Sau một thời gian sử dụng, tháp hạ nhiệt thường bị bám nhiều cáu cặn. Tình trạng này gây ảnh hưởng tới hiệu suất làm mát và tuổi thọ của tháp. Vậy đâu là nguyên nhân dẫn đến cáu cặn tháp giải nhiệt? Biện pháp xử lý như thế nào? Những chia sẻ sau đây sẽ giúp người dùng tìm được đáp án phù hợp cho mọi khúc mắc của mình.
Nội dung chính
Nguyên nhân dẫn tới cáu cặn tháp giải nhiệt
Sau một thời gian dài sử dụng, nhiều tháp giải nhiệt xuất hiện tình trạng cáu cặn trên tấm tản nhiệt, đường ống dẫn nước, đáy bể chứa,… Nguyên nhân dẫn đến cáu cặn là:
Cáu cặn xảy ra khá phổ biến ở tháp giải nhiệt
Nguồn nước có chứa nhiều khoáng chất: Cáu cặn tháp giải nhiệt hình thành khi khả năng hòa tan của các khoáng chất hòa tan trong nước làm mát bị bão hòa. Tháp giải nhiệt hoạt động bằng cách làm bay hơi một phần nước vào khí quyển. Nước này là “tinh khiết”, và không chứa bất kỳ khoáng chất hòa tan nào. Khi quá trình bay hơi diễn ra, các khoáng chất tạo cặn sẽ tồn lại trong tháp. Nếu không được kiểm tra, khả năng hòa tan của các khoáng chất bị bão hòa sẽ dẫn đến sự kết tủa hình thành cặn.
Do ăn mòn và oxy hóa kim loại: Nước dẫn vào trong tháp làm mát dưới tác dụng của nhiệt sẽ sinh ra tình trạng ăn mòn. Nếu như nguồn nước có độ pH càng cao thì tính ăn mòn càng mạnh. Sự ăn mòn liên tục sẽ làm các lớp kim loại bị han rỉ, bong tróc rơi trong tháp, hình thành cáu cặn tháp giải nhiệt.
Nguồn nước có nhiều khoáng chất khiến các bộ phận bị cáu cặn
Cáu cặn hình thành từ sự kết tủa các bazơ trong nước: Trong nước có chứa nhiều các nhóm gốc OH- cùng các ion kim loại như Ca+, Mg+, Fe3+,… Trong môi trường có xúc tác là nhiệt độ thì các gốc OH- này sẽ kết hợp với các ion kim loại hình thành kết tủa. Chất kết tủa sẽ bám vào thành tháp, tấm tản nhiệt, đường ống,,… Tạo thành cáu cặn tháp giải nhiệt.
Các nguyên nhân khác: Ngoài các nguyên nhân chính kể trên thì một phần nhỏ cáu cặn còn hình thành do các vi sinh vật trong nguồn nước, độ bão hòa của nước, động lực học dòng nước, thiết kế và hiệu suất của tháp làm mát,… Tổng hợp các nguyên nhân đó sẽ sinh ra tình trạng cáu cặn.
Những loại cáu cặn tháp giải nhiệt phổ biến
Thông thường, cáu cặn trong tháp giải nhiệt thường là một số loại như sau:
Canxi cacbonat: là loại cáu cặn phổ biến nhất trong tháp làm mát. Chất lắng đọng này chính là vôi. Canxi cacbonat ít hòa tan ở pH cao hơn.
Cáu cặn xuất hiện tại đường ống
Canxi photphat: hay chính là tricalcium phosphate, Ca3(PO4)2. Nó được hình thành từ phản ứng của canxi và orthophosphate. Cáu cặn này có thể xuất hiện trong các nguồn cung cấp nước. Nó ít hòa tan ở nhiệt độ cao và độ pH cao. Nó tạo thành cặn dày đặc tương tự như canxi cacbonat, nhưng có thể được loại bỏ bằng quy trình làm sạch bằng axit.
Canxi sunfat: đây chính là thạch cao. Chúng được hình thành trong hệ thống nước làm mát có nhiều sunfat. Canxi sunfat có xu hướng ít hòa tan ở nhiệt độ cao, nhưng không giống như canxi cacbonat, nó ít hòa tan hơn ở độ pH thấp. Do xu hướng sử dụng các chương trình xử lý nước làm mát không axit, nên các cáu cặn canxi sunfat không còn phổ biến như trước đây.
