رسوب گیری و دیگر روش‌های نگه‌داری و بهینه‌سازی تجهیزات، از موارد ضروری در صنعت و همچنین در منازل مسکونی است. رفع رسوب از لوله‌ها در منازل و گرفتن رسوب در تجهیزات صنعتی می‌تواند در کاهش مصرف انرژی، صرفه‌جویی در هزینه و حفظ محیط‌زیست بسیار تاثیرگذار باشد. در منازل رسوب ها باعث گرفتگی لوله می‌شوند و این اتفاق علاوه بر صرف وقت و هزینه برای رفع آن، کار سختی نیز هست؛ زیرا لوله‌های آب و فاضلاب در زیرِ بنا یا در درون دیوارها قرار گرفته‌اند و برای تعمیرات یا رفع جرم و رسوب از آن‌ها، نیاز به عملیات بنایی بوده که در زندگیِ پر سرعت و پر مشغله‌ی امروز فرایندی فرسایشی و خسته‌کننده بوده که نظم زندگی را دچار اختلال خواهد کرد. برای جلوگیری از چنین اتفاقی و پیشگیری از ایجاد رسوب در تجهیزات خانگی و صنعتی، در ادامه با بهرشد همراه باشید تا در مورد انواع رسوب‌زدایی و چگونگی انجام هر کدام از روش‌های این کار توضیحاتی را بیان کنیم.
فهرست مطالب:
برای جلوگیری از رسوب گیری چه باید کرد؟
روش‌های شیمیایی از بین بردن رسوب
رفع رسوب از لوله‌ها در منازل و گرفتن رسوب در تجهیزات صنعتی می‌تواند در کاهش مصرف انرژی، صرفه‌جویی در هزینه و حفظ محیط‌زیست بسیار تاثیرگذار باشد.
رسوب چیست؟
برای پاسخ دادن به این پرسش می‌توان از یک مثال ساده و تجربه‌شده برای اکثر افراد استفاده کرد؛ کاهش جریان آب از خروجی سماور یا کتری تجربه‌ای است که اکثر ما با آن مواجه شده‌ایم. عامل این اتفاق رسوب‌ها هستند. آب را می‌توان به عنوان مهم‌ترین سیالی که در سیستم‌ها و تجهیزات سرمایشی و گرمایشی مورد استفاده قرار می‌گیرد در نظر گرفت؛ وظیفه آب در این سامانه‌ها انتقال حرارت است و برای انتقال حرارت، دمای آب باید افزایش پیدا کند. باید توجه داشت که در آب مقداری املاح و سختی وجود دارد که با بالا رفتن حرارت و تبخیر شدن آب و تغییرات شیمیایی محیط، نظیر تغییر کردن (پی هاش) PH آب، این املاح و سختی‌ها به شکل رسوب روی سطوح می‌نشینند و باعث گرفتگی لوله و مجاری انتقال آب می‌شوند.
سطوح مختلف نظیر لوله‌ها، مخزن‌های سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی، شیرآلات ساختمانی، درون بدنه‌ی کتری‌ها و سماورها و … از جمله سطوحی هستند که املاح و سختی آب روی آن‌ها رسوب می‌کنند. در واقع رسوب یک لایه‌ی چسبنده و به هم پیوسته است که ممکن است روی هر سطحی با هر جنسی بچسبد. جنس اکثر این رسوب‌ها نیز از منیزیم کربنات و کلسیم است.
لازم به ذکر است که شوره زدن‌های کولرهای آبی نیز نوعی از ایجاد رسوب است. در این وسایل به دلیل تبخیر مداوم آب، غلظت نمک در محیط داخلی کولر افزایش پیدا می‌کند که خود را به شکل شوره نشان می‌دهد.
