أنواع ووظائف أبراج التبريد المفتوحة والمغلقة
Oct. 10, 2025
أنواع ووظائف أبراج التبريد المفتوحة والمغلقة
``````html ```الفصل 31 - أنظمة تبريد الدائرة المفتوحة المعاد تدويرها
```html- أبراج التبريد
- دورات التركيز، ميزان المياه
- التحكم في الترسبات
- برامج التحكم في التآكل
- اعتبارات المستقبل
- مراقبة وتحكم معدات المياه المبردة
يستخدم نظام التبريد الدائري المفتوح نفس الماء بشكل متكرر لتبريد معدات العمليات. يجب تصريف الحرارة التي يمتصها العملية للسماح بإعادة استخدام الماء. وتستخدم أبراج التبريد وبرك الرش والمكثفات المتبخرة لهذا الغرض.
تساعد أنظمة التبريد الدائرية المفتوحة على توفير كمية هائلة من المياه العذبة مقارنةً بالطريقة البديلة وهي التبريد لمرة واحدة. يتم تقليل كمية المياه المفقودة إلى النفايات بشكل كبير في الطريقة الدائرية المفتوحة، كما أن المعالجة الكيميائية تكون أكثر اقتصادًا. ومع ذلك، فإن أنظمة التبريد الدائرية المفتوحة تكون عرضة بشكل طبيعي لمشاكل متعلقة بالمعالجة أكثر من أنظمة التبريد لمرة واحدة:
- يؤدي التبريد بالتبخر إلى زيادة تركيز المواد الصلبة المذابة في الماء، مما يزيد من قابلية التآكل والترسبات
- تزيد درجات الحرارة العالية نسبيًا من إمكانية التآكل بشكل كبير
- يزيد الوقت الطويل للاحتفاظ بالماء وارتفاع درجة حرارة المياه في نظام دائري مفتوح من ميل النمو البيولوجي
- يمكن أن تمتص الغازات المحمولة جواً مثل ثنائي أكسيد الكبريت، الأمونيا أو كبريتيد الهيدروجين من الهواء، مما يسبب ارتفاع معدلات التآكل
- يمكن أن تمتص الميكروبات، والمواد الغذائية، والمركبات المحتملة أيضًا عبر الماء عبر البرج
أبراج التبريد
تعتبر أبراج التبريد الطريقة الأكثر شيوعًا المستخدمة في تفريغ الحرارة من أنظمة التبريد الدائرية المفتوحة. تم تصميمها لتوفير اتصال وثيق بين الهواء والماء. يتم التخلص من الحرارة أساسًا من خلال تبخر جزء من المياه المبردة. يحدث فقدان الحرارة الحساس (التبريد المباشر للمياه بواسطة الهواء) أيضًا، ولكنه جزء صغير فقط من إجمالي فقدان الحرارة.
أنواع الأبراج
تصنف أبراج التبريد حسب نوع السحب (طبيعي أو ميكانيكي) واتجاه تدفق الهواء (تدفق عرضي أو تدفق مضاد). يتم تقسيم أبراج السحب الميكانيكي بشكل أكبر إلى أبراج السحب القسري أو السحب الناجم.
أبراج السحب الطبيعي. تُسمى أحيانًا "الأبراج الزائدية" بسبب الشكل المميز ووظيفة المدخنة، لا تتطلب أبراج السحب الطبيعي مراوح. تم تصميمها للاستفادة من فرق الكثافة بين الهواء الداخل إلى البرج والهواء الأكثر دفئًا داخل البرج. يرتفع الهواء الدافئ الرطب داخل البرج لأنه ذو كثافة أقل، بينما يُسحب الهواء الأكثر كثافة وهدوءًا في قاعدة البرج. المدخنة الطويلة (حتى 500 قدم) ضرورية لتحفيز تدفق الهواء المناسب. يمكن أن تكون أبراج السحب الطبيعي إما تصميمات تدفق مضاد أو تدفق عرضي. البرج المصور هو نموذج تدفق عرضي. التعبئة خارج القشرة تشكل حلقة حول القاعدة. في نموذج التدفق المضاد، تكون التعبئة داخل القشرة. في كلا النموذجين، تعتبر المدخنة الفارغة هي الجزء الأكبر من ارتفاع البرج.
أبراج السحب الميكانيكي. تستخدم أبراج السحب الميكانيكي مراوح لتحريك الهواء خلال البرج. في تصميم السحب القسري، تدفع المراوح الهواء إلى أسفل البرج. تعمل معظم أبراج السحب القسري بتصميمات تدفق مضاد. تحتوي أبراج السحب الناجم على مروحة في الأعلى لسحب الهواء عبر البرج. يمكن أن تستخدم هذه الأبراج إما تيارات هوائية عرضية أو مضادة وتميل إلى أن تكون أكبر من أبراج السحب القسري.
أبراج التدفق المضاد. في أبراج التدفق المضاد، يتحرك الهواء لأعلى، مباشرة ضد تدفق المياه المتجه لأسفل. توفر هذه التصميمات تبادل حرارة جيدًا لأن أبرد هواء يتصل بأبرد مياه. غالبًا ما تستخدم رؤوس ورشاشات لتوزيع المياه في أبراج التدفق المضاد.
