رسوب در مبدل های حرارتی (Fouling)
ایجاد رسوب یا فولینگ به تجمع مواد نامطلوب بر روی سطوح تبادل حرارت در مبدل های حرارتی(Heat Exchangers ) اطلاق می شود. این مواد نامطلوب شامل کریستال ها ، رسوبات ، پلیمرها ، کک ، نمک های غیر آلی ، رشد بیولوژیکی ذرات حاصل از خوردگی می باشد .
در صنایع نفت ، گاز و پتروشیمي همواره سعي بر این است تا با استفاده از روش هاي مختلف از تشکیل رسوب در تجهیزاتي مانند مبدل هاي حرارتي پیشگیري شود. به عبارت دیگر رسوب نتیجه همراهی پدیده های انتقال حرارت ، جرم و مومنتوم در شرایط گذرا است که روی سطح مبدل حرارتی ایجاد و باعث تغییر در بازده عملیاتی مبدل می شود. در کشورهای صنعتی زیان ناشی از رسوب در مبدل های حرارتی ۲۵% درصد از رشد ناخالص ملی را شامل می شود. رسوب موجود در مبدل حرارتی و تجهیزات انتقال حرارت، یکی از عمده ترین مشکلات اقتصادی است.
در ۲۵ سال گذشته مشکل رسوب در مبدل ها همراه با تلفات زیادی در انرژی بوده است. شکل 1 نمونه ای از یک مبدل حرارتی صنعتی همراه با رسوب را نشان می دهد. به طور مثال در سنگاپور میزان این اتلاف انرژی، هزینه ای بین ۱۵۰-۱۲۰ میلیون دلار سالانه بر بخش صنعت انرژی آن کشور تحمیل نموده است.
همچنین حداقل زیان ناشی از رسوب در آمریکا ۱۸ میلیارد دلار اعلام شده است. ضمن اینکه این رسوبات موجب خسارت به مبدل حرارتی می شود، وجود رسوب باعث اختلال در عملکرد حرارتی و هیدرولیکی مبدل های صنعتی نیز می شود. تمیزکاری و رسوب زدایی مبدل حرارتی یکی از اساسی ترین نیازها در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی محسوب می شود. در صنعت، حتی کمترین مقدار رسوب نیز قابل قبول نمی باشد.
به طور کلی می توان گفت که رسوب گرفتگی منجر به پایین آمدن بازده حرارتی و بالا رفتن افت فشار می شود که ممکن است به خوردگی نیز منجر شده و باعث از کار افتادگی مبدل شود. اگر چه در این زمینه هزینه هاي زیادي صرف مصرف مواد شیمیایي و افزودني ها جهت جلوگیري از رسوب گذاري مي شود ، اما اکثر مبدل های حرارتی در صنعت به دلیل عدم رعایت دستور العمل هاي عملیاتي ، عدم سازگاري با مواد شیمیایي و یا به دلیل کیفیت پائین آب های مناطق مختلف به نوعي در معرض رسوب گذاري قرار مي گیرند.
این رسوبات بیشتر در لوله ها یا تیوب هاي مبدل ها تشکیل مي شوند و باعث کاهش انتقال حرارت در مبدل مي گردد که در نتیجه آن هزینه هاي تولید افزایش مي یابد. براي کاستن اثرات ناشي از پدیده رسوب ، عملکرد مبدل بایستي پیوسته تحت نظر و تمیز کاری قرار گیرد. در شکل 2 گرادیان دمای ناشی از انباشته شدن رسوب در یک مبدل حرارتی صنعتی نشان داده شده است.
شکل 2- گرادیان دمای ناشی از انباشته شدن رسوب در مبدل
دو عامل در تشکیل رسوب در مبدل های حرارتی نقش اساسی دارند. اولین عامل دما بوده، بنحویکه با افزایش دمای فیلم یا دیواره در مبدل سبب تشدید مکانیزم تولید رسوب که عمدتا در مبدل های شبکه پیش گرم کن از نوع واکنش های شیمیایی می باشد می گردد. عامل دیگر سرعت سیال می باشد. افزایش سرعت سیال در داخل مبدل حرارتی سبب افزایش نیروی تنش بر شی بین سیال و سطح گردیده و در نتیجه سبب جدا شدن رسوب از سطح انتقال حرارت می گردد و بنابراین میزان رسوب کاهش می یابد.
در این قسمت به نمونه ای از کارهای انجام گرفته در زمینه کاهش رسوب توسط محققین اشاره می گردد. گروه تحقیقاتی پتروشیمی مروارید منطقه ویژه اقتصادی عسلویه به این نتیجه رسیده اند که نصب آنالایزر پایش آنلاین اکسیژن محلول در آب ورودی به کولینگ ، سنجش اکسیژن محلول در آب را امکان پذیر نموده و می توان مقدار تزریق ماده اکسیژن زدا به همراه آمین خنثی کننده در ناحیه مذکور را تنظیم نمود که این امر در کاهش رسوب گذاری تاثیر قابل توجهی دارد.
محققین دانشگاه بریتیش کلمبیا فرمولی را ارائه نمودند که همبستگی عملکردی داده های آب خنک کننده را مورد بررسی قرار داده که بر اساس فرمول، در صورت ثابت بودن فلوی آب در گردش و دمای آب ، ضریب هدایت حرارتی که نقش عمده ایی در تشکیل رسوب دارد ثابت باقی خواهد ماند.
در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی از واترجت فشار قوی برای تمیز کردن لوله های رسوب گرفته استفاده می کنند. پارامترهای موثر در شستشوی لوله ها با واترجت به شرح ذیل می باشد: دمای آب، دبی سیال، فاصله نازل از سطح، زاویه پاشش آب، تعداد نازل ها و کیفیت جت آب.