عوامل تشکیل رسوب
در مورد تشکیل رسوب باید یادآور شد که دو عامل موجود در آب ممکن است باعث ایجاد رسوب شوند که نهایتاً به گرفتگی لوله یا تشکیل لایه‌های رسوبی در تجهیزات منجر می‌شوند. یکی از عوامل «جامدات معلق» در آب بوده و عامل دیگر نیز «مواد و ذرات حل شده» در آب هستند. جامدات معلق در آب به مرور ته‌نشین می‌شوند و بعد از ته‌نشین شدن در طی گذشت زمان سفت شده و شکل رسوب به خود می‌گیرند. از طرفی مواد و ذرات حل شده در آب مانند نمک‌ها، به یک محلول «فرا سیر» تبدیل می‌شوند و بعد از آن رشد بلور اتفاق می‌افتد که این بلورها نیز تبدیل به رسوب می‌شوند، مانند شوره‌ها یا بلورهای نمک در کولرهای آبی.
رسوب گیری تجهیزاتی که با هر کدام از این دو عامل دچار گرفتگی شده‌اند یکسان بوده و برای رفع رسوب یا گرفتن رسوب آن‌ها باید از شیوه‌های مشخص و یکسانی استفاده کرد.
نیاز به توضیح است که برای تشکیل شدن یک لایه رسوبیِ چسبنده عوامل و شرایط مختلفی تاثیرگذار هستند که می‌توان به دمای سیال و سطح حرارت آن اشاره کرد. اندازه و ترکیب ذرات موجود در سیال، سرعت سیال در حال عبور و زمان عبور آن نیز در تشکیل رسوب ها موثر بوده و باید در نظر گرفته شوند.
در مورد مواد و ذرات حل شده باید به این نکته اشاره کرد که غلظت این مواد با افزایش دما افزایش پیدا می‌کند زیرا یون‌های موجود در آب اشباع می‌شوند. همچنین باید اشاره کرد جامدات موجود در آب نیز میتوانند نشئت گرفته از عواملی مانند خوردگی، ذرات معلق هوا یا رشد کردن میکرو ارگانیسم‌ها در آب باشند.
رسوبِ ناشی از اشباع شدن یون‌ها چگونه تشکیل می‌شود؟
املاحی که در ترکیب آن‌ها کلسیم وجود دارد، در آب به مقدار زیاد وجود دارند. این املاح کلسیم‌دار به نام «بی‌کربنات» شناخته می‌شوند. هنگامی که درجه حرارت آب بالا می‌رود بی‌کربنات تبدیل به کربنات شده و شروع به رسوب کردن می‌کند. برای مثال این واکنش شیمیایی هنگام رسوب کردن سماور یا کتری به وقوع می‌پیوندد. در این وسایل کلسیم و منیزیم بی‌کربنات در اثر حرارت تبدیل به کلسیم اشباع و منیزیم کربنات می‌شوند و سپس به صورت رسوب روی سطح داخلی این وسیله‌ها قرار می‌گیرند و باعث گرفتگی لوله می‌شوند. در واقع در این حالت یون‌های کلسیم، کربنات و منیزیم در حالت اشباع قرار گرفته‌اند.
مضرات تشکیل رسوب روی سطوح
کاهش پیدا کردنِ قطر داخلی لوله‌ها یکی از مضرات وجود رسوب در تاسیسات است. افزایش جرم رسوب‌ها موجب می‌شود که میزان جریان آب در آن‌ها کاهش پیدا کند. مسئله‌ی دیگری که رسوب گیری لوله‌ها و دیگر تجهیزات باعث آن می‌شود، عایق حرارت بودنِ رسوب ها است. این موضوع باعث می‌شود که انتقال حرارت به درستی انجام نشده و بازده حرارتیِ تجهیزاتی مانند دیگ بخار یا مبدل‌های حرارتی ضعیف شود.
برای جلوگیری از گرفتن رسوب در این تجهیزات باید در ابتدای امر از ورود عناصر تشکیل‌دهنده رسوب مانند منیزیم، آهن، کلسیم و سلیس به این تجهیزات و تاسیسات جلوگیری کرد. برای مثال هنگامی که این عناصر وارد این تجهیزات می‌شوند و به شکل رسوب روی سطوح آن‌ها قرار می‌گیرند، انتقال حرارت و بازده حرارتی را کاهش داده و حرارت ناشی از احتراق گازها را به درستی به مخزن یا لوله منتقل نمی‌کنند. این اتفاق سبب می‌شود که برای انتقال گرمای مورد نظر به تجهیزات، نیاز به مصرف سوخت بیشتری باشد. تا هنگامی که از تجهیزات رفع رسوب نشده و گرفتگی لوله به واسطه انجام عملیات رسوب گیری برطرف نشود، مصرف سوخت افزایش خواهد یافت.
