بررسی کنترل شیمیایی آب برج های خنک کن
برجهای خنک کن و کنترل شیمیایی آنها :
انتخاب منبع سرد تابع موقعیت جغرافیایی و اندازه واحد صنعتی است در کشتی‌ها ونقاط صنعتی کنار دریا و رودخانه ارزانترین منبع سرد آب دریا و رودخانه می باشد ولی در مناطقی که از نظر سفره‌های آب زیرزمینی برداشت آب وجود داشته باشد (مناطق کم آب) ویا قیمت تمام شده آب نسبتاً زیاد است ، مناسبترین منبع سرد کننده هوا می‌باشد. آب بعنوان یک سیال واسط حرارت را از منبع گرم به منبع سرد (هوا) منتقل می‌نماید. خنک کردن آب وسیله‌ای است برای آنکه حجم معینی از آب را در یک سیکل گردانده و هر بار پس از استفاده از آن مجدداً برای استفاده بعدی آماده کرد. عواملی که سبب شده از آب بعنوان یک سرد کننده صنعتی استفاده گردد عبارتند از :
خنک کردن آب توسط هوا از قدیم معمول بوده وبرای انجام شدن این تبادل حرارت کافی است آب را با هوا مجاور نمود. هر چه عمل مجاورت بهتر صورت گیرد انتقال حرارت از آب به هوا سریعتر و کاملتر انجام می یابد.
خنک شدن آب در اثر تماس با هوا به دو علت است یکی به مناسبت تبادل حرارت بین دو جسم سرد و گرم (هوا و آب) ودیگری به علت آنکه از بخار آب اشباع نبوده ومولکولهای آب از فاز مایع به فاز هوا وارد شده ، یعنی عمل تبخیر صورت می‌گیرد و حرارت نهان تبخیر از خود آب اخذ میگردد وموجب نقصان درجه حرارت آب می‌شود. عمل تبخیر بمراتب مهمتر و مؤثرتر از انتقال حرارت عمل خنک‌کردن را انجام می‌دهد. برای تبخیر یک پاوند آب تقریباً 1000 B.T.U حرارت لازم است وهمین 1000 B.T.U اگر از 100 پاوند آب گرفته شود 10 oF حرارت آن را کم می‌کند. بهمین علت برای خنک کردن آب بازاء هر 10 oF سردکردن یک درصد وزن آب تبخیر می شود. بعلاوه معادل 0.2 درصد نیز افت ریخت وپاش آب وجود دارد از این رو اگر آبی را از 120 oFبه 90 oF برسانیم 3.2 درصد از وزن آن کم می‌شود.
انواع سیستم های خنک کن :
سیستمهای خنک کننده به سه گروه اصلی تقسیم‌بندی می‌شود :
الف ) در سیستم چرخشی کاملاً بسته آب خنک‌کن از میان سیستم عبور کرده ، بدون اینکه هیچگونه آبی تلف شود به مخزن اصلی بر میگردد. بنابراین انتخاب بازدارنده مناسب و غلظت آن بدون هیچگونه محدودیت محیطی انجام می‌شود.
ب ) سیستم خنک کن باز از متداولترین سیستمهای خنک کن می‌باشد در این سیستم در هر سیکل گردشی 3-1درصد آب تبخیر می‌شود. بنابراین غلظت نمکها باید در یک سطح معقولی حفظ شوند. برای این کار مقداری از آب تغلیظ شده را از سیستم خارج و آب تازه را جایگزین آن می‌کنند. از طرفی مواد شیمیایی استفاده شده در این سیستم‌ها به رودخانه‌ها و دریاچه‌ها ریخته می‌شود ، لذا ضروری است که مواد شیمیایی مصرفی با محیط زیست سازگاری داشته باشد.
ج ) در سیستم خنک کن گذرا ، آب از داخل رودخانه دریا وغیره به داخل سیستم فرستاده شده و یک بار از داخل واحدهای خنک کننده عبور می‌کند وبه منبع اصلی خود برگشت داده می‌شود. بنابراین مصرف آب در این سیستم‌ها خیلی زیاد است. استفاده کردن مداوم از مواد شیمیایی از نظر اقتصادی محدود می‌باشد ضمن اینکه ملاحظات زیست محیطی نیز باید رعایت شود.
