توسعه برنامه مدیریت آب صنعتی موفق
یک برنامه مدیریت آب صنعتی موفق برای سیستم خنک کننده آب فرایند به عوامل متعددی وابسته می باشد، که ممکن است برخی از آنها تا زمانی که مشکلی ایجاد نکرده اند نادیده گرفته شوند. برای کارآمد نگه داشتن تجهیزات، به حداقل رساندن میزان دفع، جلوگیری از خرابی های مرتبط با خوردگی، صرفه جویی در آب و انرژی و کاهش خطرات مرتبط با پاتوژن های موجود در آب مانند لژیونلا، باید موارد زیادی در نظر گرفته شوند.
یکی از اشتباهاتی که اغلب مرتکب می شوند، این است که سیستم های آب خنک کننده فرایند را به شیوه ای مانند سیستم آب خنک کننده HAVC (ترکیبی از گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع) مدیریت کنیم. در حالی که مشاهده هر دو نوع سیستم در یک مرکز معمول است، اما آنها به برنامه های مختلفی برای مدیریت نیاز دارند. سیستم های آب خنک کننده فرایند اغلب دارای تجهیزاتی با سطوح انتقال حرارت با دمای بالاتر، پیچیدگی عملیاتی بیش تر و سطوح بالاتر آلودگی نسبت به سیستم های HAVC هستند.
با در نظر گرفتن این موضوع، هنگام توسعه یک برنامه مدیریت آب برای یک سیستم آب فرایند، مهم است که موارد زیر را در نظر بگیرید:
• ترکیب یا کیفیت آب منبع
• نوع مبدل حرارتی
• دمای سمت فرایند
• آلاینده های فرایندی و محیطی
• این که سیستم آب خنک کننده open-loop است یا close- loop
• متالورژی سیستم
• ویژگی های عملیاتی
• محدودیت های نظارتی
این مقاله به بررسی چندین مورد از این ملاحظات و چگونگی تاثیر آنها بر موفقیت یک برنامه تصفیه آب می پردازد.
دماهای سمت فرایند
دمای سمت فرایند بر روی سطح و دمای آب در سطح مشترک آب و تجهیزات در حال خنک شدن تاثیر می گذارد. این درست است، چه دیوار لوله در یک مبدل حرارتی پوسته و لوله باشد و چه سطح در مبدل نوع صفحه و قاب، وسل یا ظرف آب خنک باشد. در حالی که دمای آب خنک کننده ممکن است در محدوده 26 تا 43 درجه سانتی گراد باشد، دما در واسط مبدل گرما/ آب ممکن است به طور قابل توجهی بالاتر باشد. در برخی موارد مانند ریخته گری مداوم کارخانه فولاد، ممکن است نزدیک به نقطه جوش باشد.
این پارامتر مهم است که در نظر گرفته شود، زیرا بسیاری از نمک های تشکیل دهنده رسوب مانند کربنات کلسیم به صورت معکوس با دما محلول هستند. دمای سطح بالاتر نیز سرعت واکنش های خوردگی را افزایش می دهد.
درک این که چگونه دمای آب بر برنامه تصفیه آب تاثیر می گذارد، نیازمند ورود آن دماها، همراه با پارامترهای مهم شیمیایی آب در یک محاسبه شاخص رسوب گذاری اولیه یا با مدل سازی رایانه ای می باشد. دو محاسبه کننده شاخص رسوب گذاری معمول شامل شاخص اشباع لانژلیه (LSI) و شاخص پایداری رایزنر (RSI) برای ایجاد دستور العمل های اساسی کنترل رسوب کربنات کلسیم به اندازه کافی خوب کار می کنند، اما برای سایر گونه های رسوب کننده مانند کلسیم فسفات، کلسیم سولفات یا منیزیم سیلیکات قابل اجرا نیستند.
زمانی که تجهیزات انتقال حرارت مشخص شد، شیمی آب باید بازنگری شود تا محدودیت های اولیه نسبت غلظت (چرخه های غلظت) بر اساس گونه های تشکیل دهنده رسوب ایجاد شود. این تنها یک جنبه از برنامه کلی تصفیه آب را تعیین می کند.
