سختی گیر پکیج‌های گرمایشی مورد تأیید شرکت گاز انگلستان

تنها سختی گیر پکیج‌های گرمایشی و آبگرمکن مورد تأیید شرکت گاز انگلستان
آنچه پیش روی شماست، خلاصه گزارشی است که در آن نتایج حاصل از آزمایشات صورت گرفته در مرکز تحقیقاتی Watson House انگلستان روی سختی گیر الکترونیکی هیدروفلو ارائه شده است. این گزارش نخستین بار در ماه اگوست سال1992 تحت نظارت شرکت گاز انگستان وبه صورت محرمانه منتشر شده بود. اکنون با گذشت قریب به بیست و شش سال از زمان تهیه گزارش، مطالعاتی که زمانی محرمانه تلقی می‌شد درقالب گزارش منتشر گردیده است.

مشکل رسوبگذاری در پکیج های حرارتی :

یکی از مهمترین معضلات پکیج های گرمایشی و آبگرمکن‌ها، افزایش مشکلات مرتبط با تشکیل رسوب گرفتگی مبدل‌های حرارتی در آبگرمکن‌های لحظه‌ای و پکیج‌های گرمایشی بود. مشکل رسوب اساسی‌ترین ایراد در بهره برداری از پیکج‌های گرمایشی بوده است.
برهمین اساس شرکت هیدروپت از مرکز تحقیقات واتسون هاوس درخواست کرد تا بررسی‌های لازم در زمینه انتخاب سختی گیر الکترونیکی آب و یا تجهیزات خودکار تزریق مواد شیمیایی آنتی اسکالانت را انجام داده وکارایی این سختی گیرها را برای محافظت از مبدلهای حرارتی پکیج و آبگرمکن در برابر رسوب گرفتگی را مورد ارزیابی فنی قرار دهد. از دیگر موارد مورد بررسی مرکز تحقیقاتی واتسون، می‌توان به تحقیق پیرامون مزایای سختی گیرها و رسوبزداهای الکترونیکی به واسطه کاهش نیاز به سرویس نگهداری پکیج‌های حرارتی برای شرکت گاز بریتانیا اشاره کرد.
رسوب گرفتگی در خطوط لوله و تجهیزات که به واسطه آب سخت رخ می دهد، بازده تجهیزات گرمایشی را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد که نتیجه آن گرم شدن بیش از حد تجهیزات و افزایش احتمال خوردگی مبدل‌های حرارتی است. یکی از برترین و شاخص ترین مزیت‌های رسوبزداهای الکترونیکی آن است که ترکیب یا کیفیت آب را تغییر نمی‌دهند. ضمن آنکه سازندگان این رسوب زداها مدعی هستند که این سختیگیرهای یاد شده از شکل گیری رسوب کربنات کلسیم جلوگیری به عمل آورده ومانع از رسوب گرفتگی مبدل‌های حرارتی می‌شوند.
در این گزارش خلاصه ارزیابی عمکرد رسوبزدای هیدروفلو مدل HP18 ( نسل اول محصولات خانگی هیدروفلو) ارائه شده است. این مدل یکی از سختی گیرهای الکترونیکی شرکت هیدروپت است که ویژگی‌های منحصر به فرد آن، عملکرد دائم در دمای بالای آب بوده است، به طوری که این سختی گیر برخلاف سایر تجهیزات مشابه، قابلیت آن را دارد تا با دبی‌های مختلف جریان و در دماهای بالا به صورت مداوم کار کند. درحالی که سایر سختیگیرها معمولا در معرض تغییرات میدان مغناطیسی قرار داشته و بر مبنای یک دبی مشخص قابل استفاده هستند.

