگي ننمايد.

ج : استفاده از اين برج ها در مناطق سردسير با مشكلات عملياتي كمتري نسبت به نوع تر روبرو است.

برج هاي خنك كننده تر و انواع آن

در اين برج ها آب حاوي گرما در معرض تماس مستقيم جريان هوا قرار مي گيرد. با در تماس قرار گرفتن آب و هوا ، به دو دليل دماي آب شروع به كاهش مي نمايد. اول اختلاف دماي آب و هوا كه سبب انتقال حرارت از آب گرم به هواي سردشده ودوم تبخير بخشي از آب و در نتيجه صرف شدن گرماي آب براي تامين انرژي لازم براي تبخيرآب. در اين برج ها بواسطه تبخير بخشي از آب و هدر رفتن آن، لازم است كه آب جبراني به آب در گردش

اضافه گردد. به همين دليل اين برج ها مناسب نقاطي است كه پر آب بوده و هزينه تامين آب كم باشد. در مناطقي كه دماي هوا بالاست، ممكن است دماي هواي جاري در برج از آب گرم بالاتر باشد. به همين دليل مسير انتقال حرارت معكوس شده و گرما از هوابه آب منتقل شده و دماي آب بالاترمي رود. در برج هاي خنك كننده تر مهمترين عامل خنك شدن آب، تبخير بخشي از آب بوده و انتقال حرارت بواسطه اختلاف دماي هوا و آب نقش كمتري دارد.

هرگاه هوايي كه به داخل برج خنك كننده راه پيدا مي كند، داراي رطوبت كمتري باشد و به اصطلاح خشك تر باشد، ميزان كاهش دماي آب بيشتر است. ولي اگر هوا داراي رطوبت

زيادي باشد ( مثل روزهاي باراني و ابري ) عملكرد اين برج ها تحت تاثير قرار گرفته و بازده آنها به شدّت كاهش مي يابد. در برج هاي خنك كننده تر هر قدر اختلاط و سطح تماس آب و هوا بيشتر باشد كارآيي برج افزايش مي يابد. به همين منظور و براي افزايش اختلاط وسطح تماس بين هوا وآب در داخل برج از شبكه هايي از جنس چوب، پلاستيك يا ديگر مواد مناسب استفاده مي گردد. به اين شبكه ها آكنه يا پركن مي گويند. برج هاي خنك كننده تر خود به چند گونه تقسيم مي شوند.

الف : استخر هاي پاشنده

ب : برج هاي خنك كننده اتمسفريك

ج : برج هاي با جريان طبيعي يا هذلولي شكل

د : برج هاي خنك كننده مكانيكي ( دمنده و مكنده )

استخر هاي پاشنده

اين نوع از برج هاي خنك كننده تر بسيار ساده بوده و عبارت است از يك استخر با پاشنده هايي كه آب را به ارتفاع چند متري از سطح استخر مي افشانند و اطراف آن با كركره هايي براي جلوگيري از رانش آب به محيط خارج محدود شده است. بواسطه ساختمان و ساختار ساده هزينه ساخت، نصب و نگهداري اين سيستم ها پايين مي باشد. در اين برج ها هدر رفتن آب از طريق جريان هوا بالا بوده و امكان انباشتگي مواد زائد خارجي در آن زياد است.

برج هاي خنك كننده اتمسفريك

در اين دسته از برج هاي خنك كننده تر هوا بواسطه وزش باد از درون برج عبور كرده و با آب گرم در تماس قرار مي گيرد. تماس آب و هوا مي تواند به صورت متقاطع يا موازي صورت گيرد. اين گونه از برج ها را معمولاً با ارتفاع بلند مي سازند. به همين دليل است كه

براي رساندن آب به اين ارتفاع جهت پاشش در درون برج به پمپ قويتري نياز است. اين گونه از برج ها را در مناطقي با وزش باد مناسب احداث مي نمايند.

اين نوع از برج ها را به دو شكل مي سازند. در يك نوع برج فاقد هر گونه پركن بوده و تنها نازل هاي پاشنده آب در بالاي آن نصب شده اند. جريان هوا بصورت متقاطع با آبي كه در جهت عمودي فرو مي ريزد برخورد مي نمايد. اتلاف آب توسط جريان هوا از معايب آن ميباشد. در نوع ديگري از اين برج ها، داخل برج را براي افزايش سطح تماس آب و هوا با استفاده از شبكه هايي تجهيز مي نمايند.