شکل 1 نشان می دهد که چگونه پتانسیل پوسته پوسته شدن با افزایش دما تغییر می کند. این به وضوح اهمیت درک این موضوع را نشان می دهد، که چرا و چگونه مبدل های حرارتی با درجه حرارت بالاتر تمایل بیش تری برای ایجاد رسوبات دارند. هم چنین نشان می دهد که چرا مهم است یک برنامه تصفیه آب را بر اساس دمای تخمینی آب در سطح مبدل گرمایی را بیش از دمای حجم زیاد آب یا خروجی مبدل حرارتی مبنا قرار دهیم.
به خاطر داشته باشید، داشتن چندین قطعه از تجهیزات انتقال حرارت در تاسیساتی که تحت دماها و شرایط مختلف با استفاده از یک منبع آب خنک کننده مشترک کار می کنند، غیر عادی نیست.
در برخی موارد، ممکن است لازم باشد نسبت غلظت (چرخه) را در یک سیستم آب خنک کننده کاهش دهیم. این امر باعث افزایش مصرف آب و افزایش استفاده از مواد شیمیایی می شود. یک گزینه جایگزین کاهش PH و قلیائیت، حلالیت بسیاری از گونه های رسوب کننده افزایش می یابد و تمایل به تشکیل رسوب را کاهش می دهد.
اگر درصد کمی از کل آب خنک کننده مورد استفاده برای تجهیزاتی باشد که با دمای سطح بالا کار می کنند، ممکن است یک راه حل مهندسی ترجیح داده شود. این ممکن است شامل قرار دادن تجهیزات بر روی سیستم آب خنک کننده اختصاصی خود یا نصب یک سیستم حلقه بسته ایزوله با یک مبدل حرارتی برای سیستم آب خنک کننده موجود باشد.
از آن جا که سیستم های close- loop آب را تبخیر نمی کنند، مواد معدنی تشکیل دهنده رسوب در سطوحی که رسوب را تشکیل می دهند متمرکز نمی شوند. در برخی موارد کیفیت ترکیبات آب موجود ممکن است تمام چیزی باشد که لازم است یا در صورت نیاز می توان از اسمز معکوس یا آب سختی گیری شده استفاده کرد. سیستم هایی مانند آنچه در ریخته گری مداوم فلزات یا قالب گیری تزریقی پلاستیک ها یافت می شود، که رسوبات در سمت آب آلوده می تواند منجر به محصول با کیفیت پائین و نرخ دفع بالا شود، از سیستم close- loop بهره می برند یا به آن نیاز دارند.
کیفیت آب
تمایل به خوردگی آب هم چنین نیز باید در نظر گرفته شود. یون هایی مانند کلراید و سولفات نگرانی های الویه هستند. این یون ها با تشکیل لایه غشای اکسید غیر فعال تداخل می کنند و باعث تسریع خوردگی نوع حفره ای می شوند. شاخص های LSI و RSI مورد استفاده برای تعیین تمایل به رسوب گذاری، نباید برای نشان دادن خورندگی آب استفاده شوند. این شاخص ها ممکن است به تعیین پتانسیل کربنات کلسیم برای تشکیل در کاتد سلول خوردگی کمک کنند، اما آنها یون های خورنده و سایر عوامل مرتبط با خورندگی آب را در نظر نمی گیرند.
یکی از شاخص هایی که گاهی برای ارائه دیدی در مورد پتانسیل خوردگی حفره ای در سیستم های تصفیه آب خانگی استفاده می شود، شاخص لارسون- اسکولد می باشد. متاسفانه این شاخص دما، PH، بیوفیلم و دیگر پارامترهایی که ممکن است بر خوردگی تاثیر بگذارد را در نظر نمی گیرد و در سیستم های آب خنک کننده دارای حداقل ارزش است.