عاملهای مؤثر در طرح برجهای خنک کن تر :
1- افت درجه حرارت (اختلاف دمای آب ورودی وخروجی از برج)
2- اختلاف درجه حرارت بین آب خروجی و هوای ورودی (درجه حرارت هوای ورودی را معمولاً در طراحی oF 65 محاسبه می‌کنند).
3- دمای تر محیط (The Ambient Wet Bulb Tempreture) اصولاً خنک‌کردن آب زیر این دما غیرممکن است.
4- شدت جریان آب
5- شدت جریان هوا
6- نوع بست وبند برج (Packing Ring)
7- روش پخش آب
اثر غلظت :
در حالیکه آب بطور دائم نبخیر میگردد غلظت املاح محلول در آب در گردش برج بالا می‌رود در رابطه زیر ضریب غلظت نشان داده شده است.
|
مواد محلول در آب در گردش برج
(Make Up) مواد محلول در آب ورودی آب برج
از آنجائیکه نمکهای کلرور حلالیت زیادی دارند غلظت یون کلر در ورودی به برج وآب در گردش معیار بسیارخوبی برای تعیین غلظت بوده است.
در اثر افزایش غلظت مواد محلول و مواد معلق در آب سیکل برجهای خنک کن و جلوگیری از افزایش آن باید مقداری از آن را تخلیه داد که با آن آب بلودان (Blow Down) گفته می‌شودکمی ازآب برج بصورت ذرات ریزآب همراه با بخار آب و هوا کشیده می‌شود. این ذرات ریز تلف شده را Windage Loss گویند برخلاف آب تلف شده به صورت تبخیر که باعث تغلیظ آب برج میگردد. مقدار Windage Loss بستگی به طراحی برج و قدرت مکش فنها و غیرو دارد امروز مقدار آن به 008/0 درصد آب در گردش برج رسیده است ولی به طور متوسط مقدار آن را بین 1/0 تا 3/0 درصد منظور می‌کنند آب Make Up باید مقدار آب تلف شده به صورت تبخیر (E) و آب از دست رفته به صورت بلودان (B)و آب تلف شده به صورت Windage Loss را تأمین نماید : Make Up = E + B + N
اطلاعاتی از قبیل اختلاف دما مقدار آب در گردش مقدارآب ورودی مقدار بلودان وکمبود آب در اثر تبخیر باید در طراحی برجهای خنک کن تر لازم می باشد.
انواع برجهای خنک کن تر
مهمترین آنها شامل :
1- استخرهای خنک کن
2- برجهای جوی (Atmospheric Towers)
3- برج کشش طبیعی هذلولی (Natural Draught Hyperbolic Tower)
4- برج کشش متقاطع
5- برج کشش مکانیکی
موارد استفاده از برجهای خنک کن
بطور کلی برجها را برای خنک کردن آب خنک کن دستگاههایی که ایجاد حرارت زیاد می‌کنند مورد استفاده قرار می دهند. در زیر چند نوع دستگاه که احتیاج به آب برای خنک شدن دارندآمده است.
أ) آب خنک کن کندانسور توربینها
ب) کمپرسورها
ج) سیلندر موتورهای تولید نیرو
د) در صنایع ذوب و قالب‌گیری پلاستیک
برجهای خنک کن تر (سیستم OVF) نیروگاه طوس
برجهای خنک کن برای چهار واحد 150 مگاواتی طراحی گردیده که قسمتهای مختلف واحدها را بشرح ذیل تغذیه می‌کند
A) مبادله حرارت بین آب برج و مبدلهای زیر صورت می‌گیرد :
الف)کولرهای اختصاص داده شده به توربین ژنراتور هر چهار واحد عبارتند از :
1- کولرهای روغن توربین شامل 100% × 2
2- کولرهای سیل روغن 100% × 2
3- کولرهای هیدروژن ژنراتور 25% × 4
4- کولرهای هوای اکسایتر 50% × 2
5- کولرهای مدار بسته (Closed Circuit Cooling Water System) 100% × 2
ب ) کولرهای هوا :
1- کولرهای هوای سرویس 100% × 2
2- کولرهای تجهیزات کمپرسور هوا (هوای ابزار دقیق 50% × 4)
برجهای خنک کن نیروگاه از نوع کششی جهت مخالف است یعنی فنها هوا را در مسیر مخالف آب از پایین به طرف بالا سرتاسر پخش کننده ها به جریان در می‌آورند.
