رسوب زدایی

با امواج رادیویی بدون استفاده از مواد شیمیایی

نازل اسپری
یکی از پرکاربردترین تجهیزات در صنایع مختلف، نازل اسپری ها هستند، که یک سیال را بصورت قطرات با ابعاد مختلف و الگوی خاصی بر روی سطوح می‌پاشد. سیال پر کاربرد در صنایع مختلف "آب" است که برای خنک کاری، ایجاد رطوبت، حذف گرد و غبار، شستشوی سطوح و ... مورد استفاده قرار می‌گیرد. سیال پر فشار از مجرای باریک نازل اسپری عبور می‌کند و پس از خروج از آن با کاهش شدید فشار مواجه می‌شود. کاهش فشار، رسوبگذاری را افزایش می‌دهد و به همین دلیل ابتدا در مجرای خروجی نازلها رسوب تشکیل شده و با افزایش رسوب، سرعت خروجی کاهش و به مرور زمان کل مجرا نیز مسدود می‌شود. به دلیل تعدد نازل اسپری ها، عموماً سرویس و نگهداری و تمیز کردن آنها دشوار و دارای هزینه راهبری است. از سوی دیگر رسوب و سختی آب موجب استهلاک نازلها و از بین رفتن آنها می‌گردد. از همین رو آلیاژهای مقاوم نظیر کاربید تنگستن و استینلس استیل مورد استفاده قرار می‌گیرند که بسیار گران قیمت هستند. نازل اسپری‌ها در صنایع مختلفی نظیر صنعت آهن و فولاد سازی و گندوله سازی آهن، صنایع کشاورزی و صنایع غذایی، صنایع سیمان، برجهای خنک کن تجاری و صنعتی، صنایع کاغذ، ایرواشرها و ...  کاربرد دارند. تکنولوژی رسوبزدایی هیدروفلو، یکی از ساده ترین روشهای محافظت نازل اسپری ها در مقابل رسوب و خوردگی است. کریستال‌های ایجاد شده توسط رسوب زدای هیدروفلو بسیار ریز بوده و در محدوده 10 الی 50 میکرون هستند که عملاً در هیچ نازلی ایجاد گرفتگی نمی‌نمایند. این کریستالها قادر هستند رسوبات قدیمی را نیز باز کرده و پس از طی زمان رسوب گیری به هیچ عنوان، نازلها دچار گرفتگی نخواهند شد. 

نازل اسپری خط 1 و 2 سیمان شاهرود
کارخانه سیمان شاهرود دارای 2 خط تولید با ظرفیت 6500 تن سیمان در روز در منطقه پهن دره شاهرود واقع شده است. آب کارخانه از طریق یک چاه عمیق و یک رشته قنات تامین می‌گردد.
در سال 1388 از کارخانه بازدید شد، علی رغم‌اینکه سختی آب کارخانه نسبت به سایر کارخانجات سیمان زیاد بالا نبود (حدود 600 میلی گرم در لیتر) اما مشکل رسوات در نازل اسپری‌ها سیار جدی بود.
هر روز نازل‌ها بازدید و نازل‌های رسوب گرفته تمیز و تعویض می‌شدند. سیستم بوستر پمپ برجهای خنک کن GCT شامل 2 پمپ طبقاتی بود که در خروجی پمپ‌ها یک فیلتر دوقلو کارتریجی آلمانی نصب شده بود.
کارتریجها 100 میکرونی املاح معلق آب را گرفته تا نازل‌ها دچار گرفتگی نشوند. اما آنچه در عمل اتفاق می‌افتد گرفتگی روزانه نازل‌ها و تمیز کاری روزانه بود.

 

رسوبزدای هیدروفلو و نازل اسپری

فیلترهای کارتریجی نیز کمتر از یک ماه در اثر رسوب مسدود شده به نحوی که عملکرد آبرسانی و پمپ‌ها مختل می‌شود و حتی کارتریج‌های آن دفرم شده و تغییر حالت می‌دادند.

 

رسوبزدای هیدروفلو و نازل اسپری


تصویر ذیل وضعیت فیلتر کارتریج را در زمان نصب نشان می‌دهد با توجه به هزینه نسبتاً بالای فیلترها برای واحد تاسیسات کارخانه افزایش زمان رسوب گذاری از 1 ماه به 2 ماه نیز قابل قبول بود.

در دی ماه 1388 دستگاه رسوبزدایی هیدروفلو مدل C120 بر روی عایق و کلادینگ لوله "3 نازل اسپری‌ها نصب گردید. با توجه به سرمای شدید در زمستان تمامی لوله‌های آب کارخانه یخ می‌زنند بنابراین تعمیرات عایق کاری برای تمام لوله‌ها در نظر گرفته می‌شود. رسوب زدای هیدروفلو روی عایق نیز عملکرد ارسال سیگنال خود را حفظ نموده و در کارخانه سیمان شاهرود نیز بدون بریدن و خراب کردن کلادینگ، سختی گیر هیدروفلو مستقیماً به روی کلادینگ نصب گردید. فاصله‌ی محل نصب تا رینگ نازل اسپری ها حدود 30 متر است.
2 هفته بعد از نصب دستگاه، بازشدن وکنده شدن تکه‌های ریز رسوب در صافی‌ها توسط واحد تاسیسات گزارش شد. رسوبات خطوط و نازل اسپری‌ها در کمتر از 1 ماه باز شد، فیلتر کارتریجی بدون گرفتگی بعد از 1 ماه نیازی به تعویض نداشت. نکته قابل توجه این بود که نازل‌ها با رسوب زدای هیدروفلو گرفتگی ناشی از رسوب نداشتند.

نصب رسوبزدای الکترونیکی هیدروفلو در کارخانه سیمان ملارد
کارخانه سیمان لامرد که در مرز بین استان فارس و بوشهر قرار دارد روزانه 4000تن سیمان تولید می‌نماید که این کارخانه را به بزرگترین تولید کننده سیمان در استان فارس تبدیل کرده است.  بهره برداری از کارخانه سیمان لامرد شهریور ماه 1391 انجام شده است. 

 

 

در طراحی سیستم تصفیه آب کارخانه یک دستگاه آب شیرین کن اسمزمعکوس R. O با ظرفیت تولید 1300 متر مکعب آب شیرین در شبانه روز در نظر گرفته شده است که مصارف آب صنعتی نظیر مدار خنک کاری یاتاقانها، مدل‌های هیدرولیک و همچنین بخش اسپری آب را تحت پوشش قرار  می‌دهد.  TDS آب ورودی کارخانه 3800 الی 6800 میلی گرم در لیتر در فصول مختلف سال  است. آب ورودی لب شور یا Brackish بوده و عملاً با استاندارد‌های رایج تصفیه استفاده مستقیم از آن امکان پذیر نیست. همانطور که مستحضر هستید بهره برداری مداوم از سیستم‌های آب شیرین کن R. O سخت و مستلزم اپراتوری 24 ساعته است. استفاده از مواد شیمیایی ضد رسوب (آنتی اسکالانت) به صورت مداوام می‌بایست انجام گردد و آب شیرین کن نیازمند CIP در فواصل زمانی مشخص نیز هست. کمتر از یک سال از بهره برداری بخش فنی با مشکلات عدیده رسوب در سیستم آب شیرین کن مواجه شدند.  بخش عمده‌ای آب تولیدی آب شیرین کن در نازل اسپری‌ها به ویژه نازل اسپری‌های برج خنک کن GCT مصرف می‌گردد. طبق محاسبات طراح صنعتی حدود 70 درصد آب تولیدی در نازل‌ها مصرف می‌گردد که این امر فشار زیادی به دستگاه آب شیرین کن وارد می‌نماید.  

 

رسوبزدا


پس از مصرف فریتهای رسوبزدایی هیدروفلو در رسوب زدایی و قابلیت استفاده از آب خام به طور مستقیم، مدیریت فنی از راه کار ارائه شده استقبال به عمل آورد.  یک دستگاه رسوبزدای الکترونیکی هیدروفلو P100 بر روی لوله 3 اینچ خروجی نازل اسپری‌ها نصب گردید. 

 

رسوب زدا

 

سیستم پاشش آب در برج GCT شامل 2 پمپ طبقاتی زمینی با فشار خروجی 40 بار است رینگ نازل اسپری‌ها دارای 16 نازل است که آب را با فشار بر روی گازهای خروجی کوره که حاوی مقادیر بالایی ذرات معلق و محصولات احتراق است پاشش می‌نماید.  هدف اصلی کاهش دمای گازهای خروجی کوره است تا آسیبی به سیستم غبارگیر وارد نشود.  به صورت معمول در کارخانجات سیمان 1 یا 2 نفر روزانه مسئول کنترل گرفتگی نازل‌ها هستند. عموماً نازل‌ها از محل خود خارج و کنترل می‌گردد و در صورت وجود رسوب و گرفتگی نازل تعویض می‌گردد.  اختصاص نفرات طی ساعت ویژه جهت تمیزکاری نازل‌ها، حاد بودن رسوب گذاری در نازل‌ها را نشان می‌دهد.  حتی با وجود سیستم تصفیه خانه و سختی گیرهای رزینی نیز گرفتگی نازل‌ها امر بدیهی در صنعت سیمان است و نصب سختی گیر رزینی و استفاده از آب نرم هم مانع از تشکیل رسوب نمی‌گردد. همانطور که قبلاً هم اشاره شده سختی گیر رزینی و استفاده از آب نرم تنها شیب و شدت رسوب گذاری را کاهش می‌دهد. بنابراین به مرور زمان رسوب تشکیل می‌گردد. در سیستمهای نظیر نازل اسپری‌ها که آب دائماً مصرف می‌گردد و نیز رسوب گذاری ملموس است. رسوبزدای هیدروفلو یکی از قابل اعتمادترین روش‌های آسان و ارزان مقابله با سختی آب و رسوب است. راه کاری که عموماً با سختی‌گیرهای مغناطیسی اشتباه گرفته می‌شود و عملکرد آن متاسفانه با سختی گیرهای مغناطیسی یا الکترومغناطیسی مقایسه می‌گردد. رسوب زدای هیدروفلو یک فرستنده ی رادیویی است که سیگنال‌های رادیویی باند AM داخل آب و لوله (فلزی) ایجاد می‌نماید. تکنولوژی منحصر بفرد هیدروفلو با آب سخت کار می‌کند و بهتر از سختی گیرهای رزینی و بسیار ارزانتر از سیستم‌های تصفیه R. O مشکل رسوب را حل می‌کند.
پس از نصب رسوبزدایی هیدروفلو به مدت 6 هفته فرآیند رسوبزدایی در دستور کار قرار گرفت. پس از حذف کامل رسوبات از مدار لوله کشی، نازل‌ها و پمپ‌ها به مرور زمان آب خام جایگزین آب تصفیه R. O گردید و پس از 2 ماه نازل اسپری‌ها به صورت کامل با آب خام یا TDS 3800 الی 6800 کار کردند.
این سیستم از خردادماه ماه 1392 در حال کار بوده و تاکنون مشکل رسوب مشاهده نشده است. بازگشت سرمایه رسوبزدای هیدروفلو با توجه با استهلاک و تعویض نازل اسپری‌ها استهلاک پمپ، رسوبزدایی و حذف هزینه اپراتوری حدود 1 ماه است.
ذکر این نکته حائز اهمیت است که در بسیاری از موارد با استفاده از تکنولوژی سختی گیری در رسوبزدایی هیدروفلو نیازی به سیستم‌های تصفیه سختی گیرهای رزینی نیست مصرف برق ناچیز رسوبزدایی هیدروفلو که کمتر از 35 وات است در کنار عمر بالای دستگاه (بیش از 30 سال) مهمترین فریت انتخاب رسوبزدای هیدروفلو است. در سیمان لامرد کاهش 70 درصدی ظرفیت آب شیرین کن RO که به معنای کاهش مصرف مواد شیمیایی آنتی اسکالانت است.  هزینه‌های بهره برداری را کاهش داده است.

 



مدار نازل اسپری‌های برج خنک کننده GCT سیمان فیروزکوه
شرکت تولیدی سیمان فیروزکوه با ظرفیت 3300 تن در روز در اردیبهشت 1381 تأسیس گردید. این مجموعه دارای یک تصفیه خانه با مجموعه فیلترهای شنی و سختی گیرهای رزینی است. آب مجموعاً از سه چاه در اطراف کارخانه تامین و به مخازن ذخیره آب درکارخانه منتقل می‌گردد.

 

 

سختی آب توسط سختی گیر رزینی کاهش یافته و آب نرم به مخازن بتنی رفت آب صنعتی منتقل می‌گردد. آب نرم در دو بخش خنک کاری مدارهای سیرکولاسیون نظیر یاتاقانها و مبدلهای اویل کولر و نازل اسپری‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. در خطوط تولید سیمان بخش عمده‌ای از آب تصفیه شده یا آب نرم در نازل اسپری ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
عموماً مکان یابی احداث کارخانجات سیمان به جهت دسترسی آسان به معادن مواد اولیه به گونه‌ای است که سختی آب بسیار بالا است و سختی گیرهای رزینی به سرعت اشباع شده و نیاز به احیا رزینها است. تداوم این روند موجب ناکارایی سختی گیرهای رزینی می‌گردد. از سوی دیگر حجم بسیار بالای پسآب نمکی در بکواش، مقادیر زیادی آب را روزانه هدر می‌دهد. عموماً در کارخانجات سیمان با این ظرفیت تولید روزانه 150 الی 200 متر مکعب آب در بکواش سختی گیرهای رزینی راهی چاه های جذبی و یا همان سفره های آب زیرزمینی می‌گردد. میزان نمک مورد نیاز برای احیا سختی گیرها در سال بیش از یک میلیون تن است. فاجعه محیط زیستی که در تمامی صنایع بزرگ نظیر کارخانجات سیمان، صنایع فولادی و پتروشیمی در ایران اتفاق می‌افتد.

اساس عملکرد برج های خنک کنGCT خط تولید سیمان :

 

رسوب گیر آب در برج خنک کن

 

برای تولید سیمان مواد خام می‌بایست در کوره پخته شود. برای بالا بردن دمای مواد اولیه که تقریباً با دمای محیط برابر است از گازهای ناشی از احتراق کوره برای پیش گرم کردن مواد آسیاب شده استفاده می‌شود. گازهای داغ کوره به سمت سیکلونهای پیش گرم کن یا پری هیتر هدایت می‌شود. سیکلونهای پری هیتر که به شکل مخروطی با رأس پایین هستند، به وسیله گازهای خارج شده از کوره به سمت بالا حرکت می‌کند و موادی که تدریجاً به سمت پایین عبور می‌کند، دمای مواد عبوری را به تدریج بیشتر و بیشتر کرده و برای ورود به دهانه کوره و پخت آن کمک می‌کند. دمای مواد در ابتدای ورود به قسمت پری هیتر بایستی تقریباً 100 درجه سانتی گراد باشد که رفته رفته با بالا رفتن دمای مواد در هنگام ورود به کوره، به دمایی تقریباً 700 درجه سانتیگراد می‌رسد. افزایش دمای محصول باعث کاهش دمای گازهای احتراق می‌شود و در واقع از انرژی موجود در سیستم حداکثر بهره برداری انجام می‌گردد. گازهای خروجی از پری هیتر وارد برج خنک کن می‌شود. وظیفه برج خنک کن GCT کاهش دمای گازهای کوره قبل از غبارگیری در فیلتر است که با اسپری نمودن آب با فشار بالا و کنترل مقدار آن بر اساس جریان واقعی گاز بهینه می‌شود. برای تبخیر مناسب آب، می بایستی به نحوی نازلها قادر به اتومایز کردن آب باشند که اندازه قطرات آب قبل از آنکه به انتهای برج برسند کاملا تبخیر شوند.

رسوب گذاری نازل اسپری ها

در بیشتر موارد، سختی بالای آب و عدم کارائی سختی گیرهای رزینی، باعث اسپری نامناسب آب و به عبارتی شره کردن آب از سر نازلها می‌گردد. گرفتگی نازل اسپری ها یا افشانک‌ها دلیل اصلی مشکلات در برج‌های خنک کن خط تولید سیمان است. فشار بالای سیال معمولا بین 30 الی 40 بار، دمای بالای محیط 320 الی 370 درجه سانتیگراد و وجود املاح در آب ورودی، باعث تشکیل رسوبات کربنات و بی کربنات منیزیم و کلسیم در مجاری نازل ها می‌گردد که منجربه گرفتگی آنها می‌شود. تکنولوژی رسوبزدایی هیدرفلو برای اولین بار در دنیا، رسوب زدایی و بهره برداری از نازل ها را بدون استفاده از سیستم های سختی گیر اعم از، سیستم های فیلتراسیون تصفیه آب، سختی گیر رزینی و سیستم‌های آب شیرین کن RO امکان پذیر نمود. علی رغم استفاده از آب سخت با املاح بالا هیچگونه رسوبی در نازلها تشکیل نمی‌‍‌شود.

 

رسوب زدای هیدروفلو سری c


در کارخانه سیمان فیروزکوه، پس از بررسی مشکلات در نازل اسپری‌ها یک دستگاه رسوبگیر هیدروفلو سری C به کادر فنی سیمان فیروزکوه معرفی گردید. طی مذاکرات انجام شده با تیم فنی و مدیران کارخانه سیمان، نکات برجسته دستگاه از جمله مصرف برق کم و تأثیر گذاری آن بر روی رسوبات موجود کمتر از یک ماه و کاهش تعمیرات و نگهداری و هزینه های پرسنلی مربوطه در مدت سه ماه مورد نقد و بررسی قرار گرفت. TDS آب درزمان بازدید حدود 1600 میلی گرم در لیتر بود و علی رغم استفاده از سختی گیرهای رزینی، نازل اسپری های برج خنک کن GCT در فواصل دو هفته یک بار دچار گرفتگی می‌شدند. در تاریخ 18/06/87 یک دستگاه رسوب گیر الکترونیکی هیدروفلو خریداری و توسط کارشناسان فنی شرکت نصب گردید. دستگاه زسوبزدای مدل C-120 از سری HydroFlow بر روی لوله 3 اینچ خروجی از بوستر پمپ های طبقاتی نصب گردید.
دستگاه در کمتر از یک ماه اقدام به باز نمودن گرفتگی نازل‌ها نمود به نحوی که در مدت 10 ماه هیچگونه گرفتگی گزارش نگردید و نهایتاً شرکت سیمان فیروزکوه اقدام به ارسال نامه رضایتمندی از عملکرد دستگاه به صورت کتبی نمود. متعاقب پیگیری‌های مداوم و دوره‌ای از عملکرد دستگاه توسط تیم خدمات پس از فروش شرکت رادین گستر سینا این روند کماکان تا سال 1397 ادامه دارد. عمر سختی گیر آب هیدرفلو بیش از 35 سال است و فاقد هرگونه سرویس و نگهداری است. استفاده از تکنولوژی رسوبزدایی هیدروفلو مزایای زیر را در کارخانه سیمان فیروزکوه به همراه داشته است:
1-    صرفه جویی در مصرف آّب به میزان 45000 متر مکعب درسال
2-    کاهش 90 درصدی ظرفیت تصفیه خانه. لازم به توضیح است که با تجهیز مدارهای سیرکولاسیون خنک کاری، نیازی به استفاده از سختی گیرهای رزینی و تصفیه خانه نخواهد بود.
3-    صرفه جویی در هزینه‌های بهره برداری در تصفیه خانه و استهلاک رزین ها و تجهیزات.
4-    حذف پسآب نمکی آلوده کننده محیط زیست با حذف بیش از 900 تن نمک در سال.
5-    عدم تعویض نازل اسپری‌ها و کاهش هزینه تعمیرات.
6-    افزایش کارایی برج خنک کن GCT که منجر به بهبود فیلتراسیون گرد و غبار می‌گردد.
7-    محافظت تمامی مدار لوله کشی و پمپ های سیرکولاسیون در مقابل رسوب و خوردگی