در نتیجه هنگام در نظر گرفتن تاثیر غلظت کلرید بر خوردگی، بهتر است بر شواهد تجربی مبتنی بر آب با کیفیت مشابه مورد استفاده در سیستم هایی با شرایط عملیاتی مشابه تکیه کنیم. این اطلاعات می تاند توسط یک متخصص با تجربه تصفیه آب ارائه شود.
متالورژی سیستم
دیگر ملاحظه مهم در نظر گرفتن متالورژی سیستم می باشد. سیستم های آب خنک شامل متالورژی های ترکیب شده ای می شوند، که ممکن است شامل فولادهای ضد زنگ، آلیاژهای مس و آلومینیوم و فولاد کربنی باشد. برخی نیز ممکن است حاوی مواد بسیار تخصصی مانند آلیاژ نیکل عیار 20 باشند که برای پردازش اسیدهای خاص یا سایر محیط های بسیار خورنده استفاده می شود.
انتخاب عیار آلیاژ باید بر اساس کیفیت آب و الزامات سمت فرایند باشد، اما چنین انتخاب هایی اغلب صرفا بر اساس الزامات سمت فرایند انجام می شوند، بدون توجه به کیفیت آب خنک کننده. اجتناب از طراحی یا ایجاد خوردگی گالوانیکی نیز یک نگرانی است. متالورژی سیستم های خنک کننده با تاکید بر استفاده مجدد از آب نگرانی فزاینده ای داشته است. سیستم های آب خنک کننده به مخزن تعدادی از آب های منبع بازیابی تبدیل شده اند، که ممکن است کیفیت مناسبی برای متالورژی موجود نداشته باشند.
آب های استفاده مجدد اغلب دارای یون های خورنده فسفات، مواد جامد معلق، نیتروژن آمونیاک و کربن آلی هستند، که به عنوان یک ماده مغذی برای رشد میکروبی عمل می کند. برج های خنک کننده گالوانیزه اغلب برای کاربردهای آب خنک کننده فرایند کوچک استفاده می شوند، حتی این نوع پوشش زمانی که PH آب خنک کننده بیش از 8.3 باشد، در معرض زنگ سفید قرار می گیرند. انتخاب بهتر برای سیستم های آب خنک کننده قلیایی می تواند استنلس استیل، پلاستیک ها یا برج های روکش غیر فلزی می باشد.
کنترل میکروبیولوژیکی
مسائل میکروبیولوژیکی آب خنک اغلب به اشتباه به عنوان عامل ثانویه برای رسوب گذاری و خوردگی نادیده گرفته می شوند. رشد میکروبیولوژیکی کنترل نشده و تشکیل شده از بیوفیلم منجر به مشکلات متعددی می شود که رسوب گذاری مبدل های گرمایی، تجهیزات و برج های خنک کننده واضح ترین آنها می باشد. بیوفیلم روی سطوح نیز می تواند در تشکیل رسوبات معدنی تاثیر گذار باشد.
خوردگی میکروبیولوژیکی (MIC) یک مشکل مهم و رایج می باشد. MIC اغلب با باکتری های کاهش دهنده سولفات (SRB) و باکتری های اکسید کننده آهن مرتبط است، اما تعدادی مکانیسم وجود دارد که توسط آنها میکروارگانیسم ها باعث خوردگی می شوند، که شامل تولید اسیدهای آلی، آمونیاک یا صرفا توسط میکروارگانیسم های موجود در سطح و تداخل در تشکیل یا ترمیم غشای غیر فعال است.
یکی از پارامترهایی که باید هنگام بررسی تمایل سیستم خنک کننده به مسائل مربوط به بیوفیلم آزمایش شود، کربن آلی کل (TOC) می باشد. کربن آلی له عنوان ماده مغذی برای رشد میکروبی عمل می کند و هر چه کرین آلی بالاتر باشد، مواد مغذی بیش تری برای رشد میکروبی در دسترس است. برج های خنک کننده HAVC ممکن است دارای سطوح TOC بین 20 تا 50 ppm باشند.
