مدیریت آب در برج های خنک کننده

برج های خنک کننده گرما را از آب در حال چرخش دفع می کنند و از حجم زیادی از آب آشامیدنی استفاده می کنند. با افزایش هزینه آب و نگرانی در مورد کمبود آن در آینده، مصرف آب برج خنک کننده باید به خوبی مدیریت شود و تا حد امکان کاهش یابد.

بهینه سازی مدیریت آب برج خنک کننده

اپراتورهای برج خنک کننده می توانند مصرف آب برج خنک کننده را برای موارد زیر بهینه کنند:

• حفظ منابع آب
• کاهش مصرف مواد شیمیایی تصفیه آب
• کاهش هزینه ها و صرفه جویی در مصرف انرژی

برای بهینه سازی و حفظ آب هر برج خنک کننده، کل تعادل آب برج باید مورد توجه قرار گیرد. تبخیر و تلفات آب کنترل شده هستند و این کنترل برای عملکرد صحیح برج و سیستم ضروری می باشند. این تلفات کنترل شده باید بهینه شوند. برخی از تلفات آب نیز کنترل نشده اند و ممکن است به صورت سرریز، رانش، پاشش آب، باد، نشتی و شستشوی معکوس فیلتر باشد. باید به این نکته توجه کرد که تلفات کنترل نشده آب در کولینگ تاور باید به حداقل رسیده و یا حذف شود.

آب تبخیر شده از برج، آب خالصی است و حاوی مواد جامد معدنی حل شده در آب خنک کننده نیست. فرایند تبخیر، مواد معدنی محلول را در آب باقیمانده برج متمرکز می کند. هنگامی که به حد حلالیت رسید، مواد معدنی محلول (عمدتاً نمک های کلسیم و منیزیم) به صورت رسوب یا لجن رسوب می کنند.

برای جلوگیری از تمرکز بیش از حد مواد معدنی برج، درصدی از آب خنک کننده برای تخلیه، خالی می شود. این کار برای کنترل غلظت مواد معدنی محلول تا زیر حد حلالیت آنها تنظیم می شود. این حد به طور کلی توسط یک رسانایی سنج تنظیم و کنترل می شود که به طور خودکار دمش را کنترل می کند.

هنگامی که از نقطه تنظیم رسانایی فراتر رود، آب تخلیه می شود. تعمیر و نگهداری منظم و کالیبراسیون کنتورهای رسانایی بخشی ضروری از برنامه تعمیر و نگهداری برج خنک کننده است.

برخی از مواد، مانند درجات خاصی از فولاد ضد زنگ و پوشش ‌های محافظ بر روی اجزای برج خنک‌کننده، ممکن است محدودیت‌هایی در سطح کلرید داشته باشند. سطح کلرید در یک برج خنک کننده می تواند یک عامل محدود کننده اضافی در تعداد چرخه های غلظتی باشد که می توان در یک سیستم برج خنک کننده خاص به دست آورد. در برخی سیستم ها، افزایش چرخه ها ممکن است باعث افزایش pH آب در گردش شود که نیاز به کنترل های اضافی یا متفاوتی برای تصفیه آب دارد.

آبی که در اثر تبخیر از بین می رود باید با آرایش تازه جایگزین شود تا حجم سیستم ثابت بماند. این آرایش تازه معمولاً از منابع آب آشامیدنی تهیه می شود، اما ممکن است از پساب تصفیه شده یا منابع آب بازیافتی نیز تهیه شود.

در حالت ایده‌آل، کنتورهایی که دارای مصرف آب زیادی هستند، باید روی خط آب تکمیلی قرار داده شوند و در صورت امکان عملی و اقتصادی، خط آب تخلیه شود تا الگوی مصرف آب برج به طور موثر درک شود.

راه های کاهش مصرف آب برج خنک کننده 

1. بهبود کیفیت آب
2. به حداکثر رساندن چرخه های غلظت با بهینه سازی فرآیند برج خنک کننده و حذف مواد جامد از آب دمنده قبل از چرخش مجدد آن به سیستم

در ادامه در مورد هر کدام توضیح خواهیم داد.

