حفاظت کاتدی در برج خنک کننده بتنی

سیستم خنک کننده آب برای عملکرد بهینه و مناسب در اکثر فرآیند های تولید صنعتی مورد نیازمند است. تمامی پالایشگاه ها، کارخانجات فولادسازی، پتروشیمی ها، کارخانجات تولیدی، صنایع غذایی، برج های ساختمانی، تولیدات مواد شیمیایی و تاسیسات الکتریکی برای پیشبرد اهدافشان، نیازمند سیستم خنک کننده آب هستند.

سیستم های خنک کننده آب با عملیات انتقال حرارتی از سیال گرم به آبی که به بیرون هدایت می شود، گرما و فشار را کنترل می کنند. دمای آب گرم شده به کمک دستگاه های خنک کننده ثانوی و یا با جایگزینی جریان ترمیمی پایین آورده می شود و مجدد مورد استفاده قرار می گیرد.

عوامل متعددی که آب را مایع خنک کننده ی ایده آل می کند به شرح زیر است:

• آب قیمت پایینی دارد و همواره در دسترس و فراوان است.
• آب قابلیت کنترل و ایمنی بالایی دارد.
• در مقایسه با هوا، آب  در هر واحد حجمی مقدار حرارت بیشتری را می تواند انتقال دهد.
• آب در بازه های دمایی مورد استفاده سیستم ها، انبساط و انقباض چشمگیری ندارد.
• آب به راحتی تجزیه نمی شود.

ویژگی های اصلی سیستم های خنک کننده

هدایت:  معیاری از توانایی انتقال جریان الکتریکی آب است که در برج خنک کننده ، هدایت آب نشان دهنده ی مقدار ماده معدنی محلول در آب است. برنامه های بهسازی آب سیستم خنک کننده محدوده مشخصی از هدایت بهره وری دارد.

pH: کنترل pH برای بهسازی آب اکثر سیستم های خنک کننده ضروری است. به طور کلی، زمانی که pH پایین تر از محدوده پیشنهادی باشد، میزان خوردگی فلز افزایش می یابد و با بالاتر رفتن pH از محدوده پیشنهادی نیز احتمال رسوب گذاری افزایش می یابد. علاوه بر این اثر بخشی اکثر بایوسایدها به pH بستگی دارد و تغییرات pH منجر به بروز و گسترش مشکلات میکروبی می شود.

قلیاییت: در تولید برج خنک کننده ، قلیاییت ناشی از یون های کربنات و بی کربنات حایز اهمیت است. قلیاییت در سیستم به عنوان بافر عمل می کند و خصلت اسیدی یا بازی را کنترل می نماید. ازآنجایی که افزایش pH نشان دهنده ی افزایش قلیاییت و کاهش آن نشان دهنده کاهش قلیاییت است، این دو با یکدیگر رابطه ی مستقیمی دارند. اگرpH و قلیاییت پایین تر از محدوده پیشنهادی قرار گیرند، احتمال خوردگی افزایش می یابد و در قلیاییت بالاتر از محدوده پیشنهادی نیز رسوب گذاری محتمل تر می شود. زمانی که در سیستم مشکلات رسوبی و خوردگی وجود داشته باشد، جرم گرفتگی نیز از مشکلات دیگر سیستمی خواهد بود.

سختی: مقادیر یون های کلسیم و منیزیم، سختی آب را تشکیل می دهند که به طور کلی میزان سختی، تمایل به رسوب گذاری در سیستم های خنک کننده را پیش بینی می کند.

انواع سیستم های خنک کننده

حرارت منتقل شده به آب سیستم های مبدل حرارتی باید در محیط آزاد شود که این کار وظیفه ی سیستم خنک کننده است. سه نوع سیستم خنک کننده اصلی وجود دارد:

سیستم یک بارگذر: در یک سیستم یک بار گذر، آب از منبع اصلی وارد می شود، از سیستم خنک کننده عبور می کند، عملیات خنک کاری را انجام می دهد و در نهایت به مخزن دریافت کننده آب بعدی منتقل می شود. محفاظت سیستم به کمک تزریق مقادیر کمی ماده شیمیایی امکان پذیر خواهد بود.

