برج های خنک کننده، قلب تپنده‌ی بسیاری از صنایع هستند و نقش حیاتی در خنک‌سازی آب و مایعات دیگر ایفا می‌کنند. آنها با خنک کردن آب داغ، کارایی کلی سیستم را افزایش می دهند. با این حال، این تجهیزات غول پیکر همواره در معرض خطری به نام خوردگی قرار دارند. خوردگی، فرآیندی ناخواسته است که می‌تواند به مرور زمان، عملکرد و عمر مفید برج خنک کننده را به خطر بیندازد.
خوردگی می تواند به تدریج اجزای فلزی برج خنک کننده را تخریب کند و منجر به مشکلات عملکردی و هزینه های تعمیر و نگهداری بالا شود. در این مقاله به بررسی انواع خوردگی در برج خنک کننده و راهکارهای مقابله با آنها می‌پردازیم. برای درک بهتر انواع خوردگی، ابتدا باید با مفهوم کلی آن آشنا شویم.
خوردگی چیست؟
خوردگی، تخریب تدریجی و غیر الکتریکی یک فلز در اثر واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی با محیط اطراف است. به عبارت ساده‌تر، فلز در تلاش برای بازگشت به حالت طبیعی خود (یعنی همان ماده معدنی اولیه) با عوامل محیطی واکنش داده و دچار زنگ زدگی، پوسته پوسته شدن یا حتی سوراخ شدن می‌شود. حال که با مفهوم کلی خوردگی آشنا شدیم، می‌توانیم به سراغ انواع آن در برج‌های خنک کننده برویم.
انواع خوردگی در برج خنک کننده
خوردگی به فرآیند تخریب و فرسودگی تدریجی فلز در اثر واکنش های شیمیایی یا الکتروشیمیایی با محیط اطراف گفته می شود. در برج های خنک کننده، عوامل مختلفی می توانند منجر به انواع مختلفی از خوردگی شوند.
1. خوردگی گالوانیکی
تصور کنید دو فلز مختلف با هم در تماس باشند و هر دو در معرض یک محلول الکترولیت (مانند آب) قرار بگیرند. در این حالت، یک جریان الکتریکی بین آنها برقرار شده و یکی از فلزها به عنوان آند (قطب مثبت) و دیگری به عنوان کاتد (قطب منفی) عمل می‌کند. فلز آند به تدریج دچار خوردگی شده و فلز کاتد آسیبی نمی‌بیند.
این پدیده که به خوردگی گالوانیکی معروف است، در برج‌های خنک کننده‌ای که از ترکیب فلزهای مختلف ساخته شده‌اند، رخ می‌دهد. برای مثال، اگر در برج خنک کننده‌ای از لوله‌های فولادی و قطعات مسی استفاده شود، به دلیل اختلاف پتانسیل الکتریکی بین این دو فلز، لوله‌های فولادی دچار خوردگی گالوانیکی خواهند شد.
راهکار مقابله با خوردگی گالوانیکی:
- استفاده از فلزهای سازگار: تا حد امکان از متریال‌های مشابه در ساخت برج خنک کننده استفاده کنید.
- ایزولاسیون الکتریکی: با استفاده از پوشش‌های عایق، تماس الکتریکی بین فلزهای غیر مشابه را قطع کنید.
- محافظت کاتدی: با اعمال جریان الکتریکی خارجی، فلز آند را به کاتد تبدیل کرده و از خوردگی آن جلوگیری کنید.
2. خوردگی حفره ای
این نوع خوردگی، حمله‌ی موضعی و مخرب به سطح فلز است که به صورت حفره‌های کوچک و عمیق در نقاط خاصی از آن ظاهر می‌شود. خوردگی حفره ای معمولا در محیط‌های با اکسیژن کم و حاوی کلرید (مانند آب شور) رخ داده و برای برج‌های خنک کننده‌ای که در مناطق ساحلی یا با استفاده از آب‌های شور کار می‌کنند، خطر جدی محسوب می‌شود.
راهکار مقابله با خوردگی حفره ای:
- کنترل و کاهش غلظت یون کلرید در آب برج خنک کننده
- استفاده از بازدارنده‌های خوردگی حاوی مولیبدات یا آزول
- انتخاب آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی حفره ای
3. خوردگی سایشی-فرسایشی
این نوع خوردگی، ترکیبی از سایش مکانیکی و خوردگی الکتروشیمیایی است. در برج‌های خنک کننده، ذرات معلق در آب (مانند شن و ماسه) می‌توانند با برخورد به سطوح فلزی، باعث خراشیدگی و ایجاد نقاط ضعف شوند. این نقاط آسیب دیده، مستعد تسریع فرآیند خوردگی الکتروشیمیایی خواهند بود.