هزینه رسوب گرفتگی مبدل های پکیج حرارتی:

طبق ارزیابی‌های صورت گرفته، هزینه ای که در انگلستان به واسطه رسوب گرفتگی مبدل‌های حرارتی به بخش صنعت تحمیل می‌شود بالغ بر دو میلیارد پوند برآورد می‌شود. سختی آب به دلیل وجود اجزایی مانند کربنات کلسیم، سولفات کلسیم، فسفات کلسیم، هیدروکسید منیزیم و سیلیکات‌های محلول در آب ایجاد می‌شود. کلسیت که متداول‌ترین شکل کربنات کلسیم است، یکی از اجزایی است که موجب سختی آب می‌شود. در صورت وجود کلسیت درآب، گرم کردن آب موجب خارج شدن کلسیت از حالت محلول و یک رسوب سخت در سطح داخل لوله‌ها و سطوح مبدل‌های حرارتی می‌شود. این رسوب سخت به تدریج بازده تجهیزات گرمایش آب را کاهش می‌دهد و در نهایت موجب گرم شدن بیش از حد، افزایش احتمال خوردگی و از کار افتادن مبدل حرارتی می‌شود. متناسب با سختی آب و مقدار کربنات کلسیم موجود در آب، شدت رسوب گرفتگی گاهی به میزان بسیار زیادی افزایش می‌یابد. حلالیت نمک‌هایی که موجب افزایش سختی آب می‌شوند با افزایش دما کاهش می‌یابد. به این ترتیب است که در صورتی که آب حاوی این نمک‌ها در معرض گرما قرار گیرد، حلالیت این نمک‌ها در آب کاهش یافته و بخشی از نمک‌ها از حالت محلول خارج شده و رسوب می‌کند. در این وضعیت، شدت تشکیل رسوب با افزایش دمای آب بیشتر می‌شود. برای مثال، اگر مقدار کلسیت موجود در 5000 لیتر آب برابر با ppm 145باشد، مقدار رسوب در دمای 60 درجه سانتیگراد در سال معادل kg 8/4 و در دمای 80 درجه سانتیگراد برابر با kg 9/29خواهد بود! به همین دلیل بخش عمده مشکلات مرتبط با رسوب گرفتگی مربوط به تجهیزات گرمایش آب است و سرویس و نگهداری این تجهیزات از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. بنابراین در صورتی که آب مورد استفاده در تجهیزات گرمایشی پکیج‌های گرمایشی و آبگرمکن‌ها بالا باشد (یعنی سختی آب بیش از 300ppm باشد)، احتمال رسوب گرفتگی سریع لوله آب گرم و مبدل‌های حرارتی بسیار زیاد خواهد بود.
البته برای جلوگیری از رسوب گرفتگی مبدل‌های حرارتی می‌توان روش‌های مختلفی را به کار گرفت. کاهش سختی آب و تصفیه شیمیایی آن از جمله روش‌هایی هستند که می توان به این منظور استفاده کرد، اما مشکل این روش‌ها، زمان بر بودن و هزینه بالایی است که به همراه دارند. به لحاظ تاریخی، کاهش سختی آب با استفاده از تجهیزات الکترونیکی ومغناطیسی برای یک دوره زمانی پنجاه تا شصت ساله بدون موفقیت ادامه پیدا کرد که علت اصلی آن را می‌توان فقدان شواهد علمی معتبر برای اثبات کارایی این تجهیزات در زمینه جلوگیری از رسوب گرفتگی جستجو کرد. البته در 23 سال اخیر، طرح‌ها و مدل‌های جدید و متنوعی از سختی گیرهای الکترونیکی به بازار عرضه شده اند که سازندگان این تجهیزات بر کارایی چشمگیر آنها تاکید دارند. ضمن آن که تحقیقات در این زمینه در بسیاری از کشورها به میزان زیادی گسترش یافته و آزمایش‌های دقیقی برای بررسی عملکرد این تجهیزات در دستور کار قرار گرفته و نتایج مثبتی را به همراه داشته است. در همین راستا آزمایش‌های متعددی برای بررسی مشکلات متداول به وجود آمده در برخی آبگرمکن‌های گازسوز و پکیج‌های گرمایشی خانگی انجام گرفته است.

