چکیده:

برجهاي خنککننده از جمله مهمترین تجهیزات موجود در صنایع نفت میباشند. بسیاري از تجهیزات و فرایندها براي کار نیازمند خنککاري هستند و عمده سیال موجود براي این کار در صنعت، آب است. وظیفه خنک کردن آب به عهده برج خنککننده است.

در این بین مشکلات مختلفی از جمله مشکل رسوب و همچنین پدیده خوردگی۱ در برج اتفاق میافتد. این مقاله به بررسی علل و عوامل رسوب و خوردگی و تشریح و تعریف انواع آنان در برج خنککننده میپردازد. در صنایع بزرگ از جمله صنعت نفت هزینه زیادي براي حذف این دو پدیده و عوامل مخرب ناشی از آن پرداخته میشود بنابراین سعی در کم کردن و یا از بین بردن علل و عوامل آنها بسیار مفید خواهد بود. همچنین به بررسی پرکن۲ها در برج و توصیف انواع آن با ذکر مزایا و معایب آنان پرداخته و در نهایت با استفاده از یک نمونه موردي۳ به بررسی غلظتهاي آلاینده۴ و عوامل خوردگی در برج میپردازیم و با نرمافزار غکژکA طکصهح شبکهایی براي نمونه موردي گفته شده ارائه میکنیم. این سیستم بر اساس تلفیق معادلات غیرخطی بهدست آمده از انتگراسیون۵ جرمی بوده و شبکه ارائه شده با توجه به کنترل میزان آلاینده در برج، میزان آب مصرفی و پساب تولیدي در برج را نیز کاهش میدهد. نتایج و تحلیل به دست آمده این موضوع را نشان میدهد.

کلمات کلیدي: برج خنککننده، رسوب، خوردگی، پرکن، زیرآب.۶

مقدمه:

غپطکپططپه

؟غطفطهب ۲yأصک ککهه صغهصأئئپب غپطصهط؟کصغع غwپw2پئB

ذ

ل

ص

خ

ز

خ

۱

برج خنککننده همانطور که از نامش پیداست براي خنک کردن به کار میرود. تجهیزاتی که در صنعت به منظور انتقال حرارت به کار میروند از جمله تجهیزات مهم بوده که در این میان برج خنککننده براي ادامه و تداوم عملیات و دیگر فرایندها موثر و کاربردي است. بسیاري از واحدهاي عملیاتی نیاز به خنک کاري دارند. این خنک کاري توسط سیالاتی چون آب، روغن، هوا و غیره انجام میشود. در برجهاي خنککننده آب در تماس با ها قرار گرفته و خنک میشود. به عبارت دیگر آبی که در فرایندهاي متعدد گرم شده و دماي آن بالا رفته مجددا خنک شده و به واحدها باز میگردد. یک برج خنککننده از قطعات و بخشهاي مختلفی ساخته میشود. همچنین داراي طبقهبندي و انواع مختلفی بوده که بر حسب کاربرد آن در صنعت انتخاب میس شوند اما شیوه عملکرد در همه آنها کمابیش مثل هم است. آبی که از فرایندها به درون برج خنککننده وارد میشود در اثر تماس با آلایندههاي گوناگون حاوي مقادیري از آلایندهها میباشد. از اینرو با ورود مداوم و پیوسته به برج در طول مدت زمان زیاد بر روي بخشهاي درون برج که در تماس مستقیم با آب هستند رسوب تولید میشود. ایجاد رسوب در تجهیزات سبب ایجاد یک مقاومت اضافی شده که این خود باعث کاهش شدید نرخ انتقال حرارت میشود. از سوي دیگر این آلایندهها موجب تشدید پدیده خوردگی در برج شده و موجب بالا رفتن هزینههاي نگهداري و عملیاتی میشود. از اینرو دو عامل ایجاد رسوب و پدیده خوردگی در برج خنککننده همواره بزرگترین مشکلات پبش رو در این برجها میباشد. براي جلوگیري و یا توقف این دو پدیده تا کنون راهس کارهاي زیادي پیشنهاد شده و آزمایش گردیده است. در ادامه به بررسی این دو پدیده، علل و عوامل ایجاد آن و همچنین نحوه مقابله و برخورد با آنان توضیح داده میشود.

عوامل رسوب و کنترل آن:

رسوب از جمله مهمترین مشکلات برجهاي خنککننده است. تشکیل رسوب در برج موجب ایجاد مقاومت اضافی در برابر انتقال حرارت شده و بازدهی برج را به شدت کم میکند از سوي دیگر رسوب موجب بروز خوردگی در قطعات و لولهها در برج میشود. ترکیباتی که به صورت رسوب در این برجها مشاهده میشود شامل مواد زیر است:

-۱ کربنات کلسیم

-۲ فسفات کلسیم و فسفات روي

-۳ سیلیکا و سیلیکات منیزیم

-۴ سولفات کلسیم

در برجهاي خنککننده از مفهومی به نام سیکل تغلیظ استفاده میشود که عبارت است از نسبت هدایت الکتریکی۱

آب گرم ورودي به برج به هدایت الکتریکی آب جبرانی. هرچه مقدار عددي سیکل تغلیظ در برج بالاتر باشد هزینههاي عملیاتی کمتر شده و از نظر زیست محیطی نیز عملکرد بهتري دارد. هنگامی که برج در حالت سیکل تغلیظ بالا کار میکند میزان رسوبات در برج افزایش مییابد. از اینرو براي جلوگیري از ایجاد و تشکیل رسوب در برج از مواد ضد رسوب۲ استفاده میشود.بذم

مواد ضد رسوب همانطور که از نامشان پیداست به عنوان عاملی جهت ایجاد یک مانع براي رسوب عمل کرده و فرایند رسوب را متوقف و یا کاهش میدهند. در جدول (۱) براي هر کدام از رسوبات در برج، ماده ضد رسوب آن آورده شده است.

