گزارش کارآموزی واحد سرویس های جانبی و برج های خنک کننده در شرکت پتروشیمی مارون

مقدمه ای بر  برجهای خنک کننده          

برجهای خنک کننده در صنعت جهت کاهش آلودگی حرارتی بطور کلی استفاده می شود که نهایتاَ در دستگاههای زیادی از قبیل پمپ ها و توربین ها و مبدل های حرارتی از آن استفاده می گردد، در این گزارش علاوه بر آنکه به بررسی قسمتهای مختلف برج خنک کننده و متعلقات آن می پردازیم، بلکه سعی خواهیم نمود توضیحاتی راجع به کنترل شیمیایی برجهای خنک کننده بدهیم .

در برجهای خنک کننده مانند هر سیستم دیگری عوامل و مشکلاتی وجود دارد که باعث می شود تا عملکرد سیستم بهینه نباشد و این مسئله باعث ایجاد خساراتی به سیستم موجود می گردد، مشکلات موجود در برجهای خنک کننده شامل مسائلی از قبیل خوردگی ، رسوب و نقش میکروبیولوژی میکروارگانیسم های موجود در آب می باشد.

انواع سیستمهای خنک کننده :

1- سیستم خنک کننده یکطرفه (ONCE THROUGH)

معمولا در جاهائی که آب به مقدار زیاد در دسترس باشد از این سیستم استفاده می شود که در آن آب از یک طرف وارد و از طرف دیگر خارج میگردد و چون آب در این نوع از سیستم ها تغلیظ نمی شود رسوبات تشکیل شده قابل توجه نیست.

2- سیستم خنک کننده بسته (CLOSED)

همانطور که میدانید در موتورها و کمپرسورها بالا رفتن درجهء حرارت فلزات ایجاد فشار نموده و نهایتاً باعث از کار افتادگی آنها میگردد.به منظور غلبه بر این مشکلات و بالا بردن بازده دستگاهها بمرور زمان روشهای طراحی تغییر داده شده در آغاز اهمیتی به آب برجهای خنک کننده داده نمی شد و آبهای موجود به مقدار زیادی مواد محلول و معلق به همراه داشت و دارای سختی بود که اینها سبب ایجاد رسوب می شد و این شرایط موجب از کار افتادن دستگاهها می گردید سیستمم های خنک کننده بسته که شکل آن در صفحه بعد نشان داده شده است آب در یک سیکل بسته جریان دارد و عمل سرد شدن آب از طریق یک مبدل هوائی صورت میگیرد.

 در این نوع از سیستمهای خنک کننده آب جبرانی (MAKE UP) فقط برای جبران آب خروجی از   PACKINGSپمپها و یا دورریز سیستم در زمان تعمیرات و به مقدار خیلی کم آب تبخیر شده استفاده می گردد. در سیستمهای مدار بسته مشکلات مربوط به فولینگ ناشی از رشد میکروارگانیسم ها بصورت لجن موجود نمی باشد. 

3- سیستم خنک کننده باز

برای صرفه جوئی در مقدار آب مصرفی و نیز محافظت دستگاهها از خوردگی از برجهای خنک کننده استفاده می شود، در این سیستمها حرارت جذب شده توسط آب در مبدل های حرارتی در داخل برجهای خنک کننده پس داده می شود. این حرارت با تبخیر مقداری از آب در برج از بین می رود در نتیجه مواد محلول در سیستم باقی می ماند و تغلیظ می شود. شکل ۴ شمای سیستم خنک کننده باز می باشد.

تجهیزات برجهای خنک کننده

۱- FAN                                        ۲- FAN STACK

۳- DRFTELIMINATOR ( تله های حذف قطرات آب از هوا )

۴- DISTRIBUTOR (توزیع کننده)

۵- PACKING OR FILLING

۶- BASIN (حوضچه جمع آوری آب بارش شده)

۷- SUCTION WAY (حوضچه مکش)

۸- ساختمان اصلی

شکل ۵ شمای یک برج خنک کننده که دارای یک یا چند فن از نوع مکنده یا (INDUCED DRAFT FAN) می باشد، سیستم با حجم V از آب تازه پر می شود آب رفت (SUPPLY) بمنظور سرد کردن فرآیند از طریق حوضچه(SUCTION BAY) بوسیله پمپ وارد مبدل حرارتی (C) شده و خود گرم  می شود. آب گرم برگشتی (R) با فشار از طزیق RISER وارد برج خنک کننده می گردد که این آب از طریق توزیع کننده ها (DISTRIBUTOR) که بصورت نازل می باشند، پخش می گردد. سپس آن بصورت قطرات وارد قسمت PACKING می شود و بصورت بارشی در قسمت (BASIN) جمع آوری می گردد.

