سختی گیری آب در موتورخانه ها

سختی گیری آب در موتورخانه ها

سختی گیری آب

به مواد محلول در آب از جمله منیزیم، کلسیم، آهن و … سختی می‌گویند. آب سخت در سیستم های تأسیساتی باعث ایجاد رسوب در بویلرها، مبدل حرارتی، لوله و … می شود.

برای کاهش سختی آب و از بین بردن آن می توان از سختی گیرهای رزینی استفاده کرد. آب شهر، که حاوی یون های کلسیم و منیزیم بوده درون بویلر گرم شده و مورد استفاده قرار می گیرد.

اگر آب را از یون های موجود پاک نکنیم باعث ایجاد رسوب در بویلر شده و در نتیجه انتقال حرارت را به شدت کاهش می‌دهد. با سختی گیر رزینی این سختی را پیش از ورود به بویلر از بین می‌برند. در بویلرهای بخار آب وارد شده به بخار تبدیل می‌شود و مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

درصدی از این آب کندانس شده و در سیکل بسته مجدداً به بویلر بازگردانده می شود و بقیه آن با آب ورودی جایگزین می‌شود.

بویلرهای آب گرم که معمولاً در یک سیکل کاملاً بسته کار می‌کنند و آب همیشه در گردش است، تنها میزانی از آب هدر رفته از اتصالات، درزها و .. باید جبران شود که به آن آب جبرانی گفته می‌شود و یا در زمان راه انداز سیستم، باید آبگیری شود.

در هر دو حالت نیاز است تا سختی آب ورودی به بویلر نزدیک به صفر باشد تا از ایجاد رسوب جلوگیری شود.

سختی گیرهای رزینی، یا سختی گیرهای تبادل یونی، رایج ترین انواع سختی گیر در بازار هستند. تنها راه حل برای نرم کردن آب سخت، پاک کردن مواد معدنی از جمله کلسیم و منیزیم از آب می‌باشد. تنها سختی گیرهای تبادل یونی و برخی روش های فیلترینگ دیگر این را انجام می‌دهند.

این سختی گیرها به صورت اتوماتیک، نیمه اتوماتیک و دستی در بازار موجود می‌باشند که رایج ترین آنها سختی گیرهای نیمه اتوماتیک بوده، سختی گیرهای رزینی در برخی مصارف به صورت دوبلکس خریداری شده تا در زمان احیا و بک واش سیستم یکی از آنها به عنوان عمل کند.

 

نحوه تشکیل سختی آب

مکانیزم ایجاد سختی آب بدین صورت است که بخار آب در جو چگالیده شده، دی اکسید کربن هوا را در خود حل می کند و تشکیل اسید ضعیفی به نام اسید کربنیک می دهد، این اسید همراه با قطرات باران به زمین می بارد.

از خاک های سطحی عبور کرده و به بسترهای سنگی زیر زمین که معمولا سنگ آهک می باشند می رسد، سنگ آهک مخلوطی از کربنات کلسیم و منیزیم می باشد. اسید ضعیف، آهک را در خود حل می کند و موجبات سختی آب را فراهم می آورد.

منیزیم و کلسیم به عنوان عناصر دو قلوی سختی آب در جهان شهرت دارند.

گر چه سختی آب ناشی از یون های کلسیم، منیزیم، باریم، هیدروکربنات، سولفات و نیترات ها آهن منگنز می باشد ولی چون غیر از ترکیبات کلسیم و منیزیم سایر ترکیبات قابل صرف نظرکردن هستند (به دلیل غلظت بسیار کم آنها ) بنابراین اصطلاحا به مجموع کاتیون های کلسیم و منیزیم سختی آب می گویند.

معمولا سختی آب به دو قسمت تقسیم می شوند:

– سختی موقت

– سختی دائم

 

سختی موقت چیست؟

به صورت ساده منظور از سختی موقت، سختی می باشد که در اثر حرارت دادن به آب املاح بی کربنات کلسیم و منیزیم از حالت محلول خارج شده و به صورت غیر محلول در آیند.

