خوردگی در برج خنک کننده یکی از مشکلات رایجی است که به دلیل وجود آب، اکسیژن و مواد شیمیایی در محیط رخ می دهد. این فرآیند باعث تخریب تدریجی فلزات و کاهش عمر مفید تجهیزات می شود. عوامل مختلفی مانند ترکیب شیمیایی آب، دما، pH و وجود میکروارگانیسم ها در ایجاد خوردگی نقش دارند. عواقب خوردگی شامل کاهش راندمان سیستم، افزایش هزینه های تعمیر و نگهداری و خطرات زیست محیطی است. برای کنترل خوردگی نیز روش هایی مانند انتخاب مواد مقاوم، کنترل کیفیت آب، استفاده از بازدارنده های خوردگی و تمیز کردن منظم سیستم به کار می رود. در این متن خوردگی در برج خنک کننده را مورد بررسی قرار می دهیم.
عوامل موثر بر خوردگی در برج های خنک کننده
خوردگی در برج های خنک کننده یک چالش جدی است که می تواند به کاهش عمر مفید تجهیزات و افزایش هزینه های تعمیر و نگهداری منجر شود. عوامل مختلفی در این فرایند نقش دارند. برخی از مهم ترین آن ها عبارتند از:
ترکیب شیمیایی آب
یکی از عوامل اصلی و تاثیرگذار بر خوردگی در برج های خنک کننده، ترکیب شیمیایی آب است. آب به عنوان محیط خورنده در این سیستم ها عمل می کند و وجود املاح، گازها و مواد شیمیایی مختلف در آن می تواند سرعت و شدت خوردگی را به شدت تحت تاثیر قرار دهد. به دلایل زیر آب یک خورنده در برج خنک کننده است:
- سختی آب: وجود یون های کلسیم و منیزیم (یون های سختی زا) در آب می تواند منجر به تشکیل رسوبات کربنات کلسیم و منیزیم شود. این رسوبات نه تنها روی انتقال حرارت تاثیر منفی می گذارند بلکه می توانند به عنوان نقاط شروع برای خوردگی عمل کنند.
- pH آب: مقدار pH آب تاثیر مستقیمی بر میزان خوردگی دارد. pH پایین (اسیدی) باعث افزایش سرعت خوردگی بسیاری از فلزات می شود، در حالی که pH بالا (قلیایی) ممکن است باعث تشکیل رسوبات و کاهش خوردگی شود.
- اکسیژن محلول: وجود اکسیژن محلول در آب باعث تسریع فرآیند اکسیداسیون و در نتیجه خوردگی می شود. اکسیژن با فلز واکنش داده و اکسیدهای فلزی را تشکیل می دهد که به تدریج از سطح فلز جدا شده و باعث ایجاد خوردگی می شوند.
- کلریدها: یون های کلرید به دلیل خاصیت نفوذپذیری بالا، می توانند به لایه های محافظ روی سطح فلز نفوذ کرده و باعث ایجاد خوردگی حفره ای شوند.
- سولفات ها: یون های سولفات به ویژه در حضور اکسیژن می توانند باعث تشدید خوردگی شوند.
- بی کربنات ها: بی کربنات ها در آب های سخت وجود دارند و با یون های کلسیم و منیزیم واکنش داده و رسوبات کربنات تشکیل می دهند.
- مواد آلی: وجود مواد آلی در آب می تواند باعث رشد میکروارگانیسم ها و تشکیل بیوفیلم شود. بیوفیلم ها محیط مناسبی برای ایجاد سلول های گالوانیکی و افزایش خوردگی هستند.
- گازهای محلول: گازهایی مانند دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن می توانند با آب واکنش داده و اسیدهایی تشکیل دهند که باعث افزایش خوردگی می شوند.
عوامل فیزیکی
عوامل فیزیکی نقش بسیار مهمی در ایجاد و تشدید خوردگی در برج های خنک کننده دارند. این عوامل به صورت مستقیم یا غیر مستقیم بر سرعت و نوع خوردگی تاثیر می گذارند. برخی از مهمترین عوامل فیزیکی موثر بر خوردگی در برج های خنک کننده عبارتند از:
- دما: افزایش دما معمولاً باعث افزایش سرعت واکنش های شیمیایی، از جمله خوردگی می شود. هرچه دمای آب برج بیشتر باشد، سرعت خوردگی نیز بیشتر خواهد بود.
