مقدمه:

مدیریت صحیح شرایط آب خنک کننده جهت جلوگیری از خورندگی و کاهش رسوب گذاری ضروری است. اگرچه حضور لایه های رسوبی معمولا مانع خوردگی می­گردد اما رسوب گذاری بیش از حد نیز مانع انتقال حرارت و عملکرد خنک کاری می گردد. اندازه گیری دقیق دو پارامتر که نشانگر امکان رسوب گذاری و خورندگی محیط است برای حفظ شرایط تعادل بین دو عامل ضروری است. کمپانی HACH با ارایه تیتراتور Titralab AT1000 و دستگاه HQD بهترین گزینه ها جهت اندازه گیری دقیق و قابل اعتماد این عوامل را ارایه داده است.

پیشینه:

عملکرد صحیح برج خنک کننده منوط به انتقال حرارت مناسب است که این امر با تشکیل کوچک ترین ذرات ریز رسوب به شدت تحت تاثیر قرار می گیرد. از طرف دیگر رسوب گذاری شدید منجر به انسداد جریان و گاهی از کارافتادن تجهیز می گردد. بنابراین پایش امکان رسوب گذاری در آب خنک کننده حیاتی است.

رسوب به طور کلی به ته نشست ذرات تشکیل شده بر سطح داخلی لوله ها و تجهیزات مرتبط با آب خنک کننده گفته می شود که شامل نشست جامدات و ته نشست نمک ها می باشد. مرسوم ترین رسوب ها شامل نمک فلزات قلیایی خاکی و به طور ویژه نمک های کلسیم همچون کلسیم کربنات CaCO3 است. کلسیم کربنات به علت دارا بودن حلالیت بسیار پایین، نقطه اشباع این نمک به عنوان شاخصی از پتانسیل تشکیل رسوب در آب خنک کننده در نظر گرفته می شود.

عوامل مختلفی همچون pH، سختی، قلیاییت، دما و کل ذرات جامد محلول (TDS) بر روی پیشرفت فرایند ترسیب تاثیر گذار می باشند. ترسیب تا زمانی که غلظت به مرز اشباع نمک نرسد اتفاق نمی افتد اما شرایط محیطی همچون تبخیر و هدر رفت آب منجر به افزایش غلظت نمک ها و پیشرفت رسوب گذاری می شود. چرخه­ی تغلیظ آب در برج خنک کننده باعث افزایش پتانسیل رسوب گذاری می گردد.

پتانسیل رسوب گذاری غالباً توسط یک شاخص تخمین زده می شود. از رایج ترین شاخص ها می توان به دو شاخص اشباع لانژلیه[1] (LSI) و شاخص پایداری رایزنر[2](RSI) اشاره کرد. این شاخص ها بر اساس شرایط ترسیب کلسیم کربنات وضعیت آب مانند تمایل به رسوب گذاری، خورندگی و یا تعادل را پیش بینی می کنند.

شاخص LSI به صورت زیر تعریف می شود:

 𝑳𝑺𝑰=𝒑𝑯−𝒑𝑯𝒔 

که در آن pH : pH واقعی آب و pHS : pH نقطه اشباع کلسیم کربنات می باشد.

شاخص RSI نیز بر مبنای LSI و به صورت زیر ارایه می گردد:

𝑹𝑺𝑰=𝟐(𝒑𝑯𝒔)−𝒑𝑯

هر دو شاخص بر اساس اندازه گیری pH و pHs محاسبه می شوند.

با افزایش pH، حلالیت کلسیم کربنات کاهش می یابد. با بیشتر شدن pH از pHs شرایط به سمت ترسیب پیش می رود. این شرایط در LSI مثبت و 6˂ RSI اتفاق می افتد. در هنگام کمتر بودن pH از pHs شرایط به سوی خورندگی متمایل می شود که این شرایط در LSI منفی و 6 ˃ RSI تامین می شود. LSI برابر صفر و RSI برابر 6به معنای شرایط تعادل است. درصد رسوب گذاری توسط هیچکدام از شاخص ها قابل اندازه گیری نیست و صرفاً پتانسیل ترسیب و خورندگی را مشخص می نماید.

  در این رابطه  پارمتر pH به راحتی و توسط تجهیزات آزمایشگاهی معمول قابل اندازه گیری است و بخش پیچیده رابطه مربوط به محاسبه pHs می باشد. pHs بر اساس اندازه گیری سختی کلسیم، قلیاییت، دما و TDS توسط رابطه زیر محاسبه می گردد.

اندازه گیری LSI:

محاسبه شاخص LSI نیازمند اندازه گیری پنج پارامتر مجزا شامل pH، سختی کلسیم، قلیاییت، دما و TDS می باشد. برخی از دستگاه ها جهت اندازه گیری جداگانه این پارامترها وجود دارند اما تمامی پنج پارارمتر توسط دو دستگاه تیتراتور

AT1000 و HQD از کمپانی HACH به سادگی قابل اندازه گیری می باشند. دستگاه AT1000 به صورت خودکار شاخص LSI را بر مبنای پارامترهای اندازه گیری شده محاسبه می نماید.



اندازه گیری LSI شامل اندازه گیری های زیر می باشد:

  1. اندازه گیری هدایت آب توسط دستگاه HQD و پراب CD401 . TDS بر مبنای هدایت نمونه اندازه گیری می شود.

نکته: جهت سادگی کار و عدم نیاز به جابجایی نمونه می توان هدایت الکتریکی را در همان بشر دستگاه AT1000 انجام داد و پراب CD401 را به گیره نگه داری پراب متصل نمود.

  1. برنامه LSI را انتخاب نمایید.
  2. آنالیز شروع می شود. مقدار هدایت الکتریکی را وارد نمایید و چهار پارامتر باقی مانده به صورت خودکار پیش می رود. 
  3. pH بر اساس ISO10523: 2008 پس از 15 ثانیه هم زدن اتفاق می افتد.
  4. قلیاییت کل با تیتراسیون توسط HCl 0.02 M در pH برابر 5/4  صورت می پذیرد و دما به صورت هم زمان اندازه گیری می شود.
  5. سختی کلسیمی به کمک تیتراسیون با Na2EDTA  و الکترود یون گزین اندازه گیری می شود.
  6. شاخص LSI محاسبه شده بر روی صفحه نمایش نشان داده می شود. مقادیر اندازه گیری شده در حافظه دستگاه ذخیره می گردد.

محاسبه شاخص RSI:

دستگاه AT1000 به صورت خودکار شاخص RSI را اندازه گیری نمی کند اما این شاخص به سادگی و بر اساس رابطه زیر قابل محاسبه است:

  1. محاسبه pHs با استفاده از دو پارامتر pH و LSI.

pHs=pH−LSI 

    2.محاسبه RSI

RSI=2(pHs)−pH

تجهیزات مورد نیاز:

  • تیتراتور پتانسیومتریک AT1000، دو عدد بورت، دو عدد پمپ- PN AT1222.97
  • ست اندازه گیری pH، قلیاییت و سختی - PN AP0005.AT1222
  • دستگاه HQD - HQ14D, HQ440D یا HQ430D PN
  • پراب اندازه گیری هدایت- PN CDC401
  • آداپتور مخروطی( تجهیز جانبی): PN LZE122