فراغ التفريغ في معالجة المياه

المياه التي تبدو نظيفة يمكن أن تكون مليئة بالمشاكل. الغازات الذائبة - الأكسجين، وثاني أكسيد الكربون، والنيتروجين، وآثار الغازات الأخرى - غير مرئية، ولكنها تؤدي إلى التآكل، وتتداخل مع عمليات المعالجة، وتتسبب في مشاكل الامتثال. في مياه تغذية الغلايات، يؤدي الأكسجين المذاب إلى تآكل الأنابيب الفولاذية والمبادلات الحرارية. في مياه الشرب، يؤدي ثاني أكسيد الكربون الزائد إلى التخلص من الرقم الهيدروجيني ويجعل عملية التطهير غير متوقعة. في حلقات التبريد الصناعية، يتسبب الهواء المذاب في تجويف المضخة ويقلل من انتقال الحرارة.

يعد التفريغ الفراغي أحد أكثر الطرق فعالية لتجريد هذه الغازات. إنها ليست فكرة جديدة - فقد استخدمتها محطات توليد الطاقة وبيوت الغلايات لعقود من الزمن - ولكن اللوائح الأكثر صرامة، وارتفاع تكاليف الطاقة، ومواصفات جودة المياه الأكثر تطلبًا، تدفعها إلى تطبيقات جديدة عبر معالجة المياه البلدية والصناعية.

تشرح هذه المقالة ما يفعله تفريغ الغاز بالتفريغ، وسبب أهميته، وكيفية اختيار النظام المناسب لعملية معالجة المياه لديك.

لماذا تعتبر الغازات الذائبة مشكلة؟

الغازات الذائبة في الماء لا توجد بالصدفة. وهي تدخل من خلال ملامستها للغلاف الجوي، أو من خلال عمليات التهوية، أو كمنتجات ثانوية للتفاعلات الكيميائية. وبمجرد ذوبانها، تظل في المحلول حتى يتغير شيء ما - درجة الحرارة أو الضغط أو التوازن الكيميائي.

الأكسجينهو الأكثر شهرة. حتى أجزاء قليلة في المليون يمكن أن تسبب تآكلًا شديدًا في أنابيب الصلب الكربوني والغلايات. لا يكون الضرر دائمًا واضحًا في البداية؛ فهو يبدأ على شكل حفر، ثم يتسارع إلى حدوث تسربات وفشل. في أنظمة الغلايات، يعد تآكل الأكسجين سببًا رئيسيًا لوقت التوقف غير المجدول.

ثاني أكسيد الكربونيذوب ليشكل حمض الكربونيك، مما يخفض درجة الحموضة ويجعل الماء عدوانيًا تجاه المعادن والخرسانة. وفي مياه الشرب، يؤدي ذلك إلى تعقيد تعديل الرقم الهيدروجيني ويمكن أن يزيد الطلب على المواد الكيميائية القلوية. في المياه الصناعية عالية النقاء، حتى أثر ثاني أكسيد الكربون يتداخل مع قياسات الموصلية والمقاومة.

نتروجينيكون خاملًا في الغالب، ولكن عندما يخرج من المحلول فإنه يشكل فقاعات تسبب تجويف المضخة، وتقلل من كفاءة نقل الحرارة، وتخلق عملية صاخبة وغير فعالة.

غازات أخرى- الميثان وكبريتيد الهيدروجين والكلور والمواد العضوية المتطايرة - تظهر في تطبيقات محددة. كل منها يجلب مشاكله الخاصة، من الرائحة إلى السمية إلى خطر الانفجار.

القاسم المشترك هو أن جميعهم غير مرغوب فيهم. يمنحك التفريغ الفراغي طريقة لإخراجها.

كيف يعمل فراغ التفريغ

المبدأ بسيط: الغازات تذوب بشكل أفضل عند الضغط العالي وتخرج من المحلول عندما ينخفض ​​الضغط. في جهاز إزالة الغازات الفراغي، يتم تعريض الماء لبيئة منخفضة الضغط - عادة من 0.02 إلى 0.2 بار مطلق - حيث لا تعد الغازات الذائبة قابلة للذوبان. يغادرون الطور السائل ويتم نقلهم بواسطة نظام الفراغ.

وتعتمد كفاءة العملية على ثلاثة أمور:

• مساحة السطح.كلما زادت مساحة سطح الماء للفراغ، زادت سرعة هروب الغازات. ولهذا السبب تستخدم أجهزة إزالة الغاز التعبئة أو الصواني أو فوهات الرش لتكسير الماء إلى أغشية رقيقة أو قطرات.

• وقت الإقامة.يجب أن يبقى الماء في الفراغ لمدة كافية لتنتشر الغازات من السائل السائب.