أبراج التدفق العرضي. في أبراج التدفق العرضي، يتدفق الهواء أفقيًا عبر تدفق المياه المتجه لأسفل. يوفر تصميم التدفق العرضي مسارًا أسهل للهواء، وبالتالي يزيد من تدفق الهواء لنسبة قوة حصان المروحة المعطاة. غالبًا ما تحتوي أبراج التدفق العرضي على نظام تغذية جاذبية - منصة توزيع مع فتحات قياس موزعة بشكل متساوٍ لتوزيع المياه. غالبًا ما تكون المنصة مغطاة لتقليل نمو الطحالب.
مكونات برج التبريد
قسم التعبئة. قسم التعبئة هو الجزء الأكثر أهمية في البرج. يُستخدم تعبئة أو تشكيلات مختلفة للحفاظ على توزيع المياه بشكل متساوٍ وزيادة مساحة سطح الماء لتبخر أكثر كفاءة. في الأصل، كانت التعبئة تتكون من "أشرطة انطلاق" مصنوعة من خشب الأحمر أو الصنوبر المعالج بالضغط. تتوفر أشرطة الانطلاق الآن في البلاستيك أيضًا. تشمل أنواع التعبئة الأخرى الشبكة البلاستيكية، والطوب الخزفي، والتعبئة الغشائية.
أصبحت التعبئة الغشائية شائعة جدًا في السنوات الأخيرة. إنها تتكون من ألواح رأسية موجبة ومعبأة بإحكام، مما يؤدي إلى تدفق المياه لأسفل عبر البرج في فيلم رقيق جدًا. عادة ما تُصنع التعبئة الغشائية من البلاستيك. يتم استخدام بولي كلوريد الفينيل (PVC) عادةً في الأنظمة ذات درجة حرارة المياه القصوى 130 درجة فهرنهايت أو أقل. يمكن لمركبات PVC المعالجة بالكلور (CPVC) تحمل درجات حرارة تصل إلى حوالي 165 درجة فهرنهايت.
توفر التعبئة الغشائية سعة تبريد أكبر في مساحة معينة مقارنةً بالتعبئة الانطلاق. يمكن استبدال التعبئة الانطلاق جزئيًا أو كليًا بالتعبئة الغشائية لزيادة سعة برج التبريد الحالي. نظرًا للتباعد القريب جداً، تكون التعبئة الغشائية عرضة جدًا لمختلف أنواع الترسبات. حدث تسرب كربونات الكالسيوم وتلوث بالمواد الصلبة المعلقة في بعض الأنظمة. يمكن أن تكون الشوائب الناتجة عن العمليات، مثل الزيت والشحوم، ملوثات مباشرة أو تؤدي إلى نمو بيولوجي ثقيل على التعبئة. يمكن أن يقلل أي نوع من الترسبات بكثير من كفاءة التبريد للبرج.
الألواح الدوارة. تُستخدم الألواح الدوارة للمساعدة في توجيه تدفق الهواء إلى البرج وتقليل كمية فقدان الرياح (الماء الذي يتناثر أو يُنفخ خارج جوانب البرج).
مزيلات الرياح. "الرياح" هو مصطلح يُستخدم لوصف قطرات الماء المعلقة في الهواء الخارجة من أعلى البرج. لأن الرياح تحمل نفس تركيبة المياه المتداولة، فلا ينبغي الخلط بينها وبين التبخر. يجب تقليل الرياح حيث إنها تستهلك الماء وقد تسبب تلطيخًا على المباني والسيارات على بعض المسافات من البرج. تغير مزيلات الرياح اتجاه تدفق الهواء بشكل مفاجئ، مما يخلق قوة طرد مركزي لفصل الماء عن الهواء. كانت المزيلات المبكرة مصنوعة من خشب الأحمر بشكل هيكلي على شكل خياطة. تكون مزيلات الرياح الحديثة عادة مصنوعة من البلاستيك وتأتي بأشكال مختلفة. وهي أكثر فعالية في إزالة الرياح مقارنةً بالإصدارات الخشبية المبكرة، لكنها تسبب انخفاض ضغط أقل.
الاقتراب من درجة حرارة اللمبة الرطبة، نطاق التبريد
ستحصل على خدمة فعالة ومدروسة من CHT TECK.
تم تصميم أبراج التبريد لتبريد المياه إلى درجة حرارة معينة تحت مجموعة معينة من الشروط. "درجة حرارة اللمبة الرطبة" هي أقل درجة حرارة يمكن تبريد الماء بها عن طريق التبخر. من غير العملي تصميم برج لتبريد إلى درجة حرارة اللمبة الرطبة. الفرق بين درجة حرارة المزراب البارد ودرجة حرارة اللمبة الرطبة يُسمى "الاقتراب". عادةً ما تُصمم الأبراج مع اقتراب يتراوح بين 7-15 درجة فهرنهايت. تُشير الفروق في درجة الحرارة بين مياه العودة الساخنة ومياه المزراب الباردة إلى "نطاق التبريد" (DT). يكون نطاق التبريد عادةً حول 10-25 درجة فهرنهايت ولكن يمكن أن يصل إلى 40 درجة فهرنهايت في بعض الأنظمة.
دورات التركيز، ميزان المياه
حساب دورات التركيز
تتداول المياه عبر المبادلات الحرارية وعبر برج التبريد بمعدل يُشير إليه بـ "معدل التداول". يتم فقدان المياه من النظام عن طريق التبخر والتفريغ. لأغراض الحساب، يُعرف التفريغ بأنه جميع خسائر المياه غير المتبخرة (فقدان الهواء، الرياح، التسريبات، والتفريغ المتعمد).