گرفتن لوله چگونه منجر به پوسیدگی و ترکیدگی می‌شود؟
لوله‌ها و دیگر سطوحی که تحت تاثیر مداوم گازهای داغ هستند و یک طرف دیگر آن‌ها نیز دچار رسوب شده است، به دلیل تحمل گرمای زیاد و مداوم، به مرور مقاومت خود را از دست می‌دهند. هنگامی که این موضوع به حد نهایت خود می‌رسد، شکافته شدن لوله یا شکافته شدن پوسته‌ی دیگ بخار اجتناب‌ناپذیر خواهد بود. در ضمن باید اشاره کرد رسوب ها موجب تسریع در خوردگی سطوح نیز می‌شوند.
انباشته شدن رسوب ها و خوردگی‌ها و جمع شدن آن‌ها در یک نقطه موجب تورم در لوله‌ها یا تجهیزات و گرفتن رسوب می‌شود. در صورتی که لوله‌ها درون دیوارها یا کف ساختمان کار شده باشند، تورم روی دیوار یا کف نیز قابل مشاهده خواهد بود. بروز چنین تورمی در تجهیزات یا دیوار و کف، نشانه این است که به زمان ترکیدگی و شکستن لوله‌ها یا تجهیزات نزدیک شده‌ایم.
اگر بخواهیم به طور خلاصه و مختصر به معایبِ تشکیل رسوب در تجهیزات و گرفتگی لوله و یا معایبی که ایجاد می‌کند اشاره کنیم، شامل موارد ذیل می‌شود.
- کاهش پیدا کردن میزان انتقال حرارت.
- با کاهش سطح مقطعِ داخلی لوله‌ها و تجهیزات، جریان خروجی از لوله یا دیگ بخار نیز کاهش پیدا می‌کند.
- با ازدیاد رسوب در وسایل و تجهیزات، تعداد تعمیرات اساسی برای تجهیزات افزایش پیدا خواهد کرد و همچنین مدت زمان انجام هر تعمیر نیز زیاد خواهد شد.
- قیمت تمام شده‌ی محصول افزایش پیدا کرده و هزینه‌های مربوط به آن نیز زیاد خواهد شد.
- مقدار مصرف مواد اولیه در این تجهیزات زیاد شده و بازده تولیدی آن‌ها نیز کاهش پیدا خواهد کرد.
- تعداد دفعات تعویض لوله‌های مبدل حرارتی، تجهیزات لوله‌ها و مخزن‌ها افزایش پیدا می‌کند. در ضمن عمر مفید تمامی این تجهیزات کاهش پیدا می‌کند.
- لازم به ذکر است بروز هر کدام از این معایب موجب می‌شود که در تمامی فرآیندها اختلال ایجاد شود.
برای جلوگیری از رسوب گیری چه باید کرد؟
مهم‌ترین روش و راه‌حل برای جلوگیری از رسوب گیری تجهیزات و لوله‌ها، بهبود دادن کیفیت آب مصرفی در منازل یا صنایع است. به همین منظور برای بهبود کیفیت آب از شیوه‌های فیزیکی و شیمیایی می‌توان استفاده کرد. روش‌های فیزیکی ارتقا کیفیت آب مصرفی، در تجهیزات و دستگاه‌های صنایعی نظیر پتروشیمی، نفت و گاز اهمیت زیادی دارند. این روش‌ها شامل هوا زدایی، صاف کردن، ته‌نشینی و روغن زدایی می‌شود. در ضمن روش‌های «زیر آبکشی» و «نرم کردن» آب نیز از جمله راهکارهای شیمیاییِ بهبود کیفیت آب هستند.
