در مدارهای سرمایش تبخیری، فرآیند تبخیر خروج مولکول های خالص H۲O را به همراه دارد. اما نمک های معدنی، یون های کلسیم و سیلیس در آب برج باقی می مانند. با تداوم تبخیر، غلظت نمک های محلول (TDS) و هدایت الکتریکی (EC) به شدت افزایش می یابد. بلودان (Blowdown) یا تخلیه زیرآب، تخلیه برنامه ریزی شده بخشی از آب غلیظ حوضچه و جایگزینی آن با آب تازه است تا جلوی تشکیل رسوبات آهکی را بگیرد.
فرمولاسیون موازنه جرم و محاسبات هیدرولیکی بلودان کولینگ تاور
میزان تخلیه زیرآب و ابعاد آب جبرانی را بر اساس فرمول های موازنه جرم در حالت پایدار محاسبه می کنیم:
۱. نرخ تبخیر (E): E = ۰٫۰۰۰۸۵ × QGPM × (Tin – Tout)
۲. چرخه تغلیظ (COC): COC = TDStower / TDSmakeup = Cl–tower / Cl–makeup
۳. دبی تخلیه زیرآب (B): B = E / (COC – 1)
۴. دبی آب جبرانی کل (M): M = E + B + D
در این روابط، Q دبی آب گردش، Tin و Tout دمای ورودی و خروجی، D میزان فرار قطرات و COC چرخه تغلیظ است. جهت استخراج دقیق ضریب تبخیر، بررسی فرمول تبخیر و بلودان پارامترهای موازنه سیال را تکمیل می کند.
بلودان (زیرآب) برج خنک کننده چیست و چرا اجرا می شود؟
عدم اجرای تخلیه زیرآب تعادل شیمیایی آب را مختل می سازد. این امر شاخص های رسوب گذاری مانند شاخص لانژلیه (LSI) را وارد محدوده رسوب گذاری شدید می کند. رسوب آهکی ضریب هدایت حرارتی بسیار پایینی دارد.
تشکیل لایه ای به ضخامت ۰٫۸ میلی متر روی کویل، ضریب انتقال حرارت را تا ۳۵ درصد کاهش می دهد. در نتیجه مصرف برق کمپرسورهای چیلر تا ۱۵ درصد افزایش می یابد. بلودان با کنترل سقف هدایت الکتریکی، پایداری مدار را تضمین می کند.
تحلیل چرخه تغلیظ (COC) و اثر سختی گیر بر کاهش مصرف آب
چرخه تغلیظ (COC) نسبت تراکم املاح آب برج به آب ورودی خام را نشان می دهد. هرچه عدد COC بالاتر باشد، میزان آب تخلیه شده در بلودان کمتر خواهد بود. برای پایش هوشمند این شاخص، الزامات کنترل تراکم املاح آب (COC) را در برنامه سایت تدوین می کنیم.
در آب های خام تصفیه نشده، حداکثر چرخه تغلیظ مجاز بدون خطر رسوب گذاری برابر با ۳ است. با نصب سختی گیر رزینی کولینگ تاور و تبادل یون های سختی با سدیم، پتانسیل رسوب گذاری خنثی می شود. در نتیجه می توان COC را از ۳ به ۵ ارتقا داد:
- در حالت COC = 3: میزان بلودان برابر است با B = E / (3 – 1) = 0.50 E (تخلیه ۵۰ درصد دبی تبخیر).
- در حالت COC = 5: میزان بلودان برابر است با B = E / (5 – 1) = 0.25 E (تخلیه ۲۵ درصد دبی تبخیر).
ارتقای چرخه تغلیظ از ۳ به ۵ به کمک سختی گیر رزینی، میزان هدررفت آب در بلودان را دقیقا ۵۰ درصد کاهش می دهد.
مثال کاربردی محاسباتی: محاسبه دبی بلودان و آب جبرانی برای برج ۱۰۰ تن
برای یک برج خنک کننده ۱۰۰ تن تبرید با دبی گردش ۳۰۰ گالون بر دقیقه و نرخ تبخیر E = ۲ متر مکعب بر ساعت، محاسبات بلودان به شرح زیر انجام می گیرد:
۱. محاسبه بلودان در حالت بدون سختی گیر (COC = 3): B = ۲ / (۳ – ۱) = ۱ متر مکعب بر ساعت. بنابراین آب جبرانی کل M = ۲ + ۱ = ۳ متر مکعب بر ساعت خواهد بود.