یکی از مؤثرترین و اقتصادی ترین برجهای خنک کننده که در شکل ۵ نشان داده شده در آن هوا (A) از داخل بادگیرها که در قسمت بالای حوضچه قرار دارند داخل برج شده و سپس ضمن بالا رفتن با قطرات آب که بصورت باران و در خلاف جهت آن در حال فرودند، برخورد می کند.

در برج خنک کننده بین هوا و آب گرم داخل برج دو نوع انتقال حرارت انجام میگیرد. مقداری از آب با جذب حرارت به بخار تبدیل می شود این انرژی که گرمای نهان تبخیر نامیده می شود و باید به نیروی جاذبه بین مولکولی حالت مایع غلبه نماید و در حدود b۱/ BTU۱۰۰۰ است از آب جذب می شود و باعث پائین آمدن درجه حرارت آن می گردد، حدود % ٨۰-۷۵ انتقال حرارت در برجهای خنک کننده از طریق گرمای نهان جذب می شود هنگامی که درجه حرارت تر که معیار ظرفیت گرمائی هوای اتمسفر محسوب می شود (WET BULB TEMPERATURE) پائین تر از دمای آب باشد، انتقال گرما از آب به هوا جریان خواهد داشت. نوع دیگر انتقال حرارت که موجب بالا رفتن دمای هوا و کاهش دمای آب می گردد حرارت محسوس (SENSIBLE HEAT) گفته می شود و بقیه % ۲۵-۲۰ انتقال حرارت را در بر می گیرد. جریان هوا و بخار آب، شامل قطرات (تله های حذف قطرات آب DRIFT ELIMINATOR) موجب تغییرات ناگهانی جریان مستقیم هوا می گردند قطرات آب از جریان بخار جدا شده و به داخل حوضچه ریخته می شوند، بخار آب (E) و هوا از طریق STACK FAN به اتمسفر فرستاده می شود مقدار کمی از آب بوسیله باد (D) بیرون ریخته می شود که به آن آب از دست رفته از طریق باد (DRIFT LOSS) گفته می شود که مقدار ان % ۲/٠- ۱/۰ آب گردشی می باشد. حجمی از آب بمنظور کنترل غلظت نمک های آب برجهای خنک کننده به میزان  (B) از سیستم تخلیه می گردد که به آن زیرآب (BLOW DOWN) گفته می شود با در نظر گرفتن آب بخار شده (E) و دورریز بوسیله باد (D) باید آب جبرانی (MAKE UP) بمنظور ثابت نگهداشتن حجم آب به سیستم (V) افزوده شود که در آن رابطه زیر برقرار است:

M = E + B + D

حال با توجه به توضیحات مذکور جا دارد که به بررسی نحوه جریان هوا در برجهای خنک کننده بپردازیم .

جریان در برجهای خنک کننده

جریان در برجهای خنک کننده به دو دسته تقسیم می شود:

 ۱-                                                                         NATURAL DRAFT      

                        FORCED DRAFT

۲-                                                               MECHANICAL DRAFT             

                    INDUCED DRAFT

NATURAL DRAFT

در این نوع از جریان، فن وجود ندارد و بر اثر جریان طبیعی هوا آب خنک می شود و معمولا ارتفاع این نوع از برجهای خنک کننده بیشتر است و یک حالت انحنا در وسط STACK وجود دارد که فشار در آن نقطه از برج کم شده و هوا با فشار اتمسفر از قسمت پائین وارد برج میشود.

FORCED DRAFT

در این نوع از جریان، فن در قسمت پائین برج نصب می شود بنابراین باید فشار برج بیشتر از فشار هوای اتمسفر باشد تا هوا جریان پیدا کند.

INDUCED DRAFT

در این نوع از جریان، فن درقسمت بالای برج قرار دارد و حالت مکش دارد که بر اثر خلأ ایجاد شده در داخل برج هوا از قسمت بادگیر بطرف بالای برج جریان پیدا می کند.

- مشخصات هر سیستم خنک کننده

مشخصات هر سیستم خنک کننده به شرح زیر است :

1- ظرفیت سیستم :

کل آبی که در حوضچه و دستگاهها در لوله های رفت و برگشت در جریان است در برجهای خنک کننده ظرفیت سیستم گویند که معمولا % ۳٠ – ۲٠ از حجم آب حوضچه در دستگاهها در جریان است .

2- افت درجه حرارت :

 هر چه اختلاف آب ورودی و خروجی از برجهای خنک کننده بیشتر باشد تبخیر بهتری صورت میگیرد.

3- زمان یک گردش :

 مدت زمانی که یک مولول آب تمام سیستم را طی کرد و دوباره به نقطه اول خود برگشت را زمان گردش میگویند.

4- تبخیر آب :

 مقداری از آب در گردش (% ۱) در واحد زمان بوسیله تبخیر از بین می رود.

