معالجة مياه أبراج التبريد

أبراج التبريد منتشرة في كل مكان في صناعات الطاقة والصناعات الكيميائية والبترولية لأنها الأجهزة الأساسية التي ترفض حرارة المعالجة من المكثفات والمبادلات وأنظمة تكييف الهواء. في هذه الصناعات، يتم إعادة تدوير المياه التي تدور عبر هذه الأبراج بشكل مستمر وتتعرض للملوثات المحمولة جواً والحرارة والمواد الكيميائية المضافة. وما لم تتم معالجة هذا التيار الدائر بشكل صحيح، تتركز الشوائب عن طريق التبخر وتتسبب في ترسبات أو تآكل أو نمو ميكروبيولوجي يقلل من الكفاءة الحرارية للبرج ويهدد سلامة المعدات. معالجة مياه أبراج التبريد هي نظام تكييف مياه المكياج وإعادة تدوير المياه لإزالة الشوائب والتحكم في الترسبات الكلسية والتآكل وتثبيط الكائنات الحية البيولوجية بحيث يتم نقل الحرارة بكفاءة وتظل المكونات محمية. ينقل هذا التعريف عملية استباقية تتقاطع مع الكيمياء وعلم الأحياء الدقيقة والهندسة الميكانيكية. يقوم المشغلون في محطات الطاقة الحرارية والمنشآت البتروكيماوية بدمج مختلف أساليب المعالجة المسبقة وبرامج تحديد الجرعات وأدوات المراقبة للحفاظ على جودة المياه ضمن النطاقات المقبولة والحفاظ على دورات التركيز التي تدفع إلى الحفاظ على المياه. وتختلف تعقيدات الأنظمة باختلاف مصدر المياه الخام، وحمل التبريد، واللوائح البيئية، ومع ذلك فإن الهدف الأساسي لإدارة النقاء والحد من التلوث ثابت في جميع مواقع تحويل الطاقة وإنتاج المواد الكيميائية. من خلال فهم التفاعل بين الفاقد التبخيري والتبخير والتوازن الكيميائي، يمكن للمهندسين تصميم برامج تقلل من المخاطر التشغيلية مع الحفاظ على الموارد. ويقلل البرنامج المدروس أيضًا من احتمالية وجود كائنات بيولوجية خطرة مثل الليجيونيلا، والتي يمكن أن تتكاثر في مياه التبريد الدافئة والغنية بالمغذيات. إن العلم الكامن وراء المعالجة متجذر في التفاعلات المعروفة جيداً مثل ترسيب كربونات الكالسيوم وأكسدة الأغشية الحيوية وتثبيط التآكل عن طريق مثبطات التآكل عبر مثبطات تشكيل الأغشية.

توفر المعالجة الفعالة قيمة تجارية ملموسة لعمليات توليد الطاقة والمصافي والبتروكيماويات. عندما تتشكل ترسبات سطحية على أنابيب المبادلات الحرارية، تنخفض الموصلية الحرارية لتلك الأسطح، ويتطلب الأمر المزيد من الوقود أو الكهرباء لتحقيق نفس تأثير التبريد. يعمل القشور المكونة من كربونات الكالسيوم أو فوسفات الكالسيوم أو السيليكا كعازل ويجبر المبردات والمكثفات على العمل بجهد أكبر، مما يزيد من استهلاك الطاقة وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري. يؤدي التآكل إلى إذابة الأسطح المعدنية، وتسريب سوائل المعالجة، وإدخال التلوث بالجسيمات إلى المعدات النهائية، مما يؤدي إلى انقطاع غير مخطط له. الحشف البيولوجي هو خطر آخر يظهر عندما تتزامن المغذيات ودرجات الحرارة الدافئة والمناطق الراكدة؛ حيث تنتج البكتيريا والطحالب بوليمرات خارج الخلية تسد الفتحات وتؤوي مسببات الأمراض وتسرع التآكل من خلال إنتاج المستقلبات. تخفف برامج معالجة مياه أبراج التبريد من هذه المخاطر عن طريق تقليل المواد الصلبة الذائبة من خلال التحكم في التفجير، وتجديد المياه التي تلبي مواصفات الجودة، واستخدام مثبطات ومشتتات للحفاظ على الأيونات في المحلول. إن القدرة على العمل بدورات تركيز أعلى - أي إعادة تدوير المياه مرات أكثر قبل التصريف - تترجم مباشرة إلى انخفاض استهلاك مياه المكياج وانخفاض كميات مياه الصرف الصحي. وهذا أمر مهم في قطاعي الطاقة والمواد الكيميائية حيث تعني الأحمال الحرارية الكبيرة أن الأبراج يمكن أن تتبخر مئات الأمتار المكعبة في الساعة. وتشمل الفوائد الاقتصادية انخفاض تكاليف شراء المياه، وانخفاض استهلاك المواد الكيميائية بسبب التحسين وإطالة عمر المعدات وتجنب العقوبات التنظيمية المرتبطة بالتصريف البيئي. كما تعد المعالجة الفعالة شرطًا أساسيًا للوفاء بالتزامات السلامة في مكان العمل والصحة العامة، لا سيما فيما يتعلق بمكافحة الليجيونيلا. وخلاصة القول، فإن دراسة الجدوى الخاصة بالمعالجة القوية لمياه أبراج التبريد مقنعة عند النظر إليها من خلال عدسات كفاءة الطاقة وسلامة الأصول والحفاظ على الموارد والامتثال.