- سرعت جریان آب: سرعت بالای جریان آب می تواند باعث افزایش میزان اکسیژن محلول در آب و در نتیجه افزایش خوردگی شود. همچنین، جریان سریع آب می تواند باعث ایجاد سایش مکانیکی و افزایش خوردگی شود.
- تغییرات دما: نوسانات دمایی مکرر و شدید می تواند باعث ایجاد تنش های حرارتی در مواد و در نتیجه افزایش ترک خوردگی و خوردگی شود.
- تلاطم: تلاطم آب در برج خنک کننده می تواند باعث افزایش انتقال جرم و حرارت شده و در نتیجه سرعت خوردگی را افزایش دهد.
- حباب دار شدن: وجود حباب های هوا در آب می تواند باعث ایجاد سلول های گالوانیکی و افزایش خوردگی شود.
- سایش مکانیکی: سایش مکانیکی ناشی از حرکت آب و ذرات جامد در سیستم می تواند باعث ایجاد خراش ها و آسیب های سطحی شده و مقاومت فلز در برابر خوردگی را کاهش دهد.
- وجود ذرات جامد: ذرات جامد موجود در آب می توانند به عنوان نقاط تمرکز تنش عمل کرده و باعث ایجاد خوردگی موضعی شوند. همچنین، این ذرات می توانند به عنوان کاتالیزور برای واکنش های خوردگی عمل کنند.
- اشعه ماوراء بنفش: تابش اشعه ماوراء بنفش می تواند باعث تجزیه برخی از مواد شیمیایی موجود در آب شده و محصولات خوردگی را ایجاد کند.
- یخ زدگی: یخ زدگی آب می تواند باعث ایجاد ترک در مواد و افزایش نفوذپذیری آن ها در برابر عوامل خورنده شود.
- تغییرات فشار: تغییرات فشار می تواند باعث ایجاد تنش های مکانیکی در مواد و افزایش خوردگی شود.
- وجود میدان های الکتریکی: وجود میدان های الکتریکی در محیط می تواند باعث افزایش سرعت واکنش های الکتروشیمیایی و در نتیجه افزایش خوردگی شود.
کنترل این عوامل فیزیکی از طریق طراحی مناسب سیستم، انتخاب مواد مقاوم و استفاده از روش های تصفیه آب می تواند به طور قابل توجهی از خوردگی در برج های خنک کننده جلوگیری کند.
عوامل بیولوژیکی
یکی از عوامل مهمی که بر خوردگی در برج های خنک کننده تأثیر می گذارد، عوامل بیولوژیکی است. محیط مرطوب و گرم برج های خنک کننده، بستری مناسب برای رشد انواع مختلف میکروارگانیسم ها از جمله باکتری ها، جلبک ها و قارچ ها فراهم می کند. این موجودات زنده با تولید مواد مختلف و ایجاد شرایط خاص، می توانند به طور مستقیم یا غیرمستقیم باعث تشدید خوردگی در تجهیزات برج شوند. مکانیسم های تأثیر عوامل بیولوژیکی بر خوردگی عبارتند از:
- تولید اسید: برخی از میکروارگانیسم ها با تجزیه مواد آلی موجود در آب، اسیدهایی تولید می کنند که pH آب را کاهش داده و محیط را اسیدی تر می کنند. محیط اسیدی سرعت خوردگی فلزات را افزایش می دهد.
- تولید گازهای خورنده: برخی از باکتری ها گازهایی مانند سولفید هیدروژن تولید می کنند که به شدت خورنده هستند و می توانند به فلزات آسیب جدی وارد کنند.
- ایجاد بیوفیلم: میکروارگانیسم ها می توانند روی سطوح فلزات تشکیل بیوفیلم دهند. بیوفیلم ها علاوه بر ایجاد مقاومت در برابر مواد ضدعفونی کننده، می توانند سلول های گالوانیکی ایجاد کرده و خوردگی را تشدید کنند.
- مصرف اکسیژن: برخی از میکروارگانیسم ها اکسیژن موجود در آب را مصرف می کنند که باعث ایجاد شرایط بی هوازی می شود. در شرایط بی هوازی، انواع خاصی از خوردگی مانند خوردگی حفره ای رخ می دهد.