يتم إضافة Makeup إلى النظام لتعويض التبخر والتفريغ.
يتم فقدان حوالي Btu من الحرارة من الماء عن كل رطل من الماء تم تبخره. وهذه تعادل تبخر حوالي 1% من المياه المبردة لكل انخفاض في درجة الحرارة قدره 10 درجات فهرنهايت عبر برج التبريد. تصف المعادلة التالية هذه العلاقة بين التبخر، ومعدل التداول، وتغير درجة الحرارة:
حيث: E = التبخر، gpm RR = معدل التداول، gpm
DT = نطاق التبريد، °F F = عامل التبخر
عامل التبخر، F، يساوي 1 عندما يأتي كل التبريد من التبخر. من باب البساطة، غالبًا ما يُعتبر أن تكون هذه هي الحالة. في الواقع، يتغير Fمع الرطوبة النسبية ودرجة الحرارة الجوية. القيمة الفعلية لF لنظام ما غالبًا تتراوح بين 0.75 و1.0، ولكن يمكن أن تصل إلى 0.6 في الطقس شديد البرودة.
عند تبخر المياه النقية، تبقى المعادن خلفها في الماء المتداول، مما يجعلها أكثر تركيزًا من مياه الاستبدال. لاحظ أن التفريغ له نفس التركيبة الكيميائية كالمياه المتداولة. تُعد "دورات التركيز" (أو "الدورات") مقارنة لمستوى المواد الصلبة المذابة في التفريغ مع مياه الاستبدال. عند 3 دورات من التركيز، يكون في التفريغ ثلاثة أضعاف تركيز المواد الصلبة لمياه الاستبدال.
يمكن حساب الدورات من خلال مقارنة تركيز مكون محلول في مسارات مياه الاستبدال والتفريغ. باعتبار أن الكلوريد والكبريتات قابلان للذوبان حتى في تركيزات عالية جدًا، فإنهما خيارات جيدة للقياس. ومع ذلك، قد تكون نتائج الحساب غير صالحة إذا تم استخدام الكلورين أو حمض الكبريتيك في النظام كجزء من برنامج معالجة المياه.
غالبًا ما يتم استخدام الدورات المعتمدة على الموصلية كوسيلة سهلة لأتمتة التفريغ. ومع ذلك، قد تكون الدورات المعتمدة على الموصلية أعلى قليلًا من الدورات المعتمدة على الأنواع الفردية، بسبب إضافة الكلور وحامض الكبريتيك ومواد معالجة.
باستخدام أي مكون مناسب:
يمكن أيضًا التعبير عن دورات التركيز على النحو التالي:
حيث: MU = makeup (التبخر + التفريغ)، gpm BD = التفريغ، gpm
لاحظ أن العلاقة القائمة على معدل التدفق بالجالونات في الدقيقة تعكس العلاقة التركيزية.
إذا تم استبدال E + BD بـ MU:
حيث:
E = التبخر يحل مزيد من التفريغ، تصبح هذه المعادلة:
تعتبر هذه معادلة مفيدة جدًا في معالجة مياه التبريد. بعد تحديد دورات التركيز بناءً على تركيزات مياه الاستبدال والتفريغ، يمكن حساب التفريغ الفعلي المفقود من النظام، أو التفريغ المطلوب للحفاظ على النظام عند عدد الدورات المرغوبة.
نظرًا لأن مواد المعالجة لا تُفقد عبر التبخر، يجب فقط استبدال مواد المعالجة المفقودة عبر التفريغ (جميع خسائر المياه غير التبخرية). وبالتالي، فإن حساب التفريغ أمر حرج في تحديد معدلات التغذية والتكاليف.
عوامل تحد من دورات التركيز
القيود الفيزيائية.هناك حد لعدد الدورات الممكنة في برج التبريد. يُعتبر فقدان الرياح، والتسربات، والخرق كلها مصادر للتفريغ غير المتعمد. يمكن أن تحد خسائر الرياح التي تصل إلى 0.2% من معدل التداول في الأبراج القديمة من عدد الدورات إلى 5-10. ويمكن أن تحد خسائر إضافية بسبب التسريبات والرياح بعض الأنظمة القديمة. غالبًا ما تضمن الأبراج الجديدة انخفاضًا في خسائر الرياح إلى 0.02% من معدل التداول أو أقل. قد تكون الأنظمة التي قد تم إنشاؤها مؤخرًا والتي تستخدم أبراج مزودة بمزيلات رياح فعالة للغاية ولا يوجد بها خسائر زائدة قادرة ميكانيكيًا على تحقيق من 50 إلى 100 دورة أو أكثر.
القيود الكيميائية.كلما زاد مستوى المواد الصلبة المذابة في الماء، زادت القابلية للتآكل والترسيب. نظرًا لأن التآكل هو تفاعل كيميائي كهربائي، فإن الموصلية العالية بسبب المواد الصلبة المذابة يجد من الصعب زيادة معدل التآكل (انظر الفصل 24 لمزيد من المناقشة). يصبح من الصعب بشكل متزايد ومن غير المعتاد كفاءة تثبيط التآكل كلما اقتربت الموصلية المحددة عادة عن 10,000 µmho.
