Bài viết này nhằm cung cấp cho người sử dung hệ thống giải nhiệt bằng nước tuần hoàn hay tháp làm mát Cooling Tower những kiến thức cơ bản về quản lý chất lượng nước làm mát tránh được các hiện tượng ăn mòn, cáu cặn, lắng đọng bùn đất, sự phát triển của vi sinh vật. 

I. Hệ thống tháp làm mát cooling tower là gì? Cơ chế hoạt động của tháp làm mát

     Hệ thống làm mát cooling tower bao gồm hệ thống các đường ống, thiết bị giải nhiệt (cooling towers), nhằm giải phóng nhiệt không mong muốn vào môi trường khí quyển, được sử dụng rất phổ biến trong các ngành công nghiệp khác nhau như điện lạnh, ngành nhựa, thủy hải sản, luyện kim, dược phẩm hay cáp điện, phân bón, hóa chất, nhiệt điện.
     Hệ thống tháp làm mát cooling tower sử dụng nước làm phương tiện truyền tải nhiệt, có chi phí thấp và hiệu quả cao, dễ kiếm. Chu trình làm việc của nước trong hệ thống được mô tả như sau: 




Sơ đồ hệ thống nước làm mát

 
     Nước mát từ bể chứa được bơm đến thiết bị trao đổi nhiệt, tại đây diễn ra quá trình trao đổi nhiệt làm nhiệt độ của nước tăng lên thành nước nóng, rồi được đưa đến tháp giải nhiệt. Tại tháp giải nhiệt, nước nóng được phun từ trên xuống, không khí làm mát được đưa từ dưới lên, nước sẽ  giải phóng nhiệt vào không khí làm nhiệt độ giảm xuống thành nước mát, rồi được đưa trở lại bể chứa để tiếp tục một chu kỳ mới.

II. Tại sao cần vệ sinh đường ống hệ thống nước làm mát Cooling Tower?

     Trong quá trình vận hành, đường ống chịu tác động của nước lưu thông có thể bị ăn mòn, theo thời gian các lớp cáu cặn, bùn đất hình thành từ chất hòa tan trong đường ống, đồng thời kéo theo sự phát triển của rong rêu vi sinh vật. Những yếu tố này ảnh hưởng đến khả năng tải nhiệt của tháp làm mát, độ bền của đường ống. Vì thế, việc kiểm soát chất lượng nước trong hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn đang ngày được quan tâm trú trọng, nhằm việc hạn chế tác hại của nước vận hành đến hệ thống, giảm thời gian sửa chữa, giảm năng lượng sử dụng, giảm nguy cơ tiềm ẩn trong quá trình vận hành ... 

     1. Ăn mòn đường ống 

     Nước mặc dù là phương tiện truyền nhiệt tuyệt vời và khá rẻ, nó cũng là một “dung môi vạn năng”, có khả năng hòa tan rất nhiều vật liệu. Vì vậy, sau một thời gian làm việc, hầu hết các thiết bị sẽ bị ăn mòn.  Các sản phẩm ăn mòn sẽ lắng đọng trên bề mặt thiết bị làm giảm hiệu quả truyền nhiệt, gây trở lực đường ống và làm giảm tuổi thọ của thiết bị, đặc biệt là các thiết bị làm việc ở áp suất, nhiệt độ cao.  Do đó, hầu hết các quá trình xử lý nước làm mát đều bắt đầu bằng cách giải quyết vấn đề ăn mòn, đặc biệt là ăn mòn điện hóa.

 


 
     Rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn như  các khí hòa tan (O2, CO2, H2S, SO2…) hàm lượng clo, nitrat, độ pH, nhiệt độ….
      Ngoài ra, với các tháp giải nhiệt mạ kẽm, thì lớp mạ kẽm sẽ bị ăn mòn rất nhanh tạo thành một lớp cặn kẽm cacbonat màu trắng lắng đọng trên thành thiết bị (rỉ trắng). Sự ăn mòn này sẽ đặc biệt nghiêm trọng nếu pH có giá trị trên 8.2.
      Để hạn chế sự ăn mòn, người ta có thể sử dụng các vật liệu có khả năng chịu ăn mòn cao để làm thiết bị, kiểm soát chất lượng nước hoặc sử dụng hóa chất để ức chế hiện tượng ăn mòn. Các chất sử dụng để ức chế sự ăn mòn phổ biến là, cromat, kẽm, molydate, polysilicat, azole, polydiol, nitrat, orthophosphat, polyphosphat, phosphonat và nitrit.