إن دمج هذه التقنيات بشكل صحيح في معالجة مياه أبراج التبريد أمر حيوي لأن كل منها يعالج جوانب مختلفة من جودة المياه. يحمي الترشيح وحدات المصب ويقلل من التعكر حتى تتمكن المواد الكيميائية من التفاعل بفعالية مع الأنواع الذائبة. ويقلل التناضح العكسي أو التليين من المواد الصلبة الذائبة والعسر، مما يمكّن المشغلين من رفع دورات التركيز والحفاظ على المياه دون تحجيمها. تضمن التغذية الكيميائية الآلية أن يتم تحديد جرعات المثبطات والمبيدات الحيوية بدقة استجابة لظروف الحمل المتغيرة، مما يمنع التآكل والحشف الحيوي مع تجنب الجرعة الكيميائية الزائدة. يخفف التطهير بالأشعة فوق البنفسجية من التجمعات الميكروبية ويساعد في الحفاظ على الظروف الصحية، وهو أمر متزايد الأهمية في الولايات القضائية ذات اللوائح الصارمة الخاصة بداء الفيلقيات. يكمل الترشيح الجانبي للتيار الجانبي البرنامج العام من خلال التلميع المستمر للمياه الدائرة، مما يحد من تراكم الجسيمات ويحافظ على أسطح الأنابيب النقية. وتسمح هذه الأنظمة مجتمعةً لمنشآت الطاقة والكيماويات والبترول بالحفاظ على عمليات فعالة ومتوافقة في ظل اختلاف نوعية مياه التغذية ومتطلبات المعالجة.

بارامترات جودة المياه الرئيسية التي يتم رصدها

يتطلب الحفاظ على كيمياء المياه المستقرة في أبراج التبريد قياسًا مستمرًا أو متكررًا للمعايير التي تؤثر على الترسبات الكلسية والتآكل والنمو الميكروبي. تشير الموصلية والمواد الصلبة الذائبة الكلية إلى تركيز الأيونات في المياه المعاد تدويرها وبالتالي تعكس دورات التركيز التي يتم تحقيقها. يهدف المشغلون إلى الحفاظ على الموصلية أقل من المستويات التي من شأنها أن ترسب الأملاح القابلة للذوبان بشكل ضئيل؛ في أنظمة محطات الطاقة النموذجية يمكن التحكم في ذلك حول 1500 إلى 2000 ميكرو ثانية/سم عند استخدام برنامج كيميائي كامل. يؤثر الأس الهيدروجيني على قابلية ذوبان كربونات الكالسيوم وفعالية مثبطات التآكل؛ وعادة ما يتم الحفاظ على القيم بين 7.0 و8.5 لموازنة ميول التقشر والتآكل. القلوية الإجمالية، التي يتم التعبير عنها بالملغم/لتر كـ CaCO₃، هي مقياس آخر مهم لأنها تخزن الأس الهيدروجيني وتساهم في مؤشر تشبع لانجيليه (LSI)؛ إذا أصبحت القلوية عالية جدًا، تزداد مخاطر التقشر حتى عندما يكون الأس الهيدروجيني معتدلًا. وتمثل صلابة الكالسيوم وصلابة المغنيسيوم تركيز الكاتيونات ثنائية التكافؤ التي تشكل القشور بسهولة؛ ويمنع التحكم في هذه الأيونات من خلال دورات التليين أو الحد من الترسب على أسطح نقل الحرارة. تتم مراقبة تركيز السيليكا لأن السيليكا يمكن أن تشكل قشورًا زجاجية صلبة في درجات حرارة عالية يصعب إزالتها؛ وتحدد الإرشادات النموذجية السيليكا بـ 100 ملغم/لتر في مياه الأبراج. وترتبط أيونات الكلوريد والكبريتات بالتآكل، خاصةً بالنسبة للفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك النحاس؛ وعادةً ما يتم الاحتفاظ بالكلوريد أقل من 250 ملغم/لتر والكبريتات أقل من 500 ملغم/لتر لتجنب التنقر. توفر مستويات الأكسجين المذاب وإمكانات الأكسدة والاختزال نظرة ثاقبة لإمكانية التآكل ونشاط المبيدات الحيوية للمياه؛ يشير انخفاض الأكسجين إلى ظروف الاختزال التي قد تعزز البكتيريا اللاهوائية، في حين يشير ارتفاع ORP إلى وجود بقايا مبيدات حيوية مؤكسدة فعالة. ويساعد التعداد الميكروبيولوجي، الذي يقاس من خلال شرائح الغمس أو اختبارات الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) أو تعداد الصفائح، في تقييم الحاجة إلى جرعات المبيدات الحيوية والتحقق من أن تدابير المكافحة تعمل. يمكن الاستدلال على وجود غشاء حيوي رقيق من الضغط التفاضلي عبر مرشحات التيار الجانبي أو من الزيادات في درجات حرارة الاقتراب على المبادلات الحرارية، مما يشير إلى أن المراقبة لا يمكن أن تعتمد فقط على اختبارات المياه السائبة.

