رسوب زدایی از تجهیزات صنعتی؛ معرفی، روش ها و انواع آن

رسوب آهک یک ماده گچی سفت و مایل به سفید است که اغلب بر روی قطعات فلزی ماشین آلاتی که با آب سروکار دارند، یافت می شود. رسوب به ویژه در ماشین آلات و تجهیزاتی که شامل عناصر گرمایش (مانند دیگ بخار) یا عناصر انتقال حرارت (مانند مبدل های حرارتی) هستند، رایج است. تشکیل رسوب منجر به تلفات حرارتی و کاهش فشار هیدرولیک می شود. تشکیل رسوب می تواند منجر به آسیب اضافی و افزایش خستگی حرارتی شود. رسوب زدایی، به بهبود کیفیت کار تجهیزات کمک کرده و عمر آن ها را افزایش می دهد. در سال های اخیر پیشرفت های فراوانی در روش های رسوب زدایی از تجهیزات صنعتی صورت پذیرفته است. در این مقاله به بررسی انواع رسوب، روش های رسوب زدایی و معرفی بهترین مواد شیمیایی رسوب زدا پرداخته شده است.

رسوب زدایی به چه معناست؟

مواد شیمیایی رسوب زدا برای حذف آهک از سطوح فلزی در تماس با آب داغ مانند دیگ ها، آبگرمکن ها و کتری ها استفاده می شود. تجمع رسوب روی دیوارها، لوله ها و سایر سطوح تجهیزات گرمایشی و سرمایشی در آب سخت بیشتر محتمل است. مواد شیمیایی رسوب زدا معمولا ترکیبات اسیدی مانند اسید کلریدریک هستند که با ترکیبات کربنات قلیایی موجود در مقیاس واکنش داده و گاز دی اکسید کربن و نمک محلول تولید می کنند. رسوب زدایی از طریق ممانعت از رسوب گیری و جلوگیری از خوردگی، عمر تجهیزات را افزایش می دهد.

رسوب زدایی، سطح مقطع داخلی لوله ها را کاهش می دهد و قدرت پمپاژ مورد نیاز برای جابجایی آب و همچنین کاهش راندمان انتقال حرارت را افزایش می دهد.

رسوب زدایی بر روی چه موادی موثر است؟

رسوب زدایی به طور موثر می تواند برای حذف مواد زیر به کار رود:

• رسوب آهک
• کلسیم
• زنگ
• تجمع رسوب آب
• گل و لای
• سایر رسوبات غیر محلول

انواع رسوبات

رسوب به اشکال مختلفی وجود دارد، اما رایج ترین آنها کربنات کلسیم یا CaCO3، سولفات کلسیم و سولفات باریم است. وقتی از آستانه حلالیت کلسیم و کربنات فراتر رود، رسوب کلسیم ته نشین می شود. رسوب زمانی اتفاق می افتد که مواد معدنی محلول موجود در منبع آب از حالت تعلیق خارج شده و یک لایه رسوب پیوسته بر روی سطح فلز تشکیل دهند.

مقاطع عرضی لوله که رسوب ناشی از آب سخت را نشان می دهد. توجه داشته باشید که رسوب ناشی از سختی آب ممکن است با خوردگی همراه باشد. محتوای معدنی رسوب ممکن است در رنگ رسوبات منعکس شود.

• کلسیم، منیزیم و سیلیس مواد معدنی رایجی هستند که در منابع آب یافت می شوند، بنابراین اجزای معمولی رسوب هستند.
• آب سخت منبع اولیه این نوع رسوب است. سختی یک منبع آب به طور کلی به عنوان داشتن مقدار بیشتری از مواد معدنی محلول بیان می شود.
• کلسیم و قلیائیت تقریبا در همه منابع ترکیبی در غلظت های مختلف وجود دارد. همانطور که تبخیر آب خالص را از برج خنک کننده خارج می کند، غلظت مواد جامد محلول باقی مانده افزایش می یابد. اگر غلظت بیش از حد زیاد شود، ترکیب می‌شوند و رسوب کربنات کلسیم را تشکیل می‌دهند.
• ذرات دیگری که ممکن است به ترکیب، رسوب کلی اضافه کنند عبارتند از رسوبات آهک و زنگ، اگرچه کلسیم و منیزیم شایع ترین هستند.