سیستم گردشی باز: از آنجایی که در سیستم های گردشی باز محتوای آب به دلیل تبخیر مداوم در حال تغییر است، مواد شیمیایی بیشتری برای حفاظت مورد استفاده قرار می گیرد. زیراکه عوامل رسوب زا و خورنده همچنین مواد بهسازی طی این تبخیر، تغلیظ می شوند. بنابراین پس از تزریق مقادیر ابتدایی، تزریقات مداوم ماده شیمیایی می تواند مقدار ماده ی مورد نیاز جهت حفاظت در این سیستم ها را تامین کند.

سیستم گردشی بسته: در این سیستم ها آب در یک مدار بسته با تبخیر اندک در حال گردش است. بیولوژی و ویژگی های شیمیایی آب در این سیستم ها تحت تاثیر عوامل بیرونی قرار نمی گیرد لذا اجزای تشکیل دهنده ی آب نسبتا ثابت باقی می ماند. در حالت ایده آل، مواد شیمیایی بهسازی آب به میزان ناچیزی هدر خواهند رفت.

خوردگی

خوردگی فرآیندی الکتروشیمیایی است که طی آن فلز به عدد اکسایش طبیعی اش باز می گردد. به عنوان مثال فولاد فلز رایجی است که در پکینگ برج خنک کننده آب مورد استفاده قرار می گیرد و بسیار مستعد خوردگی است. خوردگی باعث کاهش ضخامت فلز و نفوذ سیال از دیواره لوله ها می شود که این امر منجر به نشتی سیالات فرآیند به درون خنک کننده آب و بالعکس می گردد.

مواد ضدخوردگی در سیستم های باز به شرح زیر هستند:

فسفات استیبلایز شده: این ماده ترکیبی از ارتوفسفات، پلی فسفات، و فسفونات هایی است که از خوردگی سیستم های فولادی جلوگیری می کند. ارتوفسفات از طریق حفاظت آندی و پلی فسفات با حفاظت کاتدی از حفاظت خوردگی را انجام می دهند. اصل اساسی در موفقیت برنامه حفاظت به پلیمرهای پایدارکننده کلسیم فسفات بستگی دارد.

آلکالاین زینک: در این ماده، زینک با ارتوفسفات، فسفونات یا پلی فسفات (ویا ترکیبی از این ها) همراه است و از خوردگی حفاظت می کند. پلیمرهایی که برای فسفات استیبلایز شده  یا آل- اُرگانیک مورد استفاده قرار می گیرند، برای پایدار کردن زینک سیستم های خنک کننده استفاده می شوند و از آنجایی که پلیمرها باعث پایداری زینک و فسفات می شوند، این مواد می توانند در شرایط بازی محدوده pH تا 9 بهره وری داشته باشند.

مواد بازی پایه فسفات: در برخی مناطق، محدودیت های زیست محیطی تنها اجازه ی استفاده از فسفات در دزهایی پایین تر از فسفات های پایدارشده سنتی را می دهند همچنین برخی کارخانه ها اجازه ی استفاده از اسید و زینک را برای کنترل pH و خوردگی را ندارند لذا در این موارد استفاده از مواد بازی پایه فسفات، به دلیل عملیاتی بودن در دزهای پایین فسفات و قلیاییت و pH بالاتر کاربردی هستند.

آل- اُرگانیک: این ترکیبات با هدف حفاظت از خوردگی، کنترل رسوب گذاری و دیسپرس کنندگی سیستم ها طراحی شده اند و این در حالی ست که هیچ ماده ی ضدخوردگی معدنی از جمله زینک یا فسفات در آن به کار نرفته است. مواد آل-اُرگانیک ترکیبی از فسفونات ها، تری آزول و پلیمرهای پایدارکننده هستند. حفاظت آندی و کاتدی به کمک فسفونات ها در قلیاییت وpH های بازی تا 5/8 انجام می شود.