 

سختی دائم چیست؟

منظور از سختی دائم، سختی می باشد که با حرارت دادن به آب املاح موجود در آب از حالت محلول خارج نشوند. هنگامی که آب های سخت حرارت داده می شوند تشکیل رسوب خیلی سریع تر انجام می گیرد که مشکلات زیادی را در بویلرهای بخار و مبدل های حرارتی به وجود می آورند

به طوری که یک لایه رسوب به قطر یک میلیمتر بر روی سطوح گرم کننده یک آب گرم کن بصورت عایق حرارتی عمل کرده و در نتیجه تقریباً %۱۰ افزایش هزینه به وجود خواهد آمد.

تشکیل رسوب در جدارها و دیوارها باعث آسیب های فراوانی به تأسیسات حرارتی و برودتی می شود که مهم ترین آنها کاهش بازدهی مبدل ها و در نتیجه افزایش انرژی راهبری است.

در تبدیل سختی آب به رسوب و تشکیل آن در سیستم‌ها، سه پارامتر مهم نقش اساسی را ایفا می‌کنند. این عوامل عبارتند از:

دما

افزایش دمای آب باعث کاهش حلالیت فلزات در آب شده و سبب افزایش رسوب گذاری می گردد.

قلیاییت

با کاهش اسیدیته و افزایش قلیاییت آب، حلالیت آن نیز کمتر شده که نتیجه آن افزایش رسوب خواهد بود.

فشار

کاهش فشار آب، کاهش حلالیت را در پی خواهد داشت که ماحصل آن مانند موارد قبلی،باعث افزایش میزان رسوب گذاری خواهد شد.

تا بدین مرحله سختی آب را شناختیم حال نوبت به آن رسیده تا با آن مبارزه کنیم در این بین با توجه به شرایط و آنالیز شیمیایی آب باید معقول ترین حالت را انتخاب کنیم.

 

روش‌های مهار املاح و رسوب آب

برای برطرف کردن آثار آب سخت، روش های گوناگونی وجود دارد که مهم ترین آن ها روش های زیر است:

روش های بسیار متنوعی برای مهار کردن املاح آب وجود دارد که برای بررسی هر کدام از حالت ها باید نمونه ای از آب گرفته شود تا باتوجه به آنالیز شیمیایی آن و تحلیل شرایط محیطی و اقتصادی مناسب ترین روش را انتخاب کرد.

در تاسیسات برودتی و حرارتی به شرطی که TDS آب مورد نمونه برداری کمتر از ۷۰۰ppm باشد مناسب ترین روش برای مهار کردن املاح آب استفاده از روش سختی گیری رزینی می باشد

زیرا که سختی گیرهای رزینی بدلیل انجام تبادل یونی و حذف املاح و سختی محلول در آب از نظر عملکرد نسبت به رسوب زداهای مغناطیسی، که املاح را صرفاً در آب معلق نگه می دارند مطمئن ترند، ولی از طرف دیگر سختی گیرهای رزینی نیازمند عملیات دائمی و منظم بک واش و احیا می باشند.

 

اساس کار سختی گیر رزینی

اساس کار دستگاه های سختی گیری نوع رزینی استفاده از فرایند تبادل یونی توسط رزین های کاتیونی می باشد. خواص رزین ها این است که وقتی در حضور آب سخت قرار می گیرند، یون سدیم آنها با یون های رسوب گذار از قبیل کلسیم و منیزیم موجود در آب جا به جا می شوند.

به این ترتیب با حذف املاح کلسیم و منیزیم کاملا محلول بوده و تمایلی به رسوب گذاری ندارد. مبادله یون ها تا زمانی ادامه می یابد که همه سدیم رزین ها با کلسیم و منیزیم آب تعویض شوند، پس از این زمان ، به تدریج بازده فرایند سختی گیری کاهش می یابد و رزین ها می بایست دوباره بازیابی و احیاء شوند.

احیاء مجدد این نوع رزین ها با عبور محلول غلیظ کلرید سدیم (نمک طعام) از بستر رزین انجام می پذیرد. معمولا جهت احیاء رزین از آب و نمک با غلظت ۱۰ % باید استفاده کرد.

غلظت های کمتر و یا بیشتر از ۱۰ % نمک، اثر کمتری دارند و خلوص نمک عامل بسیار مهمی در احیاء مناسب رزین کاتیونی سختی گیر می باشد.