 

 

تاثیر دمای آب در سختی گیرهای مغناطیسی و هیدروفلو

رسوبزدای هیدروفلو HP18 قابلیت کارکرد در دماهای بالا، بین 90 درجه سانتیگراد تا 100 درجه سانتیگراد را دارد. این قابلیت ناشی از انتشار سیگنال در سطح مرزی آب و جدار داخلی لوله است که با توجه به هدایت الکتریکی لوله مسی (فلزی) وآب مثبت در مدار لوله کشی منتشر می‌گردد. در دماهای بالا، کارایی رسوب زدای هیدروفلو در زمینه جلوگیری از رسوب گرفتگی کاهش نمی‌یابد. هیچ یک از سختی گیرهای الکترونیکی موجود در بازار قابلیت‌های منحصر به فرد سختی گیر هیدروفلو را نداشته‌اند. سختی گیرهای مورد آزمایش صرفاً سختی آب را در مجاورت محل قرارگیری سختی گیر، یعنی محل اعمال میدان مغناطیسی، کنترل می‌کنند. به طور مشابه، سایر سختی گیرهای مغناطیسی دائمی، وضعیت رسوب گرفتگی را در مجاورت میدان مغناطیسی کاهش می‌دهند ولی این اثر تنها در شرایط دبی مشخص و شرایط ایده آل آزمایشگاهی قابل دستیابی خواهد بود. درحالی که سختی گیر هیدروفلو HP18 به طور گسترده در مدار لوله کشی عمل کرده و مستقل از وضعیت دبی جریان کار می‌کند، در حالی که عملکرد سایر سختی گیرهای الکترونیکی به وضعیت جریان و مقدار دبی و سرعت آب وابسته است. لازم به یادآوری است که وضعیت کارکرد سختی گیرهای مغناطیسی متداول و املاحی که موجب سختی آب می‌شوند با دمای کارکرد نسبت معکوس دارند. به این معنی که کارایی این سختیگیرها ومیزان حلالیت نمک‌های یاد شده با افزایش دما، کاهش می‌یابد که نتیجه آن ایجاد رسوب کلسیت و آرگونیت شکل‌های مختلف از کریستال کربنات کلسیم بر روی سطوح داخلی مبدل حرارتی می‌شود. بررسی عملکرد بعضی از سختی گیرهای مغناطیسی در دماهای 55 درجه سانتیگراد حاکی از آن است که این سختی گیرها بر جلوگیری از رسوب گرفتگی مبدل‌های حرارتی تأثیر اندکی می‌گذارند.
در دماهای 70 ، 80 و 90 درجه سانتیگراد قابلیت سختی گیرهای مغناطیسی برای جلوگیری از رسوب گرفتگی درسیستم کاهش می‌یابد. طراحی سختی گیر هیدروفلو به گونه ای است که این وسیله قابلیت کارکرد در محدوده دمای بحرانی آب را دارد. این قابلیت به ویژه برای آبگرمکن‌های گازسوز که لوله‌هایی به قطر کم و شار حرارتی بالایی دارند بسیار مهم وتاثیرگذاراست. بر این اساس می‌توان راهکارهای جدیدی را برای مبدل‌های حرارتی، دیگ‌های ترکیبی ودیگ‌های تقطیری با راندمان بالا در پیش گرفت.

 

نتایج آزمایش:
بررسی‌های صورت گرفته حاکی از آن بود که سختی گیر هیدروفلو HP18 در مقایسه با سایر سختی گیرهای الکترونیکی و مغناطیسی دائم مورد آزمایش، عملکرد بسیار مطلوبتری را دارد. در جدول 1 نتایج آزمایش رسوب زداهای مختلف در کنارعملکرد سختی گیر هیدروفلو ارائه شده است که بر مبنای آن می توان عملکرد این تجهیزات را با یکدیگر مقایسه کرد. با توجه به جدول مشاهده می شود که رسوب زدای هیدروپت قابلیت کارکرد درشرایط آزمایش بسیار سخت را دارد و در چنین وضعیتی عملکرد آن تقریبا اندازه 3 برابر بهتر از سایر رسوبزداهای الکترونیکی بوده است.