تلعب الأجهزة دورًا محوريًا في التقاط هذه المعلمات. تقوم مجسات التوصيلية وأجهزة التحكم بضبط صمامات التفريغ تلقائيًا للحفاظ على الدورات ضمن الحدود المستهدفة، بينما ترتبط مجسات الأس الهيدروجيني بمضخات تغذية الأحماض أو الكاوية لتصحيح الانحرافات. تعمل أجهزة تحليل الصلابة عبر الإنترنت أو المعايرة الدورية على إبلاغ جداول تجديد المنقي وتوجيه التعديلات على جرعات المثبطات. تُستخدم أجهزة مراقبة السيليكا حيثما تدخل المياه الخام عالية السيليكا إلى النظام، كما هو الحال في محطات الطاقة الحرارية الأرضية؛ حيث تؤدي القراءات التي تزيد عن نقاط الضبط النموذجية إلى إجراء تعديلات على حدود الدورة أو تتطلب استخدام المشتتات. تُستخدم أجهزة تحليل بقايا الكلور، وأجهزة استشعار إمكانية اختزال الأكسدة والاختزال، وأجهزة التحكم في الأكسدة والاختزال ORP للتحكم في تغذية المبيدات الحيوية المؤكسدة والتحقق من أن البقايا تفي بأهداف التطهير دون تجاوز تصاريح التصريف. قد يتضمن الرصد الميكروبيولوجي اختبارات أسبوعية للغطس أو مجسات الغشاء الحيوي الرقيق عبر الإنترنت التي تقيس تغيرات التدفق الحراري؛ وعندما يتجاوز العدد العتبات المحددة، يقوم المشغلون بتعديل استراتيجية المبيدات الحيوية أو تنظيف النظام. أخيرًا، توفر قسائم التآكل ومسابير معدل التآكل الإلكترونية مؤشرات متأخرة وفي الوقت الحقيقي لفقدان المعادن، مما يوفر معلومات عن جرعات المثبطات واختيار المواد.