     2. Cáu cặn

     Cáu cặn là một quá trình hóa học, hình thành khi nồng độ muối hòa tan trong nước làm mát vượt quá giới hạn hòa tan, và kết tủa trên các bề mặt tiếp xúc với nước. Cáu cặn trong hệ thống trao đổi nhiệt có thành phần chính là muối canxi cacbonat, muối này trở nên kém tan hơn khi nhiệt độ của nước tăng lên. Vì vậy tại các khu vực có nhiệt độ cao, như bề mặt truyền nhiệt của thiết bị thường sẽ bị cáu cặn nhiều hơn cả. Ngoài ra, trong thành phần của cặn còn có thể xuất hiện các muối silicat, sulfat kết tủa. Tuy nhiên, so với canxi cacbonat thì các muối như CaSO4, MgCO3 chiếm thành phần nhỏ trong cặn, đặc biệt là CaSO4  rất nhỏ do nó chỉ hình thành khi nước bị sôi cục bộ.
     Khi trong nước làm mát có chứa sắt hòa tan (Fe2+), dưới tác động của oxi không khí, Fe2+  sẽ bị oxi hóa thành Fe3+ , đầu tiên ở dạng kết tủa vô định hình xốp mềm, sau dần dần chuyển sang dạng tinh thể, bám chắc vào bề mặt trao đổi, làm cho vấn đề cáu cặn càng trở nên nghiêm trọng.
Sự hình thành cáu cặn trên bề mặt đường ống, thiết bị tiếp xúc với nước làm mát sẽ làm giảm bề mặt trao đổi nhiệt, làm tăng trở lực đường ống, giảm khả năng trao đổi nhiệt của thiết bị.
Có nhiều phương pháp hạn chế cáu cặn như điều chỉnh pH, làm mềm nước, sử dụng hóa chất ức chế cáu cặn, kiểm soát mức độ tuần hoàn của nước.

 



 

      Biện pháp sử dụng hóa chất ức chế cáu cặn là được nhiều nhà sản xuất sử dụng với mục đích hạn chế sự phát triển các tinh thể cặn, chuyển cấu trúc tinh thể sang dạng vô định hình để dễ dàng sục rửa. Các chất được sử dụng để ức chế cáu cặn thông thường là Polyacrylate, polymethacylate, phosphonat, chelant, copolymer, terpolymer và polyphosphat. Có thể sử dụng đơn lẻ từng loại hoặc tổ hợp các chất ức chế để đạt hiệu quả cao hơn. 

     3. Lắng đọng bùn đất

      Lắng đọng bùn là thuật ngữ chỉ chung cho tất cả các tạp chất cơ học có thể lắng đọng trên bề mặt thiết bị, gây ra trong hệ thống nước làm mát. Sự lắng đọng này không phải do quá trình ăn mòn, hay vi sinh vật gây nên mà nó là bụi, bùn đất từ không khí hay nước cấp vào hệ thống. Tưởng tượng tháp giải nhiệt như một thiết bị lọc không khí khổng lồ, trong đó các bụi bẩn trong không khí sẽ đi vào nước tuần hoàn, thành các tạp chất cơ học lơ lửng. Ngoài ra, các tạp chất cơ học có thể theo nước cấp, nước bổ sung vào hệ thống, hoặc các vật liệu rắn rơi vào từ các vị trí rò rỉ. Qua thời gian, các tạp này sẽ lắng đọng trên thành thiết bị, sẽ tạo thành một lớp cách nhiệt làm giảm hiệu quả truyền nhiệt, có thể gây tắc nghẽn đường ống, tăng tốc độ ăn mòn do hạn chế sự tiếp xúc của chất ức chế ăn mòn với đường ống thiết bị. 
 

  Các biện pháp kiểm soát sự lắng đọng sẽ  phụ thuộc vào nguyên nhân gây ra nó. Biện pháp vật lý là kiểm soát tốt các vị trí rò rỉ, nguồn nước đầu vào. Biện pháp hóa học là sử dụng các hóa chất có tác dụng phân tán, chất hoạt động bề mặt nhằm ngăn chặn sự kết tụ của các hạt lơ lửng, hạn chế sự lắng đọng. Một số loại hóa chất thường được sử dụng là polyacrylate, polymethacylate, polydiol, surfactant…

     4. Vi sinh vật và rong rêu

    Sự tăng trưởng của vi sinh vật, rong rêu trong hệ thống nước làm mát tuần hoàn nếu không được kiểm soát chặt chẽ sẽ dẫn đến sự hình thành một lớp ô nhiễm sinh học (màng sinh học) trên tất cả các bề mặt tiếp xúc với nước. 
 