بعض الأملاح تكون قابلة للذوبان في درجات حرارة عكسية؛ أي أنها أقل قابلية للذوبان في درجات حرارة أعلى وبالتالي تميل إلى تكوين ترسبات على أنابيب المبادلات الساخنة. كما أن العديد من الأملاح أقل قابلية للذوبان عند الرقم الهيدروجيني العالي. كلما تم تركيز مياه برج التبريد وزيادة الرقم الهيدروجيني، يزداد ميل استبقاء الأملاح المكونة للترسبات.
كونها واحدة من الأملاح الأقل قابلية للذوبان، يُعد كربونات الكالسيوم من المكونات الشائعة التي تتكون في أنظمة التبريد الدائرية المفتوحة. يمكن أيضًا أن يحدث ترسب سليكوت الكالسيوم، وكبريتات الكالسيوم، وأنواع أخرى من الترسبات. في حالة عدم وجود معالجة، هناك تفاوت واسع في الذوبانية النسبية لكل من كربونات الكالسيوم والجبس، الشكل الطبيعي الذي يوجد فيه كبريتات الكالسيوم عادةً في أنظمة التبريد.
يمكن توقع ترسب كربونات الكالسيوم نوعيًا بواسطة مؤشر تشبع لانغلي (LSI) ومؤشر استقرار رايزنار (RSI). يتم تحديد المؤشرات على النحو التالي:
مؤشر تشبع لانغلي = pHa - pHs
مؤشر استقرار رايزنار = 2(pHs) - pHa
قيمة pHs (pH للتشبع) تعتمد على المواد الصلبة الكلية، ودرجة الحرارة، والكالسيوم، والقلوية. pHa هو الرقم الهيدروجيني الفعلي للماء.
تشير قيمة LSI الإيجابية إلى ميل لترسب كربونات الكالسيوم. يظهر مؤشر استقرار رايزنار نفس الميل عندما يتم حساب قيمة 6.0 أو أقل. يتم تقديم مناقشة أكثر تفصيلاً حول LSI وRSI في الفصل 25، التحكم في الترسبات والترسب - أنظمة التبريد.
سواء مع وجود معالجة كيميائية لمياه التبريد أو بدونها، تحدد دورات التركيز في النهاية عدم القدرة على منع ترسيب الشوائب.
التحكم في الترسبات
كما تم الإشارة إليه سابقًا، يتمثل العديد من الملوثات في مياه التبريد التي تسهم في مشاكل الترسب. يتم مناقشة ثلاثة أنواع رئيسية من الترسبات هنا: تكوين الترسب، التلوث العام، والتلوث البيولوجي.
تكوين الترسب
يمكن السيطرة على تكوين الترسب في نظام التبريد عن طريق:
- تقليل دورات التركيز من خلال التحكم في التفريغ
- إضافة حمض لمنع ترسب الأنواع الحساسة للرقم الهيدروجيني
- تليين المياه لتقليل الكالسيوم
- استخدام مثبطات الترسب للسماح بالتشغيل في ظل ظروف مشبعة فوق بعض العوامل
التحكم في التفريغ. إن زيادة التفريغ للحد من دورات التركيز هي طريقة فعالة لتقليل إمكانية الترسب لمياه التداول. ومع ذلك، فإن المعدلات العالية من التفريغ ليست دائمًا مقبولة ولا يمكن، اعتمادًا على جودة المياه، تقديم تحكم كامل في الترسب. في العديد من المناطق، تكون إمدادات المياه العذبة محدودة ومكلفة.
جدول 31-1. معدلات الاستبدال والتفريغ عند دورات مختلفة جدول 31-1. معدلات الاستبدال والتفريغ عند دورات مختلفة الدورات الاستبدال، gpm التفريغ، gpm2
4
333
8
143
15
71
20
53
أ = RR = 50,000 gpm؛ DT = 20 درجة فهرنهايت.
يتم تصريف ثنائي أكسيد الكربون الذي يتكون عبر برج التبريد، في حين تبقى الكبريتات كمنتج ثانوي.
يقلل تخفيض الرقم الهيدروجيني من خلال إضافة الحمض أيضًا من ميول الترسب لتأثيرات الأنواع الحساسة للرقم الهيدروجيني الأخرى مثل سليكوت المغنيسيوم، وهيدروكسيدات الزنك، وكبريتات الكالسيوم.
نظرًا لأن السيطرة على التفريغ الحمضي أمر حاسم، ينبغي استخدام نظام التغذية الآلي. يؤثر تناول الحمض الزائد على التآكل؛ قد يؤدي فقدان التغذية الحمضية الى تكوين سريع للترسب. ينبغي استخدام نظام تخفيف الحمض للخلط المناسب لمنع هجوم الحمض على خزان الخرسانة.
عندما تكون مياه الاستبدال المحتوية على الكبريتات مرتفعة و/أو يتم تشغيل البرج عند دورات مرتفعة، يمكن أن تؤدي تغذية الحمض الكبريتي إلى ترسب كبريتات الكالسيوم. وفي بعض الأحيان، يمكن استخدام حمض الهيدروكلوريك بدلاً من حمض الكبريتيك في مثل هذه الحالات. ومع ذلك، يمكن أن تؤدي هذه العملية إلى مستويات مرتفعة من الكلوريد، والتي غالبًا ما تساهم بشكل كبير في زيادة معدلات التآكل - خاصة تآكل التخريم و/أو التصدع الناتج عن الضغط في الفولاذ المقاوم للصدأ.