برج هاي با جريان طبيعي يا هذلولي شكل

اين نوع از برج هاي خنك كننده آب كه در برخي از نيروگاهها آنها را مي توان ديد شبيه به دودكش مي باشند. قسمت دودكش مانند اين نوع از برج ها، وظيفه مكش هوا به درون برج را بر عهده دارد. هواي مكيده شده از پايين برج پس از عبور از روي آكنه ها و تماس با آب به سمت بالاي برج و سپس خارج از آن هدايت مي گردد. از مزاياي اين نوع برج ها هزينه پايين نگهداري آنها و عملكرد بهتر نسبت به انواع ديگر برج هاي اتمسفريك مي باشد. از معايب اين برج ها، مي توان هزينه اوليه زيادو دشواري كنترل دماي آب خروجي ازآن را برشمرد.

برج هاي خنك كننده مكانيكي و انواع آن

در برج هايي كه تاكنون معرفي شد از دمنده يا مكنده براي هدايت جريان هوا به داخل برج استفاده نمي شد و جريان هوا به طور طبيعي به درون برج راه مي يافت. ليكن در دسته ايي ديگر از برج هاي خنك كننده، از فن هاي قوي به عنوان دمنده يا مكنده جريان هوا استفاده مي گردد. اين دسته از برج ها را برج هاي خنك كننده مكانيكي مي نامند. اين دسته از برجها

نياز به فضاي كمي داشته و به دليل ارتفاع كم براي هدايت آب به نازل هاي پاشنده نياز به پمپ قوي نمي باشد. داخل اين برج ها داراي آكنه مي باشد . عيب اين نوع از برج ها، سر وصداي ناشي از عملكرد فن ها و نيز بالا بودن هزينه راه اندازي و نگهداري آنها مي باشد. برج هاي مكانيكي به دو دسته برج هاي دمنده و برج هاي مكنده تقسيم مي شوند.

برج هاي مكانيكي دمنده : در اين دسته از برج هاي خنك كننده مكانيكي، فن در قسمت پايين برج قرار داده شده و هوا را از اين ناحيه به قسمت بالاي برج مي دمد.

برج هاي مكانيكي مكنده : در اين نوع از برج هاي خنك كننده، در بالاي برج، فني قوي قرار داده مي شود. اين فن، هوا را از مجاري تعبيه شده در پايين برج به داخل آن كشيده و در تماس با آب قرار مي دهد. فن باعث مي شود كه زمان تماس آب با هوا افزايش يابد وانتقال حرارت بيشتري صورت گيرد.

تنظيم PH آب در برج هاي خنك كننده

براي پيشگيري از تشكيل رسوب وتشديد پديده هاي خوردگي بايد PH آب در سيستم هاي خنك كننده در يك محدوده معين ( 7.5 – 8.5 ) كنترل گردد. براي اين كار از تزريق اسيد استفاده مي گردد.

تزريق اسيد مانع از رسوب گذاري تركيبات كربنات كلسيم و فسفات كلسيم و ساير تركيبات مي گردد. زيرا با كاهش PH حلاليت اين تركيبات در آب افزايش مي يابد. البته كاهش PH به ميزان كمتر از 6.5 باعث افزايش مشكلات خوردگي در سيستم مي گردد. براي كنترل PH آب درسيستم خنك كننده و پيش بيني شرايط سيستم ازلحاظ خوردگي ورسوب گذاري بايستي محاسباتي انجام شود. اين محاسبات از طريق تعيين “ ضريب اشباع “ كه اصطلا حاً ״ ضريب لانگلير ״ نيز گفته مي شود٬ صورت مي پذيرد.

فرمول شماره ۱ : محاسبه ضريب اشباع براي كربنات كلسيم

a - PHS PH =( SI) ضريب اشباع

كه در آنPHa مقدار PH واقعي آب است. و PHs مقدار PH اشباع است واز رابطه زير بدست مي آيد.

PHs = ( 9.3 + A + B ) – (C + D )

در رابطه فوق داريم :

دماي آب خنك كننده : B ميزان مواد جامد محلول در آب : A

مقدار سختي كلسيم : C قلياييت آب : D

مقادير A,B,C,D هر كدام از جداول مربوط استخراج مي گردند.