جدول(:(۱ انواع رسوب و ماده ضد آن

yصطهطصطأ۲غپه ذ صغهکطکژکطخ ل

۲

نوع رسوب بازدارنده مناسب
کربنات کلسیم فسفوناتها، هموپلیمرهاي انیدرید مالئیک، هموپلیمرهاي اسید اکریلیک
سولفات کلسیم پلیفسفاتها، فسفوناتها، هموپلیمرهاي اسید اکریلیک
سیلیکات منیزیم کوپلیمر اسید اکریلیک، هموپلیمر اکریل آمید، کوپلیمر انیدریدمالئیک
فسفات کلسیم و فسفات روي کوپلیمر و تري پلیمرهاي اسید اکریلیک، کوپلیمرهاي انیدرید مالئیک

مکانیسم عملکرد این بازدارندهها در برج متفاوت بوده و به طور کلی به سه دسته تقسیم میشود:

-۱ جلوگیري از ایجاد و تشکیل هسته کریستال

-۲ جلوگیري از رشد و توسعه کریستال رسوب

-۳ جلوگیري از بهم پیوستن و تجمع رسوب و تشکیل کریستالهاي بزرگتر

اثرات مواد ضد رسوب با توجه به نوع ماده تشکیل دهنده و نوع رسوب فرق میکند. این مربوط به کیفیت ماده ضد رسوب است که در جدول (۲) به برخی از آنان اشاره شده است.

جدول(:(۲ برخی از رسوبهاي مهم و اثر ضد رسوب آنها

نوع رسوب نوع ماده ضد رسوب مکانیسم عمل و کیفیت ضد رسوب
کربنات کلسیم، هیدروکسید لیگنینها۱، تانینها۲ اثرات بازدارندگی در حد کافی و پایداري ندارند
روي
کربنات کلسیم پلیفسفاتها در صورتی که زمان ماند آب در برج زیاد باشد و یا دما بالا باشد هیدرولیز شده و تاثیر
مفید ندارند
کربنات کلسیم و فسفات پلیاولفسفات به ندرت هیدرولیز شده و تاثیر بازدارندگی پایداري دارد
کلسیم استرها،فسفوناتها

برخی از عوامل در برج خنککننده سبب تغییر در میزان سرعت رشد رسوب میشود از جمله مهمترین این عوامل به سه مورد

اشاره میشود:

:PH -1

به طور کلی حلالیت رسوبات با کاهش میزان دب افزایش مییابد. به عبارتی میزان رسوب در برج با کاهش دب کم میشود.

البته محدودیتهایی نیز وجود دارد.

-۲ دما:

کغطغ؟طع ذ کغطغغه۱ ل

۳

حلالیت ترکیبات رسوبدهنده در آب با افزایش دما کاهش مییابد. به عبارتی دیگر، میزان رسوب در برج با افزایش دما زیاد میشود.

-۳ سرعت:

با افزایش سرعت آب، میزان رسوب کم میشود. از ايرو تشکیل رسوب در فضاهاي مرده۱ در برج که سرعت آب در آنجا کم است مانند حوضچه، بیشتر است.

رسوبات بیولوژیکی:

دسته دوم از رسوبات برج خنککننده رسوبات بیولوژیکی است که ناشی از تجمع و تهنشین شدن گل و لاي و رشد میکروارگانیسمها و باکتريها میباشد. این نوع رسوب نیز به نوبه خود باعث کاهش نرخ انتقال حرارت و خوردگی میشود.

اصولا رسوب بیولوژیکی را به دو دسته گل و لاي۲ و لجن۳ تقسیمبندي میشود. جدول (۳) به شرح این نوع رسوب میپردازد.

جدول(:(۳ انواع رسوب بیولوژیکی و کیفیت آنها

نوع رسوب ویژگی رسوب محل تشکیل رسوب
بیشتر شامل مواد غیرآلی و غیر باکتریایی بوده و کف حوضچه آب سرد، سیستم توزیع آب گرم،
گل و لاي بیشتر در مناطقی از برج رشد میکند که در آن سطح خارجی لولهها و صفحات جداکننده و تیغهس
نواحی سرعت آب کم بوده و یا ساکن است هاي بافل
بیشتر شامل مواد ارگانیکی بوده و به صورت یک
لایه چسبنده که حاصل از میکروارگانیسمها است دیواره حوضچه آب سرد، پرکنها، سیستم توزیع
لجن به سطوح و لولهها در برج میچسبد. این رسوب آب گرم، سطح خارجی لولهها و صفحات جداس
در نواحی با سرعت بالاي آب نیز مشاهده میس کننده و تیغههاي بافل
گردد