Trầm tích silica: là những lớp phủ giống như thủy tinh có thể hình thành cặn gần như không nhìn thấy được trên bề mặt kim loại. Độ hòa tan của silica tăng khi nhiệt độ và độ pH cao. Do đó, silica thường được tìm thấy trong khối đệm tháp giải nhiệt thay vì trong bộ trao đổi nhiệt. Sau khi hình thành, loại cáu cặn này rất khó để loại bỏ ngay cả với chất tẩy rửa axit mạnh.
Cáu cặn bám tại nhiều bộ phận khác nhau trong tháp
Ảnh hưởng của cáu cặn tháp giải nhiệt
Các hệ thống máy móc trong khu công nghiệp, các tòa nhà,… sử dụng tháp tản nhiệt để làm mát. Tuy nhiên, sự tích tụ của cáu cặn trên bề mặt trao đổi nhiệt làm giảm đáng kể mức trao đổi nhiệt bình thường. Cuối cùng, lớp cáu cặn ngày càng tăng sẽ tác động đến hiệu suất của toàn hệ thống, cùng với các tác động hạ nguồn khác.
Sự phát triển cáu cặn thường sẽ dẫn đến:
- Giảm khả năng truyền nhiệt: Cáu cặn tháp giải nhiệt thường xuất hiện nhiều ở tấm tản nhiệt khiến cho hệ thống làm mát kém hiệu quả. Thực tế, cứ một lớp cáu cặn canxi cacbonat có độ dày hơn 1,5mm có khả năng làm giảm hiệu suất truyền nhiệt của tháp làm mát nước lên tới 12,5%.
- Tăng mức tiêu thụ điện năng: đường ống nhiều cáu cặn khiến cho lượng nước lưu chuyển chậm, không đáp ứng nhu cầu làm mát khiến quá trình kéo dài. Đồng thời, trong hệ thống lạnh, các hợp chất cáu cặn cũng tạo ra áp lực cao hơn, làm tăng nhu cầu sử dụng năng lượng tăng, gây tốn kém nhiều chi phí nhiên liệu và điện năng cho các doanh nghiệp. Bởi cứ một đơn vị 100 tấn lạnh, lớp cáu cặn có độ dày 1,8mm sẽ làm tăng thêm 22% khả năng tiêu thụ điện năng so với những tháp có cùng kích thước nhưng không bị cáu cặn.
- Tăng mức tiêu thụ nước: lượng nước được làm mát kém hiệu quả sẽ không thể sử dụng hoàn toàn dẫn tới tiêu hao nước.
- Ảnh hưởng hệ thống thiết bị: các thiết bị máy móc không được cung cấp nước làm mát đầy đủ có thể gián tiếp ảnh hưởng đến chất lượng cũng như hiệu suất vận hành.
Cáu cặn trên tấm tản nhiệt là ảnh hưởng đến khả năng làm mát
Giải pháp xử lý tình trạng cáu cặn tháp giải nhiệt
Trước những tác động vô cùng to lớn của cáu cặn thì người dùng cần có những cách phòng ngừa, xử lý phù hợp:
Hệ thống lọc hạn chế cáu cặn tháp giải nhiệt
Lọc là phương pháp loại bỏ các chất lơ lửng trong tháp hạ nhiệt như bùn, phù sa, vi sinh vật,… giúp xử lý nước tối ưu. Có 2 phương pháp lọc được sử dụng để xử lý nước tháp giải nhiệt công nghiệp là:
- Lọc trực tiếp: cho phép toàn bộ nước trong hệ thống tuần hoàn đi qua một bộ lọc để loại bỏ các tạp chất trong nước.
- Lọc gián tiếp: đặt bộ lọc trong dòng nước trích để một phần nước tuần hoàn được lọc liên tục. Phương pháp kiểm soát cáu cặn tháp giải nhiệt này có ưu điểm là chi phí thấp hơn và yêu cầu không gian nhỏ hơn so với lọc trực tiếp. Ngoài ra, lọc gián tiếp còn có thể loại bỏ lượng lớn các mảng bám, tạp chất kết tủa trong nước tuần hoàn của tháp hạ nhiệt.
