بخشی از مقاله
چکیده
در چند دهه اخیر تکنولوژي سختی گیري و رسوب زدایی مغناطیسی در صنایع مختلف وفبه خصوص در حرارت و برودت جایگاه مناسبی پیدا کرده است به طوریکه در بسیاري ازفموارد جایگزین روشهاي دیگر که عمدتا شیمیایی هستند، شده استل این روش بافبرخورداري از مزایایی چون حذف آثار نا مطلوب سختی و رسوب، جلوگیري از تشکیل رسوب،فحذف رسوبهاي پیشین، افزایش بازدهی مبدلهاي حرارتی و نصب و نگهداري آسان تبدیل بهفیکی از کاربردي ترین راههاي مقابله با سختی و رسوب در حرارت و برودت شده است.در اثر اعمال میدان مغناطیسی با انرژي مناسب می توان شرایطی را ایجاد کرد کهففرایند تشکیل بلورهاي رسوب در داخل آب رخ داده و از چسبیدن آنها به دیواره هاف جلوگیري شود.
در این حالت اصطلاحا در آب پدیده دانه برفی رخ داده و هسته هاي اولیهفبلورهاي رسوب در آب تشکیل می شود. با گذشت زمان به حجم هسته هاي اولیه افزوده شدهفو بلورهاي سخت خنثی و معلق در آب که خاصیت چسبندگی خود را از دست داده اند ظاهر میفشود. در کنار فرایند فوق افزایش مولکولهاي آزاد در آب و شکسته شدن پیوند هیدروژنیفبین آنها باعث افزایش حلالیت آب شده و خاصیت رسوب زدایی را نیز به فن آوري فوق میفافزاید، به نحوي که با گذشت زمان رسوب هاي پیشین نیز در آب حل شده و تبدیل بهفبلورهاي خنثی معلق در آب می شوند.
کلمات کلیدي: برج خنک کن – انتقال حرارت – انواع رسوب زدایی – جریانهاي طبیعی و مصنوعی – فرایند رسوبزدایی
مقدمه
آبفمهمترین سیال در حرارت و برودت است که وظیفه انتقال گرما در مبدلهاي حرارتی را بهفعهده دارد. در برجهاي خنک کن، بویلرها و چیلرها از آب به عنوان مایع مبدل استفادهفمی شود به طوریکه گردش آب موجب تبادل حرارتی می گردد. معمولا آب استفاده شده درفکاربردهاي حرارتی و برودتی از نوع آب سخت است، آبهاي سخت تشکیل پوسته کربنات کلسیمفمی دهند که مشکلات متعددي را بوجود می آورد. این پوسته به شکل رسوب بر روي سطوحف داخلی لوله هاي حامل آب باعث کاهش ظرفیت انتقال جریان آب و انتقال جریان حرارت میفشود. هنگامی که آبهاي سخت حرارت داده می شوند تشکیل پوسته، خیلی سریعتر انجام میفگیرد که مشکلات زیادي را در بویلرها و آبگرمکن ها به وجود می آورند.
یک پوسته بهفقطر یک میلیمتر بر روي سطوح گرم کننده یک آب گرم کن بصورت عایق حرارتی عمل کرده وفدر نتیجه تقریبا %10 افزایش هزینه به وجود خواهد آمد. معمولا کاتیونهاي کلسیم وفمنیزیم در آب عامل رسوب هستند کاتیون کلسیم صرفنظر از نمک هاي آن که شامل سولفاتفکلسیم، کلرو کلسیم و سایر نمکهاي کلسیم می شود سختی کلسیم را تشکیل می دهند.فهمانطور کاتیون منیزیم باعث سختی منیزیم می گردد و چون عامل اصلی سختی آب ترکیباتفمعدنی این دو عنصر است لذا بطور کامل فرض می گردد که سختی کل آب از سبک کردن به کمکف آب آهک و خاکستر کربنات سدیم و سبک کردن با استفاده از مبادله کننده هاي یونی بهفوجود می آید.