اگر از سنک نمک و نمک معمولی استفاده گردد، به سبب ناخالصی در نمک عمر رزین بسیار کاهش می یابد.

 

نکات راهبردی و تعمیر نگهداری سختی گیر

استفاده از آب چاه یا آب ورودی به کارخانه برای تهیه آب نمک اشتباهی است که بعضا در موتورخانه ها دیده می شود، ناخالصی آب مورد استفاده برای تولید آب نمک احیاء رزین دوباره به رزین انتقال می یابد و احیا ء مناسب صورت نمی گیرد و عمر مفید رزین که بالای ۵ سال می باشد کم می شود.

توصیه می گردد برای بار اول احیاء از آب مقطر استفاده گردد و برای دفعات بعد از آب سبک شده توسط سختی گیرتان که در ظروف نگهداری برای احیاء ذخیره نموده اید استفاده نمایید که باعث عدم احیاء مناسب رزین به علت داشتن املاح در خود می گردد و عمر رزین را کاهش می دهد.

یکی دیگر از مشکلات عدم بهره برداری درست از سختی گیر رزینی متاسفانه به دلیل وجود رزین های نامرغوب چینی در بازار کشور که با برندهای معروف و به صورت غیر اصل ارائه می گردد باعث شده است مشکلات و هزینه زیادی به صنایع گوناگون وارد گردد.

عمر کوتاه یکساله و کمتر و عدم سختی گیری مناسب و هزینه تعوض زود هنگام و معطل بودن کارخانه جهت تعویض رزین از مشکلات رزین های چینی می باشد که متاسفانه حتی با برندهای پرولایت انگلیس و یا داو امریکا بطور قلابی بفروش می رسند.

نکته مهم تر آنکه درحین بهره برداری از دستگاه سختی می بایست اطمینان حاصل کنید که فشار نسبی داخل مخزن بین (۱.۷-۲.۵ bar) باشد.

 

فشار داخل مخزن

اگر فشار داخل مخزن کمتر از (۱.۷) باشد، در آب بندی شیر سولو ولو و مکش آب نمک اختلال ایجاد خواهد شد. همچنین در فشار های بالا ممکن است قطعات شیر سولوولو صدمه ببیند. در هر حال بهره برداری از شیر سولو ولو در فشارهای بالاتر از (۲.۵) به هیچ وجه توصیه نمی گردد.

در ساختمان های بلند مرتبه که برج ها و منابع انبساط باز بر روی بام قرار دارند برای تامین آب آب جبرانی آنها ، هیچ گاه فشار آب ورودی به سختی گیر را از رنج داده شده بالاتر نبرید،

برای تامین آب جبرانی تجهیزات در بام بهتر است بعد از سختی گیر از یک منبع ماند و یک پمپ برای تامین آب تجهیزات استفاده کنید.

هنگامی که فشار آب ورودی به سختی گیر زیاد می شود علاوه بر انکه شیر مورد نظر را متسهلک می کند، باعث می شود رزین های داخل سختی گیر را به بیرون از سختی گیر منتقل کند و بعد از مدتی شاهد آن خواهید بود با تعمیر و نگهداری مکرر هیچ گاه آب خروجی از سختی گیر عدد مورد نظر شما نخواهد شد.

انتخاب سختی گیر مناسب برای بویلر

سختی گیرهای تبادل یونی بر اساس جایگزینی یون های سخت منفی در آب سخت با اتم های سدیم مثبت، که در رزین موجود در سختی گیر، موجود هستند، کار می کند.

این رزین ها بایستی به طور متناوب احیاء و بک واش (back wash) گردد تا از رسوب مواد معدنی سخت در آنها جلوگیری گردد. احیاء سختی گیر با عبور دادن آب نمک، از رزین طی مدت زمان معینی صورت می گیرد.

 

پارامترهای مهم در انتخاب یک سختی گیر مناسب

  • سختی آب ورودی بر حسب ppm
  • دبی آب ورودی به سختی گیر
  • نوع و ظرفیت رزین
  • سیکل احیاء و شستشو

باید در نظر داشت حجم رزین، ابعاد سختی گیر مانند قطر و ارتفاع و جنس بدنه از مشخصات اصلی سختی گیر می‌باشد.

