رسوب چیست؟
رسوب ( (FOULINGدر واقع به انباشته شدن مواد غیر مطلوب بر روی سطح مبدل حرارتی را گویند .این مواد میتواند شن ،ماسه،نمک های غیر آلی و رشد و نمو بیولوژیکی یا محصولات ناشی از خوردگی باشند .همگی این موارد به انتقال حرارت و شرایط جریان مبدل و بازده آن تاثیر گذار است . ایجاد رسوب باعث پایین آمدن بازده مبدل و در نتیجه مصرف انرژی بیشتر و در مواردی باعث خوردگی لوله ها میگردد.
رسوب آب در چیلر ها :
مصرف آب به عنوان سیال خنک کننده با توجه به ظرفیت حرارتی بالا وخواص منحصر به فردش ، که بیشتر از پیوند های هیدروژنی ناشی میشود، در سیستم های خنک کننده بالاست.از جمله مشکلات اصلی آب، علاوه بر ایجاد خوردگی ، ایجاد رسوب روی سطوح می باشد .سختی آب با املاحی خاص مربوط است که در آب وجود دارند ، املاحی شامل کاتیون های کلسیم ، منیزیم ، آهن ، آلومینیوم ، منگنز، و مس که با آنیون های بی کربنات ، کربنات کلرور ، سولفات ، سیلیکات و نیترات به صورت محلول در آب وجود دارد و بطور کلی ، آب سخت، آبی است که مقادیر قایل توجه از یون های +2Ca ، +2Mg ، +2Fe داشته باشد .
آب معمولا از لحاظ سختی به چهار دسته تقسیم میشود:
طبقه یا درجه سختی آب
بر حسب میلی اکی والان در لیتر
(میلی گرم در لیتر)
سبک
سختی متوسط
آب سخت
آب بسیار سخت
1
1-3
3-6
6
(کمتر از 50 میلی گرم در لیتر)
( 50 – 150 میلی گرم در لیتر)
(150– 300 میلی گرم در لیتر)
(بیش از 300 میلی گرم در لیتر)
رسوب کربنات کلسیم که مهمترین رسوب تشکیل شده در روی سطوح انتقال حرارت با آب خنک کننده است طبق واکنش زیر تشکیل می شود :
Ca (HCO3)2 CaCO3 +CO2 H2O
چهار عامل اصلی رسوب گذاری :
- سرعت سیال:سرعت بالای سیال از رسوب گذاری بیشتر جلوگیری میکند. به همین دلیل معمولا سر لوله های کندانسور را که نگاه میکنید رسوب کمتری مشاهده میکنید ،چون در این ناحیه سرعت گذر آب بیشتر است .
- غلظت جزء رسوب کننده: TDS هرچه میزان ذرات درون آب بالاتر باشد میزان رسوب گذاری بالاتر می رود.
- درجه حرارت : هرچه دما بالا تر باشد مقدار رسوبی از نوع واکنشی(CRF) افزایش می یابد .
- هندسه محل گذر سیال.
طبقه بندی , مکانیزم های تشکیل رسوب:
- ایجاد رسوب در اثر تبلور
بلور (crystal) یک شبکه منسجم از مولوکول ها یا چیدمان اتم ها و یون ها در کنار هم است .تکرار ساختار بلوری باعث می شود که شبکه بلور دارای یک مشخصه باشند.
- رسوب ناشی از خوردگی ((corrosion fouling
خوردگی در واقع فرسودگی و خرابی مواد تشکیل دهنده تجهیزات در اثر برخی واکنش های شیمیایی است
- رسوب ناشی از خوردگی در محلول های مایع
بعنوان مثال رنگ معروف قهوه ای (زنگ آهن) که ناشی از ترکیب آهن با اکسیژن میباشد .
- رسوب ناشی از خوردگی گالوانیک
زمانی که دو فلز با دو جنس متفاوت در محلول الکترولیت فرو برده میشنود ، معمولا پتانسیل متفاوت دارند و هنگامی که در تماس باشند یک نیروی محرکه برای خوردگی ایجاد میکنند . در کندانسور چیلر بارها اینگونه رسوب و خوردگی دیده شده است که باعث سوراخ شدن لوله های دستگاه میشود . در شکل زیر نمونه ای از رسوب و خوردگی گالوانیک را مشاهده میکنید .
این نوع رسوب شامل انباشته شدن موادی است که با واکنش های شیمیایی همراه سیال فرآیند در لایه مرزی یا فصل مشترک وسطح (فیلم رسوب) که در آن مواد سطح انتقال حرارت در واکنش شرکت نکرده باشند انجام میشود .