 

     Lớp màng này tác động đến hệ thống cũng tương tự như lớp lắng đọng hay cáu cặn. Ngoài ra, quá trình trao đổi chất của vi sinh vật còn sinh ra các hợp chất sulfit gây ăn mòn nghiêm trọng cho thiết bị. 

III. Phương pháp vệ sinh đường ống, chất lượng nước tuần hoàn bằng hóa chất

     Sử dụng hóa chất ổn định chất lượng nước tuần hoàn là một biện pháp phổ biến hiện nay. Ưu điểm của biện pháp này là đảm bảo chất lượng nước tuần hoàn được ổn định, từ đó có thểgiảm khả năng hình thành cáu cặn, lắng đọng, tăng tuổi thọ của thiết bị, giảm chi phí vận hành. Để có thể kiểm soát tốt chất lượng nước tuần hoàn thì cần phải sử dụng đồng bộ các loại hóa chất sau:
  • Hóa chất ức chế cáu cặn và ăn mòn: thường được sử dụng liên tục trong suốt quá trình vận hành
  • Hóa chất diệt vi sinh vật: thường được sử dụng định kỳ
  • Hóa chất diệt rong rêu, đồng thời sục rửa đường ống, ngăn chặn sự lắng đọng các tạp lơ lửng: được sử dụng định kỳ.
  • Tẩy cáu cặn định kỳ
     ​Việt Quang với gần 20 năm kinh nghiệm trong ngành cung cấp hóa chất chất lượng cao, hiệu quả tốt. Trong quá trình xử lý các vấn đề trong tháp làm mát, chúng tôi cung cấp hóa chất sau: 
Hóa chất ức chế cáu cặn và ăn mòn SP-02
 
     Hoá chất ức chế cáu cặn và ăn mòn SP - 02 được điều chế từ các hợp chất  phosphate hữu cơ, chất hoạt động bề mặt, chất ức chế ăn mòn, copolyme… có khả năng ức chế cáu cặn, ức chế ăn mòn tốt, có thể hoạt động tốt khi bội số cô đặc cao, nhiệt độ cao, độ cứng lớn.
 


 
     Với tác dụng đồng thời của các thành phần trong chế phẩm, kết hợp với sự kiểm soát chặt chẽ chất lượng nước cấp bổ sung thì có thể kéo dài thời gian hoạt động ổn định của hệ thống làm mát tuần hoàn, giảm chi phí bảo dưỡng, giảm chi phí tẩy rửa, góp phần nâng cao hiệu suất của cả quá trình.
 
 
Giới thiệu về hóa chất diệt vi sinh vật SP-06

     Hóa chất diệt vi sinh vật SP-06 với thành phần chứa clo tự do, có khả năng diệt vi sinh vật hiệu quả cao. Hóa chất được sử dụng định kỳ nhằm hạn chế sự phát triển của vi sinh vật, góp phần ức chế sự ăn mòn của thiết bị.

 
Giới thiệu về hóa chất diệt rong rêu SP-05
 
     Hóa chất diệt rong rêu SP-05 chứa thành phần chính là 5 chloro-2-Methyl-4-Isothiazolin-3-One, 2-Methyl-4-Isothiazolin - 3-One, có tính năng diệt rong rêu cao. Hóa chất được sử dụng định kỳ nhằm diệt và hạn chế sự phát triển của rong rêu, góp phần nâng cao hệ số truyền nhiệt cho thiết bị. 
 
Hóa chất tẩy cáu cặn đường ống SP-A200

      Hóa chất tẩy cáu cặn đường ống SP-A200 được dùng trong trường hợp hệ thống bị cáu cặn làm giảm hiệu suất của thiết bị. Hóa chất SP-A200 chứa các axit hữu cơ, chất hoạt động bề mặt, chất ức chế ăn mòn, có khả năng hòa tan cặn cacbonat, silicat tốt mà không gây ăn mòn đến thiết bị.
 
 

 Tài liệu tham khảo

Cooling water management – Basic principles and Technology, Tymothy Keister, 2001

MH                     

 

Liên hệ Ms Ngọc: 0973 143 639 để được hỗ trợ kỹ thuật