سازندگان معمولاً مشخصات کلی شامل دبی آب سرویس، دبی احیاء و دبی شستشو سریع را ارائه می دهند که براساس آن ها می‌توان حجم رزین را محاسبه نمود.

 

نحوه رفع سختی آب

آب سخت آبی است که حاوی نمک های معدنی از قبیل ترکیبات کربنات های هیدروژنی، کلسیم و منیزیم و … است. سختی آب بر دو نوع است. دائمی و موقت

تغییرات سختی آب بر حسب آنکه در موقع نفوذ در زمین از قشرهای آهکی و منیزیمی و گچی گذشته و یا نگذشته باشد، کم یا زیاد می شود.

آب های نواحی آهکی، سختی زیادتری تا آب های نواحی گرانیتی و یا شنی دارند. سختی آب در عرض سال هم ممکن است تغییر نماید. معمولا سختی آب ها در فصل بارانی کم و در فصل خشکی زیاد می‌شود.

 

احیاء سختی گیر

 

مضرات آب سخت

آب سخت برای مصرف در کارخانجات مناسب نیست. از مضرات آن ایجاد قشر آهکی بر روی جداره دیگ و خوردگی آن می باشد. سختی آب، عامل تشکیل رسوب در دیگ های بخار، مبدل های حرارتی، برج های خنک کننده و سیستم های سرد کننده می باشد.

اگر آب سخت برای شستشو به کار رود، صابون هدر می رود، در صنایع نساجی و رنگرزی کیفیت افت می کند. انحلال سود سوز آور در آب، منیزیم را به صورت هیدروکسید منیزیم رسوب می دهد.

سختی بیش از حد باعث سوء هاضمه و بروز بیماری های کلیوی می شود. به منظور سختی زدایی آب، تعداد زیادی مواد شیمیایی موجود است، که دارای کربنات سدیم هستند این مواد را قبل از ورود آب، به دیگ ها اضافه می کنند که باعث گرفتن سختی آب می شود و یا در دیگ بر اثر افزودن این مواد، آهک و گچ را رسوب می دهند (باعث شناور شدن رسوب در آب دیگ می شود) و دیگر این رسوب، محکم به جدار دیگ نمی چسبد به طوری که می توان آن را به آسانی پاک نمود.

البته به یاد داشته باشید جهت خروج این رسوبات معلق شده در دیگ باید طبق یک برنامه زمان بندی شده و منظم اقداماتی از جمله زیر آب زدن به صورت مداوم تکرار شود.

 

سختی زدایی آب

برای برطرف کردن سختی موقت آب، با جوشاندن آن کربنات های هیدروژن محلول به کلسیم نامحلول تبدیل شده و تشکیل رسوب می‌دهند.

این رسوب در مناطق دارای آب سخت، درون دیگ ها دیده می‌شود. سختی دایمی آب را می توان با کمک نرم کننده های تبادل کننده یون، مانند پرموتیت برطرف کرد.

آبی که در طبیعت وجود دارد تقریباً همیشه ناخالص می باشد. زیرا اغلب دارای گچ، آهک، نمک طعام، ترکیبات منیزیم، آهن، اکسیژن، و ازت، انیدرید کربنیک، ترکیبات آلی و غیره است، مقدار این ناخالصی ها در آب های مناطق مختلف متفاوت است.

یکی از اجسام گیرنده سختی آب، تری ناتریم فسفات Na۳PO می باشد که با اسم آلبرت تری بکار می رود. یون کلسیم موجود در آب بر اثر ناتریم فسفات تبدیل به تری کلسیم فسفات PO۴۲Ca۳ می گردد و رسوب می نماید.