سیستم های برج خنک کننده با گردش آب در مدار باز بیش از سایر سیستم ها در معرض گل و لای ، آشغال و ته نشین شدن مواد هستند. برج خنک کننده یک دستگاه شستشوی طبیعی هوا است که در آن بر روی سطوحی افشانده شده و هوایی که بطور طبیعی و یا توسط یک فن در آن دمیده شده است، بوسیله آب برج شسته می شود.
وابسطه به محل استقرار برج ، هر نوع غبار هوازی و پسماند های مختلف در سیستم آب گردشی باقی می ماند . این پسماند ها از ذرات ریز تا گرده گیاهی، جلبک، عناصر گیاهی، برگ ها ، شاخه درخت، علف، خاک و سنگریزه تشکیل میشوند .ذرات ریز غبار و آشغال های ذره ای تمایل به انبوه و کلوخه شدن در سیستم کندانسور به ویژه در مناطقی که گردش آب، کم سرعت است، دارند . همانگونه که مستحضر هستید حجم تبخیر در برج های خنک کننده بسیار زیاد میباشد(تقریبا مقدار مصرف آب به ازای هر تن تبرید 2/0 لیتر در دقیقه میباشد )با توجه به این تبخیر، حجم ذرات محلول در آب سریعا و طی چند روز بالا میرود. این موارد باعث میشود که رسوب بیشتر در سیستم ایجاد گردد.
مشکلاتی که بر اثر ایجاد رسوب در چیلر ایجاد میشود:
رسوب در کندانسور مانند یک عایق عمل میکند و مانع از تبادل حرارتی صحیح میشود .با ازدیاد رسوب در لوله ها ،مسیر جریان تنگ تر میشود و حتی در مواقعی لوله کاملا مسدود میشود .این اتفاق باعث پایین آمدن بازده دستگاه میشود .مصرف انرژی بالا میرود که متعاقبا هزینه های جاری (هزینه آب ،برق در چیلر های جذبی هزینه گاز ) نیز افزایش می یابد . در چیلرهای تراکمی بدلیل عدم تبادل مناسب در کندانسور فشار گاز بالا می رود که باعث استهلاک کمپرسور میشود .
اهمیت کیفیت آب در برج های خنک کننده:
کیفیت آب، نقش بسیار مهمی در عملکرد، عمر مفید و بازدهی این تجهیزات ایفا می کند. آب، با کیفیت نامناسب می تواند منجر به تشکیل رسوبات، خوردگی، رشد میکروارگانیسم ها و در نهایت کاهش انتقال حرارت و افزایش هزینه های تعمیر و نگهداری شود.
پارامتر های مهم کیفیت آب در برج های خنک کننده:
- سختی آب: سختی آب به دلیل وجود املاح کلسیم و منیزیم ایجاد می شود. این املاح در اثر تبخیر آب، غلیظ شده و تشکیل رسوبات می دهند که باعث کاهش انتقال حرارت و مسدود شدن لوله ها و نازل ها می شود.
- pH: pH آب نشان دهنده میزان اسیدی یا قلیایی بودن آن است. pH مناسب آب برای برج های خنک کننده بین 6 تا 9 است. pH پایین باعث خوردگی و pH بالا باعث تشکیل رسوبات می شود.
- TDS مواد جامد محلول:) TDS نشان دهنده مقدار کل مواد جامد محلول در آب است. (افزایش TDS باعث افزایش غلظت املاح و در نتیجه تشکیل رسوبات و خوردگی می شود.
- کلر: کلر به عنوان یک ضدعفونی کننده برای کنترل رشد جلبک ها و باکتری ها در آب برج های خنک کننده استفاده می شود. اما مقدار بالای کلر می تواند باعث خوردگی تجهیزات شود.
- قلیائیت: قلیائیت نشان دهنده ظرفیت آب برای خنثی سازی اسیدها است. قلیائیت بالا می تواند باعث تشکیل رسوبات و کاهش انتقال حرارت شود.
- آهن و منگنز: وجود آهن و منگنز در آب می تواند باعث رنگین شدن آب، تشکیل رسوبات و رشد باکتری های آهن و منگنز شود.
