استفاده از روی برای کنترل خوردگی در برج خنک کننده مدار باز

خوردگی در برج خنک کننده به واسطه آب اتفاق می‌افتد و به همین دلیل میزان آن به خصوصیات آب بستگی دارد. این خصوصیات شامل مواردی همچون TDS آب، سختی آب، PH آب، غلظت کلر باقی مانده، تجمع یون های مهاجم و… در آب کولینگ تاور است که در ادامه این مقاله از سایت کارا فناور اطلس پارسی، به توضیح آنها و استفاده از روی برای کنترل خوردگی در برج خنک کننده مدار باز خواهیم پرداخت.

برج خنک کننده (Cooling tower) به منظور خنک سازی آب در گردش تجهیزات HVAC نظیر چیلر، مینی چیلر و … و خنک سازی تجهیزات و فرآیندهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. کولینگ تاورها در اشکال و ظرفیت‌های مختلفی تولید و به بازار مصرف عرضه شده‌اند. برج‌های خنک کن از جنبه عملکرد خنک کنندگی به دو دسته برج‌های مدار باز (آب خنک) و برج‌های مدار بسته (هوا خنک) تقسیم بندی می‌شوند که هر یک از اینها دارای خصوصیات منصر بفردی هستند.

در برج خنک کننده مدار باز، با پاشش آب از بالای برج و تماس مستقیم آن با هوا، آب جاری روی پکینگ‌ها و تخته‌های برج خنک می‌شود؛ اما دمای آب در برج خنک کننده مدار بسته یا هوا خنک به صورت غیر مستقیم و با پاشش آب خنک کننده بر روی کویل حاوی سیال گرم کاهش می یابد. هر یک از انواع برج‌های خنک کننده مدار باز و مدار بسته مناسب شرایط مخصوص به خود هستند.

همان طور که در بالا بیان شد عملکرد برج‌های خنک کننده بر مبنای استفاده از آب است؛ به همین دلیل سطوح فلزی و لوله‌های برج خنک کننده به طور مداوم در تماس با آب هستند و بسته به کیفیت آب در معرض خوردگی هستند. خوردگی بخصوص در انواع برج‌های خنک کننده گالوانیزه موجب آسیب به بخش های مختلف دستگاه و کاهش راندمان عملکرد آن می‌شود. در ضمن، خوردگی در برج خنک کننده مستلزم صرف هزینه‌های بسیاری جهت تعمیرات است به همین دلیل توجه و کنترل آن بسیار حائز اهمیت است.

کاربرد روی برای کنترل خوردگی در برج خنک کننده مدار باز

مقررات زیست محیطی سختگیرانه فزاینده‌ای که در ابتدا برای حفاظت از محیط آبی و اخیراً برای محافظت از مردم در برابر ذرات معلق در هوا وضع شده است، استفاده از کرومات را در سیستم‌های خنک کننده با چرخش باز به شدت محدود کرده است.

این محدودیت‌ها در یک یا دو دهه گذشته به کندی و قابل پیش ‌بینی توسعه یافته‌اند و در پاسخ، صنعت خدمات تصفیه آب دو فناوری جایگزین اصلی را ایجاد کرد – رویکردهای pH بالا / تمام آلی و فسفات تثبیت ‌شده است. هر کدام از این موارد در شرایط عملیاتی خاصی گزینه مناسبی هستند، اما هر دو مورد، یک مشکل مشترک  به نام حفاظت در برابر خوردگی مثبت محدود دارند.

برنامه‌های حفاظتی کرومات / روی در برج خنک کننده مدار باز به دلیل محافظت در برابر خوردگی مثبت به خوبی شناخته شده بودند. روش‌‌های تمام ارگانیک معمولاً حاوی بسته‌های بازدارنده خوردگی کم یا بدون بسته ‌بندی هستند و به شدت بر ایجاد یک محیط آبی غیرخورنده در برج خنک ‌کننده با عملکرد در سطوح pH و سختی بالا متکی هستند.

برنامه‌های فسفات تثبیت شده دارای یک بازدارنده خوردگی مثبت در بسته‌های فسفات مخلوط خود هستند، اما نسبت به کرومات / روی، رویکرد بسیار ضعیفی را دارد. هر دو فناوری جایگزینی، قادر به ایجاد حفاظت در برابر خوردگی کافی تحت شرایط آب و عملیات مشابه نیستند.