تم اقتراح حقن ثاني أكسيد الكربون في المياه المتداولة للتحكم في الرقم الهيدروجيني بصورة عرضية. يقلل هذا العلاج من الرقم الهيدروجيني ولكنه لا يقلل من القلوية. يتم تهوية المياه المتداولة في كل مرة تمر فوق برج التبريد. يؤدي هذا إلى تقليل تركيز ثاني أكسيد الكربون في الماء إلى القيم التوازنية للظروف المحيطة، مما يتسبب في ارتفاع الرقم الهيدروجيني. يمكن أن تؤدي الزيادة السريعة في الرقم الهيدروجيني عبر البرج إلى تكوين ترسبات كربونات الكالسيوم على التعبئة الخاصة بالبرج. نظرًا للتهوية، فإن ثاني أكسيد الكربون لا يتكرر ويجب أن يُغذى اعتمادًا على معدل تدفق النظام. عادة ما يُعتبر هذا أسلوب غير عملي للتحكم في الرقم الهيدروجيني في أنظمة المبردات الدائرية المفتوحة.
تليين المياه. يمكن استخدام تليين الجير لمياه الاستبدال أو جانب جانبي لتقليل محتوى الكالسيوم، وغالباً القلوية. يقلل هذا من الميل لتكوين ترسبات كربونات الكالسيوم وكبريتات الكالسيوم للمياه عند عدد معين من الدورات ومستوّى الرقم الهيدروجيني.
مثبطات الترسب. يمكن تشغيل أنظمة التبريد عند دورات أعلى من التركيز و/أو قيم pH أعلى عندما يتم تطبيق مثبطات ترسب مناسبة. تتداخل هذه المواد مع نمو البلورات، مما يسمح بالتشغيل في ظل ظروف "مشبعة". تُستخدم الفوسفات العضوية، التي تُعرف أيضًا بالفوسفونات، بشكل متكرر لتثبيط ترسب كربونات الكالسيوم. يمكن استخدام الفوسفونات أو مختلف المواد البوليمرية لتثبيط أنواع أخرى من الترسبات، مثل كبريتات الكالسيوم وفوسفات الكالسيوم.
هناك مياه استبدال عالية الجودة نسبياً عند دورات مختلفة من التركيز. بدون إضافات كيميائية من أي نوع، تكون هذه المياه محدودة لـ 2 دورة. عند 5 دورات، يكون الرقم الهيدروجيني حوالي 8.3، وLSI هو +1.5. يمكن تشغيل النظام بدون تغذية حمض إذا تم استخدام مثبط ترسب. عند 10 دورات دون تغذية حمض، يكون LSI هو +2.5 وتكون المياه قابلة للعلاج باستخدام مثبط ترسب كربونات الكالسيوم. عند 15 دورة وبدون تغذية حمض، يكون الرقم الهيدروجيني النظري 9.2 وLSI هو +3.2. في هذه الحالة، لا يمكن معالجة المياه بفعالية عند 15 دورة باستخدام المثبطات التقليدية لكربونات الكالسيوم. ينبغي أن يتم التغذية الحمضية لتقليل الرقم الهيدروجيني إلى 8.7 أو أقل حتى يمكن استخدام مثبطها.
جدول 31-2. المياه المبردة الدائرة عند دورات مختلفة. مياه متداولة عند2 دورة
مياه متداولة عند
5 دورات
مياه متداولة عند 10 دورات
مياه متداولة عند 15 دورة
مياه الاستبدال
لا تغذية حمض
لا تغذية حمض
لا تغذية حمض
لا تغذية حمض
حمض لرقم هيدروجيني 8.7
الكالسيوم
(مثل CaCO3)، ppm:
50
100
250
500
750
750
المغنيسيوم
(مثل CaCO3)، ppm:
20
40
100
300
300
300
القلوية
(مثل CaCO3)، ppm:
40
80
200
400
600
310
الكبريتات
(مثل SO4-2)، ppm:
40
80
200
400
600
890
الكلوريد (مثل Cl-):
10
20
50
100
150
150
السيليكا (مثل SiO2)، ppm:
10
20
50
100
150
150
الرقم الهيدروجيني:
7.0
7.6
8.3
8.9
9.2
8.7
pHs (120 °F):
8.2
7.6
6.8
6.4
6.0
6.2
LSI:
-1.2
0
+1.5
+2.5
+3.2
+2.5
RSI:
9.4
7.6
5.3
3.9
2.8
3.7
CaCO3 تعمل بواسطة:
B
B/S
B/S
X
B/A/S
أ = B، التفريغ فقط؛ B/S، التفريغ بالإضافة إلى مثبط الترسب؛ B/A/S، التفريغ مضافًا إليه المادة والعوامل المثبطة للترسيب؛ X، لا يمكن التشغيل.