اعتبارات التصميم والتنفيذ

يتطلب تصميم وتنفيذ برنامج معالجة مياه أبراج التبريد في منشآت الطاقة والمرافق الكيميائية فهماً شاملاً للحمل الحراري وجودة المياه ومواد البناء والسياق التنظيمي. ويبدأ المهندسون بتوصيف مصدر مياه التركيب؛ فمياه الأنهار أو مياه الآبار أو المياه المحلاة أو إمدادات البلدية تمثل كل منها تحديات فريدة من حيث المواد الصلبة العالقة والعسر والملوحة والحمل العضوي. ويعتمد اختيار معدات المعالجة المسبقة - سواء كانت الترشيح بالوسائط أو الترشيح بالخرطوشة أو التليين أو التحلية بالغشاء - على هذه الخصائص وكذلك على دورات التركيز المطلوبة. فالأنظمة التي تستخدم المياه قليلة الملوحة، على سبيل المثال، قد تعتمد على التناضح العكسي لإزالة الأملاح الزائدة بحيث يمكن للأبراج أن تعمل في ثلاث دورات أو أكثر دون تجاوز حدود التوصيلية أو الكلوريد. يقوم مصممو المحطات أيضًا بحساب الواجب الحراري والفاقد التبخيري لحجم البرج والمضخات والأنابيب؛ ويجب أن تأخذ هذه الحسابات في الحسبان الظروف المحيطة الموسمية في إسطنبول أو المناخات المحلية الأخرى التي تؤثر على التبخر. بالإضافة إلى ذلك، يقوم المصممون بتقييم معادن المبادلات الحرارية وأجهزة البرج، واختيار مواد مثل الفولاذ الكربوني أو الفولاذ المقاوم للصدأ أو التيتانيوم أو الألياف الزجاجية التي تقاوم التآكل في ظل كيمياء المياه المتوقعة. عندما يُتوقع ارتفاع الكلوريد أو انخفاض الأس الهيدروجيني فإن المواد المقاومة للتآكل لها ما يبررها على الرغم من ارتفاع التكلفة الأولية لأنها تقلل من مخاطر الصيانة على المدى الطويل ومخاطر الانقطاع.

يتم نسج الامتثال التنظيمي والمعايير في عملية التنفيذ. تلتزم المنشآت بقوانين البناء، وتصاريح تصريف المياه، والمبادئ التوجيهية المتفق عليها من الجمعية الأمريكية للمهندسين والميكانيكيين والميكانيكيين التي تحدد الحد الأدنى من معايير التصميم والتشغيل لأنظمة الغلايات والتبريد. وتحدد لوائح حماية البيئة، بما في ذلك حدود التصريف المحلية للمواد الصلبة الذائبة الكلية والكلور المتبقي الحر ودرجة الحرارة، عوامل التركيز المسموح بها وتؤثر على اختيار المواد الكيميائية. تتماشى إرشادات الصحة المهنية ذات الصلة بالتحكم في الليجيونيلا مع أطر الصحة والسلامة ISO 45001، مما يدفع المصممين إلى دمج مزيلات الانجراف والتطهير الجانبي للتيار الجانبي ونقاط أخذ العينات. تتطلب أنظمة إدارة الجودة القائمة على ISO 9001 أو ISO 14001 التوثيق ومعايرة الأدوات والمراجعة الدورية لفعالية المعالجة. أثناء بدء التشغيل، يتحقق المهندسون من التركيب الصحيح لمضخات التغذية الكيميائية وأجهزة التحكم وأجهزة الاستشعار، مع التأكد من استجابتها السريعة للتغيرات في كيمياء المياه. قد يتم إجراء تقييم للمخاطر لتقييم نقاط التلوث المحتملة والتخطيط للتكرار في المكونات الحرجة مثل مضخات الجرعات المزدوجة أو قدرات التجاوز. وعمومًا، يوازن التنفيذ الناجح بين الأداء الفني والامتثال والتكلفة، مع التركيز بشدة على تكييف التصميم مع الجدول الزمني لتشغيل المنشأة ومتطلبات العملية والمسؤوليات البيئية.

التشغيل والصيانة

ينطوي تشغيل نظام معالجة مياه برج التبريد على المراقبة المستمرة والتعديل وحفظ السجلات للحفاظ على جودة المياه ضمن الحدود المحددة. يقوم المشغلون بإجراء فحوصات يومية للموصلية والأس الهيدروجيني ودرجة الحرارة، والتحقق يدويًا من قراءات وحدة التحكم الآلي وملاحظة أي انحراف عن نقاط الضبط. غالبًا ما تتضمن المهام الأسبوعية قياس العسر والقلوية وبقايا المثبطات باستخدام مجموعات اختبار محمولة وتعديل معدلات الجرعات الكيميائية وفقًا لذلك. عادةً ما تتضمن برامج المبيدات الحيوية تناوب استخدام المبيدات الحيوية المؤكسدة وغير المؤكسدة؛ حيث يتم استخدام المؤكسدات مثل الكلور أو البروم بشكل مستمر أو متقطع، بينما يتم استخدام المواد غير المؤكسدة مثل الجلوتارالدهيد أو الإيزوثيازولين شهريًا لمنع المقاومة الميكروبية. يعد التحكم في التفريغ أمرًا بالغ الأهمية؛ حيث يتم فتح صمام أوتوماتيكي مرتبط بوحدة التحكم في الموصلية لتصريف المياه عندما تتجاوز الموصلية نقطة الضبط، مما يحافظ على الدورات دون تدخل يدوي. يراقب المشغلون أيضًا عدادات تدفق مياه المكياج وتقديرات التبخر للكشف عن التسريبات أو الانجراف أو الفيضان، مما قد يشير إلى وجود مشكلات في صمامات الطفو أو مزيلات الانجراف. وتساعد عمليات الفحص البصري الروتينية لحوض البرج ووسائط التعبئة ومزيلات الانجراف على تحديد تراكم الحمأة أو الوحل البيولوجي؛ وتتم إزالة أي رواسب أثناء التنظيف المجدول لاستعادة التدفق وتخفيف المخاطر الميكروبيولوجية.