شرایط طراحی شده برجهای خنک کن نیروگاه طوس :
1- مسافت : نیروگاه طوس در 23 کیلومتری شمالغربی مشهد و در طرف جنوب شرقی شاهراه آسیایی واقع است
2- مأخذ ارتفاع نیروگاه : 100 + (Peg B) حدود 1100 متری بالای سطح دریا می باشد.
3- شرایط آب وهوایی : oC 40 حداکثر درجه حرارت خشک
25% رطوبت نسبی
oC 28- حداقل درجه حرارت خشک
- برجهای خنک کن شامل 50% × 3 سل که هر سل قادر است آب مورد نیاز کولرهای توربین ژنراتور دو واحد را تأمین نماید.
- تعداد و ظرفیت پمپهای برج خنک کن 50% × 3
- حجم آب خروجی از پمپهای برج T/h 1500
- میزان آب در حال چرخش در سیستم در حالتی که هر چهار واحد در مدار است m3/h 3000
- حجم آب سیستم m3 735
- میزان آب تبخیری (برای دو سل m3/h 3/33)
- میزان بار برای دو سل MW 20
- اختلاف درجه حرارت آب ورودی و خروجی از سیستم حدود oC 5-2 می باشد.
- سرعت عبور آب m/s 2-2/0
روی فسفات Zinc – Phosphate :
در زمان کنونی توجه زیادی به توسعه بازدارنده‌های خوردگی غیر سمی شده وبیشتر کوشش‌های در این زمینه متمرکز توسعه بازدارنده‌های خوردگی از نوع کاهش دهنده‌های فسفاتی گردیده است. خواص Phosphonates خیلی نزدیک به پلی فسفاتها بوده است اما در هیدرولیز شدن خیلی پایدارتر از آنها می‌باشند. این پایداری در برابر هیدرولیز شدن را بدلیل پیوستن مستقیم اتمهای فسفر به اتمهای کربن می‌دانند (در مقایسه اتمهای اکسیژن در پلی فسفاتها) از مزایای پایداری فسفناتها عدم تشکیل رسوب فسفات کلسیم ومشکلات مربوط به آن می‌باشد.
Phosphonate به تنهایی نیز باعث حفاظت فلز در برابر خوردگی می‌شوند ولی وقتی که با روی Zn به نسبتی بصورت ترکیب مولکولی درآیند ترکیب آن کاهش دهنده مؤثر و خوبی خواهد بود. علاوه بر حفاظت فلزهای آهن نقش بسیار مؤثر فلز روی در خنثی نمودن حمله Phosphonates برروی فلز مس و آلیاژهای آن را نیز نباید فراموش کرد. مخلوط Phosphonates – Zinc حافظ خوبی برای آهن و فولاد در PH = 5 – 9.5 بوده اما PH ایده‌آل بین 6.5-7.5 می‌باشد.
Field testing :
A – روشهای متداول : در اوایل برای اندازه‌گیری شدت خوردگی در کارخانه‌ها از لوله‌ها وتانکها ومخزن‌ها بمنزله نمونه استفاده می‌شد. از قسمتهایی از لوله‌ها که قابل تعویض بودند (نظیر اتصالات) بمنزله نمونه جهت اندازه‌گیری شدت خوردگی استفاده شد. بعدها بکار بردن نمونه‌های کوچکی از فلز بنام کوپن متداول گردید که از نظر اقتصادی نیز حائز اهمیت زیادی است در سال 1957 روش استفاده از مقاومت الکتریکی معرفی شد. در این روش از دستگاه اندازه‌گیری خوردگی غیرمخرب آنی استفاده می‌شود.