- تغییر خواص آب: میکروارگانیسم ها می توانند ترکیبات آلی موجود در آب را تغییر داده و مواد آلی جدیدی تولید کنند که می توانند به عنوان عوامل خورنده عمل کنند.
جنس مواد به کار رفته
یکی از عوامل بسیار مهم در میزان خوردگی در برج های خنک کننده، جنس مواد به کار رفته در ساخت این تجهیزات است. هر ماده ای مقاومت متفاوتی در برابر خوردگی دارد. فلزاتی مانند فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ، مس، آلومینیوم و آلیاژهای آن ها مقاومت های متفاوتی در برابر خوردگی دارند. فولاد کربنی در محیط های خورنده به سرعت دچار خوردگی می شود، در حالی که فولاد ضد زنگ و آلیاژهای آلومینیوم مقاومت بسیار بیشتری دارند. برای افزایش مقاومت فلزات در برابر خوردگی، از پوشش های مختلفی مانند گالوانیزه، روی، کروم و رنگ های اپوکسی استفاده می شود. این پوشش ها با ایجاد یک لایه محافظ بر روی سطح فلز، از تماس مستقیم فلز با محیط خورنده جلوگیری می کنند.
در سال های اخیر، استفاده از پلاستیک ها و کامپوزیت ها در ساخت برخی از اجزای برج های خنک کننده رو به افزایش است. این مواد به دلیل مقاومت بسیار خوب در برابر خوردگی و وزن سبک، جایگزین مناسبی برای فلزات در برخی کاربردها هستند. انتخاب جنس مواد مناسب برای ساخت برج خنک کننده، با توجه به شرایط محیطی، نوع سیال خنک کننده و هزینه ها، بسیار مهم است. انتخاب نادرست مواد می تواند منجر به افزایش هزینه های تعمیر و نگهداری و کاهش عمر مفید تجهیزات شود.
طراحی سیستم
طراحی سیستم برج خنک کننده نقش بسیار مهمی در میزان خوردگی تجهیزات آن ایفا می کند. طراحی نامناسب می تواند شرایط را برای وقوع و تشدید خوردگی مساعد کند. وجود نقاط راکد در سیستم باعث تجمع رسوبات، رشد میکروارگانیسم ها و کاهش سرعت جریان آب می شود که همه این عوامل می توانند خوردگی را تشدید کنند. تغییرات دمایی ناگهانی در سیستم هم می تواند تنش های حرارتی ایجاد کرده و باعث ترک خوردگی و افزایش سرعت خوردگی شود. همچنین انتخاب مواد نامناسب برای ساخت تجهیزات برج خنک کننده که مقاومت کافی در برابر خوردگی نداشته باشند، می تواند به سرعت منجر به تخریب آن ها شود. از سوی دیگر عدم تعادل در جریان هوا و آب باعث ایجاد مناطق با غلظت بالای مواد خورنده شده و در نتیجه خوردگی را تشدید می کند. به طور خلاصه، طراحی مناسب یک برج خنک کننده باید به گونه ای باشد که از ایجاد شرایط مساعد برای خوردگی جلوگیری کرده و عمر مفید تجهیزات را افزایش دهد.
عواقب خوردگی در برج های خنک کننده
خوردگی در برج های خنک کننده می تواند عواقب جدی و پرهزینه ای را به همراه داشته باشد. این فرآیند نه تنها باعث کاهش عمر مفید تجهیزات می شود، بلکه می تواند بر عملکرد کلی سیستم و حتی ایمنی نیز تأثیر بگذارد. برای جلوگیری از این مشکلات، لازم است اقدامات پیشگیرانه ای مانند انتخاب مواد مناسب، کنترل کیفیت آب، استفاده از بازدارنده های خوردگی و نظارت منظم بر سیستم انجام شود. برخی از مهم ترین عواقب خوردگی در برج های خنک کننده عبارتند از:
۱. کاهش عمر مفید تجهیزات
خوردگی در برج های خنک کننده، مانند زنگ زدگی، به تدریج فلزات را از بین می برد. این فرآیند باعث نازک شدن دیواره لوله ها، مخازن و سایر تجهیزات می شود. با نازک شدن دیواره ها، استحکام آن ها کاهش یافته و در نهایت ممکن است ترک خورده یا سوراخ شوند. این اتفاق به معنای نشت آب و مواد شیمیایی، کاهش کارایی سیستم و در نهایت نیاز به تعویض تجهیزات است. بنابراین، خوردگی به طور مستقیم بر عمر مفید تجهیزات برج خنک کننده تأثیر گذاشته و هزینه های تعمیرات و نگهداری را افزایش می دهد.