عوامل موثر بر میزان رسوب زدایی:

درجه رسوب زدایی از تجهیزات صنعتی به عوامل زیر وابسته است:

• غلظت بازدارنده
• میانگین غلظت اسید
• زمان تمیز کردن
• دما
• سرعت

رسوب آهکی در چه صنایعی یافت می شود؟

رسوب آهک به رنگ سفید یا مایل به سفید است که از آب سخت که حاوی کلسیم و اغلب منیزیم است تشکیل می شود. کربنات کلسیم همچنان به صورت نمک از محلول رسوب می کند. رنگ آن می تواند با حضور سایر اجزای آهن و عملکرد متفاوت باشد. رسوب آهک همچنین در لوله های فلزی، پمپ ها، فیلترها و سایر تجهیزات آب به درجات مختلف بسته به کیفیت آب یافت می شود. ایجاد این رسوب در طول زمان می تواند به شدت با کارایی و قابلیت اطمینان ماشین آلات، لوله کشی و فرآیندها تداخل ایجاد کند که منجر به کاهش کارایی و خرابی پرهزینه می شود. لذا رسوب زدایی از تجهیزات صنعتی، امری حیاتی است.

تقریبا در تمام صنایعی که با آب سر و کار دارند، رسوب وجود دارد. در زیر به چند مورد اشاره شده است:

• پتروشیمیایی (کندانسور، چیلر، بویلر، مبدل حرارتی، برج خنک کننده و کمپرسور،..)
• گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع یا HVAC (آبگرمکن، پکیج، رادیاتور،.)
• دستگاههای صنعتی خانگی (ماشین لباسشویی، اسپرسوساز، چای ساز،…)
• تصفیه آب (لوله های آب، مخازن،..)
• تصفیه فاضلاب
• موتورها (موتور خودرو، موتور کشتی،…)

در ادامه به دلیل اهمیت صنعت نفت و گاز در اقتصاد کشور، به بررسی دقیق رسوب زدایی از تجهیزات صنعتی در این صنعت پرداخته می شود.

اهمیت رسوب زدایی در صنعت نفت، گاز و پتروشیمی

چاه های نفت اغلب رسوبات معدنی ایجاد می کنند. رسوب ها می توانند در سوراخ ها، محفظه ها، لوله های تولیدی، شیرها، پمپ ها و تجهیزات سوراخ، ایجاد شوند. این پوسته پوسته شدن بر تولید تأثیر منفی می گذارد و گاهی منجر به رها شدن چاه می شود. این تجمع موجب مسدود شدن لوله ها شده و باعث می شود پمپ ها برای عبور آب از مقیاس سخت تر کار کنند. تجمع مقیاس ممکن است منجر به افزایش هزینه های انرژی و خرابی تجهیزات شود. اگر هر یک از اجزای یک نیروگاه از کار بیفتد، ممکن است کل نیروگاه برای تعمیر تعطیل شود. با روش های مناسب می توان از این رسوبات جلوگیری کرد، آن ها را کاهش داد یا از بین برد. مشکلات رسوب صدها میلیون دلار در سال برای صنعت نفت هزینه در هر دو عملیات حذف رسوب و از دست دادن تولید دارد.

مقالات مرتبط با صنعت نفت و گاز:

♣ مشتقات نفتی و کاربردهای آن

♣ شیرین سازی مشتقات نفت و گاز

♣ بررسی جامع حلال، جاذب و کاتالیست های رایج

♣ رسوب زدایی تجهیزات حرارتی شناورهای دریایی

انواع رسوب در صنعت نفت، گاز، پتروشیمی

الف) رسوب در مبدل های حرارتی (Heat exchangers)

رسوب نوعی ته نشین ناشی از نمک های معدنی در مدار آب مبدل حرارتی است. افت فشار را افزایش می دهد و سطح انتقال حرارت را عایق می کند و در نتیجه از انتقال حرارت کارآمد جلوگیری می کند. در دماهای بالا یا زمانی که سرعت سیال کم (جریان آرام) و توزیع ناهموار مایع در طول معابر و سطح انتقال حرارت وجود دارد، رخ می دهد.