روشهاي دیگري مانند الکترو دیالیز، تقطیر، انجماد و اسمز معکوسفوجود دارد که به علت پیچیدگی و گران بودن فقط در شرایط خاص بکار برده می شود. درفروشهاي معمول از مواد افزودنی استفاده می شود که علاوه بر پایین بودن بازدهی مشکلاتفزیست محیطی نیز ایجاد می گردد. در حال حاضر سختی گیري و رسوب زدایی مغناطیسی بهفعنوان یک روش غیر شیمیایی و بدون نیاز به مواد شیمیایی افزودنی به آب و سازگار بافمحیط زیست با خواص بسیار مفید دیگر براي صنایع مختلف همواره به عنوان جایگزینفمناسبی براي روشهاي پیشین مطرح است.
وظیفه برج خنک کن
وظیفه یک برج خنک کن باز، جذب گرما از یک فرایند و دفع آن به فضاي اتمسفر است که اساساً این دفع از راه تبخیر صورت می پذیرد. از آن جایی که آب شرکت کننده در فرایند خنک سازي در مدار برج خنک کن سیرکوله می شود، به علت تبخیر تدریجی آب، غلظت مواد معدنی در آن افزایش می یابد. وقتی که غلظت مواد معدنی به اندازه دو برابر مقدار اولیه شد، گفته می شود که آب داراي دو سیکل غلظت می باشد. هنگامی که غلظت مواد معدنی در آب به سه برابر مقدار اولیه رسید، آنگاه داراي دو سیکل غلظت می باشد. کارایی این قسمت براي بهره برداري موثر و اقتصادي بسیار پر اهمیت می باشد. براي اطمینان از حداکثر انتقال حرارت، سطوح اننتقال حرارت باید در حد امکان تمیز نگه داشته شود.
اگر غلظت مواد معدنی در برج خنک کن افزایش یابد، امکان تجمع رسوب و خوردگی افزایش می یابد، بنابراین تصفیه آب موجب بهره برداري موثرتر از واحد انتقال حرارت خواهد بود. سطوح انتقال حرارت، گرمترین نقطه اي است که آب خنک کننده به آن می رسد. حلالیت کربنات کلسیم در آب با دما رابطه معکوس دارد، در نتیجه در سطوح انتقال حرارت، امکان نشست رسوب کربنات کلسیم، به وجود می آید. انباشته شدن لایه هاي رسوب کربنات کلسیم انتقال حرارت را کاهش می دهد و این مساله موجب خوردگی شده و نقاط داقی به وجود می آورد که خود موجب تنش حرارتی خواهند شد، همه این موارد روي بازدهی و عمر مبدل حرارتی تاثیر خواهند گذاشت.
یک روش ابتدایی براي جلوگیري از تشکیل رسوب، تخلیه بخشی از آب گردش کننده در مدار و جایگزین کردن آن با مقداري آب تازه است که غلظت مواد معدنی در آن کمتر باشد. براي تعیین حداکثر غلظت مواد معدنی که می تواند بدون ایجاد رسوب در آب موجود باشد باید آب جبرانی کاملاً مورد برسی قرار گیرد. هدف از برنامه تصفیه آب این است که تعداد که تعداد سیک هاي غلظت به حداکثر ممکن رسانده و در این حال تشکیل رسوب، خوردگی و رشد میکروبی را به حداقل برساند. مهمترین عاملی که باید کنترل شود تشکیل رسوب است که به طور معمول به دلیل اشباع ترکیبات کلسیم در آب خنک کن ایجاد می شود.
خدمات رفاهی شهري پالایشگاه نفت، صنایع شیمیایی و بیشتر صنایع دیگر در سیستم هاي تهویه مطبوع خود و یا براي خنک کردن یک سیال فرایندي در مبدل حرارتی به مقادیر زیادي آب خنک کن احتیاج دارند. در گذشته، خنک کنندگی با استفاده از آب هاي موجود در دریاچه ها، رودخانه ها و یا سیستم هاي آب شهري نزدیک، بر اساس یک روش - - یک بار گذر - - انجام می گرفت. مشکلاتی مهم در این روش به چشم می خورد، مسدود شدن مبدل حرارتی باجامدات معلق - گل ولاي - و رشد بیولوژیکی در این تجهیزات بود. هزینه هاي ناشی از خرابی تجهیزات و محدودیت هاي فزاینده ي سازمان محیط زیست، موجب شد صنایع به تصفیه آب و استفاده مجدد از آن به کمک برج هاي خنک کن روي بیاورند. این امر موجب شد که نیاز صنایع به آب تازه کاهش چشمگیري داشته باشد و مقدار گنداب تشکیل شده ي آنها نیز کاهش یابد.