بر اثر ریختن بی کربنات کلسیم، آب تبدیل به کربنات می شود و رسوب می نماید (Ca۳H2CaCO۳Ca+Co۲+H۲O)) و بی کربنات کلسیم آب، بر اثر کربنات سدیم، گچ و بی کربنات کلسیم، به کربنات کلسیم تبدیل می شود و رسوب می گردد:

Ca۳H۲Ca+Co۳Na۲CO۳Ca+2CO۳HNa

SO۴Ca+Co۳Na۲CO۳ca+So۴Na۲

 

سختی آب

اخیراً به مقدار زیاد از رزین ها که قادرند تعویض یون کنند، برای رفع سختی آب استفاده می کنند. رزین لواتیت در آلمان و امبرلیت و دووکس در آمریکا استعمال می گردد.

درجه سختی آب را از روی مقدار کلسیم و منیزیم موجود در آن تعیین می کنند. در آلمان اگر آبی ده میلی گرم CaO در یک لیتر داشته باشد می گویند درجه سختی آب یک است.

در فرانسه اگر آبی در یک لیتر ده میلی گرم کربنات کلسیم با همسنگ آن کربنات منیزیم داشته باشد می گویند که یک درجه سختی دارد.

برای تعیین سریع سختی آب، کارخانه شیمیایی واقع در آلمان قرص هایی ساخته است. در یک لوله آزمایش مخصوص و مدرج، آب مورد آزمایش را تا خط نشان لوله پر می نمایند، و به وسیله معرفی که همراه بسته قرص هاست رنگ این آب را قرمز می کنند و آن گاه آنقدر از این قرص ها در آن می اندازند تا رنگ آب سبز گردد.

شماره قرص های ریخته شده در لوله آزمایش برابر درجه سختی آب می باشد. دقت این روش تا نیم درجه است در ایران معمولاً از کیت های خاصی استفاده می شود.

 

سختی گیری برای جداکردن دو عنصر کلسیم و منیزیم بکار می‌رود. اگر این دو عنصر از آب جدا نشوند، همان اتفاقی در دیگ بخار می افتد که در کتری رخ می دهد.

در واقع رسوبات، سطح بین لوله های آتش خوار با آب را کاهش می دهد و انرژی بیشتری برای تولید میزان معینی فشار مصرف می شود، همچنین پاکسازی این لوله ها علاوه بر هزینه بر بودن خط تولید را نیز متوقف می کند.

این بخش از دو مخزن تشکیل می‌شود:

مخزن اول شامل بافت رزین سه بعدی بوده که با منیزیم ترکیب شده RMg بوجود می آورد و در نتیجه سختی آب از بین می رود ولی نمی‌توان آن را به فاضلاب هدایت کرد، چون رزین از دست خواهد رفت.

سپس مخزن دوم به عنوان مخزن احیاء استفاده می‌شود. در این مخزن آب نمک وجود دارد. واکنش هایی به صورت زیر انجام می‌شود. (واکنش زیر با ترکیب رزین و منیزیم انجام می‌گیرد).

MgSo4+R—RMg+So4

NaCl+RMg+So4—RNa+MgCl2

اکنون آب وارد مخزن نمک شده و RNa مجدداً با سولفات منیزیم ترکیب شده و تولید RMg می‎نماید که با انجام چرخه ایی این واکنش ها، رزین مجدداً احیا شده و از چرخه احیاء خارج می شود.

اکنون سختی آب گرفته شده، ولی برای وارد شدن به داخل دیگ باز مشکلاتی وجود دارد. لازم به ذکر است همان گونه که بیان شد، دستگاه سختی گیر تنها قادر به جداسازی دو عنصر مضر کلسیم و منیزیم است.

جهت جداسازی دیگر عنصرها از آب دیگ بخار و تأسیسات، تدابیر دیگری در نظر گرفت.

لازم به یادآوری می‌‎باشد، در زمان تولید در کارخانه و کارکرد مداوم دیگ بخار، ممکن است بیش از ظرفیت سختی گیر آب مصرفی از آنها عبور کند، که مسلماً تمامی املاح کلسیم و فسفر به قطع فیلتر و جداسازی نمی‌شود.

در این صورت تدبیر ثمربخش موادی است که املاح منیزیم و کلسیمی که فیلتر نمی‌شوند را در آب جوش به هنگام کار دائم دیگ بخار به صورت غیر قابل رسوب در می آورد و منابع چسبیدن آنها به سطح فلز مخزن آب، روی لوله ها و کوره می‌شود.