مواد ضدخوردگی در سیستم های بسته به شرح زیر هستند:

نیتریت بیس: نیتریت یک ماده ضدخوردگی آندی و اکسنده است که بیشترین تاثیرگذاری و کمترین قیمت را برای کنترل خوردگی فولاد دارد. نیتریت، فیلم پسیو کننده γFe2O3 تشکیل می دهد و برای فرآیند پسیویشن نیازی به حضور اکسیژن ندارد.

مولیبدات بیس: مولیبدات به عنوان ماده ضدخوردگی آندی و اکسید کننده طبقه بندی می شود. مولیبدات در حضور اکسیژن واکنش می دهد و لایه محافظ اکسیدی روی سطح فلزات آهنی تشکیل می دهد. پس از تشکیل یون های فروس در آند، این ترکیبات با یون های مولیبدات وارد واکنش شده و کمپلکس غیرمحافظ فروس مولیبدات را تشکیل می دهد. این کمپلکس با استفاده از اکسیژن محلول، اکسید شده و کمپلکس نامحلول و محافظت کننده فریک مولیبدات را تشکیل می دهد.

مواد ضدخوردگی فلزات زرد: مس و آلیاژهای مس، گروه پرمصرف بعدی در سیستم های خنک کننده آب هستند. آلیاژهای مس هدایت گرمایی بالای دارد و در صورتی که سیال سیستم با نوع فلز سازگار باشد، کاربرد دارد. آلیاژ های مس در مقایسه با کربن استیل در برابر خوردگی ناشی از نفوذ اکسیژن، مقاوم تر هستند. عوامل اکسنده مانند هالوژن ها، می توانند آلیاژهای مس را به خورندگی بیشتر سوق دهند. آلیاژهای مس به دلیل مقاومت بیشترشان در برابر خوردگی، در مقایسه با کربن استیل  به طور چشمگیری محصولات خوردگی کمتری تولید می کنند.

ته نشینی

رسوب ها از مشکلات رایج سیستم های خنک کننده هستند که از ته نشینی مواد معدنی (وقتی غلظت یون ها از نقطه ی حلالیت بحرانی فراتر رفته باشد) ناشی می گردد. رسوبات عموما لایه سخت و چسبناکی را به وجود می آورند که انتقال حرارتی را به تاخیر می اندازد.

فایولینگ: از ته نشینی جامدات معلق درآب فایولینگ تشکیل می گردد لذا از رسوب گذاری متمایز است. رسوب گذاری فرآیندی شیمیایی است که از ته نشینی ترکیبات نامحلول ناشی می گردد در حالی که فایولینگ عمدتا فرآیندی فیزیکی است که ناشی از ته نشینی ذرات معلق است. با گسترش فایولینگ های، سرعت حرکت آب کاهش یافته و  فشار پمپ نیز افزایش می یابد. مواد ته نشین شده همچنین هدایت گرمایی پایین تری در مقایسه با فلزات دارند که منجر به افت انتقال حرارتی می گردد.

انواع مواد ته نشین شده ی رایج در سیستم های خنک کننده عبارت اند از:

رسوبات معدنی: ته نشینی یون های نامحلول در آب

مواد معلق: ته نشینی ذرات نامحلول در محیط هایی با جریان پایین آب

محصولات خوردگی: ته نشینی مواد نامحلول حاصل از خوردگی دیواره ها

نشت سیستمی: ته نشینی فایولانت های آلی حاصل از خنک کاری سیستمی

میکروارگانیسم های سیستم خنک کننده

باکتری ها، قارچ ها، جلبک ها و تک سلولی ها رایج ترین میکروارگانیزم ها در سیستم های خنک کننده هستند. این میکروارگانیزم ها باعث بروز مشکلاتی در سیستم های خنک کننده آب می شوند.

باکتری ها: بزرگترین گروه میکروارگانیزم های مشکل ساز هستند. شرکت نالکو باکتری های موجود در سیستم های خنک کننده را عموما به چهار گروه طبقه بندی کرده است و عبارت اند از:

• باکتری های لجن گذار هوازی
• باکتری های خورنده غیرهوازی
• باکتری های آهن
• نیتریفایر/ دینیتریفایر