تمتد الصيانة الوقائية إلى ما هو أبعد من إدارة المواد الكيميائية. فالمكونات الميكانيكية مثل المراوح والمحركات وعلب التروس والمضخات تتطلب التشحيم وتحليل الاهتزازات وفحص الاهتزازات وفحص المحاذاة على فترات زمنية محددة لمنع الأعطال الميكانيكية التي قد تعطل التبريد. يتم فحص حزم المبادلات الحرارية وتنظيفها سنويًا أو بشكل متكرر إذا أظهرت مؤشرات التلوث انخفاض كفاءة نقل الحرارة؛ قد تشمل طرق التنظيف النفث المائي عالي الضغط أو إزالة الترسبات الكيميائية أو التفجير المائي. تعد معايرة الأجهزة مهمة أساسية أخرى: يجب معايرة مسابر التوصيل ومستشعرات الأس الهيدروجيني وأقطاب ORP وأجهزة قياس التدفق كل ثلاثة أشهر باستخدام معايير معتمدة لضمان التحكم الدقيق. تشمل اعتبارات السلامة التأكد من وضع ملصقات على صهاريج تخزين المواد الكيميائية، وأن تكون صهاريج تخزين المواد الكيميائية سليمة، وأن تكون معدات الحماية الشخصية متوفرة للتعامل مع الأحماض والقلويات والمبيدات الحيوية. يحتفظ المشغلون بسجلات لاستهلاك المواد الكيميائية وقياسات جودة المياه وصيانة المعدات؛ تدعم هذه السجلات تحليل الاتجاهات وتثبت الامتثال للمتطلبات التنظيمية ومتطلبات إدارة الطاقة ISO 50001. عندما تنشأ حالات شاذة، مثل الزيادات المفاجئة في الطلب على المثبطات أو انخفاض الأس الهيدروجيني، غالبًا ما يتضمن استكشاف الأخطاء وإصلاحها التحقق من وجود تسربات في المعالجة أو تلوث من سوائل المعالجة أو مضخات الجرعات المعطلة. يضمن النهج المنهجي للتشغيل والصيانة أن تظل معالجة مياه أبراج التبريد استباقية وليست تفاعلية لحماية الأصول الهامة في منشآت الطاقة والمرافق الكيميائية.

التحديات والحلول

على الرغم من التصميم والتشغيل الدقيقين، تواجه معالجة مياه أبراج التبريد في صناعات الطاقة والصناعات الكيميائية تحديات متكررة تتطلب حلولاً يقظة. المشكلة: يحدث التحجيم عندما تتجاوز المعادن الذائبة قابليتها للذوبان وتترسب على أسطح التبادل الحراري، مما يعيق النقل الحراري ويقلل من كفاءة النظام. الحل: يمكن للمشغلين تليين مياه الماكياج، وتعديل دورات التركيز، وجرعات مثبطات التقشر مثل الفوسفونات والبوليمرات التي تتداخل مع نمو البلورات. في بعض المياه عالية السيليكا، يجب الحد من الدورات أو استخدام التناضح العكسي لتقليل السيليكا إلى ما دون عتبة الذوبان. مشكلة ذات صلة : ينشأ التآكل من التفاعلات الكهروكيميائية بين الماء والأسطح المعدنية، خاصةً عند وجود الأكسجين المذاب أو انخفاض الأس الهيدروجيني أو تركيزات الكلوريد العالية. الحل: تشمل البرامج الكيميائية المثبطات الكاثودية والأنودية - مثل الزنك أو الأورثوفوسفات أو الموليبدات - التي تشكل أغشية واقية على الأسطح المعدنية؛ كما أن الحفاظ على الأس الهيدروجيني ضمن النطاق القلوي، وإزالة الأكسجين عن طريق إزالة التهوية أو الكاسحات، والتحكم في الكلوريد يخفف من التآكل. يمثل القاذورات الميكروبية مشكلة أخرى : تشكل الكائنات الحية الدقيقة أغشية حيوية تحبس المغذيات وتحمي البكتيريا من المبيدات الحيوية، مما يؤدي إلى تآكل أقل من اللازم واحتمال تفشي الليجيونيلا. الحل: تقوم استراتيجية المكافحة البيولوجية المتكاملة بالتناوب بين المبيدات الحيوية المؤكسدة والعوامل غير المؤكسدة، وتستخدم المشتتات لاختراق الأغشية الحيوية، وتستخدم التنظيف الميكانيكي أو التطهير بالأشعة فوق البنفسجية للحد من المستودعات الميكروبية.