التحكم في التلوث العام
يمكن أن تسبب الأنواع التي لا تكون ترسبات (الحديد، الوحل، الطين، وغيرها من الحطام) أيضًا مشاكل في الترسب. نظرًا لأن هذه المواد تتكون من جزيئات صلبة، فإن ترسيبها غالبًا ما يكون مرتبطًا بتدفق المياه أكثر من كونه مرتبطًا بالحرارة. تميل المواد الصلبة المعلقة للتخلص من المياه في مناطق التدفق المنخفضة، مثل قعر البرج ومبادلات الحرارة التي تحتوي على مياه تبريد حول الجوانب. بالإضافة إلى عملها كخزانات مياه، توفر أسفل البرج حوض استقرار. يمكن إزالة المواد الصلبة المتجمعة من الأسفل بشكل دوري بواسطة طرق الشفط أو المجرفة. يمكن استخدام البوليمرات الطبيعية والاصطناعية بأنواع مختلفة لتقليل التلوث في مبادلات الحرارة.
يمكن أن تدخل الملوثات العضوية من العمليات، مثل الزيت والشحوم، إلى النظام من خلال التسريبات في المبادلات. يمكن استخدام مواد فعالة للسطح للتخفيف من تأثيرات هذه المواد. يتم تناول التلوث بمزيد من التفصيل في الفصل 25.
التحكم في التلوث البيولوجي
يوفر نظام التبريد الدائري المفتوح بيئة ملائمة للنمو البيولوجي. إذا لم يتم السيطرة على هذا النمو، فإن التلوث البيولوجي الشديد والتآكل المتسارع يمكن أن يحدث. لا يمكن لمثبطات التآكل ومواد التحكم في الترسب أن تعمل بشكل فعال في وجود تكتلات بيولوجية.
يمكن العثور على مناقشة كاملة للميكروبات والتحكم في التلوث البيولوجي في الفصل 26. يتم تناول المواد المضادة للميكروبات المؤكسدة (مثل الكلور ومانحات الهالوجين) في الفصل 27.
برامج التحكم في التآكل
إن إضافة مثبط واحد للتآكل، مثل الفوسفات أو الزنك، ليست كافية لعلاج فعال لنظام التبريد الدائري المفتوح. يتطلب برنامج المعالجة الشامل الذي يتناول التآكل وجميع أنواع الترسبات. تتطلب جميع برامج مثبطات التآكل برنامج تحكم بيولوجي جيد، وفي بعض الحالات، عوامل تحكم إضافية لترسبات محددة.
برامج قائمة على الكروم
لسنوات عديدة، قدمت البرامج القائمة على الكروم حماية ممتازة من التآكل لأنظمة التبريد. ومع ذلك، سرعان ما تم التعرف على أن الكروم، كمعادن ثقيلة، له مخاطر صحية وبيئية معينة مرتبطة به. تحول استخدام الكروم وحده عند 200-500 ppm بسرعة إلى برامج مثل "زنك ديا نودي"، والتي دمجت الزنك والفوسفات لتقليل مستويات الكروم إلى 15-25 ppm.
أثارت اللوائح الفيدرالية التي تحد من تصريف الكروم إلى الجداول المائية، مزيدًا من الجهود للحد من أو القضاء على الكروم. كانت هناك قلق رواه مؤخرًا فيما يتعلق بعلاج الكروم عبر وجود الكروم في رياح البرج التبريدي. عندما يُستنشَق، يعتبر الكروم سداسي التكافؤ مادة مسرطنة محتملة. وبالتالي، اعتبارًا من مايو، تم حظر استخدام الكروم في أبراج التبريد للراحة بواسطة وكالة حماية البيئة (EPA). من المتوقع أن يتم حظر استخدام الكروم في أنظمة التبريد الدائرية المفتوحة تمامًا بحلول نهاية.
مثبطات تآكل النحاس
يعد الكروم مثبطًا جيدًا للتآكل للنحاس وكذلك للفولاذ. لذلك، لم يكن هناك حاجة لمثبط تآكل خاص بالنحاس في معظم البرامج المبنية على الكروم. ومع ذلك، فإن معظم مثبطات الفولاذ اللينة الأخرى لا تحمي بشكل فعال من سبائك النحاس. لذلك، تتضمن البرامج غير القائمة على الكروم عادةً مثبط تآكل خاص بالنحاس عندما تتواجد سبائك النحاس في النظام.
برامج الفوسفات / الفوسفونات المبكرة
استخدمت العديد من البرامج المبكرة لعلاج التآكل الفوسفات متعددة الفوسفات بمستويات عالية نسبيًا. في المياه، تخضع الفوسفات متعددة الفوسفات لعملية الهيدروليز، التي تُعرف عادةً باسم "العودة"، والتي تعيدها إلى حالتها الفوسفاتية. كانت هذه العملية في البرامج السابقة تسبب عادةً ترسيب فوسفات الكالسيوم.
استخدمت التحسينات اللاحقة توليفات من الفوسفات والعضوي والذاتي مشابه للفوسفات. تتراوح المدى العامة للعلاج كما يلي:
الفوسفات غير العضوي
2-10 ppm
الفوسفات المتعدد
2-10 ppm
الفوسفونات
2-10 ppm
الرقم الهيدروجيني
6.5-8.5
تم تطوير مجموعة تحكم أكثر تحديدًا ضمن هذه النطاقات، بناءً على الصفات المختلفة لمياه الاستبدال وظروف تشغيل الأنظمة. حيثما تم استخدام المياه ذات المحتوى المنخفض من الكالسيوم (أي أقل من 75 ppm)، كان يُضاف الزنك غالبًا لتوفير الحماية المطلوبة من التآكل.