برخی از شرایطی که برای این فناوری‌ها مشکل‌ ساز هستند عبارتند از:

1. محافظت در برابر خوردگی برای مبدل‌های حرارتی لوله فولادی ملایم
2. حفاظت در برابر خوردگی مناطق با دمای بالاتر یک سیستم
3. حفاظت از سیستم‌هایی که در سطوح کلرید بالا کار می‌کنند
4. حفاظت از سیستم‌هایی که در سطوح سولفات بالا کار می‌کنند
5. حفاظت از سیستم‌هایی که با سطوح پایین سختی کلسیم کار می‌کنند

“شما می‌توانید برای انتخاب هر یک از انواع برج خنک کننده با مجموعه بزرگ بادران تهویه صنعت تماس گرفته و از مشاوره رایگان کارشناسان واحد تهویه مطبوع بهره مند شوید.

مشکل در سیستم‌‌هایی که باید با دو یا چند مورد از شرایط مشکل ‌ساز کار کنند، بزرگ ‌تر می‌‌شود. در برخی مواقع، هیچ یک از فناوری‌ها انتظارات عملکرد شرکت سازنده برج خنک کننده را برای مشتری برآورده نمی کند و باید به دنبال جایگزین مناسب بود.

جایگزینی که اغلب نادیده گرفته می‌شود، استفاده از سطوح نسبتاً پایین روی در این سیستم‌ها است. این جایگزین به طور کلی نادیده گرفته می‌شود. زیرا این تصور وجود دارد که روی با کرومات به دلیل سمیت آن به فراموشی سپرده شده است.

آیا مسمومیت با روی وجود دارد؟ اما روی اصلاً سمی نیست. زیرا استفاده از آن تا 5 پی پی ام در آب آشامیدنی برای کنترل خوردگی در برج خنک کننده مجاز است. این یک عنصر رایج در داروهای کاهش استرس است. برای پستانداران خوب است که مقادیر نسبتاً زیادی روی را به طور منظم مصرف کنند – به قرص‌های ویتامین خود نگاه کنید. با این حال، یک مشکل در استفاده از روی وجود دارد.

آب حاوی روی، هنگامی که در آبراهه‌ها تخلیه می‌شود، تمایل به رسوب عنصر روی دارد و این رسوب کرکی، ژلاتینی و چسبنده می‌تواند آبشش‌های موجودات دریایی را مسدود کند. این پدیده شامل کور شدن فیزیکی غشاها با تداخل در قابلیت تنفسی است.

این واقعیت باعث شده است که EPA فدرال حد مجاز تخلیه مستقیم روی را به 1.0 ppm توصیه کند. اکثر ایالت‌ها از این توصیه پیروی می‌کنند، با این وجود برخی استثناها وجود دارد. اگر ترشحات به یک POTW برود، باید با آن POTW مشورت شود، اما به دلیل حذف آن در فرآیند درمان، به احتمال زیاد سطوح مجاز بالاتر خواهد بود.

نتیجه باید این باشد که استفاده از روی را بدون انجام برخی تحقیقات اولیه در مورد وضعیت و مقررات تخلیه محلی رد نکنید. به احتمال زیاد تقریباً می‌توان از نوعی برنامه روی در هر مکان استفاده کرد.

روی در برج خنک کننده مدار باز

در یک برج خنک کننده مدار باز، یک برنامه تصفیه آب مبتنی بر روی ممکن است حاوی موادی از فهرست کلی زیر باشد:

1. روی
2. فسفات (ها)
3. فسفونات (ها)
4. پخش کننده‌های پلیمری
5. بازدارنده‌های خوردگی فلز زرد
6. چلنت‌های تخصصی
7. مولیبدات‌ها

سطوح و / یا انواع خاص این مواد ممکن است با معیارهای مختلف کیفیت آب متفاوت باشد. در این بخش از مقاله سایت بادران تهویه صنعت قصد داریم تا در ابتدا به هر یک از این کلاس‌های مواد به طور جداگانه قبل از تلاش برای هماهنگ کردن کاربرد آنها به حالت مایع بپردازیم.

فلز روی

همان طور که قبلاً ذکر شد، عنصر روی (Zn) یک ماده معدنی نسبتاً نامحلول است که توسط Stumm و Morgan در سال 1970 ذکر شد (شکل 1). این حالت نامحلول بودن، ناشی از رسوب هیدروکسید روی است که Ksp آن 1.2×10-17 است.