يخلق استهلاك المياه والقيود البيئية عقبات إضافية. يتم تصريف مياه التصريف إلى المجاري أو محطات المعالجة وتحمل مستويات مرتفعة من الأملاح الذائبة والمواد الكيميائية المعالجة؛ زيادة دورات التركيز توفر المياه ولكنها تزيد من خطر تجاوز تلك الملوثات حدود التصريف. المشكلة: قد يكون تحقيق التوازن بين توفير المياه والامتثال أمرًا صعبًا عندما تتذبذب جودة مياه المكياج أو عندما يتم تشديد قيود الملوحة. الحل: يضمن الرصد المستمر للموصلية والأيونات الرئيسية، إلى جانب التحكم التكيفي في التفجير، زيادة الدورات إلى أقصى حد دون خرق الحدود التنظيمية. يمكن لمصادر المياه البديلة، مثل استعادة المكثفات، أو مياه الصرف الصحي المعالجة، أو تجميع مياه الأمطار، أن تكمل إمدادات المياه المكملة وتقلل الاعتماد على المياه العذبة. مشكلة أخرى : يمكن أن تؤدي تكاليف المواد الكيميائية المعالجة وانقطاع الإمدادات إلى إجهاد الميزانيات والعمليات، خاصة في المواقع النائية أو أثناء تقلبات السوق. الحل: إن تنفيذ الترشيح الجانبي للتيار الجانبي والمعالجة المسبقة عالية الكفاءة يقلل من الحاجة إلى المواد الكيميائية باهظة الثمن عن طريق منع الملوثات من دخول حلقة إعادة التدوير؛ كما أن التفاوض على عقود المواد الكيميائية السائبة والحفاظ على المخزونات في الموقع يحسن من المرونة. وأخيرًا، لا يمكن تجاهل العامل البشري؛ حيث يمكن أن يؤدي عدم كفاية تدريب المشغلين أو دورانهم إلى معالجة غير متسقة ومؤشرات ضائعة للقاذورات. الحل: تساعد برامج التدريب المنتظم، وإجراءات التشغيل الموحدة الواضحة، واستخدام منصات المراقبة الآلية على ضمان التطبيق المتسق لأفضل الممارسات والكشف المبكر عن المشكلات في مرافق الطاقة والمواد الكيميائية المعقدة.

المزايا والعيوب

مزايا معالجة مياه أبراج التبريد واسعة النطاق لعمليات الطاقة والعمليات الكيميائية والبترولية. يقلل تحسين كفاءة نقل الحرارة بشكل مباشر من استهلاك الوقود وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري عن طريق خفض الضغط الخلفي للمكثف واستخدام طاقة المبرد. تحافظ برامج المعالجة الفعالة على الأسطح النظيفة وتقلل من التآكل، مما يطيل من عمر خدمة المبادلات الحرارية والأبراج والأنابيب؛ وهذا يقلل من النفقات الرأسمالية على الاستبدال ويجنب عمليات الإغلاق غير المخطط لها التي يمكن أن تكلف ملايين الدولارات في الإنتاج المفقود. ويُعد الحفاظ على المياه ميزة رئيسية أخرى؛ فمن خلال زيادة دورات التركيز بأمان، يمكن للمنشآت أن تقلل من الطلب على مياه المكياج بنسبة 20-50 في المائة، وهو اعتبار مهم في المناطق التي تعاني من إجهاد المياه. كما أن النظام المُدار بشكل جيد يحمي سلامة العمال والصحة العامة من خلال منع نمو الليجيونيلا ومسببات الأمراض الأخرى، وبالتالي تلبية لوائح الصحة والسلامة. وبالإضافة إلى ذلك، تعمل كيمياء المياه المتسقة على استقرار ظروف المعالجة، وتقلل من احتمال حدوث تلوث متبادل مع تيارات المعالجة في المصانع الكيميائية، وتدعم الامتثال لتصاريح التصريف التي تحد من الملوثات ودرجة الحرارة في النفايات السائلة.