Lắp bộ lọc cặn cho tháp
Dưới đây là một số thiết bị lọc trong hệ thống tháp giải nhiệt nước nhằm ngăn ngừa cáu cặn, được sử dụng phổ biến hiện nay.
- Stainer: là bộ lọc có thiết kế một bình kín có một lớp sàng lọc, giúp loại bỏ các hạt tạp chất có kích thước từ 25μm trở lên trong nước. Đây là bộ lọc sơ cấp, giúp loại bỏ các hạt lớn trong hệ thống nước tuần hoàn, giúp tháp hạ nhiệt luôn làm việc tốt.
- Cartridge: thường được sử dụng là bộ lọc cuối cùng, giúp loại bỏ tạp chất có kích thước từ 1μm trở lên trong nước. Bộ lọc này thường được sử dụng một lần và được thay thế khi cần thiết.
- Bộ lọc cát: loại bỏ các chất lơ lửng có kích thước từ 1 – 10μm trong nước. Bộ lọc kiểm soát cáu cặn tháp hạ nhiệt này được sử dụng cho các loại nước đầu vào có hàm lượng tạp chất thấp.
- Lọc tách ly tâm – trọng lực: có khả năng lọc sạch khoảng 40% đối với các hạt tạp chất có kích thước từ 20μm – 40μm.
- Bộ lọc túi: gồm một túi lưới và bùi nhùi đặt trong rổ kim loại có thể tháo rời. Túi lọc thường được làm từ các loại nguyên liệu như vải, nylon, polyester và polypropylene với các lỗ nhỏ có kích thước từ 0.01 – 0.85mm. Lọc túi lưới là lọc thô nhưng vẫn có thể đảm bảo được khả năng xử lý nước, giúp hạn chế tình trạng cáu cặn trong tháp hạ nhiệt.
Đây là bộ lọc cát cho tháp tản nhiệt
Làm mềm nước để ngăn cáu cặn tháp giải nhiệt
Các khoáng chất tạo cặn trong tháp giải nhiệt chính là muối canxi như canxi cacbonat, canxi sunfat và canxi photphat. Tiền xử lý sẽ giúp loại bỏ một phần hoặc hoàn toàn canxi nhằm ngăn cản sự hình thành cáu cặn.
Các phương pháp tiền xử lý như làm mềm vôi lạnh, làm giảm độ cứng canxi và giảm độ kiềm, làm mềm ion kim loại. Làm mềm nước bằng cách thay thế độ cứng nước (canxi và magie) bằng cách hòa tan natri vào nước. Natri rất dễ hòa tan và không tạo cặn. Tuy nhiên, các bước tiền xử lý này dành riêng cho nước có độ cứng cao.
Hòa hóa chất để làm mềm nước
Giữ cho khoáng chất có thể hòa tan
Phương pháp kiểm soát cáu cặn tháp giải nhiệt phổ biến nhất là duy trì tính chất hóa học của nước làm mát sao cho độ hòa tan của cặn khoáng không bị bão hòa. Thông thường, axit sunfuric được sử dụng để điều chỉnh độ kiềm cacbonat và bicacbonat để duy trì độ pH của nước làm mát trong khoảng 6,5 đến 7,5. Điều này tương ứng với tổng độ kiềm nhỏ hơn 100 ppm. Khi giữ nồng độ canxi trong nước khoảng 300 đến 400 ppm, cáu cặn canxi cacbonat sẽ không hình thành.
Việc kiểm soát độ pH trong nước thường được tiến hành bằng việc bổ sung các hóa chất đặc biệt giúp tăng cường khả năng hòa tan của canxi cacbonat và các cáu cặn khoáng chất khác. Chúng bao gồm phosphonate và polyme. Những hóa chất này làm chậm quá trình hình thành cáu cặn bằng cách ổn định muối canxi.
Tiến hành vệ sinh định kỳ
Xả đáy bể
Cáu cặn thường tập trung khá nhiều ở phần đáy bể. Muốn loại bỏ hoàn toàn các chất cáu cặn ở bên trong tháp tản nhiệt ra ngoài, bạn nên mở van xả đáy khoảng 7 ngày sau khi đã tiến hành vệ sinh.
Trên đây là những thông tin tổng hợp về cáu cặn tháp giải nhiệt. Để đảm bảo thiết bị của mình luôn vận hành ổn định, hãy kiểm tra tháp định kỳ nhé.