5- از دست رفتن آب به وسیلۀ جریان WINDAGE OR DRIFT LOSS در سیستم برجهای خنک کننده:

 مقداری از آب بوسیلۀ جریان هوا از دستگاهها خارج میشود که مقدار آن  % ۳/۰- ۱/۰ آب در گردش در واحد زمان می باشد.

6- درجه تغلیظ CONCENTRATIONCYCLE :

 سرد شدن آب در برجهای خنک کننده بواسطه تبخیر مقداری از آب سیستم می باشد هرچه میزان تبخیر بیشتر باشد درجه تغلیظ بیشتر می شود.

 درجه تغلیظ عبارت است از نسبت مواد موجود در سیستم به غلظت همان مواد در آب جبرانی.

 درجه تغلیظ را می توان از نسبت+Ca2 یا-Cl یا Sio2 و Mg2+ آب در گردش نسبت به اب جبرانی بدست آورد اگر به سیستم مقدار زیادی کلر بخصوص بطور پیوسته اضافه شود درجه تغلیظ را نمیتوان از روی Cl- بدست آورد و نیز سیستم هائیکه در PH پائین کار می کنند، لذا مقدار زیادی اسید مصرف    می شود. در نظر گرفتن درجه +Ca2 خطا را زیاد می کند چه ممکن است در شرایطی +Ca2 در دستگاهها رسوب کنند و معمولاً با در نظر گرفتن Cl- و +Ca2  در محاسبه درجه تغلیظ می توان شرایط دستگاه را سنجید.

تجزیه مواد شیمیائی اضافه شده به آب و مواد معلق حاصل از رسوبات آهن می باشد.

فولینگ ناشی از میکروارگانیسم ها

باکتری ها از خطرناکترین نوع فولینگ را بوجود می آورند  میکروارگانیسم ها از طریق آب جبرانی و یا از طریق گردوغبار، هوا و خاک وارد برجهای خنک کننده می شوند که باعث تشکیل رسوبات لجنی شکل در داخل لوله های مبدل های حرارتی و داخل SUCTION BAY شده که روی میزان انتقال حرارت اثر می گذارد و لوله ها را مسدود کرده و باعث خوردگی نیز می شوند.

جلوگیری از فولینگ                                     PREVENTIO OF FOULING

فولینگ که ممکن است علل مختلف داشته باشد باید بطریق مقتضی جلوگیری شود به دو طریق می توان مقدار فولینگ را در سیستم برجهای خنک کننده به حداقل رسانید:

۱- مواد تولید کننده فولینگ را از آب مصرفی در برجهای خنک کننده حذف نمود.

۲- برای جلوگیری از چسبیدن آنها به سطوح فلزی آب را اصلاح نمود و میزان انتقال حرارت را کاهش داد. با استفاده از عمل انعقاد  COAGULATION  و صاف نمودن CLARRIFICTION ، آب با نمکهای آهن و آلومینیم می توان آب صافی تصفیه نمود ممکن است آب خوب تصفیه شده باشد و لی بعلت زیاد شدن مواد جامد محلول (T.D.S) و محصولات ناشی از خوردگی حاصل از واکنشهای خوردگی در داخل مبدلهای حرارتی و فولینگ مشاهده شده و رسوباتی در داخل مبدلها ایجاد کند .

در تمام سیستمهای خنک کننده مقداری میکروارگانیسم، گردوخاک، شن و ماسه و گاز وجود دارد بنابراین مسئله فولینگ همیشه وجود دارد که اخیراً از صافی های جانبی  (SIDE STREAM FILTERA) برای جدا نمودن مواد معلق در آب برجهای خنک کننده استفاده می شود، بر طبق این روش مقدار %۳-۲ از آب در گردش را از صافی عبور میدهند استفاده از صافی های مذکور بمقدار قابل ملاحظه ای از تشکیل رسوب جلوگیری می کند.

اخیراً جهت جلوگیری از FOULING و SCALING از ترکیبات آلی استفاده می شود که مقدار مواد فولینگ و اسکلینگ را به حداقل می رساند به این ترکیبات DISPERSANT می گویند که دو کار انجام می دهند.

الف- مواد تشکیل دهنده فولینگ را در آب پخش می کنند.

ب- این مواد را متراکم میسازند.

رسوب (SCALE) :

رسوب نمودن کریستالها در نتیجه تغییرات فیزیکی یا شیمیائی و بعد فوق اشباع رسیدن بعضی ازاملاح معدنی درآب اتفاق می افتد.ذرات رسوب از مواد معدنی سخت بهم چسبیده که محکم به سطح فلز      می چسبد تشکیل یافته است اختلاف رسوب و لجن (SLUDGE) در این است که لجن سست بوده و بهم چسبیده نیستند. از مهمترین رسوبات در برجهای خنک کننده می توان کربنات کلسیم، سیلیکات، ترکیبات آهن و منیزیم را نام برد.