پس از محاسبه SI سه حالت داريم :

اگر SI > 0.0 : آب اشباع از كربنات كلسيم بوده وامكان رسوب دهي وجود دارد پس بايد اسيد تزريق شود.

اگر SI = 0.0 : شرايط متعادل است.

اگر SI < 0.0 : آب غير اشباع از املاح بوده و امكان خوردگي وجود دارد پس نبايد اسيد تزريق گردد.

فرمول شماره ۲ : انديس پايداري رايزنر( Ryznar Stability Index )

روش دقيقتر براي كنترل PH است كه با محاسبه انديس پايداري رايزنر مي توان شرايط سيستم را از لحاظ رسوب دهي و خوردگي پيش بيني كرد.

RSI = 2 ( PHs ) – ( PHa )

در اينجا نيز سه حالت داريم :

توقف تزريق اسيد « احتمال خوردگي « RSI > 6

سيستم در شرايط تعادل « RSI = 6

اسيد تزريق گردد « احتمال رسوب « RSI < 6

تهيه آب براي صنعت از روش هاي نوين

گستردگي صنعت و پيشرفت فناوري باعث گرديده تهيه آب براي صنعت نيز داراي تنوع و دگرگوني هاي زيادي گردد. امروزه صنايع به دليل استفاده از دستگاههاي خاص و گران قيمت نيازمند آبي با تصفيه ايي بخصوص مي باشند كه در اين راستا بايستي از روش هاي نوين بجز سبك هاي قديمي، ترسيب و تعويض يوني با استفاده از رزين ها بكار گرفته شود.

مهمترين و كارآمدترين اين روش ها، استفاده از غشاءهايي بسيار نازك با سوراخهايي كمتر از يك ميكرومتر مي باشد. اين غشاءها عمدتاً از جنس استات سلولز بوده و قادرهستند از عبور املاح محلول جلوگيري كرده و بدينوسيله آب را با راندمان قابل توجهي تصفيه كند.

از مشهورترين اين روش ها، روش اسمز معكوس ( Reverse Osmosis ) RO ] [ مي باشد كه از غشاءهايي با قابليت عبور مولكول هاي آب و حذف ديگر املاح آب تا نزديك به 90% استفاده مي نمايند.

روش ديگر الكترودياليز معكوس [( Reversal Electro Dialysis ) EDR ] مي باشد. در روش EDR از غشاءهايي با خاصيت انتخابي استفاده مي گردد. لازم به ذكر است اگر چه قيمت پايه اين دستگاهها براي كشورهاي در حال توسعه زياد مي باشد اما استفاده از آنها با هزينه راهبري كمتري نسبت به روش هاي تعويض يوني ( Ion Exc ) همراه خواهد بود.

آب مورد نياز براي توليد بخار

بطور كلي آب خوراك ديگ بخار از دو جزء تشكيل شده است : آب كندانس برگشتي ناشي از ميعان بخاري كه در ديگ بخار توليد شده و آب اضافي كه به منظور حذف يا كاهش غلظت تركيبات شيميايي نامطلوب در آن مورد بهسازي قرار گرفته است. مورد اخير آب جبراني ( Make Up Water ) ناميده مي شود. نيروگاههاي مركزي برق ميزان آب

كندانس برگشتي خيلي زيادي دارند ( شايد در حدود 99 درصد ) در نتيجه ميزان مصرف آب جبراني كم است. در صورتي كه امكان دارد آب جبراني مورد نياز ديگ هاي بخار مورد استفاده در صنعت كه بخار فرآيندي را تامين مي كنند به 100 درصد هم برسد.

هواگيري در سيستم آب مقطر برگشتي

بخار آب توليد شده در ديگ هاي بخار براي به گردش در آوردن توربينهاي بخار واحدهاي مختلف عملياتي و توليد برق ارسال مي گردد. بخار آب داغ ( Super Heat Steam ) پس از چرخاندن توربينها و يا انتقال حرارت به سيالات فرآيندي، گرماي خود را از دست داده و در چگالنده هاي مختلف تبديل به آب مقطر مي شود. اگر چه اكثر چگالنده هاي صنايع نفت، گاز و پتروشيمي تحت خلاء كار مي كنند اما، آب كندانس با اكسيژن هوا در تماس بوده و آن را در خود حل مي كند. لذا با توجه به اينكه آب كندانس برگشت داده شده

از واحدها، بايستي مجدداً تبديل به بخار گردد، لازم است قبل از ورود به داخل ديگ بخار همراه با آب خوراك ديگ بخار به اكسيژن زدايي اقدام شود.