ب) رسوب در دیگ بخار یا بویلر (Boilers)

رسوب دیگ بخار به دلیل رسوب ناخالصی ها به بیرون از آب به طور مستقیم بر روی سطوح انتقال حرارت یا به دلیل نشستن مواد معلق در آب بر روی فلز و سخت شدن و چسبندگی آن ایجاد می شود. تبخیر در دیگ بخار باعث غلیظ شدن ناخالصی ها می گردد. این در انتقال حرارت، اختلال ایجاد می کند و ممکن است باعث ایجاد نقاط داغ شود. مکانیسم پوسته‌گیری فراتر از حد حلالیت مواد معدنی، به دلیل افزایش دما و غلظت مواد جامد در سطح مشترک لوله و آب است. رسوبات کریستالی بر روی دیواره های دیگ باعث اختلال در انتقال حرارت می شود و ممکن است باعث ایجاد نقاط داغ شود که منجر به گرمای بیش از حد موضعی شود. هرچه گرمای کمتری را هدایت کنند، خطرناک تر هستند.

ج) رسوب در کندانسورها(Condensers) و چیلرها(Chillers)

کندانسورها، چیلرها و برج های خنک کننده به دلیل وجود رسوبات معدنی خشن مانند کلسیم، آهک، گل و زنگ که راندمان انتقال حرارت را از بین می برند، نیاز به رسوب زدایی دارند. اکثر سازندگان عمده تجهیزات معمولا کندانسورها را طوری طراحی می کنند که با حداکثر مقاومت حرارتی یا ضریب رسوب 0.0005 اینچ تجمعی کار کنند.

د) رسوب در برج های خنک کننده(Cooling towers)

تشکیل رسوب یک مشکل اساسی در سیستم های آب خنک کننده است. رسوب با ایجاد یک مانع محکم بر روی سطوح تبادل حرارت، در انتقال حرارت، اختلال ایجاد می کند. رسوب همچنین باعث خوردگی، محدود کردن جریان آب و افزایش مصرف آب می شود. عوامل متعددی بر حلالیت رسوب های آب خنک کننده تأثیر می گذارد. به طور کلی، رسوبات حلالیت معکوس با دما نشان می دهند.

ه) رسوب در کمپرسورها (Compressors)

تشکیل رسوب در داخل کمپرسورها به دلیل رسوب کربنات کلسیم از آب سختی است که برای خنک کردن کمپرسور استفاده می شود. همانطور که آب، گرما را از داخل کمپرسور می گیرد، پوسته ضخیمی از رسوب در داخل لوله های آب ایجاد می شود. رسوب، لوله ها را عایق می کند و بازده تبادل حرارت را کاهش می دهد. همانطور که ته نشین رسوب افزایش می یابد ظرفیت لوله کاهش یافته و مقدار آب عرضه شده به کمپرسور کاهش می یابد و حتی می تواند در نهایت منجر به مسدود شدن لوله شود.

انواع روش های رسوب زدایی:

به طور کلی به دو روش فیزیکی و شیمیایی تقسیم می شود:
♦ روش های فیزیکی برای رسوب زدایی عبارتند از: استفاده از برس های سیمی، ضربه های اضافی، دستگاه های خراش دادن، پولیش یا انفجار.

♦ روش های شیمیایی که برای رسوب زدایی از تجهیزات صنعتی استفاده می شوند، شامل رسوب زدایی اسیدی و رسوب زدایی قلیایی است.

الف) رسوب زدایی مکانیکی

برای فلزاتی که با مواد شیمیایی واکنش نشان می دهند، رسوب زدایی از تجهیزات صنعتی با ابزار فیزیکی انجام می شود:

• از بین بردن رسوبات اکسید با استفاده از برس های سیمی و دستگاه های خراش دهنده مانند پدهای پشمی
• روش های ساینده بلاست
• پاشش واترجت

ب) رسوب زدایی شیمیایی

• مواد شیمیایی رسوب زدای قلیایی آبی: محلول های قلیایی ملایم مانند هیدروکسید سدیم، فسفات سدیم، متاسیلیکات سدیم و کربنات سدیم را می توان برای تمیز کردن سطح فلز و از بین بردن رسوبات اکسید استفاده کرد. هرچه غلظت قلیایی قوی تر باشد، فرآیند تمیز کردن سریعتر است. این روش تمیز کردن اغلب با روش های تمیز کردن مکانیکی دنبال می شود.
• مواد شیمیایی رسوب زدای اسیدی: تمیز کردن اسیدی فرآیند دیگری است که برای از بین بردن رسوبات اکسید از سطح فلز استفاده می شود. همچنین برای خنثی کردن قلیایی های باقی مانده از فرآیند تمیز کردن قبلی استفاده می شود. این روش تمیز کردن برای آلیاژهای آهنی، آلومینیوم و مس مناسب است. محلول اسیدی برای رسوب زدایی سطح فلز استفاده می شود.