ومع ذلك، فإن معالجة مياه أبراج التبريد لها أيضًا عيوب يجب الاعتراف بها. يمكن أن تكون التكلفة الرأسمالية لمعدات المعالجة المسبقة مثل التناضح العكسي، وأنظمة التبادل الأيوني، والترشيح الجانبي للتيار الجانبي كبيرة، خاصة بالنسبة للأبراج الكبيرة في مجمعات التكرير. ولا تقتصر نفقات التشغيل على المواد الكيميائية فحسب، بل تشمل أيضًا الكهرباء للمضخات والأغشية ومصابيح الأشعة فوق البنفسجية، بالإضافة إلى العمالة والمراقبة. تنطوي مناولة المواد الكيميائية الخطرة وتخزينها مثل الأحماض القوية والمواد الكاوية والمبيدات الحيوية على مخاطر السلامة والالتزامات التنظيمية، مما يتطلب التدريب وتدابير التخفيف. في بعض الحالات، يمكن أن تشكل تيارات النفايات الناتجة عن تجديد المنقي أو مركزات الأغشية تحديات في التخلص منها وقد تتطلب مزيدًا من المعالجة لتلبية المعايير البيئية. هناك أيضًا خطر الإفراط في المعالجة؛ حيث يمكن أن تؤدي الجرعات الكيميائية المفرطة إلى زيادة التكاليف أو تلف المواد أو توليد منتجات ثانوية للتطهير. وأخيرًا، تتسم كيمياء المياه بالديناميكية؛ فالتغيرات في جودة التركيب أو تسربات العملية أو التحولات في درجات الحرارة يمكن أن تجعل برامج المعالجة أقل فعالية ما لم يتم إجراء تعديلات على الفور، مما يتطلب اهتمامًا مستمرًا من موظفي المنشأة.

الأسئلة الشائعة

سؤال: كم مرة يجب اختبار مياه أبراج التبريد في مرافق الطاقة والمواد الكيميائية؟

الإجابة: يعد الاختبار الروتيني ضروريًا لأن كيمياء المياه تتغير مع التبخر وجودة مياه المكياج وتأثيرات العملية. تساعد القياسات اليومية للموصلية والأس الهيدروجيني ودرجة الحرارة المشغلين على ضمان عمل وحدات التحكم الآلي بشكل صحيح. توفر التحاليل الأسبوعية للصلابة والقلوية وبقايا المثبطات وتعداد الميكروبات نظرة أعمق على إمكانية التحجّر والتلوث. وعادةً ما يتم إجراء مراقبة أكثر تفصيلاً للتآكل باستخدام كوبونات أو مجسات كل ثلاثة أشهر أو نصف سنويًا. يجب أن تؤدي الظروف الخاصة مثل حدوث تغيير في مصدر مياه المكياج أو اضطراب العملية أو الرائحة غير المعتادة إلى إجراء اختبارات إضافية.

سؤال: لماذا يعتبر التفريغ ضروريًا في برج التبريد، وكيف يتم تحديده؟

الإجابة: النفخ هو التفريغ المتعمد لجزء من المياه المعاد تدويرها لإزالة المواد الصلبة الذائبة المتراكمة ومنع التكلس والتآكل. عندما يتبخر الماء في البرج، تبقى المعادن في الخلف وتتركز؛ وبدون التفريغ، ستستمر الموصلية والصلابة في الارتفاع. ويعتمد معدل التفريغ اللازم على دورات التركيز، وهي نسبة المواد الصلبة الذائبة في مياه المكياج إلى تلك الموجودة في المياه المعاد تدويرها. تقارن وحدات التحكم الآلية توصيلية المياه المعاد تدويرها بنقطة ضبط وتفتح صمامًا لتفريغ التفريغ عند تجاوز نقطة الضبط. يجب أن تراعي التعديلات على نقطة الضبط جودة المياه والمواد الكيميائية المعالجة وقيود التصريف.