۲. کاهش راندمان سیستم
خوردگی در برج های خنک کننده یکی از عوامل اصلی کاهش راندمان سیستم است. با پیشرفت خوردگی، رسوبات و محصولات خوردگی بر روی سطوح داخلی لوله ها و تجهیزات تشکیل می شوند. این رسوبات باعث کاهش سطح تماس بین سیال و سطح انتقال حرارت شده و در نتیجه ضریب انتقال حرارت را کاهش می دهند. همچنین این رسوبات باعث افزایش افت فشار در سیستم شده و در نتیجه جریان سیال را کاهش می دهند. کاهش انتقال حرارت و افت فشار، هر دو منجر به کاهش راندمان کلی سیستم خنک کننده می شوند. به عبارت دیگر، سیستم برای دستیابی به همان میزان خنک کنندگی، نیاز به مصرف انرژی بیشتری خواهد داشت.
۳. افزایش هزینه های تعمیرات و نگهداری
خوردگی در برج های خنک کننده باعث افزایش هزینه های تعمیر و نگهداری می شود. این اتفاق به دلایل زیر رخ می دهد:
- خوردگی باعث نازک شدن و ایجاد حفره در قطعات فلزی می شود که در نهایت منجر به شکستگی و نیاز به تعویض آن ها می شود.
- رسوبات و محصولات خوردگی به مرور زمان در سیستم تجمع پیدا کرده و نیاز به تمیزکاری مداوم و هزینه های مربوط به آن را افزایش می دهند.
- در موارد شدید، خوردگی می تواند به حدی پیشرفت کند که منجر به توقف کامل سیستم و ایجاد اختلال در فرآیند تولید شود که خود هزینه ای بسیار سنگین در پی دارد.
- خوردگی باعث کاهش عمر مفید تجهیزات می شود و در نتیجه نیاز به تعویض زودهنگام آن ها و صرف هزینه های بیشتر را به همراه دارد.
۴. خطرات زیست محیطی
خوردگی در برج های خنک کننده می تواند عواقب زیست محیطی جدی به همراه داشته باشد. یکی از این عواقب، نشت مواد شیمیایی و فلزات سنگین به محیط زیست است. این مواد می توانند به آب های سطحی و زیرزمینی نفوذ کرده و باعث آلودگی منابع آبی شوند. همچنین، رشد میکروارگانیسم های مضر در محیط های خورنده می تواند بر کیفیت آب و سلامت موجودات زنده تأثیر بگذارد.
۵. خطرات ایمنی
خوردگی در برج خنک کننده می تواند خطرات ایمنی جدی به همراه داشته باشد. یکی از این خطرات، نشت مواد شیمیایی خورنده است که در نتیجه نازک شدن دیواره لوله ها و مخازن رخ می دهد. این مواد شیمیایی می توانند برای کارکنان و محیط زیست بسیار خطرناک باشند. همچنین خوردگی می تواند باعث ایجاد برق گرفتگی شود، به ویژه در صورتی که تجهیزات الکتریکی در تماس با آب خورنده قرار بگیرند. علاوه بر این، فرو ریختن بخش هایی از برج که در اثر خوردگی تضعیف شده اند، می تواند به افراد آسیب برساند.
۶. کاهش ارزش تجهیزات
خوردگی در برج های خنک کننده باعث کاهش ارزش تجهیزات می شود. با پیشرفت خوردگی، تجهیزات آسیب دیده و عمر مفید آن ها کاهش می یابد. در نتیجه، هزینه های تعمیر و نگهداری افزایش یافته و در نهایت، ارزش بازاری تجهیزات به طور قابل توجهی کاهش می یابد. این امر به ویژه برای تجهیزاتی که به طور مداوم در معرض محیط خورنده هستند، مانند لوله ها، مخازن و پمپ ها، صدق می کند.