در یک سیستم خنک کننده سیرکوله، براي جذب گرمایی که آب در حین عبور از تجهیزات و فرایندهاي صنعتی دریافت کرده است، آن را از مبدل هاي حرارتی، کانال هاي خنک کننده یا برج هاي خنک کن عبور می دهند و بعد از خنک شدن دوباره آن را به جهت خنک کردن تجهیزات و فرایند ها به کار می برند.برج هاي خنک کن سیرکوله، خنک کنندگی را از راه تبخیر آب و همچنین با انتقال حرارت مستقیم به هوا هنگام عبور مستقیم آن از درون برج ایجاد می کنند اصول اولیه کاري این تجهیزات نسبتا واضح است، ولی تجهیزات انتقال حرارت مربوطه به طور گسترده اي به لحاظ قیمت و پیچیدگی باهم متفاوت هستند. به عنوان مثال، در صنایع شمیایی، به دلیل طبیعت برخی فرایند ها، معمولا به مواد غیر معمول براي ساخت نیاز می باشد. این مساله موجب می شود تجهیزات انتقال حرارت بسیار گران شده و نگهداري مناسب آن نیز از اولویت خوبی برخوردار شود.اغلب مشکلات برج خنک کن ناشی از ناخالصی آب می باشد. در سیستم هاي خنک کن معمولا سه مشکل وجود دارد:خوردگی، تشکیل رسوب و رشد بیولوژیکی.
انواع سیستم خنک کننده
الف- برج هاي خنک کننده با جریان طبیعیف استفاده از برج خنک کننده با جریان طبیعی در اروپا شروع شد و درفسال هاي اخیر مهندسان آمریکایی به آنروي آوردند.احداث این نوع برج در ابتدا با چوبفبود وبعدا با چوب وفلز به ساخت آن مبادرت گردید.در نوع جدید،این برج با بتن مسلحفدرست می شود.شکل فیزیکی این نوع برج نیز تغییراتی را پشت سر گذاشت.نخست به صورتفاستوانه احداث می گردید وبعدا به حالت دو مخروط قطع خورده روي هم بنا می شد.شکلفجدید آن هیپربولیک است که به برج استحکام خوبی می دهد وبا جریان طبیعی هوا در عبورفاز پوسته برج سازگاري بهتري دارد.طرح نو این برج مصالح بري کمتري دارد چون به حجمفکمتري نیاز داردل برقراري جریان هوا در این نوع برج به پنکه یا دمنده نیازفندارد.
چون جریان هوا در برج با جریان طبیعی توسط اختلاف دانسیته بین هواي بیرون وفدرون برج،به وجود می آید - هواي درون برج توسط آب ورودي گرم می شود وبا هواي بیرونفاختلاف دانسیته پیدا می کند - .لذا برج یک دود کش بزرگی است که در پایین هواي سرد رافبه درون خود می کشد و در بالا هواي گرم را تخلیه می نماید.در برج با جریان طبیعی همفدو روش براي خنک کردن آب وجود دارد،با جریان عرضی ویا با جریان متقابل. جریانفمتقابل وسیله موثري براي انتقال حرارت است اما در جریان عرضی یکنواختی جریان هوا وفتوزیع آب،بهتر تامین می گردد واین خصوصیات جبران کننده ضعیف برج با جریان عرضیفخواهد بود.در حالت جریان عرضی،هوا عمود بر ریزش آب است وافت فشار در آن کمترفاست.جریان متقابل به پر کننده بزرگتري نیاز دارد وارتفاع رانش هم در آن کوتاه تر میفباشدل برج ها با جریان طبیعی خود به دو دسته سیستم خشک - هلر - وسیستم ترفتقسیم میشودل