سؤال: ما هي المبيدات الحيوية الشائعة المستخدمة في معالجة مياه أبراج التبريد لمحطات الطاقة والمصافي؟

الإجابة: المبيدات الحيوية هي مواد كيميائية تتحكم في نمو الميكروبات وهي ضرورية لمنع الحشف الحيوي وانتشار مسببات الأمراض. تُستخدم المبيدات الحيوية المؤكسدة مثل هيبوكلوريت الصوديوم وبروميد الصوديوم المنشط بالكلور وثاني أكسيد الكلور والأوزون على نطاق واسع لأنها تتفاعل بسرعة مع أغشية الخلايا والمواد القابلة للأكسدة. تشمل المبيدات الحيوية غير المؤكسدة الغلوتارالديهيد والإيزوثيازولين ومركبات الأمونيوم الرباعية ومركبات الأمونيوم الرباعية وثنائي بروبوناميد ثنائي برومو نيتريلو بروبيوناميد (DBNPA)؛ هذه العوامل تعطل عمليات الأيض أو جدران الخلايا وغالبًا ما يتم تدويرها مع المؤكسدات لمنع المقاومة. يعتمد اختيار المبيد الحيوي على عوامل مثل درجة الحرارة والحمل العضوي ولوائح التصريف والتوافق مع مواد النظام. في بعض الحالات يستخدم التطهير بالأشعة فوق البنفسجية أو تأين النحاس والفضة كإجراء تكميلي لتقليل الجرعات الكيميائية.

سؤال: كيف تحسب دورات التركيز ولماذا هذا الحساب مهم؟

الإجابة: دورات التركيز (COC) هي نسبة بلا أبعاد تشير إلى عدد المرات التي تتركز فيها المواد الصلبة الذائبة في مياه المكياج في البرج بسبب التبخر. ويمكن حسابها بقسمة توصيلية المياه المعاد تدويرها على توصيلية مياه المكياج أو بقسمة تدفق مياه المكياج على تدفق مياه التفريغ. يعني ارتفاع تركيز ثاني أكسيد الكربون COC إعادة استخدام المياه مرات أكثر قبل تصريفها، مما يوفر المياه والمواد الكيميائية، ولكنه يزيد أيضًا من تركيز الشوائب. يساعد فهم COC المشغلين على تحديد معدلات التفريغ المناسبة واستراتيجيات المعالجة المناسبة لتحقيق التوازن بين الحفاظ على المياه ومخاطر التآكل والتكلس. على سبيل المثال، إذا كانت موصلية مياه المكياج 500 ميكرو ثانية/سم ومياه البرج 2000 ميكرو ثانية/سم فإن تركيز تركيز ثاني أكسيد الكربون هو 4.

سؤال: كيف تؤثر الترسبات الكلسية على أداء المبادل الحراري، وما الذي يمكن فعله لإزالتها؟

الإجابة: تتكون القشور الكلسية عندما تترسب الأملاح قليلة الذوبان وتلتصق بأسطح نقل الحرارة، مما يخلق طبقة ذات توصيل حراري منخفض تعمل مثل العزل. حتى الطبقة الرقيقة من القشور الكلسية يمكن أن تزيد بشكل كبير من فرق درجة الحرارة المطلوبة لنقل الحرارة، مما يجبر المبردات أو الغلايات على العمل بجهد أكبر واستهلاك المزيد من الطاقة. كما أن الترسبات الكلسية تضيّق ممرات التدفق، مما يزيد من تكاليف الضخ وربما يتسبب في ارتفاع درجة الحرارة المحلية. ولإزالة القشور، قد يستخدم المشغلون طرق التنظيف الميكانيكية مثل التنظيف بالفرشاة أو التنظيف المائي أو التنظيف الكيميائي بالمحاليل الحمضية التي تذيب الرواسب المعدنية. تعد الوقاية من الترسبات الكلسية من خلال المعالجة السليمة للمياه والتحكم في دورات التركيز أكثر فعالية من حيث التكلفة من التعامل مع الترسبات الثابتة.

مثال على الحساب المدمج

لتحديد معدل التفريغ المطلوب عند التشغيل في دورة تركيز محددة، يمكن للمشغلين استخدام معادلة توازن الكتلة البسيطة. عندما يكون تدفق مياه المكياج (M) معروفًا مع دورات التركيز المطلوبة (C)، يمكن حساب معدل التفريغ (B) باستخدام العلاقة B = M ÷ (C - 1). لنفترض أن برج تبريد المصفاة يتلقى 100 متر مكعب/ساعة من مياه المكياج ويتم تشغيله عند 5 دورات من التركيز. ينتج عن تطبيق المعادلة تدفق نفخ قدره 25 متر مكعب/ساعة.