گاز زدايي ( Deaeration ) : عبارت است از جدا كردن و خارج نمودن گازهاي محلول در آب ( اكسيژن، آمونياك، دي اكسيد كربن، هيدروژن سولفوره، و غيره ) از آب كه بايستي توسط سه پارامتر مهم و عامل كاهش حلاليت گاز درآب، صورت پذيرد.

اين پارامترها عبارتند از :

الف : گرم كردن آبي كه بايستي گاز زدايي شود.

ب : به همزدن ( Agitation ) آب.

ج : خارج كردن گاز بطور كامل توسط مواد شيميايي.

آب بايستي تا حداكثر درجه حرارت اشباع خود يعني نقطه جوش ( Boiling Point ) گرم شود. زيرا حلاليت گاز در آب با افزايش درجه حرارت كاهش مي يابد و هنگامي كه درجه حرارت آب به نقطه جوش مي رسد فشار بخار آب برابر با فشار اتمسفر گرديده و

انحلال گاز در آن به صورت فيزيكي به شدت كاهش مي يابد. اين آب توسط حباب هاي ريز بخار آب كه توسط اتمايزرها ( Atomizers ) توليد مي گردند، بهم مي خورد و باعث مي شود ، تا علاوه بر افزايش سطح تماس آب با بخار آب، بهم خوردگي شديدي نيز در آب پديد آيد كه كمك به حذف اكسيژن آن مي كند. زيرا در اين هنگام وجود حباب هاي ريز بخار آب درون توده آب، موجب كاهش فاصله طي شده حباب هاي گاز براي خارج شدن از سيال و تسريع در خروج آن مي شود. همچنين در اثناء به هم خوردن آب، تمايل جدا شدن گاز بر نيروي كشش سطحي و غلظت، براي برگشتن حباب هاي گاز به مايع، غلبه كرده و بر سرعت و مقدار گاز جدا شده از مايع اضافه مي گردد.

مكانيسم جدا شدن گاز از آب

طبق قانون هنري ( Henry’s Law ) بايستي فشار جزئي گاز را در حداقل مقدار ممكن نگاه داشت تا اينكه مقدار غلظت گاز درمايع نيز به كمترين ميزان خودكاهش يابد، زيرا مقدار

گازي كه مي تواند در مايع حل شود بطور مستقيم بستگي به فشار جزئئ آن گاز در فضايي كه با مايع در تماس است، دارد. بر طبق قانون هنري داريم:

C = K * P

در اين فرمول:

K : ثابت حلاليت ( Solubility Constant )

P : فشار جزئئ گاز ( Gas Partial Pressure )

C: غلظت گاز در مايع ( Concentration Of Gas )

مي باشند.

بنابراين با كم شدن فشار جزئئ گاز، حلاليت آن نيز در فاز مايع كاهش مي يابد. به همين دليل بعضي از مخازن گاززدا تحت خلاء كار مي كنند. البته بايد توجه داشت جدا نمودن گاز از آب متضمن اين است كه مقدار بخار عريان كننده و تماس دهنده، به اندازه اي زياد باشد كه بتواند فشار جزئئ گاز را تا حد كافي، پايين آورد.

حذف شيميايي اكسيژن

اگر چه توسط دستگاه گاززدا مقدار قابل توجهي از اكسيژن همراه آب خوراك ديگ بخار و كندانس برگشتي حذف مي شود، اما اين عمل بطور كامل صورت نمي پذيردو هنوز مقدار كمي اكسيژن ( كمتر از يك ميلي گرم در ليتر ) در آب وجود دارد كه لازم است توسط مواد شيميايي آنرا به طور كامل حذف نمود. براي اين منظور از موادي مثل سولفيت سديم استفاده مي گردد. سولفيت سديم با اكسيژن آب تركيب شده و تبديل به سولفات مي گردد.

Na2SO3 + ½ O2 → Na2SO4

مقدار تزريق سولفيت سديم بستگي به اكسيژن محلول در آب دارد و بايستي بگونه اي باشد كه حدود 25 ppm سولفيت سديم اضافي در ديگ بخار باقي بماند. توجه به اين نكته نيز