آزمایش کربن آلی نیاز به ابزار گران قیمتی ندارد. در حالی که آنالایزرهای TOC گران قیمت ممکن است بهترین روش برای اندازه گیری TOC باشند، یک آزمایش ساده با استفاده از اسپکتروفوتومترهای دستی یا رومیزی موجود می باشد. در حالی که همه کربن الی قابل تجزیه زیستی نیست، این به عنوان یک قانون کلی صادق است.
در مقایسه با سیستم های خنک کننده HAVC، بسیاری از سیستم های آب خنک کننده فرایند ممکن است در معرض آلودگی مداوم یا متناوب باشند که می تواند کنترل میکروبیولوژیکی را چالش برانگیز کند. آلودگی ناخواسته ناشی از نشت فرایند ممکن است منجر به افزایش سریع بیوفیلم، رسوب سریع مبدل های گرمایی یا منبع برج های خنک کننده در طول شب شود.
یک نشت فرایند کوچک در مبدل حرارتی ممکن است مورد توجه قرار نگیرد، اما می تواند مواد مغذی آلی کافی برای افزایش رشد میکروبی و ایجاد رسوب را اضافه کند. برج های خنک کننده هم چنین به عنوان دستگاه های تمیز کننده هوا عمل می کنند که ذرات معلق، گاز یا بخارهای فرار را از هوا خارج می کنند. این آلاینده ها به بار مواد موجود در آب خنک کننده افزوده شده و پتانسیل رسوب گیری را افزایش می دهد.
دیگر کلید موفقیت برنامه مدیریت آب خنک کننده، مواد جامد معلق می باشد. جامدات معلق در آب خنک کننده ممکن است به دلیل ذرات معلق هوا، رسوب نمک های نامحلول یا محصولات جانبی خوردگی، آلاینده های فرایند یا رشد میکروبیولوژیکی باشد. آب خنک کننده با مواد جامد معلق تمایل بیش تری به ناخالصی دارد، به ویژه در مناطق کم جریان، مبدل های حرارتی صفحه و قاب یا پوسته و لوله، رپ شدن برج خنک کننده یا در تجهیزات با دهانه کوچک. بیوفیلم برای به دام انداختن این مواد جامد معلق عمل می کند و مشکلات قابل توجهی در رسوب ایجاد می کند.
نتایج این تحقیق شامل اطلاعات جدول زیر می باشد:
در اکثر سیستم های آب خنک کننده از فیلتراسیون جریان جانبی برای حذف جامدات معلق استفاده می شود. چنین سیستم های فیلتراسیونی می توانند بخشی از یک رویکرد یکپارچه برای مدیریت آب خنک کننده باشند. قبل از نصب یک سیستم فیلتراسیون باید آب را آزمایش کنیم تا مشخص شود، کدام فیلتر اندازه میکرون موثر خواهد بود. فیلترهای شنی و کربنی با شستشوی معکوس انتخاب خوبی برای سیستم های آب خنک کننده باز هستند، در حالی که کارتریج های قابل تعویض ممکن است برای اکثر سیستم های بسته مناسب باشند.
آخرین ملاحظات، نحوه عملکرد هر یک از اجزای سیستم آب خنک کننده است. سیستم ها یا مبدل های حرارتی با جریان ثابت بهترین واکنش را به تصفیه نشان می دهند، زیرا آنها دائما در معرض مواد شیمیایی رسوب، خوردگی و کنترل بیوفیلم هستند. زمانی که سیستم خاموش می شود، مواد معلق موجود در آب ته نشین می شوند و باعث رسوب و خوردگی موضعی می گردند. بازدارنده های رسوب برای سطوح زیر مقدار مورد نیاز، برای تشکیل انواع رسوب پراکنده شده یا در محلول جذب می شوند و ممکن است باعث تشکیل رسوب شوند.
در صورتی که برای توسعه برنامه مدیریت تصفیه آب خود و یا برای خرید انواع مواد شیمیایی و آنتی اسکالانت نیاز به مشاوره دارید، می توانید از طریق تماس تلفنی با شماره های آبین با کارشناسان ما در ارتباط باشید.