انواع بازدارنده های خوردگی
بازدارنده های خوردگی موادی هستند که با مکانیسم های مختلف، سرعت خوردگی فلزات را کاهش می دهند. این مواد با تشکیل یک لایه محافظ بر روی سطح فلز، جذب بر روی سطح فلز یا تغییر در واکنش های الکتروشیمیایی، از خوردگی جلوگیری می کنند. انواع بازدارنده های خوردگی به شرح زیر هستند:
۱. بازدارنده های آندی
این بازدارنده ها با کاهش سرعت واکنش اکسیداسیون در آند، از خوردگی جلوگیری می کنند. آن ها معمولاً با تشکیل یک لایه محافظ بر روی سطح فلز، از اکسیداسیون آن جلوگیری می کنند. کرومات ها، مولیبدات ها و برخی از ترکیبات آلی نیتروژن دار چند نمونه ار بازدارنده های آندی هستند.
۲. بازدارنده های کاتدی
این بازدارنده ها با کاهش سرعت واکنش احیا در کاتد، از خوردگی جلوگیری می کنند. آن ها معمولاً با جذب بر روی سطح فلز، از رسیدن یون های هیدروژن به سطح فلز و تشکیل حباب های هیدروژن جلوگیری می کنند. ترکیبات آلی حاوی گوگرد، فسفر یا نیتروژن چند نمونه ار بازدارنده های کاتدی هستند.
۳. بازدارنده های جذب شونده
این بازدارنده ها با جذب بر روی سطح فلز، یک لایه محافظ ایجاد می کنند که از تماس مستقیم فلز با محیط خورنده جلوگیری می کند. ترکیبات آلی حاوی گروه های عاملی قطبی مانند آمین ها، آمیدها و کربوکسیلیک اسیدها چند نمونه ار بازدارنده های جذب شونده هستند.
۴. بازدارنده های تشکیل دهنده فیلم
این بازدارنده ها با واکنش با سطح فلز، یک لایه نامحلول و چسبنده تشکیل می دهند که از فلز زیرین محافظت می کند. فسفات ها، سیلیکات ها و برخی از ترکیبات آلی چند نمونه ار بازدارنده های تشکیل دهنده فیلم هستند.
۵. بازدارنده های تبخیری
این بازدارنده ها به صورت بخار در محیط منتشر می شوند و با تشکیل یک لایه محافظ بر روی سطح فلز، از خوردگی جلوگیری می کنند. ترکیبات آلی فرار مانند نیتریت ها و نیترات ها چند نمونه ار بازدارنده های تبخیری هستند.
عوامل موثر در انتخاب بازدارنده خوردگی
این عوامل عبارتند از:
- نوع فلز: هر فلزی به نوع خاصی از بازدارنده نیاز دارد.
- محیط خورنده: نوع و غلظت مواد خورنده در محیط، نوع بازدارنده را تعیین می کند.
- دما و فشار: این عوامل بر کارایی بازدارنده ها تأثیر می گذارند.
- هزینه: هزینه بازدارنده ها نیز در انتخاب آن ها موثر است.
ملاحظات مهم در استفاده از بازدارنده های خوردگی
انتخاب صحیح بازدارنده خوردگی نیاز به دانش و تجربه کافی دارد. بهتر است برای انتخاب بهترین بازدارنده برای سیستم خود با متخصصان خوردگی مشورت کنید. در زمان استفاده از بازدارنده های خوردگی نیز باید ملاحظات زیر را مد نظر قرار دهید:
- سازگاری با محیط: بازدارنده باید با سایر مواد موجود در سیستم سازگار باشد.
- سمیت: برخی از بازدارنده ها ممکن است سمی باشند و برای محیط زیست خطرناک باشند.
- اثربخشی طولانی مدت: بازدارنده باید برای مدت طولانی موثر باشد.
جمع بندی
خوردگی در برج خنک کننده یکی از چالش های اصلی در عملکرد این برج ها و تهدیدی جدی برای عملکرد و طول عمر سیستم است. این پدیده نه تنها به تدریج باعث کاهش کارایی سیستم می شود، بلکه می تواند منجر به خرابی های اساسی و هزینه های تعمیراتی سنگین گردد و عواقب اقتصادی، زیست محیطی و ایمنی قابل توجهی را به همراه داشته باشد. خوردگی در برج های خنک کننده یک پدیده پیچیده است که عوامل متعددی در آن نقش دارند. با شناخت دقیق عوامل موثر بر خوردگی و استفاده از روش های مناسب کنترل، می توان از بروز خسارات ناشی از خوردگی جلوگیری کرده و عمر مفید تجهیزات را افزایش داد.
بدون دیدگاه