راهکار مقابله با خوردگی سایشی-فرسایشی:
- استفاده از فیلترهای مناسب برای حذف ذرات معلق از آب برج خنک کننده
- انتخاب مواد مقاوم در برابر سایش برای قطعات در معرض جریان آب
- کنترل سرعت جریان آب در برج خنک کننده
4. خوردگی تنشی
این نوع خوردگی برج خنک کننده در اثر تنش‌های کششی (کشیده شدن) داخلی یا خارجی در فلز ایجاد می‌شود. تنش‌های کششی می‌توانند ناشی از عواملی مانند انبساط و انقباض ناشی از تغییرات دما، لرزش ناشی از کارکرد تجهیزات و یا حتی عیوب ساختاری در فلز باشند.
راهکار مقابله با خوردگی تنشی:
- کاهش تنش‌های داخلی فلز با عملیات آنیلینگ
- طراحی و ساخت برج خنک کننده با در نظر گرفتن تنش‌های احتمالی
- استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگی تنشی
5. خوردگی میکروبیولوژیکی
این نوع خوردگی، در اثر فعالیت میکروارگانیسم‌هایی مانند باکتری‌ها و جلبک‌ها ایجاد می‌شود. این موجودات ذره‌بینی، با تشکیل لایه‌های زیستی (biofilm) روی سطوح فلزی، شرایط را برای خوردگی الکتروشیمیایی فراهم می‌کنند.
راهکار مقابله با خوردگی میکروبیولوژیکی:
- کنترل و ضدعفونی آب برج خنک کننده به طور منظم
- استفاده از مواد ضد میکروب و ضد جلبک
- تمیز کردن و جرمگیری سطوح داخلی برج خنک کننده
6. خوردگی اتمسفری
این نوع خوردگی، در اثر تماس فلز با رطوبت، اکسیژن و سایر آلاینده‌های موجود در هوا ایجاد می‌شود. برج‌های خنک کننده‌ای که در مناطق با رطوبت بالا و آلودگی هوا قرار دارند، بیشتر در معرض خطر خوردگی اتمسفری هستند.
راهکار مقابله با خوردگی اتمسفری:
- استفاده از پوشش‌های محافظ مانند رنگ، اپوکسی و پلیمر
- استفاده از آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی اتمسفری
- کنترل و تهویه مناسب هوای محیط اطراف برج خنک کننده
7. خوردگی فرسایشی
این نوع خوردگی، در اثر حرکت سریع و آشفته‌ی آب یا بخار روی سطوح فلزی ایجاد می‌شود. خوردگی فرسایشی می‌تواند به خوردگی حفره‌ای و سایشی شباهت داشته باشد.
راهکار مقابله با خوردگی فرسایشی:
- کنترل سرعت جریان آب و بخار در برج خنک کننده
- استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگی فرسایشی
- طراحی مناسب سطوح داخلی برج خنک کننده برای کاهش تلاطم
8. خوردگی ناشی از اسید
این نوع خوردگی، در اثر تماس فلز با اسیدهای موجود در آب یا هوا ایجاد می‌شود. اسیدهایی مانند اسید سولفوریک و اسید کلریدریک می‌توانند به شدت به فلزات آسیب برسانند.
راهکار مقابله با خوردگی ناشی از اسید:
- کنترل و خنثی سازی اسید موجود در آب برج خنک کننده
- استفاده از مواد مقاوم در برابر اسید
- استفاده از پوشش‌های محافظ مقاوم در برابر اسید
9. خوردگی برج خنک کننده ناشی از قلیا
این نوع خوردگی، در اثر تماس فلز با مواد قلیایی مانند هیدروکسید سدیم و هیدروکسید پتاسیم ایجاد می‌شود. مواد قلیایی نیز می‌توانند به فلزات آسیب برسانند، اما به طور کلی اثرات مخرب آنها کمتر از اسیدها است.
راهکار مقابله با خوردگی ناشی از قلیا:
- کنترل و تنظیم PH آب برج خنک کننده
- استفاده از مواد مقاوم در برابر قلیا
- استفاده از پوشش‌های محافظ مقاوم در برابر قلیا
10. خوردگی ناشی از گازها
این نوع خوردگی، در اثر تماس فلز با گازهای خورنده مانند دی اکسید کربن، دی اکسید گوگرد و آمونیاک ایجاد می‌شود.
راهکار مقابله با خوردگی ناشی از گازها:
- کنترل و حذف گازهای خورنده از محیط اطراف برج خنک کننده
- استفاده از مواد مقاوم در برابر گازهای خورنده
- استفاده از پوشش‌های محافظ مقاوم در برابر گازهای خورنده
عوامل موثر بر خوردگی در برج خنک کننده
شدت و نوع خوردگی در برج های خنک کننده تحت تاثیر عوامل مختلفی قرار دارد. برخی از مهمترین این عوامل عبارتند از:
1. جنس مواد
نوع متریال به کار رفته در ساختار برج خنک کننده تاثیر بسزایی بر میزان و نوع خوردگی دارد. به طور کلی، فولادهای معمولی در برابر خوردگی نسبت به فولادهای ضد زنگ یا آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی، آسیب پذیرتر هستند.