مع التحكم الدقيق في مستويات الفوسفات، والرقم الهيدروجيني، والدورات، كان من الممكن تحقيق حماية مرضية من التآكل مع الحد الأدنى من الترسب. ومع ذلك، كانت هناك مساحة قليلة للخطأ، وكان تشكيل ترسب فوسفات الكالسيوم غالبًا ما يكون مشكلة.
ديانونيك II®
ثورة مفهوم ديانونيك II® في تكنولوجيا العلاج غير الكروميت بإدخاله في هذا البرنامج. يستخدم مستويات عالية نسبيًا من الفوسفات لدعم فيلم أكسيد واقٍ على أسطح الفولاذ اللين، مما يوفر تثبيطًا فائقًا للتآكل. أصبح استخدام مستويات عالية من الفوسفات ممكنًا بفضل تطوير بوليمرات أكريلات متفوقة. تتمتع هذه البوليمرات بالقدرة على الحفاظ على مستويات عالية من الفوسفات في المحلول تحت ظروف المياه المبردة النموذجية، وبالتالي يتم القضاء على مشكلة ترسب فوسفات الكالسيوم المرتبطة بالبرامج السابقة.
النطاقات العامة للتحكم في ديانونيك II على النحو التالي:
إجمالي الفوسفات غير العضوي
10-25 ppm
الكالسيوم (مثل CaCO3)
75- ppm
الرقم الهيدروجيني
6.8-7.8
تم تطوير نطاقات تحكم أكثر تفصيلًا للأنظمة الفردية، بناءً على الخصائص المختلفة للمياه وظروف تشغيل الأنظمة.
كانت برامج ديانونيك II تحمي أنظمة التبريد بنجاح منذ إدخالها. أدت البحوث المستمرة إلى العديد من التحسينات في هذا النهج العلاجي، بما في ذلك بلمدة البوليمر الأكثر فعالية، مما وسع من إمكانياتها لتغطية كميائيات مياه أكثر تنوعًا. يُعد برنامج ديانونيك II الأكثر استخدامًا في صناعة الأنظمة غير الككروميتي.
برامج العلاج القلوي
هناك عدة مزايا لتشغيل نظام التبريد في نطاق pH قلوي يتراوح بين 8.0-9.2. أولاً، تكون المياه أقل تآكلًا بشكل فطري من القيم الأقل. ثانيًا، يمكن تقليل أو حتى القضاء على تغذية الحمض الكبريتي، اعتمادًا على كيمياء مياه الاستبدال والدورات المرغوبة. يمكن أن يعمل نظام باستخدام مياه الاستبدال هذه ببرنامج علاج قلوي ضمن نطاق الدورات من 4-10 دون تغذية للحمض. يُقضي ذلك على التكلفة العالية اللازمة للحفاظ بشكل صحيح على نظام تغذية الحمض، بالإضافة إلى المخاطر والسلامة والمشاكل المرتبطة بالحمض.
حتى إذا لم يكن بالإمكان تجنب الحمض، فهناك ميزة لاستخدام التشغيل القلوي. يرتبط الرقم الهيدروجيني من 8.0-9.0 بنطاق قلوية يزيد عن ضعف نطاق الرقم الهيدروجيني من 7.0-8.0. لذلك، يكون التحكم في الرقم الهيدروجيني أكثر سهولة في القيم الأعلى، وتوفير القلوية العالية قدرة أفضل على التخفيف من تأثيرات تغذية الحمض الزائدة.
عيب التشغيل القلوي هو زيادة إمكانية تكوين كربونات الكالسيوم وأنواع أخرى من الترسبات القائمة على الكالسيوم والمغنيسيوم. قد تحد هذه من دورات التركيز وتلزم استخدام مواد التحكم في الترسب.
برامج الزنك القلوية. يعد واحد من أكثر البرامج القلوية فعالية يعتمد على دمج الزنك والفوسفات العضوي (الفوسفونات) لتثبيط التآكل. يُعتبر الزنك مثبطًا كاثوديًا ممتازًا مما يسمح بالتشغيل عند مستويات أقل من الكالسيوم والقلوية مقارنةً بالمعالجات القلوية الأخرى. ومع ذلك، قد يتم تحديد تصريف تفريغ برج التبريد الحاوي على الزنك بشكل صارم بسبب سميته المائية. تُعتبر البرامج القائمة على الزنك أكثر تطبيقًا في المصانع حيث يجوز إزالة الزنك في عملية معالجة المخلفات.
برامج الفوسفات القلوية. تُستخدم تركيبات من الفوسفات العضوي وغير العضوي أيضًا لتثبيط التآكل عند الرقم الهيدروجيني القلوي. تم تطبيق تقنيات بوليمر صناعية متفوقة للقضاء على العديد من مشاكل الترسبات المرتبطة ببرامج الفوسفات / الفوسفونات المبكرة. نظرًا للقيم الأعلى للرقم الهيدروجيني والقلوية، فإن مستويات الفوسفات المطلوبة أقل من تلك المستخدمة في علاجات ديانونيك II. تتراوح النطاقات العامة للعلاج كما يلي:
- الفوسفات غير العضوي 2-10 ppm
- الفوسفات العضوي 3-8 ppm
- الكالسيوم (مثل CaCO3) 75- ppm
- الرقم الهيدروجيني 8.0-9.2
برامج الكل - العضوية
تستخدم برامج الكل - العضوية أي فوسفات أو زنك غير عضوي. يتم توفير الحماية من التآكل بواسطة الفوسفونات ومثبطات التكوين العضوية. عادة ما تتطلب هذه البرامج نطاق الرقم الهيدروجيني من 8.7-9.2 للاستفادة من كربونات الكالسيوم كمثبط كاثودي.