نصب نمونه :
از آنجائیکه موقعیت مکانی تأثیر زیادی در اندازه‌گیری شدت خوردگی دارد باید در موقع نصب آن دقت لازم بعمل آید. بهترین روش نصب نمونه قراردادن آن به طور موازی با دیواره فلز و نزدیک آن می‌باشد. چنانچه نمونه (کوپن) به طور عمودی و در مرکز لوله قرار گیرد چندان دقت زیادی نخواهد داشت. زیرا تحت تأثیر سرعتی قرار می‌گیرد که با سرعت در کنار و سطح لوله متفاوت می‌باشد. هنگامیکه که بخار و مایع (در دستگاه تبادل حرارت) بصورت Co exist باشد نمونه‌ها را باید در هر دو فاز نصب کرد. محل سایش همانطوریکه بطور مکانیکی باعث سایش فلزی می‌شود باعث افزایش سرعت خوردگی نیز میگردد واین عمل با شستن و پاک نمودن بازدارنده یا رسوب حاصل از خوردگی که خود عامل کاهش دهنده خوردگی می‌باشد ، انجام می‌گیرد. برای اندازه‌گیری تأثیر این عوامل ممکن است نمونه‌ای را در مقابل زانوئی جایی که ماکزیمم شدت سایش وجود دارد. نصب نمودو در موقع نصب کوپن باید دقت شود تا نمونه از جنسی انتخاب شود که از نظر الکتریکی مقاوم باشد و در برابر فلز دستگاهی که به آن نصب میگردد بصورت آند یا کاتد در نیاید.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
برجهای خنک کن و کنترل شیمیایی آنها .................................................................. 1
انواع سیستم های خنک کن.................................................................................... 2
عاملهای موثر در طرح برجهای خنک کن تر................................................................. 2
انواع برجهای خنک کن تر........................................................................................ 3
موارد استفاده از برجهای خنک کن تر......................................................................... 4
برجهای خنک کن تر (سیستم OVF) نیروگاه طوس.................................................... 4
شرایط طراحی برجهای خنک کن تر نیروگاه................................................................. 4
قطعات مختلف بکار رفته در برجهای خنک کن تر........................................................ 7
سیکل آب برجهای خنک کن نیروگاه ........................................................................ 8
میزان درین برج (Blow Down) در زمان بهره برداری................................................. 9
بهره برداری در شرایط نرمال (OVF)......................................................................... 10
پروسس شیمیایی بر روی آب برجهای خنک کن......................................................... 11
ضریب تغلیظ در سیستمهای خنک کننده گردشی باز.................................................... 11
تاریخچه استفاده از مواد شیمیایی در سیستمهای خنک کننده...................................... 14
بهره برداری اولیه از برجهای خنک کننده نیروگاه (OVF): شرایط شیمیایی..................... 16
علل خوردگی کولرهای سیستم (OVF) نیروگاه طوس................................................ 20
کنترل میکرواگارنیسمها در سیستم برجهای خنک کننده بازبرگشتی.............................. 20
مشکلات ایجاد شده در سیستمهای برجهای خنک کننده بوسیله باکتریها....................... 22
Modification برجهای خنک کن نیروگاه طوس....................................................... 24
محلولهای ضد رسوب و خوردگی و متفرق کننده ها..................................................... 25
تعمیرات و راه اندازی شیمیایی.............................................................................. 27
کاربرد کلر در پالایش بیولوژیکی................................................................................ 28
غلظت گاز کلر و تاثیر آن بر روی افراد ...................................................................... 30
کلراتور.................................................................................................................. 35
اجکتور و سیکل آب محرک..................................................................................... 36
بازدارنده های خوردگی ............................................................................................ 37
عوامل موثر در بازدارندگی....................................................................................... 38
مکانیزم بازدارنده های خوردگی................................................................................. 43
پلی فسفاتها......................................................................................................... 44
Fielf Testing .................................................................................................... 46
سیستم کوپن گذاری در برجهای خنک کن تر نیروگاه .................................................. 47
روشهای بیان سرعت خوردگی................................................................................... 50
دستورالعمل ساخت محلولهای لازم جهت تست کوپن های برجهای خنک کن.................. 51
عکس های خوردگی در برجهای خنک کن .................................................................... 54