• مستوى الفراغ.انخفاض الضغط المطلق يعني انخفاض ذوبان الغاز. يزيل الفراغ الأعمق المزيد من الغاز، لكن إنتاجه يكلف أيضًا المزيد.

من الناحية العملية، تحقق معظم أجهزة إزالة الغازات الخاصة بمعالجة المياه إزالة بنسبة 90-99% من الأكسجين المذاب وثاني أكسيد الكربون. يعتمد الأداء الدقيق على تصميم النظام وتركيز الغاز الوارد.

حيث يتم استخدام فراغ التفريغ

معالجة مياه تغذية الغلاياتهو التطبيق الكلاسيكي. تؤدي إزالة الأكسجين المذاب وثاني أكسيد الكربون إلى منع التآكل في الغلايات وسخانات مياه التغذية وخطوط إرجاع المكثفات. غالبًا ما تجمع أنظمة الغلايات الحديثة بين تفريغ الغازات الفراغية وكسح الأكسجين الكيميائي من أجل دفاع مكون من طبقتين.

معالجة مياه الشربيستخدم التفريغ الفراغي لإزالة ثاني أكسيد الكربون الزائد، وضبط الرقم الهيدروجيني، وتحسين كفاءة التطهير. كما أنه يستخدم لإزالة المركبات العضوية المتطايرة (VOCs) والرادون من المياه الجوفية.

مياه التبريد الصناعيةيستفيد من تفريغ الغاز لأن الهواء المذاب يسبب تجويف المضخة ويقلل من أداء المبادل الحراري. تؤدي إزالة الهواء إلى استقرار التدفق وتحسين كفاءة الطاقة.

معالجة مياه الصرف الصحييستخدم التفريغ الفراغي لإزالة الغازات ذات الرائحة مثل كبريتيد الهيدروجين، ولتحضير الماء للترشيح الغشائي أو التفريغ.

أنظمة المياه عالية النقاء- تعتمد مصانع الأدوية وأشباه الموصلات ومحطات الطاقة على تفريغ الغاز لتحقيق مستويات منخفضة للغاية من الغاز المذاب.

اختيار نظام الفراغ الصحيح

مضخة التفريغ هي قلب أي نظام تفريغ. تتوفر العديد من التقنيات، ولكل منها مقايضات.

مضخات الحلقة السائلةهي خيار شائع لتفريغ الماء لأنها تتحمل الرطوبة والسائل. فهي قوية وبسيطة وموثوقة. ومع ذلك، فإنها تستهلك مياه الختم ولها كفاءة طاقة معتدلة.

مضخات المسمار الجافتقدم عملية خالية من الزيت وكفاءة عالية. ويتم تخصيصها بشكل متزايد للتركيبات الجديدة التي يكون فيها نقاء المنتج وتكاليف الطاقة أمرًا مهمًا. وهي تتطلب فصلًا جيدًا عند المنبع لتجنب دخول السائل، لكن التصميمات الحديثة تتعامل مع بخار الماء جيدًا.

منفاخ الجذورغالبًا ما تستخدم كمعززات مع مضخات أخرى لتحقيق فراغ أعمق أو سعة أعلى. ولا يتم استخدامها بمفردها للتطبيقات الرطبة.

قاذفات البخارهي خيار حيث يتوفر البخار والكهرباء باهظة الثمن. لا تحتوي على أجزاء متحركة، ولكنها تستهلك البخار وتولد مياه الصرف الصحي.

ويعتمد الاختيار الصحيح على مستوى الفراغ المطلوب، وحمولة الغاز، ودرجة حرارة الماء، وأولويات تكلفة التشغيل للمنشأة.

اعتبارات تصميم النظام

إن جهاز تفريغ الغاز الفراغي هو أكثر من مجرد مضخة. يتضمن النظام وعاء تفريغ الغاز، والتعبئة أو الصواني، وتوزيع المياه، وأنابيب التفريغ، وأدوات التحكم. يؤثر كل مكون على الأداء.

تصميم السفينةيحدد مدى اتصال الماء بالفراغ. توفر الأعمدة المعبأة مساحة سطح عالية ولكنها يمكن أن تكون ملوثة بالمواد الصلبة العالقة. أنظمة الرش أبسط ولكنها أقل كفاءة. تصاميم صينية تقع بينهما.

درجة حرارة الماءمهم لأن قابلية ذوبان الغاز تقل مع ارتفاع درجة الحرارة. يتخلص الماء الدافئ من الغازات بسهولة أكبر، ولكنه يزيد أيضًا من حمل البخار على مضخة التفريغ.