ته‌نشینی
این روش اولین مرحله برای زلال یا شفاف‌سازی آب است. این شیوه با استفاده از یک حوضچه ته‌نشینی انجام می‌پذیرد. استفاده از این روش بیشتر برای شفاف کردن آب‌های گل‌آلود کاربرد دارد. با عبور دادن آب از این حوضچه، غلظت گل‌ولای، لجن‌ها و سایر مواد معلقِ موجود در آب کمتر می‌شود. البته یک شیوه دیگر در روش ته‌نشینی برای رفع رسوب وجود دارد و آن هم عبور دادن آب با سرعت بسیار کم از درون مخازن بزرگ است تا منجر به گرفتگی لوله نشود.
صاف کردن
صاف کردن مرحله‌ای در گرفتن رسوب است که بعد از مرحله ته‌نشینی انجام می‌پذیرد. در واقع این دو مرحله وابسته به یکدیگر بوده و مکمل هم هستند. در این بخش از عملِ شفاف‌سازی و بهبود کیفیت آب، ذراتِ معلقِ باقی‌مانده از مرحله ته‌نشینی، از ساختار آب حذف می‌شوند. استفاده از صافی‌های صنعتی و بزرگ در این روش بسیار رایج است.
در این صافی‌ها لایه‌های شنیِ ریزی تعبیه شده است که دارای دانه‌بندی هستند. شن‌های موجود در این صافی‌ها از بالا به پایین درشت‌تر می‌شوند تا آب از هر لایه که گذر می‌کند و ناخالصی خود را از دست می‌دهد، راحت‌تر از لایه‌ها گذر کند و به مخزن منتقل شود.
در این روش آب از بالا وارد صافی شده و از پایین آن خارج می‌شود. استفاده از این صافی به دو روش امکان‌پذیر است. در شیوه‌ی معمول آن آب که از بالا وارد دستگاه صافی می‌شود با استفاده از وزن خود از لایه‌های مختلف عبور کرده و صاف می‌شود و در شیوه دوم که در صنعت نیز بیشتر رایج است، از صافی‌های تحت فشار استفاده می‌شود. جهت جلوگیری از تشکیل رسوب ها در مراکز صنعتی و رسوب گیری لوله‌ها، این روش بسیار توصیه می‌شود.
ماسه‌هایی از جنس سنگ سلیس با خلوص 98 درصد، مصالح مصرفی در صافی‌های صنعتی هستند. این دانه‌های ماسه اندازه‌ای بین 35 صدم تا 1 میلی‌متر دارند. کوچک بودن اندازه ماسه موجب می‌شود که تمامی ذرات معلق موجود در آب جذب شده و آب خروجی از صافی کمترین میزان ناخالصی را داشته باشد.
کف صافی‌ها عموماً از مواد پلاستیکی ساخته می‌شوند که لوله‌ها یا نازل‌های پلاستیکی زیادی در این قسمت برای خروج آب تعبیه شده است. به طور متوسط در هر مترمربع از کف پلاستیکیِ صافی بین 60 تا 90 عدد از این نازل‌ها یا لوله‌ها وجود دارد. یک سرِ این لوله‌ها نیز از صافی خارج شده است و در مخزن آبِ صاف قرار گرفته است.
هوا زدایی
طبق توضیحاتی که در سطرهای پیشین بیان شد، یکی از عوامل دیگری که موجب گرفتگی لوله یا تخریب آن و سایر تجهیزات می‌شود، وجود گازهایی در ترکیبات آب است که باعث خورده شدن تجهیزات و بعضاً گرفتن رسوب می‌شوند. هنگامی که سطح یک وسیله خورده می‌شود، این خوردگی‌ها روی رسوب‌ها انباشته می‌شوند و در نهایت موجب شکستگی و ترکیدگی تجهیزات می‌شوند. با استفاده از روش هوا زدایی می‌توان گازهای کربن دی‌اکسید و اکسیژن را از ساختار آب حذف کرد.