با افزایش سریع سطح یون هیدروکسید بیش از pH  8/7، حلالیت روی به طور قابل توجهی با افزایش pH کاهش می‌یابد. با این حال، این حالتی نیست که بیشتر مردم در نظر می‌گیرند. این مکانیسمی است که از طریق آن یک بازدارنده خوردگی کاتدی موثر عمل می‌کند.

در کاتدها، اکسیژن با تولید یون‌های هیدروکسیل کاهش می‌یابد. این غلظت محلی بالای یون‌های هیدروکسیل باعث می‌شود روی از آب در آن کاتدی رسوب کند و در نتیجه آن محل با یک فیلم بازدارنده خوردگی هیدروکسید روی غیرفعال شود (رسوب). این غیرفعال سازی کاتدی به طور موثر الکتروکوپل ردوکس را قطع می‌کند و واکنش را در آندی که اتلاف فلز در آن اتفاق می‌افتد به حداقل می‌رساند.

این موضوع به طور کلی یک واکنش رسوبی ساده و خود محدود شونده است که با کنترل سطح مناسب، می‌تواند محافظت در برابر خوردگی بسیار خوبی با حداقل رسوب ایجاد کند. بازرسی برنامه‌های محتوی روی موجود در بازار نشان می‌دهد که همه آنها از سطوح مشابهی از روی نامحلول استفاده می‌کنند.

همه آنها تقریباً 5/0ppm روی نامحلول را هدف قرار می‌دهند. این سطح، هنگامی که به سطح محلول در شکل 1 اضافه می‌شود، سطح افزوده مورد نظر روی را همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است ایجاد می‌کند.

این روی را می‌توان به عنوان هر نمک حاوی روی اضافه کرد، اما اکثر مردم از سولفات روی یا کلرید روی به عنوان منبع استفاده می‌کنند. کلرید روی به راحتی به عنوان یک محلول آبی 50% برای سهولت حمل و نقل و ایمنی و همچنین صرفه جویی در دسترس است.

• فسفات

فسفات به طور عمده در برنامه‌های آب خنک کننده مبتنی بر روی استفاده می‌شود که در pH  4/8 یا کمتر کار می‌کنند. دلیل گنجاندن آن بسیار ساده است. زیرا با کاهش pH آب در گردش، حلالیت روی به سرعت افزایش یافته و خواص بازدارندگی آن از خوردگی به حداقل می‌رسد.

گنجاندن فسفات در این سطوح pH پایین منجر به تشکیل لایه‌های بازدارنده ترکیبی هیدروکسید روی / فسفات در کاتد می‌شود. دلیل این امر این واقعیت است که فسفات روی حتی کمتر از هیدروکسید روی حل می‌شود (Ksp = 9.1 x 10-33).

این فسفات به طور کلی به عنوان ارتوفسفات اضافه می‌شود، اما گاهی اوقات با برخی از برنامه‌هایی که از پلی فسفات استفاده می‌کنند، مواجه می‌شوید. مزیت استفاده از پلی فسفات نامشخص است.

سطوح ارتوفسفات که در اکثر برنامه‌های روی تجاری موجودT وجود دارد در شکل 3 نشان داده شده است. به همین دلیل است که برنامه‌های حاوی روی به ندرت کمتر از pH  6/7 اجرا می‌شوند و به نظر می‌رسد که توافق شرکت‌های مختلف تصفیه آب باشد.

• فسفونات‌ها

اکثر برنامه‌های سنتی روی از فسفونات‌های “عادی” در سطوح “عادی” استفاده می‌کنند – AMP یا HEDP در 3 تا 5 ppm. مقالاتی در مورد استفاده از PBTC برای تثبیت محلول روی و ذکر نسبت‌های خاص PBTC به روی وجود دارد (4:1).

با توجه به مکانیسم بازدارندگی خوردگی و سطوح روی توصیه شده در شکل 2، تصور اینکه چرا بخواهید مقادیر بیش از حد روی محلول را تثبیت کنید یا برای انجام این کار هزینه پرداخت کنید، سخت است. در بیشتر موارد، نویسندگان آن مقالات به سطوح و انواع طبیعی فسفونات‌ها در زیر ابر «تثبیت بیش از حد روی» رسیده‌اند.

• پخش کننده‌های پلیمری

پلیمرها، بخش جدایی ناپذیر از هر برنامه حاوی روی هستند. اگر بپذیرید که این برنامه‌ها مقدار معینی روی نامحلول تولید می‌کنند، پلیمرها فناوری مناسبی برای «تغییر کریستال» و پراکنده کردن مقدار کمی روی هستند که رسوب می‌کند. این برای جلوگیری از رسوب بیش از حد آن ماده رسوب ‌شده در مبدل‌های حرارتی یا مناطق جریان کم سیستم ضروری است.