التحكم في الفراغضروري للتشغيل المستقر. إذا كان الفراغ عميقًا جدًا، فقد يتحول الماء إلى بخار. إذا كانت ضحلة جدًا، فإن عملية التفريغ غير مكتملة. تحافظ صمامات التحكم الأوتوماتيكية وأجهزة إرسال الضغط على نقطة الضبط.

مواديجب أن تقاوم التآكل الناتج عن الغازات التي يتم إزالتها. ثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين عدوانية بشكل خاص. غالبًا ما يتم تحديد الفولاذ المقاوم للصدأ أو المكونات المطلية.

الصيانة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها

أنظمة تفريغ الغازات بالفراغ منخفضة الصيانة نسبيًا، ولكنها ليست خالية من الصيانة.

أداء المضخةيتحلل مع مرور الوقت. يؤدي تآكل الختم والتآكل الداخلي والتلوث إلى تقليل الكفاءة. المراقبة المنتظمة لمستوى الفراغ وتيار المضخة تكتشف المشاكل مبكرًا.

التعبئة والصوانييمكن أن تكون ملوثة بالحجم أو النمو البيولوجي أو المواد الصلبة العالقة. التنظيف أو الاستبدال دوري.

تسربات فراغيةهي سبب شائع لضعف الأداء. يؤدي تسرب الهواء إلى النظام إلى رفع الضغط المطلق وتقليل كفاءة تفريغ الغاز. يجب أن يكون اختبار التسرب جزءًا من الصيانة الروتينية.

نوعية المياهيؤثر على حياة النظام. الماء العسر يسبب التحجيم. تهاجم المياه المسببة للتآكل المواد. قد تكون المعالجة المسبقة ضرورية.

ملخص

يعد التفريغ الفراغي طريقة مجربة وفعالة لإزالة الغازات الذائبة من الماء. يمنع التآكل، ويحسن أداء المعالجة، ويساعد على تلبية معايير جودة المياه. هذه التكنولوجيا راسخة في معالجة مياه تغذية الغلايات وتجد تطبيقات جديدة في مياه الشرب والتبريد الصناعي ومياه الصرف الصحي.

يعتمد اختيار مضخة التفريغ المناسبة - الحلقة السائلة، أو المسمار الجاف، أو النظام الهجين - على التطبيق المحدد، ومستوى التفريغ المطلوب، وأولويات تشغيل المنشأة. سيوفر النظام المصمم جيدًا سنوات من الخدمة الموثوقة وحماية المعدات وضمان جودة المياه.

الأسئلة الشائعة الفنية

س: ما هو مستوى الفراغ النموذجي لتفريغ الماء؟
ج: تعمل معظم أجهزة إزالة الغازات المائية بين 0.02 و0.2 بار مطلق. ويعتمد المستوى الدقيق على الغازات التي تتم إزالتها وكفاءة الإزالة المطلوبة.

س: هل يمكن للتفريغ الفراغي إزالة كل الأكسجين المذاب؟
ج: يمكنه إزالة 90-99% من الأكسجين المذاب. بالنسبة لمياه تغذية الغلايات، عادةً ما يتم التعامل مع الأكسجين المتبقي بواسطة أجهزة إزالة المواد الكيميائية لتحقيق المستويات المنخفضة المطلوبة للجزء في البليون.

س: ما هو الفرق بين تفريغ الفراغ وتفريغ الغشاء؟
ج: يستخدم التفريغ الفراغي وعاء الضغط المنخفض لتجريد الغازات. يستخدم تفريغ الغشاء غشاءًا كارهًا للماء لفصل الغازات عن الماء. أنظمة الأغشية مدمجة ولكنها أكثر ملاءمة لمعدلات التدفق المنخفضة والتطبيقات عالية النقاء.

س: كيف أختار بين الحلقة السائلة والمضخة اللولبية الجافة لتفريغ الغاز؟
ج: تتعامل المضخات الحلقية السائلة مع الرطوبة بشكل جيد وتكون قوية، ولكنها تستهلك ماء مانع للتسرب. تعتبر المضخات اللولبية الجافة أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وخالية من الزيوت، ولكنها تتطلب فصلًا جيدًا للسوائل. يعتمد الاختيار على جودة المياه وتكاليف الطاقة وموارد الصيانة.

س: ما هي الصيانة التي يحتاجها جهاز إزالة الغازات الفراغي؟
ج: إجراء فحوصات منتظمة لمستوى الفراغ وتيار المضخة وحالة الختم. ينبغي فحص التعبئة أو الصواني للتأكد من عدم وجود قاذورات. يجب إجراء اختبار التسرب بشكل دوري. قد تكون هناك حاجة إلى معالجة مسبقة لجودة المياه لمنع التحجيم.