دستگاه‌های هوا زدا دو نوع دارند که یکی «گرم‌کن‌های باز» و دیگری «گرم‌کن‌های افشانه‌ای» هستند. اگر بخواهیم بخار آب با فشار کم تولید کرده و آن را هوا زدایی نیز کنیم، می‌توان از روش گرم‌کن‌های هوا زدای باز استفاده کرد. در صورتی که بخار آب با فشار بالاتر از 27 بار، مورد نیاز باشد از گرم‌کن‌های هوا زدای افشانه‌ای استفاده می‌شود.
در ضمن هوا زدایی هم به شیوه فیزیکی و شیمیایی انجام می‌گیرد. در شیوه فیزیکیِ هوا زدایی می‌توان با استفاده از حرارت دادن به آب، گازهای کربن دی‌اکسید و اکسیژن را حذف کرد. در این شیوه گازهای موجود در آب از فاز مایع خارج شده و تبدیل به فاز گازی می‌شوند و سپس از مخزن دستگاه هوا زدا خارج می‌شوند. روش فیزیکی هوا زدایی بهینه‌ترین روش هوا زدایی از نظر اقتصادی است. برای این کار باید آب به نقطه جوش رسیده و فشار درونی هوا نیز وجود داشته باشد. این دستگاه امکان کار کردن با فشار هوا و فشار خلا را دارد.
در شیوه شیمیایی هوا زدایی از آب، موادی مانند سدیم سولفیت یا هیدرازین و گاز اکسیژن از ساختار آن حذف شده و ترکیباتی مثل نیتروژن و سدیم سولفات تولید می‌شوند.
نکاتی در مورد آب هوا زدایی شده
- کربن دی‌اکسید موجود در آبی که هوا زدایی شده است به دلیل فرار بودن دچار تخریب حرارتی می‌شود. کربنات موجود در آب نیز شامل همین موضوع شده و باعث می‌شود که ( PH) آب در حدود 8.5 تا 9.5 باشد.
- بی‌کربناتِ ورودی به دیگ‌های بخار باید غلظت کمی داشته باشد تا غلظت کربن دی‌اکسید کاهش پیدا کرده و تشکیل رسوب‌های کربناتی انجام شود.
- اگر آب هوا زدایی نشود، اکسیژن موجود در آن می‌تواند باعث اکسید شدن فلز شود. این نوع از خوردگی فلز در دماهای بالاتر از 60 درجه سانتیگراد رخ می‌دهد و در زمانِ به نسبت کوتاهی لوله‌ها و مخازن را سوراخ می‌کند.
- در حالت عادی بی‌کربنات‌های موجود در آب تجزیه می‌شوند و گاز بی‌کربنیک تولید می‌کنند. این گاز باید با کمک دستگاه هوا زدا از دیگ بخار خارج شود. در صورتی که این اتفاق رخ ندهد لوله‌ها درگیر گرفتگی لوله شده و دیگ و دیگر تجهیزات دچار خوردگی خواهند شد.
در ضمن باید در نظر داشت در اثر ایجاد خوردگی در سطوح لوله‌ها و تجهیزات، ترکیبات جدیدی تولید می‌شوند که فرمول شیمیایی متفاوتی از ماده اصلیِ سازنده‌ی تجهیزات دارند و این مواد نیز نوع دیگری از رسوبات خواهند بود. رسوب گیری یا رفع رسوب از این تجهیزات در نسبت با انجام هوا زدایی کار سخت‌تر و پر هزینه‌تری است.
روغن زدایی
چربی‌گیرها یا جداکننده‌های آب – روغن ساختاری دارند که بر اساس اختلاف چگالی طراحی شده است. در این دستگاه‌ها استفاده از اختلاف چگالی بین آب و چربی امکان گرفتن رسوب از آب‌های چرب را محقق کرده است.
برای مثال برای حذف کردن روغن، گریس و نفت از آب، از چربی‌گیرهای «ثقلی» استفاده می‌شود. با توجه به این نکته، بازده چنین جدا کننده‌ای بستگی به زمان «ماند» آب و طراحی دقیق هیدرولیکیِ جدا کننده، دارد.