برامج قائمة على الموليبدات
لتكون فعالة، يتطلب الموليبدات وحده تركيزات معالجة عالية جدًا. لذلك، عادة ما يتم تطبيقه على مستويات أقل (مثل 2-20 ppm) ويُدمج مع مثبطات الأخرى، مثل الفوسفات غير العضوية والعضوية. يعتقد العديد من المحققين أن الموليبدات، عند التركيزات المذكورة أعلاه، فعالة في التحكم في التآكل على الفولاذ اللين. نظرًا لأن الموليبدات أغلى من معظم مثبطات التآكل التقليدية بناءً على جزء في المليون، يجب موازنة فائدة إضافة الموليبدات مع التكاليف الإضافية. قد يكون استخدام الموليبدات الأجدر في الأماكن التي يتم فيها تحديد تصريف الفوسفات و/أو الزنك.
اعتبارات المستقبل
يتم فحص التأثير الكيميائي للتفريغ عن نظام التبريد على الجداول المتلقية بعناية في الولايات المتحدة، حيث يعتبر تنظيف المجاري المائية أولوية كبيرة. يتم وضع قيود على تصريف الزنك والفوسفات في العديد من الولايات. يجري البحث المكثف لتطوير برامج علاج جديدة أكثر "صديقة للبيئة" ومن المتوقع أن يستمر. سيتطلب إجراء اختبارات شاملة لتحديد السمية وتأثيرات البيئة لجزيئات جديدة. لن تكون الإجابات بسيطة، ومن المحتمل أن تكون البرامج الجديدة أكثر تكلفة من التكنولوجيا الحالية.
مراقبة وتحكم معالجة المياه المبردة
هناك العديد من العوامل التي تساهم في التآكل والتلوث في أنظمة المياه المبردة. يعد اختيار وتطبيق المواد الكيميائية العلاج المناسبين مجرد جزء صغير من الحل. هناك حاجة إلى برامج المراقبة المتقدمة لتحديد المشكلات المحتملة حتى يمكن تعديل برامج العلاج. يحتاج التحكم الفعال في تغذية المنتجات ومراقبة المتبقيات الكيميائية إلى ضبط دقيق لبرامج العلاج. يتعين استمرار المراقبة للتأكيد من نتائج العلاج وتحديد اتجاهات النظام.
مراقبة نتائج العلاج
على الرغم من أن أدوات المراقبة البسيطة قد تكشف عن مشاكل، فإنها قد تعطي أي إشارة عن السبب. يتم تناول أدوات المراقبة التي تم ذكرها بشكل موجز هنا بمزيد من التفصيل في الفصل 36.
لا يمكن لأي أداة مراقبة مكررة أن تُكرر ظروف النظام بالضبط. من الضروري أيضًا فحص معدات المصنع بشكل متكرر وتوثيق النتائج.
التآكل. يمكن مراقبة معدلات التآكل عن طريق استخدام أوعية التآكل، أو مقاييس معدلات التآكل الفورية، أو جهاز Betz Monitall، الذي يقيس معدل التآكل على أسطح نقل الحرارة. قد تشير مستويات الحديد أو النحاس المرتفعة في المياه المتداولة أيضًا إلى التآكل.
الترسبات. يمكن مراقبة ميول الترسبات على أوعية التآكل أو الأجهزة المسخنة، مثل مفاتيح تحليل الحرارة أو جهاز Betz Monitall. قد تشير المقارنة بين تركيزات المعادن المختلفة ومستويات المواد الصلبة المعلقة في مياه الاستبدال إلى تلك الموجودة في التفريغ إلى فقدان بعض الأنواع الكيميائية بسبب ترسبات.
التلوث البيولوجي. تتوفر العديد من التقنيات لمراقبة التلوث البيولوجي. إن تلك التي تراقب النمو البيولوجي على أسطح النظام الحقيقية أو المقلدة توفر مقياسًا جيدًا لحالة النظام. قد تكون العدات لمياه الهواء من الأنواع مختلفة مضللة.
التحكم في المعاملات المائية وتغذية معالجة المياه
على الرغم من أن بعض برامج العلاج تتسم بالصبر أكثر من أخرى، إلا أن حتى أفضل البرامج تتطلب التحكم الجيد في الدورات، والرقم الهيدروجيني، ومستويات العلاج. يساعد التحكم الجيد في توفير المال. على المدى القصير، يحسن التحكم المحسن مستويات العلاج، ويمنع التغذية الزائدة، ويقلل من استهلاك المواد الكيميائية. على المدى الطويل، يساهم ارتفاع كفاءة النظام وجودة أسطح نقل الحرارة النظيفة، وتقليل تكرار استبدال المعدات، وتقليل فترات التوقف المخصصة للعمليات والدعائم.
تحتاج الشركات دائمًا إلى المزيد من المعلومات حول أبراج التبريد ذات النوع المفتوح(ar,fa,ru)؟ لا تتردد في الاتصال بنا.
43
0
0
Comments
All Comments (0)