استاندارد های کیفیت آب در برج های خنک کننده:
استانداردهای مشخصی برای کیفیت آب در برج های خنک کننده وجود ندارد و این استانداردها بسته به نوع برج، آب منطقه و نوع سیال خنک کننده متفاوت است. با این حال، به طور کلی، محدوده مجاز برای پارامترهای مختلف کیفیت آب به شرح زیر است:
- سختی: کمتر از 300 میلی گرم بر لیتر به عنوان کلسیم کربنات
- PH: بین 6 الی 9
- TDS: کمتر از 1500 میلی گرم بر لیتر
- کلر:1 تا 3 میلی گرم بر لیتر
- قلیائیت: 50 تا 200 میلی گرم بر لیتر به عنوان کربنات کلسیم
- آهن و منگنز: کمتر از 0.3 میلی گرم بر لیتر
اهمیت رسوب‌زدایی و اسیدشویی سیکل آب برج خنک‌کننده در چیلرهای تراکمی + مراحل انجام
✅ رسوب‌زدایی و اسیدشویی سیکل آب برج خنک‌کننده یکی از مهمترین اقدامات در نگهداری چیلرهای تراکمی است. تجمع رسوبات معدنی، جلبک‌ها و مواد آلی در مبدل‌های حرارتی و مسیرهای آب میتواند راندمان تبادل حرارت را کاهش دهد، مصرف انرژی را افزایش دهد و حتی باعث آسیب‌های جدی به تجهیزات شود. در این مقاله به بررسی اهمیت رسوب‌زدایی، مشکلات ناشی از عدم انجام این کار و مراحل دقیق انجام اسیدشویی می‌پردازیم.
🔹 ۱. اهمیت رسوب‌زدایی و اسیدشویی سیکل آب برج خنک‌کننده
🔸 چرا رسوب‌زدایی ضروری است؟
در سیستم‌های چیلر تراکمی، آب برج خنک‌کننده (Cooling Tower Water) در تماس مستقیم با هوا قرار دارد و در طول گردش مداوم خود، دچار مشکلات زیر میشود:
🔴 ایجاد رسوبات معدنی: به‌دلیل سختی آب، مواد معدنی مانند کلسیم، منیزیم، کربنات‌ها و سیلیکات‌ها در مسیرهای آب و مبدل‌های حرارتی ته‌نشین میشوند.
🔴 تشکیل لجن و باکتری‌ها: رشد باکتری‌ها، جلبک‌ها و مواد آلی در مسیر آب باعث کاهش راندمان حرارتی و افزایش افت فشار میشود.
🔴 انسداد و کاهش دبی آب: تجمع رسوبات در لوله‌ها باعث کاهش جریان آب و افزایش بار حرارتی بر روی چیلر میشود.
🔴 افزایش مصرف انرژی: کاهش تبادل حرارتی باعث افزایش فشار کمپرسور و مصرف برق بیشتر میشود.
🔴 افزایش احتمال خوردگی: برخی از رسوبات در محیط مرطوب باعث ایجاد خوردگی موضعی (Pitting Corrosion) در تیوب‌های مسی کندانسور میشوند.
✅ نتیجه: عدم انجام اسیدشویی و رسوب‌زدایی منجر به افت راندمان چیلر، افزایش هزینه‌های انرژی، کاهش عمر مفید تجهیزات و در نهایت خرابی سیستم خواهد شد.
🔹 ۲. زمان مناسب برای انجام اسیدشویی و رسوب‌زدایی
📌 اسیدشویی و رسوب‌زدایی معمولاً سالی یک‌بار و در یکی از شرایط زیر انجام میشود:
✔ افت دمای کندانسور و کاهش راندمان چیلر
✔ افزایش غیرعادی فشار کندانسور
✔ کاهش دبی آب برج و افزایش افت فشار
✔ مشاهده رسوبات در سطوح داخلی مبدل‌های حرارتی
✔ تشکیل لایه‌های جلبک و لجن در سینی برج خنک‌کننده
🔹 ۳. مراحل اسیدشویی و رسوب‌زدایی سیکل آب برج خنک‌کننده
🔰 مرحله ۱: آماده‌سازی سیستم
✅ خاموش کردن چیلر و قطع جریان آب برج خنک‌کننده
✅ تخلیه کامل آب از برج، مبدل‌های حرارتی و مسیرهای لوله‌کشی
✅ تمیز کردن فیزیکی اولیه جهت حذف مواد زائد، لجن و جلبک‌ها
🔰 مرحله ۲: انتخاب اسید مناسب و تهیه محلول شستشو
📌 بسته به نوع رسوبات، اسیدهای زیر استفاده میشوند:
✔ اسید کلریدریک (HCl): مناسب برای رسوبات کربناتی (بیشترین کاربرد)
✔ اسید سولفامیک: جایگزین ایمن‌تر برای اسید کلریدریک
✔ اسید فسفریک: برای رسوبات سیلیکاتی و جلوگیری از خوردگی
📌 فرمولاسیون پیشنهادی محلول اسیدشویی:
🔹 اسید کلریدریک 5% تا 10% (بسته به میزان رسوبات)
🔹 بازدارنده خوردگی (Inhibitor) جهت محافظت از فلزات داخلی
🔹 آب برای تنظیم غلظت و حجم محلول
🔰 مرحله ۳: گردش محلول اسید در سیستم
✅ پمپ کردن محلول اسیدی در مسیرهای لوله و کندانسور
✅ مدت زمان گردش: معمولاً ۲ تا ۴ ساعت (بسته به میزان رسوبات)
✅ کنترل pH: در حین اسیدشویی، pH محلول باید ۵ تا ۶ حفظ شود.