روش دیگر چربی‌گیری استفاده از سامانه ای پی آی (API) است. این سیستم صرفاً یک روش جداسازی روغن از آب است که تحت استانداردهای ای پی آی طراحی شده و کار می‌کند. استفاده از این روش در تصفیه‌خانه‌ها و تعداد زیادی از واحدهای صنعتی رواج دارد. رسوب ها چه به شکل روغن باشند چه به شکل دیگر چربی‌ها نظیر نفت و مشتقات آن، در صورت جدا نشدن از آب میتوانند باعث گرفتگی لوله و ایجاد جرم در تجهیزات شوند. لذا ما را مجبور به انجام عملیات رسوب گیری خواهند نمود.
روش‌های شیمیایی از بین بردن رسوب
روش زیر آبکشی برای رسوب‌زدایی
هنگامی که آبِ موجود در دیگ بخار از نمک‌های محلول و مواد معلق سرشار یا اصطلاحاً «سیر» شود، برای خارج کردن آب خالص از این محلول، از روش زیرآبکشی استفاده می‌شود. هنگامی که آب خالص از دیگ بخار خارج می‌شود، آب تغذیه‌ای جدید که در آن مواد محلول کمتری وجود دارد، به دیگ وارد می‌شود. ناخالصی‌های گرفته شده از آب نیز به صورت سر ریز از دیگ بخار خارج می‌شوند.
شیوه نرم کردن آب برای از بین بردن رسوب
نرم کردن آب به معنای کاهش دادن یون‌های منیزیم و کلسیم از ساختار آن است. نرم کردن با استفاده از دو روش ته‌نشینی شیمیایی و استفاده کردن از رزین‌های تبادل یونی، انجام می‌شود. البته از دیگر شیوه‌های جلوگیری از گرفتن رسوب در سامانه‌های حرارتی باید به تزریق اسید نیز اشاره کرد. بهسازی با جریان‌های جانبی و استفاده کردن از مواد بازدارنده شیمیایی هم از دیگر روش‌های مورد استفاده برای رفع رسوب و نرم کردن آب است.
شیوه رزین‌های تبادل یونی بر اساس خاصیت برگشت‌پذیر بودن یون‌ها بین یک محلول و فاز جامد انجام می‌گیرد. یونِ فاز جامد هنگامی که در آب قرار بگیرد غیر محلول خواهد بود و گروه‌هایی در آن به صورت بنیان اسیدی یا بازی نیز قرار دارند. این بنیان‌ها عامل اصلی تبادل یون‌ها هستند.
لازم به ذکر است که رزین‌های تبادل یونی دارای منشا آلی بوده و از پلیمرهایی با وزن مولکولی زیاد تشکیل شده‌اند. در ضمن تبادل‌گرهای یونی شامل دو گروه آنیونی و کاتیونی می‌شوند. در طی انجام واکنش‌ها رزین‌های اسیدی و بازی با برقراری پیوند شیمیایی با مواد محلول در آب، آن‌ها را به ترکیبات جدیدی تبدیل می‌کنند. در واقع با آن ذرات و عناصر، واکنش داده و عوامل آسیب‌زای این عناصر را خنثی می‌کنند و باعث ایجاد شرایطی برای گرفتن رسوب از مجاری انتقال آب و رفع گرفتگی لوله می‌شوند.
در ضمن باید اشاره کرد که در روش ته‌نشینی شیمیایی، مواد شیمیایی مختلفی به آب اضافه می‌شوند و این مواد با پیوستن به مواد جامدِ محلول در آب باعث ته‌نشین شدن آن‌ها می‌شوند.
همان‌طور که قبلاً هم توضیح داده شد بهترین روش برای جلوگیری از رسوب گیری در تجهیزات، حذف کردن عنصرهای تشکیل دهنده رسوب ها است. به این نکته باید این موضوع را نیز اضافه کرد که تبدیل عناصر و ناخالصی‌های موجود در آب به مواد کم‌ضرر نیز شیوه‌ای مطلوب، بهینه و رایج است.
در ضمن لازم به ذکر است که استفاده از سانتریفیوژ یا دستگاه‌های گریز از مرکز نیز یکی دیگر از شیوه‌های معمول در صنعت، برای صاف کردن آب است.