2. کیفیت آب
کیفیت آب در گردش درون برج خنک کننده نقش مهمی در خوردگی دارد. عواملی مانند اسیدیته (pH)، سختی آب، غلظت یون های کلرید و سولفات و وجود مواد آلاینده می توانند بر شدت خوردگی برج خنک کننده تاثیر بگذارند. به طور مثال، آب با pH پایین (اسیدی) یا حاوی غلظت بالای کلرید، خورندگی را تشدید می کند.
3. دما
افزایش دما می تواند سرعت واکنش های الکتروشیمیایی را افزایش دهد و در نتیجه، منجر به تشدید خوردگی شود.
4. سرعت جریان آب
سرعت جریان آب در برج خنک کننده نیز بر خوردگی تاثیر می گذارد. سرعت جریان پایین می تواند منجر به تجمع رسوبات یا راکد ماندن آب در مناطق خاص شود و خوردگی موضعی را افزایش دهد. از طرف دیگر، سرعت جریان بسیار بالا نیز می تواند منجر به خوردگی فرسایشی شود.
عواقب ناشی از خوردگی در برج خنک کننده
خوردگی در برج خنک کننده می تواند عواقب مختلفی به همراه داشته باشد که عبارتند از:
- کاهش راندمان: خوردگی می تواند منجر به رسوب و جرم گرفتگی در لوله ها و مبدل های حرارتی شود که به نوبه خود، راندمان تبادل حرارتی را کاهش می دهد.
- افزایش هزینه های تعمیر و نگهداری: خوردگی در برج خنک کننده می تواند منجر به خرابی قطعات و نیاز به تعویض آنها شود که هزینه های سنگینی را به دنبال دارد.
- کاهش عمر مفید: خوردگی می تواند عمر مفید برج خنک کننده را به طور قابل توجهی کاهش دهد.
- خطرات ایمنی: خوردگی می تواند منجر به نشت و سوراخ شدن لوله ها و مخازن شود که خطرات ایمنی را برای کارکنان و محیط زیست به همراه دارد.
راهکارهای پیشگیری و کنترل خوردگی
با به کارگیری روش های پیشگیرانه و کنترلی مناسب می توان از بروز خوردگی در برج خنک کننده جلوگیری کرد یا آن را به حداقل رساند. برخی از این روش ها عبارتند از:
- انتخاب مواد مناسب: استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگی مانند فولاد ضد زنگ یا آلیاژهای مقاوم در ساخت برج خنک کننده می تواند به طور قابل توجهی از خوردگی جلوگیری کند.
- کنترل کیفیت آب: تصفیه آب و کنترل pH، سختی، غلظت یون های خورنده و مواد آلاینده می تواند به طور موثری خوردگی را به حداقل برساند.
- استفاده از بازدارنده های خوردگی: بازدارنده های خوردگی موادی شیمیایی هستند که به آب اضافه می شوند و با ایجاد لایه محافظ روی سطح فلز، از خوردگی آن جلوگیری می کنند.
- بازرسی و نگهداری منظم: انجام بازرسی های دوره ای و تعمیرات به موقع می تواند از پیشرفت خوردگی و بروز مشکلات بزرگتر جلوگیری کند.
جمع بندی
خوردگی در برج خنک کننده یک پدیده مخرب و پرهزینه است. با شناخت انواع مختلف خوردگی، عوامل موثر بر آن و راهکارهای پیشگیرانه و کنترلی می توان از بروز این مشکل جلوگیری کرد و عمر مفید برج خنک کننده را افزایش داد.
سوالات متداول
1) چه نوع تجهیزاتی در برج خنک کننده بیشتر در معرض خوردگی هستند؟
مبدل های حرارتی، لوله ها، پمپ ها، فن ها و سایر قطعات فلزی که در معرض آب و هوا یا آب خنک کننده هستند، بیشتر در معرض خوردگی قرار دارند.
2) چه روش هایی برای تشخیص خوردگی در برج خنک کننده وجود دارد؟
بازرسی های بصری، تست های غیر مخرب، اندازه گیری ضخامت فلز و بررسی نمونه های برداشته شده از فلز، از جمله روش های تشخیص خوردگی در برج خنک کننده هستند.
3) چه برنامه ای برای کنترل خوردگی در برج خنک کننده باید اجرا شود؟
برنامه کنترل خوردگی باید شامل اقداماتی مانند تصفیه آب، استفاده از بازدارنده های خوردگی، بازرسی های دوره ای و تعمیرات به موقع باشد.
4) چه عواملی می توانند عمر مفید برج خنک کننده را کاهش دهند؟
خوردگی، رسوب، جرم گرفتگی، نقص های طراحی و ساخت، عدم تعمیر و نگهداری مناسب و شرایط محیطی نامناسب می توانند عمر مفید برج خنک کننده را کاهش دهند.
5) چه اقداماتی می توان برای افزایش عمر مفید برج خنک کننده انجام داد؟
استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگی، کنترل کیفیت آب، استفاده از بازدارنده های خوردگی، انجام بازرسی های دوره ای و تعمیرات به موقع، می تواند عمر مفید برج خنک کننده را افزایش دهد.