۲. محاسبه بلودان پس از نصب سختی گیر (COC = 5): B = ۲ / (۵ – ۱) = ۰٫۵ متر مکعب بر ساعت. بنابراین آب جبرانی کل M = ۲ + ۰٫۵ = ۲٫۵ متر مکعب بر ساعت می شود.
تحلیل صرفه جویی: نصب سختی گیر رزینی دبی بلودان را از ۱ متر مکعب بر ساعت به ۰٫۵ متر مکعب بر ساعت کاهش داده و روزانه ۱۲ متر مکعب در مصرف آب صرفه جویی ایجاد می کند.
روش های کنترل و اجرای بلودان (دستی، زمانی و خودکار)
اجرای عملیات بلودان در تاسیسات به ۳ روش اصلی انجام می گیرد:
- روش دستی (Manual): اپراتور روزانه با سنجش TDS شیر تخلیه حوضچه را باز می کند. این روش خطای انسانی زیادی دارد.
- روش زمانی (Timer): شیر برقی تخلیه بر اساس فواصل زمانی مشخص باز می شود، اما بدون توجه به بار حرارتی کار می کند.
- روش خودکار بر پایه هدایت الکتریکی (Auto EC): سنسور سنجش هدایت الکتریکی به صورت لحظه ای EC را می سنجد. با رسیدن EC به سقف تنظیم شده، کنترلر شیر برقی را باز می کند. این روش دقیق ترین راهکار مهندسی است.
جدول مقایسه دبی بلودان و آب جبرانی در چرخههای مختلف (COC)
جدول زیر تاثیر مستقیم افزایش چرخه تغلیظ را بر حجم بلودان و آب جبرانی نشان می دهد:
| چرخه تغلیظ (COC) | دبی بلودان (B) بر حسب درصدی از E | حجم بلودان (m³/h) | حجم آب جبرانی کل (m³/h) | تجهیز پیش تصفیه و ایمنی رسوب |
|---|---|---|---|---|
| COC = 1.5 | ۲۰۰ درصد نرخ تبخیر | ۲۰۰ متر مکعب بر ساعت | ۳۰۰ متر مکعب بر ساعت | آب خام بدون تصفیه (اتلاف فوق العاده شدید آب) |
| COC = 2.0 | ۱۰۰ درصد نرخ تبخیر | ۱۰۰ متر مکعب بر ساعت | ۲۰۰ متر مکعب بر ساعت | فیلتراسیون فیزیکی شنی ابتدایی |
| COC = 3.0 | ۵۰ درصد نرخ تبخیر | ۵۰ متر مکعب بر ساعت | ۱۵۰ متر مکعب بر ساعت | تزریق اولیه ماده ضد رسوب (محدوده استاندارد) |
| COC = 5.0 | ۲۵ درصد نرخ تبخیر | ۲۵ متر مکعب بر ساعت | ۱۲۵ متر مکعب بر ساعت | سختی گیر رزینی + تزریق آنتی اسکالانت (نقطه بهینه) |
| COC = 7.0 | ۱۶٫۶ درصد نرخ تبخیر | ۱۶٫۶ متر مکعب بر ساعت | ۱۱۶٫۶ متر مکعب بر ساعت | سیستم اسمز معکوس (RO) + پایش مداوم سیلیس |
راهکارهای مکمل کاهش بلودان و بهینه سازی کیفیت آب
علاوه بر سختی گیری، استفاده از تجهیزات زیر جهت پایداری مدار خنک کاری ضروری است:
- فیلتراسیون ساید استریم: تصفیه ۵ تا ۱۰ درصد دبی آب گردش جهت حذف ذرات معلق (TSS) انجام می گیرد.
- تزریق بایوساید: تزریق کلر یا ازن مهار لجن های بیولوژیکی و باکتری لژیونلا را تضمین می کند.
- بدنه FRP ضد خوردگی: استفاده از برج های فایبرگلاس طبق طراحی برج خنک کننده صنعتی مقاومت کامل در برابر TDS بالا ایجاد می کند.
- رسوب زدایی حوضچه: اجرای دستورالعمل ها جهت جلوگیری از رسوب حوضچه لجن های کف تشتک را پاک سازی می کند.
محاسبه سایز لوله و فلنج تخلیه زیرآب
فلنج بلودان در عمیق ترین نقطه حوضچه آب سرد نصب می شود. ابعاد این خروجی باید امکان تخلیه سریع لجن و دبی حداکثری بلودان را فراهم سازد. برای برج های زیر ۱۰۰ تن سایز ۱ اینچ، برای ۱۰۰ تا ۵۰۰۰ تن سایز ۲ تا ۳ اینچ و برای برج های پالایشگاهی سایز ۴ اینچ استیل توصیه می کنیم.
برنامه زمان بندی و پایش پایداری شیمیایی آب
برای اطمینان از کارکرد صحیح بلودان، پایش پارامترها را در فواصل مشخص پیگیری می کنیم:
- پایش روزانه: ثبت هدایت الکتریکی (EC)، دمای مدار و کنترل چشمی صافی ها.
- پایش هفتگی: اندازه گیری pH، سختی کل (TH)، قلیائیت و کلر آزاد.
- پایش ماهانه: آنالیز غلظت یون های کلرید، سولفات و سیلیس.
تحلیل مهندسی و مدیریت بهینه بلودان در کولینگ تاور
بلودان برج خنک کننده اهرم اصلی کنترل موازنه شیمیایی و مانع اولیه رسوب گذاری است. موازنه مهندسی از طریق نصب سختی گیر رزینی، تنظیم COC در محدوده ۵ و سیستم های خودکار EC، مصرف آب را تا ۵۰ درصد کاهش داده و طول عمر تجهیزات برودتی را تضمین می نماید.
سوالات متداول (FAQ)
بلودان (Blowdown) برج خنک کننده چیست؟
بلودان به فرآیند تخلیه بخشی از آب غلیظ حوضچه برج خنک کننده و جایگزینی آن با آب تازه گفته می شود که جهت کنترل غلظت نمک های محلول (TDS) انجام می گیرد.
چرخه تغلیظ (COC) چه تاثیری بر میزان مصرف آب دارد؟
هرچه چرخه تغلیظ بیشتر باشد، میزان آب تخلیه شده در بلودان کمتر خواهد بود. برای مثال افزایش COC از ۳ به ۵ اتلاف آب را تا ۵۰ درصد کاهش می دهد.
سختی گیر رزینی چگونه باعث کاهش بلودان می شود؟
با حذف یون های کلسیم و منیزیم از آب جبرانی، سختی گیر رزینی اجازه می دهد آب بدون خطر رسوب گذاری تا چرخههای بالاتر تغلیظ شود.
بهترین روش برای کنترل عملیات بلودان چیست؟
استفاده از سیستم کنترل هوشمند خودکار بر پایه هدایت الکتریکی (Conductivity Controller) همراه با شیر برقی، بهینهترین روش تخلیه است.
فرمول اصلی محاسبه دبی بلودان بر اساس نرخ تبخیر چیست؟
دبی تخلیه زیرآب از رابطه B = E / (COC – 1) به دست می آید که E نرخ تبخیر و COC چرخه تغلیظ است.
چرا افزایش بی رویه COC بدون سختی گیر باعث رسوب گذاری شدید می شود؟
زیرا تراکم نمک های محلول از حد اشباع فراتر رفته و کریستال های کربنات کلسیم روی سطوح پکینگ و کویل ها رسوب می کنند.
لزوم نصب فیلتر ساید استریم در کنار بلودان اتوماتیک چیست؟
فیلتر ساید استریم ذرات معلق و معلقات فیزیکی (TSS) را جمع آوری کرده و مانع گرفتگی شیر برقی بلودان می شود.
سایز استاندارد فلنج بلودان در حوضچه برج خنک کننده چقدر است؟
برای برج های زیر ۱۰۰ تن سایز ۱ اینچ، برای ۱۰۰ تا ۵۰۰۰ تن سایز ۲ تا ۳ اینچ و برای برج های پالایشگاهی سایز ۴ اینچ توصیه می کنیم.