رایج ترین مواد شیمیایی رسوب زدا

دسته های مختلفی از مواد شیمیایی رسوب زدا موجود است. به طور کلی آنها به سه دسته تقسیم می شوند:

• اسید هیدروکلریک:

اسید هیدروکلریک همچنین به عنوان کلرید هیدروژن آبی یا اسید موریاتیک شناخته می شود. اسید هیدروکلریک یک روش سنتی و موثر برای تمیز کردن رسوب از کندانسورهای آب خنک و برج های خنک کننده است. به عنوان یک اسید مایع، اسید کلریدریک هم مقرون به صرفه ترین و هم قوی ترین اسید موجود برای انحلال رسوب و اکسید آهن است. از جمله معایب اسیدهای کلریدریک فشار بخار بالای آن است. همچنین با استفاده مکرر بر روی فلزات گالوانیزه و سطوح فولادی ضد زنگ، اسیدهای کلریدریک باعث خوردگی این فلزات می شوند.

•  متان سولفونیک اسید:

متان سولفونیک اسید، یک ماده شیمیایی رسوب زدا ی کارآمد و ایمن برای رسوب زدایی تجهیزات خنک کننده و مایع مواد فولادی ضد زنگ است. بوی کم و مواد شیمیایی زیست تخریب پذیر آن، استفاده در داخل خانه با تهویه مناسب را جذاب تر و ایمن تر می کند. از این اسید می توان در بسیاری از کاربردها از جمله رسوب زدایی جداول بخار، کویل های تبخیری یا سیستم های زمین گرمایی استفاده کرد. با این حال، می تواند بر سطوح گالوانیزه در برج های خنک کننده تأثیر نامطلوب بگذارد و هزینه آن معمولا بالاتر از رسوب زداهای مبتنی بر اسید هیدروکلریک است. با این وجود، روش خوبی برای رسوب زدایی تجهیزات صنعتی با سطوح فولادی ضد زنگ است.

•  اسید سولفامیک:

یک ماده شیمیایی رسوب زدای ملایم تر که برای استفاده در تجهیزات قدیمی مناسب است، اسید سولفامیک است که نسبت به اسیدهای هیدروکلریک یا متان سولفونیک، ضعیف تر است. این باعث می شود که برای هر تجهیزاتی با سطوح گالوانیزه گزینه خوبی باشد. یکی از معایب اسید سولفامیک این است که به صورت پودری در می آید که ابتدا باید حل شود. همچنین، به دلیل ضعیف‌تر بودن اسید، حل کردن رسوب ممکن است زمان بیشتری طول بکشد.

کلام آخر:

اکثر صنایع در کشور ما از مشکلات مربوط به رسوب آهک رنج می برند. خواه این هزینه ها و زمان اضافی برای رسوب زدایی وسایل، بسیار گزاف باشد، خواه نیاز به تعویض تجهیزات گران قیمت به دلیل آسیب های جبران ناپذیر ناشی از رسوب باشد. برای مقابله با این مشکل، ابتدا باید آن را به درستی شناسایی کرده و سپس راه حل مناسب برای درمان آن را پیدا کنیم. عموما استفاده از مواد شیمیایی رسوب زدای معتبر، راه حل مناسبی است. دسکالین شرکت آرال شیمی، محصولی با کیفیت جهت رسوب زدایی از تجهیزات صنعتی و دسکالین ۲۰۱ ویژه رسوب زدایی از کلیه سطوح بیرونی است. دسکالین حاوی ترکیبات موثر ضدخوردگی در مقابل فلزات مختلف است و از روش شیمیایی و غیرمخرب، اقدام به حذف رسوب از تجهیزات می کند. در بخش نفت و گاز، دسکالین قادر به رسوب زدایی از مبدل های حرارتی، دیگ های بخار، کندانسورها و غیره می باشد.