که با قیمت بسیار ارزانی در دسترس می‌باشند و با اضافه نمودن آنها به آب مصرفی دیگ بخار و درین های (زیر آب زنی) مرتب طبق آزمایش های لازم آب ورودی دیگ، این املاح معلق و نچسب به هرز آب استفاده می شود.

شهرهای با آب سخت

اکثر شهرهای ایران و البته شهرهای قم، زاهدان، دلیجان، ساوه، سمنان و … از شهرهایی هستند که آب آنها از سختی بالایی برخوردار است.

بدیهی است که رفع سختی آب از وظایف بسیار مهم اپراتور در طول نگهداری روزانه و شیفت کاری است و به جهت جلوگیری از صدمات مخرب و گاهی غیر قابل جبران و مصیبت بار بعدی که در مدت کوتاهی به سیستم تأسیسات وارد می گردد تدبیر لازم با هزینه ای بسیار اندک در قبال تأسیساتی حرارتی که به قطع قسمتی حیاتی برای تولید مداوم و مستمر است، اتخاذ گردد.

اما لازم است که سختی آب در تمامی کارخانجات سراسر کشور به صورت دوره ای و تحت نظارت متخصصان این بخش کنترل گردد تا از بروز هزینه های هنگفت در آینده ای بسیار نزدیک جلوگیری شود.

 

دستگاه سختی گیر

برای سختی زدایی معمولاً از دستگاه های سختی گیر استفاده می‌شود.

دستگاه شامل یک استوانه فلزی است که در داخل آن مواد موثر در سختی زدایی (رزین های تبادل یونی) قرار گرفته است.

رزین های مزبور، کلسیم و منیزیم را با سدیم تعویض کرده و آب سخت را به آب نرم تبدیل می کند.

رزین های دستگاه سختی گیر پس از مدت زمان معین اشباع می‌شوند و کارایی خود را از دست می‌دهند.

اگر رزین با محلول کلر و سدیم ۱۰% شستشو شود، خاصیت سختی گیری خود را باز می‌یابد.

غلظت های کمتر و یا بیشتر نمک اثر کمتری دارند و استفاده از آب های گل آلوده و مواد معلق و همچنین آب هایی که دارای املاح، منگنز، مس و دیگر فلزات سنگین می‌باشند، رزین ها را فرسوده و آبدهی دستگاه سختی گیر را کم می‌کنند، توصیه می‌شود قبل از دستگاه سختی گیر، مواد معلق آب، توسط یک فیلتر شکن جدا شوند و برای کاهش املاح فلزات سنگین تدابیر لازم گرفته شود.

 

 

کاربرد سختی گیر آب

  1. کاهش سختی آب های آشامیدنی که طبق استاندارد WHO مقدار سختی را در آب های مصرفی برحسب Caco3، معادل ۲۵۰ میلی گرم پیشنهاد شده است.
  2. سختی گیری آب دیگ بخار
  3. حذف یا کاهش سختی آب در سیستم گرمایش و سرمایش
  4. حذف یا کاهش سختی آب در صنایع نساجی و رنگرزی و …

 

 

روش احیاء سختی گیر یا شیر چند راهه

  1. اهرم (دسته) شی را به مدت ۲۰-۱۰ دقیقه روی شماره ۱ بگذارید تا عمل شستشو معکوس انجام شود، بدین ترتیب مواد معلق از بستر رزین زدوده می‌شوند و فشردگی بستر کاهش می‌یابد.
  2. شیر منبع نمک را باز کنید، سپس اهرم را به مدت ۲۵ الی ۴۵ دقیقه در موقعیت شماره ۲ قرار دهید. تا رزین دستگاه سختی گیر با محلول نمک شستشو شود.
  3. شیر منبع نمک را ببندید، اهرم را در موقعیت ۲ نگهدارید تا رزین با آب تمیز شستشو شود.
  4. جهت بهره برداری از دستگاه تصفیه، اهرم شیر را به موقعیت ۳ منتقل نمایید.
  5. منبع آب نمک را برای احیاء دوره بعد آماده نمایید برای این منظور، کمبود نمک آن را جبران و مخزن را از آب سختی گرفته شده پر کنید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *