معالجة مياه التبريد المتداولة في محطات الطاقة: التحكم في الترسبات والتآكل واللزوجة الحيوية

تبدأ المعالجة الفعّالة لمياه التبريد الدورانية في محطات الطاقة بتحديد العامل الذي يحد من أداء المكثف. فالترسّبات المعدنية ونواتج التآكل والطبقة الحيوية اللزجة قد تقلل جميعها انتقال الحرارة، لكن كلًّا منها يتطلب استجابة مختلفة. فزيادة جرعة مثبط الترسبات لن تزيل غشاءً حيويًا متكوّنًا بالفعل، كما أن زيادة شدة المعالجة بالمبيدات الحيوية لن تصحح ارتفاع تركيز المعادن.

يعتمد البرنامج الموثوق على تنسيق جودة مياه التعويض، ودورات التركيز، والتوافق الكيميائي، والتنظيف المادي. وينبغي تقييم نجاحه استنادًا إلى حالة المعدات وأدائها التشغيلي، إلى جانب نتائج اختبارات المياه.

ابدأ بتوازن المياه والترسّبات

تفقد أبراج التبريد المياه بالتبخر، بينما تبقى معظم الأملاح الذائبة. ومع تعويض هذه الخسارة بمياه التعويض، تزداد تراكيز الكالسيوم والقلوية والكلوريد والسيليكا ومكونات أخرى. ويُصرّف جزء من المياه المركزة عبر التدوير التفجيري للحد من تراكمها أكثر.

تصف دورات التركيز مدى تركيز المياه الدورانية مقارنةً بمياه التعويض. وتوفر الموصلية مؤشرًا عمليًا للتشغيل، وإن كانت الإضافات الكيميائية وتغير مصدر المياه قد يؤثران في العلاقة. ويمكن أن تساعد مقارنة أيون محافظ مناسب، مثل الكلوريد عند ملاءمته، على التحقق من الحساب.

يمكن لزيادة دورات التركيز أن تقلل الحاجة إلى مياه التعويض وحجم التدوير التفجيري، لكن الحد التشغيلي يعتمد على عدة قيود:

• احتمالية تكوّن الترسبات: يؤثر الكالسيوم والقلوية والكبريتات والسيليكا والأس الهيدروجيني ودرجة الحرارة في أنواع الترسبات المحتمل تكوّنها.
• التعرض للتآكل: قد تجعل تراكيز الكلوريد والأملاح الذائبة الأخرى الظروف أكثر تآكلًا للمواد الحساسة.
• قدرة المعالجة: يجب أن يظل المثبط فعالًا ومتوافقًا مع التركيب الكيميائي الفعلي للمياه الدورانية.
• ظروف التصريف: قد تحد جودة مياه التدوير التفجيري من اختيار المواد الكيميائية المحتوية على الفوسفور والمعادن والمبيدات الحيوية.

عند تراجع الأداء، افحص الترسبات أو حللها قبل تغيير التركيبة. فالطبقة المعدنية الصلبة، والحمأة المفككة الغنية بالحديد، والغشاء الحيوي الزلق تشير إلى أسباب مختلفة. والترسبات المختلطة شائعة؛ إذ يمكن للطبقة اللزجة أن تحبس الطمي ونواتج التآكل، مكوّنةً طبقة تشجع أيضًا على التآكل الموضعي.

تحكّم في الترسبات عند سطح انتقال الحرارة

لا تكفي نتائج تحليل المياه السائبة لوصف الظروف عند أسطح أنابيب المكثف. فقد تزيد درجات الحرارة الموضعية من خطر الترسيب، لذا قد تترسب المعادن على سطح انتقال الحرارة حتى عندما تبدو المياه في حوض برج التبريد قابلة للمعالجة.

تعيق مثبطات الترسبات تكوّن البلورات ونموها. وتساعد المشتتات على إبقاء الجسيمات الدقيقة معلقة، كي يمكن إزالتها بالتدوير التفجيري أو بالترشيح. وتتكامل هاتان الوظيفتان، لكن أيًّا منهما لا يلغي الحاجة إلى التحكم في التركيز أو إزالة المواد الصلبة الداخلة.

تُعد الفوسفونات وبوليمرات البولي كربوكسيلات من المكونات الشائعة في التركيبات المستخدمة للتحكم في كربونات الكالسيوم. وينبغي اختيار المكونات وفقًا للتركيب المتوقع للترسّبات. وقد تواجه تركيبة تتحكم في كربونات الكالسيوم صعوبةً مع فوسفات الكالسيوم أو السيليكا أو المواد الصلبة العالقة. وتستدعي مياه التعويض المعاد استخدامها اهتمامًا خاصًا، لأن الفوسفات والمغذيات والتلوث المتغير قد يبدل عدة متطلبات للمعالجة في آن واحد.

ومن المكونات المحتملة ملح رباعي الصوديوم لحمض 1-هيدروكسي إيثيليدين-1،1-ثنائي الفوسفونيك (HEDP·Na4)، وهو فوسفونات قابل للذوبان في الماء يُستخدم لتثبيط ترسبات كربونات الكالسيوم وتكوين معقدات مع الأيونات المعدنية. ويمكن أن يكون جزءًا من تركيبة مياه التبريد الدورانية، مع اختيار البوليمرات والمكونات الأخرى لمواجهة مخاطر الترسبات المتبقية.

تعتمد ملاءمته على تحمّل الكالسيوم والأس الهيدروجيني والتعرض للمؤكسدات والقيود المفروضة على الفوسفور والتوافق مع التركيبة الكاملة. ولا يكفي تكوين المعقدات مع الأيونات المعدنية وحده لإثبات توفير حماية مناسبة من التآكل في كل نظام. كما تختلف الدرجات السائلة والصلبة في تركيز المادة الفعالة؛ لذا ينبغي أن تستند مقارنات الشراء وحسابات الجرعات إلى أساس موحد لمحتوى المادة الفعالة، لا إلى وزن المنتج وحده.

قد تتطلب الترسبات المتكوّنة بالفعل إجراء تنظيف منفصلًا. فرفع معدل تغذية المثبط بلا حدود قد يزيد التكلفة دون استعادة انتقال الحرارة، ولا سيما عندما تحد الترسبات من التدفق أو تحمي ما تحتها من التآكل.

وائم الحماية من التآكل مع معادن النظام

قد تضم دائرة التبريد الفولاذ الكربوني وسبائك النحاس والفولاذ المقاوم للصدأ ومواد أخرى، ولكل منها نقاط ضعف مختلفة. وينبغي أن يراعي برنامج المعالجة أنابيب المكثف والأنابيب والمبادلات الحرارية والمعدات المساعدة، بما في ذلك توليفات المواد التي قد تنشئ مخاطر التآكل الجلفاني.

تحمي مثبطات التآكل المعادن بآليات تعتمد على تركيبها الكيميائي وظروف التشغيل. وتساعد بعض هذه المثبطات على تكوين أغشية سطحية واقية، بينما قد تتطلب سبائك النحاس مكونًا قائمًا على الآزول. ويعتمد الاختيار أيضًا على الأس الهيدروجيني والأملاح الذائبة والمبيدات الحيوية المؤكسدة ومتطلبات التصريف.

لا تعني زيادة كمية المثبط تلقائيًا تحسن الحماية. فقد تترسب التركيبات غير المتوافقة، كما تتطلب بعض الأغشية الواقية ظروفًا مضبوطة لتتكوّن. وقد تظل المناطق منخفضة التدفق والفروع الراكدة والترسبات معرضة للخطر حتى عندما تحقق عينة الحوض الأهداف الكيميائية.

استخدم قسائم التآكل أو مجسات مناسبة لمتابعة الاتجاهات، وفسّر النتائج إلى جانب نتائج الفحص. ويمكن أن يوفر الحديد والنحاس الذائبان أدلة داعمة، لكن انخفاض التركيزات لا يثبت غياب التآكل؛ فقد تكون المعادن المتحررة قد ترسبت في موضع آخر. كما يستدعي التنقر الموضعي اهتمامًا منفصلًا، لأن متوسط معدل التآكل المقبول قد يخفي تلفًا شديدًا في منطقة صغيرة.

تتطلب مكافحة الطبقة اللزجة ملامسة الغشاء الحيوي

تتكوّن الطبقة الحيوية اللزجة عندما تلتصق الكائنات الحية الدقيقة بالأسطح وتنتج مصفوفة واقية. وتحد هذه الطبقة من انتقال الحرارة، وتجمع المواد العالقة، وقد تسهم في التآكل المتأثر بالكائنات الحية الدقيقة. وقد تستمر المياه الصافية المظهر في الدوران عبر أسطح شديدة الاتساخ.

تُستخدم على نطاق واسع المبيدات الحيوية المؤكسدة، مثل المعالجات القائمة على الكلور أو البروم، بينما يمكن أن تكملها المبيدات الحيوية غير المؤكسدة عند ملاءمتها. ويعتمد الاختيار على الأس الهيدروجيني والتلوث ومدة التلامس وتوافق المواد وظروف التصريف. وقد يؤدي تبديل المنتجات دون فهم هذه العوامل إلى بقاء المشكلة الأساسية دون حل.

ينبغي أن يصل المتبقي الفعال إلى الأجزاء المعنية من الدائرة لمدة كافية. فالقراءة قرب نقطة الحقن لا تثبت تحقق المكافحة في المبادلات البعيدة أو الفروع الراكدة. كما يمكن لتسربات العمليات والتلوث العضوي والكتلة الحيوية المتراكمة أن تستهلك المؤكسد قبل وصوله إلى الهدف.

قد تتطلب الأغشية الحيوية الكثيفة تنظيفًا ماديًا ومشتتًا حيويًا متوافقًا لتحسين وصول المعالجة. وقد يؤدي تفكيك الترسبات بسرعة إلى تحميل المصافي والمرشحات؛ لذا ينبغي تنسيق التنظيف وتطبيق المبيد الحيوي مع إزالة المواد الصلبة. وينبغي أن تشمل المراقبة الميكروبيولوجية، حيثما أمكن، أدلة مرتبطة بالأسطح؛ فالأعداد المقاسة في المياه السائبة وحدها لا تصف النمو الملتصق. كما يجب أن تشمل نظافة أبراج التبريد مكافحة الليجيونيلا ضمن برنامج مخصص لإدارة المياه.

اجعل المواد الكيميائية تعمل معًا

قد تؤدي المكونات الفردية عملها جيدًا كلٌّ على حدة، لكنها قد تتداخل عند جمعها. فقد تحلل المؤكسدات مكونات المعالجة العضوية الحساسة. وقد تتفاعل المبيدات الحيوية الكاتيونية مع البوليمرات الأنيونية. كما يمكن للبرامج المحتوية على الفوسفونات أو الفوسفات أن تكوّن ترسبات في ظروف غير ملائمة من الكالسيوم والأس الهيدروجيني.

لذلك ينبغي تقييم التوافق في ظروف الاستخدام الفعلية، بما في ذلك التلامس بتركيزات عالية قرب نقاط الحقن. وقد يكون لموضع التغذية والتخفيف وتسلسل الإضافة والخلط أهمية تضاهي أهمية قائمة المكونات. ولا ينبغي وضع المواد الكيميائية المركزة معًا في خزان أو نظام تغذية مشترك إلا بعد التحقق من توافقها.

يمكن للترشيح الجانبي تحسين التحكم عندما يتسبب الغبار أو الطمي أو نواتج التآكل في حمل مستمر من المواد الصلبة. وهو يدعم المعالجة الكيميائية بإزالة المواد التي قد تتراكم لولاه، لكنه لا يزيل العسر الذائب. ويتطلب التلوث بالزيوت أو بمواد العمليات التحكم في مصدره، لأن استمراره قد يطغى على برنامج مناسب في غير ذلك.

لتطوير التركيبات، توفر Prio New Materials مواد خام من الفوسفونات والبولي كربوكسيلات، كما تقدم خدمات تطوير تركيبات مخصصة ودعمًا فنيًا لظروف المياه. وينبغي أن يتضمن الملخص الفني المفيد تحليلات مياه التعويض والمياه الدورانية، ومعادن النظام، ودرجات الحرارة، والمعالجة الحالية، ونتائج فحص الترسبات، والقيود المفروضة على التدوير التفجيري. وتدعم هذه المدخلات إعداد تركيبة أكثر ملاءمة من طلب يستند فقط إلى استهلاك المياه اليومي.

استخدم اتجاهات التشغيل لتحديد التغيير التالي

تربط خطة المراقبة العملية كل قياس بإجراء محدد. فالموصلية ترشد التحكم في التدوير التفجيري؛ ويساعد الأس الهيدروجيني والتركيب المعدني على تقييم مخاطر الترسيب؛ وتكشف المتبقيات من المثبطات عن فقد التغذية أو استهلاكها؛ وترصد مراقبة التآكل حماية المعادن؛ كما تساعد الفحوص الميكروبيولوجية على تقييم المكافحة الحيوية.

فسّر أداء المكثف إلى جانب الحمل وتدفق مياه التبريد ودرجة الحرارة. فإذا تراجع الأداء بينما ظلت المتبقيات الكيميائية ضمن النطاق المستهدف، فتحقق من الترسبات أو مسارات التدفق المسدودة أو دخول الهواء أو الأسباب الميكانيكية الأخرى قبل زيادة تغذية المعالجة.

أعد تقييم البرنامج عند تغير مصادر مياه التعويض أو الظروف الموسمية أو أنماط الأحمال أو التلوث الناجم عن العمليات. وحدد حدود التشغيل واستجابات الجرعات ومحفزات الفحص بما يتناسب مع تلك الظروف. وينبغي أن يعالج التعديل التالي للمعالجة سببًا محددًا وأن يحقق تحسنًا قابلًا للقياس في النظافة أو التحكم في التآكل أو انتقال الحرارة.