✅ در صورت نیاز، اضافه کردن اسید در حین شستشو برای حفظ کارایی
🔰 مرحله ۴: خنثی‌سازی اسید و شستشوی نهایی
✅ تخلیه محلول اسیدی پس از پایان زمان اسیدشویی
✅ شستشوی کامل سیستم با آب تمیز و بررسی میزان pH
✅ استفاده از محلول خنثی‌کننده (مانند سود سوزآور NaOH) برای جلوگیری از باقی‌ماندن اسید در سیستم
🔰 مرحله ۵: تست و راه‌اندازی مجدد سیستم
✅ بررسی مسیرهای آب برای اطمینان از حذف رسوبات
✅ پر کردن مدار با آب تمیز و انجام تست کیفیت آب
✅ روشن کردن چیلر و بررسی عملکرد کندانسور
🔹 ۴. نکات ایمنی و فنی در فرآیند اسیدشویی
⚠ نکات مهم ایمنی:
✅ استفاده از دستکش مقاوم، عینک ایمنی و ماسک مخصوص هنگام کار با اسید
✅ عدم تخلیه اسید مستقیماً به فاضلاب (استفاده از سیستم تصفیه)
✅ عدم استفاده از اسید کلریدریک در تجهیزات دارای آلومینیوم و روی (به دلیل خوردگی شدید)
✅ افزودن اسید به آب، نه برعکس (برای جلوگیری از واکنش حرارتی ناگهانی)
📌 نکات فنی:
✔ استفاده از بازدارنده‌های خوردگی در محلول اسیدشویی
✔ عدم افزایش غلظت اسید بیش از حد مجاز (بالاتر از ۱۰٪ باعث خوردگی فلزات میشود)
✔ بررسی دقیق تجهیزات بعد از شستشو برای اطمینان از عملکرد مناسب
🔹 ۵. راهکارهای پیشگیری از رسوب‌گذاری در سیکل آب برج خنک‌کننده
✅ استفاده از سختی‌گیر برای کاهش املاح آب برج
✅ افزودن مواد ضد رسوب و ضد خوردگی (Chemical Treatment)
✅ کنترل pH آب برج در محدوده استاندارد (۷.۵ تا ۸.۵)
✅ انجام سرویس‌های دوره‌ای و تمیزکاری فیلترها و نازل‌های برج
✅ تخلیه کنترل‌شده آب برج (Bleed Off) برای کاهش غلظت املاح
🔹 جمع‌بندی
🔹 رسوب‌زدایی و اسیدشویی سیکل آب برج خنک‌کننده، یک اقدام ضروری برای حفظ راندمان چیلرهای تراکمی و جلوگیری از افزایش مصرف انرژی و خرابی تجهیزات است.
🔹 علائم نیاز به اسیدشویی شامل افت راندمان، افزایش فشار کندانسور و کاهش دبی آب برج است.
🔹 فرآیند اسیدشویی شامل آماده‌سازی سیستم، گردش محلول اسیدی، خنثی‌سازی و راه‌اندازی مجدد میشود.
🔹 رعایت نکات ایمنی، فنی و انتخاب اسید مناسب از اهمیت بالایی برخوردار است.
🔹 استفاده از سختی‌گیرها، مواد ضد رسوب و تخلیه کنترل‌شده آب برج، از تشکیل رسوبات جلوگیری میکند.
✅ با انجام دوره‌ای رسوب‌زدایی و رعایت استانداردهای نگهداری، می‌توان عملکرد بهینه چیلر را حفظ کرد و هزینه‌های عملیاتی را کاهش داد.