1. پیش تصفیه آب تشکیل دهنده برج خنک کننده (بهبود کیفیت آب)

قبل از اضافه شدن آب به سیستم برج خنک کننده، می توان آب بی کیفیت را تصفیه کرد. عامل محدود کننده اولیه برای چرخه های غلظت، سختی کلسیم است. به طور کلی، سختی کلسیم در برج خنک کننده باید در محدوده 350 تا ppm 400 در یک برنامه تصفیه غیر اسیدی حفظ شود.

اگر آب شهری حاوی ppm 100 سختی کلسیم باشد، چرخه غلظت به 3.5 تا 4.0 محدود می شود. این معادل 75 تا 85 درصد راندمان آب است. کاهش سختی کلسیم به  ppm50  به برج اجازه می دهد تا در هفت تا هشت چرخه کار کند که معادل بیش از 96 درصد راندمان آب است.

راه های کاهش میزان سختی آب

• نرم کننده آهک
• تبادل یونی سدیم (نرم کننده آب)
• اسمز معکوس

آب شهری با سختی کم، گاهی اوقات می‌تواند از پساب‌های بازیافتی و استفاده مجدد از گیاهان، مانند آب شستشوی مصرف شده و میعانات بخار، در دسترس باشد. آب با سختی دلخواه را می توان با مخلوط کردن آب تصفیه شده با آب خام یا بازیافتی تصفیه نشده بدست آورد. بهبود کیفیت آب می تواند به افزایش چرخه های غلظت کمک کند. این امر باعث کاهش حجم بلودان می شود که در نهایت مقدار آب مورد نیاز سیستم را کاهش می دهد.

2. به حداکثر رساندن چرخه های تمرکز

چرخه غلظت تعداد دفعاتی است که می توان از آب تازه تشکیل دهنده در برج قبل از چرخه مواد معدنی محلول تا جایی که از محلول خارج می شود استفاده کرد. تعداد چرخه های غلظت بستگی به کیفیت آب تشکیل دهنده و برنامه تصفیه آب دارد. کارکرد برج خنک کننده در حداکثر چرخه غلظت، مقدار آب ارسالی به تخلیه، آب مصرفی، مقدار مواد شیمیایی تصفیه آب مورد نیاز و هزینه های عملیاتی کلی را کاهش می دهد.

حجم آب ذخیره شده با افزایش چرخه غلظت در یک سیستم را می توان با معادله زیر برآورد کرد.

V = M x ((C2 - C1) / (C1 x (C2 – 1))

V = حجم آب ذخیره شده

M = حجم آب آرایشی اولیه

C1 = چرخه های اولیه تعداد غلظت

C2 = چرخه های نهایی تعداد غلظت

استفاده از بازدارنده های شیمیایی

طیف گسترده ای از فرمولاسیون های مقیاس و بازدارنده خوردگی برای بهبود وضعیت برج های خنک کننده در دسترس هستند. آنها با افزایش حلالیت نمک های کلسیم و منیزیم عمل می کنند و در عین حال خوردگی را تا حد قابل قبول کنترل می نمایند. این محصولات به تنهایی یا در ترکیب با خوراک اسید مکمل برای به حداکثر رساندن چرخه برج استفاده می شوند.

افزودنی های آب برج خنک کننده معمولاً به محلول نگه داشتن نمک های کلسیم و منیزیم تا مقدار شاخص Langelier در حدود 2.5+ محدود می شوند. برنامه‌ های شیمیایی دیگر با ادعای حفظ تمیزی سطوح انتقال حرارت در چرخه‌های بالاتر، با وجود رسوب نمک‌های سختی که از نظر شیمیایی به یک لجن سیال و غیر چسبنده تبدیل می ‌شوند، با ادعای تمیز نگه ‌داشتن سطوح انتقال حرارت در چرخه‌ های بالاتر، از حد حلالیت کلسیم عبور می ‌کنند.

بسته به هزینه آب خام، هزینه های دفع زباله، مقادیر تصفیه شیمیایی و انرژی، صرفه جویی در هزینه بالقوه از کارخانه به کارخانه دیگر، متفاوت است. با این وجود، علاوه بر ارتقاء زیست محیطی، بهداشتی و ایمنی، بازگشت سرمایه برای بهبود راندمان برج خنک کننده معمولاً کمتر از یک سال است.