 

مزایای رسوب زدای هیدروپت برای شرکت گاز انگلستان:

تعداد تجهیزات گرمایشی که تحت نظر شرکت گاز انگلستان مورد بهره برداری قرار می‌گیرند نزدیک به 5/12 میلیون دستگاه است که در این میان می‌توان به 9 میلیون دیگ، 1میلیون پکیج گرمایشی و 6/2 میلیون دستگاه آب گرمکن اشاره نمود. در مناطق با آب سخت، مشکل رسوب گرفتگی لوله‌ها و سیستم گاهی در فاصله شش ماه از بهره برداری از سیستم رخ می‌دهد که شدت این مشکل برای آبگرمکن ها، دیگ‌های چدنی و پکیج‌های گرمایشی بیشتر است. برای سرویس کاران تاسیساتی که در زمینه رسوبزدایی دیگ‌ها فعالیت دارند، به ازای هر دیگ متناسب با شدت رسوب گرفتگی، هزینه‌ای بالغ بر سیصد پوند مورد نیاز خواهد بود. رسوب گرفتگی از تجهیزات یاد شده شامل جدا کردن دیگ از سایر تاسیسات، رسوب زدایی (پمپاژ بین بیست و چهار تا چهل و هشت ساعت در دیگ‌ها )، خنثی سازی و در نهایت تخلیه پر فشار آب از داخل آن پیش از نصب و راه اندازی مجدد می‌شود. بنابراین به طور تقریبی برای انجام این کار باید 24-72 ساعت زمان صرف شود. این رقم برای آبگرمکن‌های شامل هزینه بازدید از سیستم به علاوه هزینه شستشوی مبدل حرارتی مربوطه می‌شود که هزینه‌ای حدود چهل پوند را به همراه دارد.  البته در این مورد کار بسیار ساده تر و آسانتر از دیگ‌هاست.
به طور میانگین، هزینه‌ای که باید برای رسوب زدایی از تجهیزات پرداخت شود هم برای دیگ‌ها و هم برای آبگرمکن‌ها به ازای هر بار رسوب زدایی  صد و هفتاد پوند است. اگر فرض کنیم که  تنها یک درصد از کل تجهیزات مورد استفاده دچار مشکل رسوب گرفتگی شوند، با صد و بیست و پنج هزار وسیله مشکل دار سر و کار خواهیم داشت که نتیجه آن تحمیل هزینه 25/21 میلیون پوند در سال خواهد بود. بنابراین با سرمایه گذاری نسبتا اندک برای نصب و راه اندازی سختی گیر هیدروفلو در کاربردهای با ریسک متوسط و بالا، می‌توان با جلوگیری  یا حداقل کاهش رسوب گرفتگی در تجهیزات یاد شده، صرفه جویی قابل توجهی در هزینه داشت. با یک حساب سرانگشتی درصورت استفاده ازسختی گیر هیدروفلو، صرفه جویی حاصله برای شرکت  گاز انگستان برای یک دوره پنج ساله تقریبا هشتاد و پنج میلیون پوند خواهد بود که با کسر کردن سرمایه گذاری اولیه برای سختی گیر هیدروفلو درنهایت   5/72 میلیون پوند صرفه جویی خالص ایجاد خواهد شد.
جمع بندی:
تحت شرایط آزمایش سخت برای لوله های با قطر کم و شار حرارتی بالا مشخص شد که عملکرد سختیگیر هیدروفلو HP18  به طور بارزی از سایر سختی گیرهای  مورد آزمایش بهتر است و استفاده از رسوب گیر هیدروفلو مزایای بسیاری برای سرویس و نگهداری از تجهیزات آب به همراه دارد. به کارگیری این سختی گیر در حداقل شرایط، رسوب گرفتگی و مسدود شدن جریان در سیستم را به اندازه پنج سال به تعویق می اندازد.  طبق ادعای سازنده این سختی گیر، فناوری مورد استفاده در این سختی گیرها به گونه‌ای است که در مقیاس انبوه، سختی گیر هیدروفلو تنها وسیله‌ای است که قابلیت‌های     ایده‌آل برای کارکرد دائم و کاهش یا جلوگیری از رسوب گرفتگی در دماهای بالا را دارد. ویژگی یاد شده یکی از شاخصه‌های منحصر به فرد و مهم برای پکیج‌های گرمایش گازسوز به شمار می‌رود که سختی گیر هیدروفلو از آن برخوردار است. نصب این سختی گیر ساده بوده و تنها مستلزم نصب سختی گیر روی لوله آبسرد اصلی و تأمین توان الکتریکی 5/1 وات است. مزیت دیگر این سختی گیرها عدم استفاده از اجزای متحرک در آنها است. این سختی گیرها بر روی لوله نصب می‌شوند.