همان طور که در شکل 4 نشان داده شده است، پلیمرهای مختلف کارایی متفاوتی در مورد “تثبیت روی” در محلول‌های آبی دارند. کلمه “تثبیت کننده” تا حدودی یک نام اشتباه است. هیچ یک از این پلیمرها، حلالیت هیدروکسید روی یا فسفات روی را در آب برج خنک کننده به طور قابل توجهی افزایش نمی‌دهند.

آنها صرفاً اندازه ذرات رسوب ‌شده را به حداقل می‌رسانند و به طور مؤثر آنها را در سراسر سیستم پراکنده می‌‌کنند. اگر تمام فروش‌های روی رسوب ‌شده را بین 22/0u و 45/0u در راه‌ حل‌های موضوعی شکل 4 حذف کنید، سطوحی را خواهید یافت که نزدیک به حلالیت هستند.

سطوح معمولی پلیمر انتخابی در محدوده 4 تا 6 ppm برای مؤثرترین محصولات یا سطوح بالاتری از مواد کمتر مؤثر خواهد بود.

بازدارنده‌های خوردگی فلز زرد

بازدارنده‌های خوردگی فلز زرد (YMCI) گاهی اوقات همراه با برنامه‌های تصفیه آب خنک کننده مبتنی بر روی یا فسفات روی استفاده می‌شوند. این برنامه‌ها عموماً مهار خوردگی موثر مس را بدون گنجاندن YMCI نشان می‌دهند، اما برخی شرایط محلی ممکن است استفاده از آنها را تضمین کند.

اگر کسی معتقد است که YMCI مورد نیاز است، از آنها معمولاً در سطوح پایین تر استفاده می‌کنند.

انواع دیگر برنامه‌ها غالباً عبارتند از:

1. تولیلتریازول (1 تا 2 پی پی ام)
2. بنزوتریازول (1ppm)
3. مرکاپتو بنزوتیازول (1.5 تا 2.5 ppm)

چلنت‌های تخصصی

انواع چلنت‌های تخصصی در این برنامه‌ها با سطوح مختلف موفقیت استفاده شده است. EDTA در اوایل برای تثبیت روی مورد استفاده قرار گرفت، اما به زودی با توجه به تمایلات خورنده، پروژه‌های تخریب EDTA حذف شد.

بعداً، سایر chelantهای تخصصی آزمایش شدند، اما به طور متوالی حذف شدند؛ زیرا تفکر”بیش از ثبات” تحقق یافت و دانش افزودن و پراکندگی کنترل شده کشف شد. برخی از این مواد هنوز فرموله شده‌اند، اما عمدتاً به عنوان تاثیرگزارهای بازاریابی وجود دارند، نه اینکه در سیستم مؤثر باشند.

• مولیبدات‌ها

مقالات و منابع متعددی در مورد هم افزایی مولیبدات‌ها و روی در تصفیه آب خنک کننده وجود دارد. هنگامی که در این زمینه استفاده می‌شود، مولیبدیت به طور کلی در سطح 3 تا 5 پی پی ام استفاده می‌شود.

از نظر تئوری، به عنوان یک مهارکننده آندی، مولیبدیت باید به خوبی استفاده از روی را تکمیل کند و تجربه محدود ما نشان می‌دهد که این مورد است. با این حال، تحقیقات زیادی برای بهینه سازی سطوح روی، مولیبدات و احتمالاً فسفات باید انجام شود.

جمع بندی

استفاده از تصفیه‌ کننده‌های آب برج خنک‌ کننده حاوی روی برای تصفیه سیستم‌های آب برج خنک ‌کننده با چرخش باز ساده، ایمن و تا حد زیادی از نظر محیط‌ زیست قابل قبول است. گنجاندن یک برنامه مبتنی بر روی به خوبی طراحی شده و درک شده در یک خط محصول با استفاده از پراکنده‌های مدرن برای به حداقل رساندن رسوب ناگزیر روی نامحلول یک ضرورت است که در آن کیفیت آب محلی یا شرایط عملیاتی ایجاب می‌کند. طراحی و کاربرد این برنامه‌ها مرموز نیست – آنها فقط با برخی از اصول اساسی حلالیت و پراکندگی مطابقت دارند.

سوالات تکمیلی