Isınmış su, soğutma kulesinde dolgu maddesinin üzerine eşit bir şekilde dağıtılır ve hava ile yoğun temas soğumayı iki şekilde gerçekleştirir :
● Isının %15-25’i soğuk hava ile doğrudan temastan,
● Geriye kalan büyük bölümü ise soğutma suyunun bir miktarının buharlaşması ile. Soğutma kulesine giren suyun ısısı ile çıkan suyun ısısı arasındaki fark ΔT ile ifade edilir.
En yaygın olarak kullanılan “ıslak” tip soğutma kuleleri doğal çekişli ve mekanik çekişli soğutma kuleleridir. Havanın ve suyun akış yönlerine göre de çapraz akımlı veya karşı akımlı olarak ayrılırlar.
Doğal çekişli kulelerde havanın aşağıdan yukarıya doğru hareketi soğutma kulesi içindeki ısı ve yoğunluk farklarından gerçekleşir. Mekanik çekişlilerde ise hava hareketi fanlar ile sağlanır.
Güç santralları, soğutulacak suyun fazlalığından, en ekonomik yol olan doğal çekişli yüksek soğutma kulelerini kullanırken diğer sanayiler daha küçük ve alçak mekanik çekişli soğutma kulelerinden, gereğinde birkaç ünite birden kullanırlar.
Kapalı ve Yarı Açık Soğutma Sistemleri
Kapalı devre soğutma sistemlerinde, açık çevirimlilerin tersine, ısı eşanjörlerinde sıcak su soğutulur. Isı eşanjörü de açık çevrimli veya hava soğutmalı kapalı bir devre ile soğutulabilir
Kapalı devre soğutma sistemlerinin kullanımı çelikhanelerde kontinü döküm kalıplarının soğutulmasında yaygındır. Çok yüksek ısılarda çalışılmasından veya kalıplara vereceği büyük zararlardan dolayı sertlik çökmelerini önlemek için kalıplar, demineralize veya yumuşatılmış su kullanılan kapalı devreler ile soğutulurlar. Çoğunlukla kullanılan plakalı eşanjörlerin soğutulması ikincil bir buharlaşmalı açık çevirimli soğutma sistemi ile gerçekleştirilir.
Yapısal olarak kapalı devrelerde su kayıpları çok azdır. Eksiğin tamamlanmasında demineralize veya yumuşatılmış su tercih edilir. Bu suların çok yıpratıcı olmalarından dolayı su şartlandırmada ana hedef iyi bir korozyon inhibisyonudur. Genelikle şartlandırma sorunsuzdur çünkü kimyasallar taze su miktarına orantılı beslenir ve buharlaşma olmadığı için soğutma suyundaki konsantrasyonları fazla değişmez.
Yarı açık soğutma sistemleri ise proseste kısa süreli yüksek ısılara ulaşılmasına karşılık düşürülecek ısı miktarının az olduğu uygulamalarda kullanılır. Buradan hareketle, suyun soğutulması için ağzı kapalı bir depo genellikle yeterli olmaktadır. Deponun ebadı ise gerekli ısı düşümünü radyasyon yoluyla kaybedecek zamanı sağlayabilecek ölçülerde olmalıdır. Su kayıpları kayda alınmayacak buharlaşma ve kaçaklardan ibarettir. Kapalı devrelerdeki gibi yarı açık çevirimlilerde de demineralize veya yumuşatılmış su kullanılır. Yarı açık soğutma devrelerinin kullanım örnekleri, elektrikli cihazların veya indüksiyon ile sertleştirme işleminde kulanılan daldırma suyunun soğutulmasında görülebilir. Kapalı devrelerin tersine, oksijen yarı açık çevirimlilerin içine devamlı işler ve koroziteyi sürekli artırır. İndüksiyon sertleştirmelerinde olduğu gibi galvaniz korozyonu dikkate alınmalıdır.
Soğutma Suyu Sorunları
Isıtma sistemlerinde taş, tortu olarak adlandırılan değişik çökeltiler oluşur. Bu oluşum, çözünmüş tuzların çökelmesinden, askıdaki maddelerin çökmesinden, mikrobiyolojik üremeden veya korozyon artıklarından kaynaklanabilir.
Taşlaşmanın yanı sıra su ile teması olan malzemeler korozyonun etkilerine açıktır. Bunun sebebi ise korozif bir su veya korozyon yapıcı bakterilerdir.
- Taş Oluşumu
Taşlaşma, soğutma suyunda daha önceden çözünmüş maddelerin kristalizasyonu veya çökelmesidir. Bunun sebebi, konsantrasyon artışı neticesinde çözünme sınırının aşılması ve/veya ısıda değişim olabilir.
- Kalsiyum Karbonat
Kalsiyum karbonat sert çökeltiler oluşturur ve soğutma sistemlerinde en sık rastlanan taşlaşma şeklidir.
Genel olarak bu tip taşlaşma CO2 konsantrasyonu azalınca çözünmüş kalsiyum bikarbonatın reaksiyonundan (tepkimesinden) kaynaklanır.
- Toplam Sertlik
Doğal sularda en yaygın olarak Ca2+ (kalsiyum), Mg2+ (magnezyum), Na+ (sodyum) ve K+ (potasyum) katyonları bulunur. Başka alkali, alkali toprak ve diğer metal iyonlarına da eser miktarlarda rastlanır.
Toplam sertlik = Kalsiyum sertlik + Magnezyum sertlik
Sertlik yapan bileşenler, bikarbonat, karbonat veya sülfat, klorür ve nitrat benzeri başka tuzlar şeklinde bulunabilirler. Bundan dolayı daha öte bir tanım, karbonat ve karbonat olmayan sertlik şeklinde yapılabilir. Sertlik bileşenleri, örneğin kalsiyum ve magnezyum bikarbonat ve karbonatları, karbonik asit tuzları şeklindeyse Karbonat sertlik, kalsiyum ve magnezyum iyonlarının mineral asit tuzları şeklindeki varlıkları ise Karbonat olmayan sertlik olarak ifade edilir.
- Kalsiyum Sülfat
Soğutma sistemlerinde, en önemlilerinden biri alçıtaşı (CaSO4 x 2H2O) olmak üzere, değişik türden kalsiyum sülfat çökmesine rastlanır. Alçıtaşının çözünürlüğü 40°C’a kadar artar, daha yüksek ısılarda ise azalır. Çoğunluk soğutma suları şartlarında alçıtaşı çözünürlüğü, kalsiyum karbonat çözünürlüğünün yüz kat ve daha fazlasıdır.
- Demir Oksit
Ham suların çoğunda, özellikle kuyu sularında çözünmüş demir bulunur. Taze su hazırlama işlemleri ile yok edilmemişse soğutma sisteminde oksitlenerek çok çabuk demir hidroksit’e veya demir oksit’e dönüşecek ve büyük topaklar halinde çökecektir.
Cemkimsan Kimya bünyesinde geliştirdiğimiz ve fabrikalarımızda ürettiğimiz bazı su şartlandırma ürünlerimiz;
CK 229: Açık ve yarı açık devre soğutma kulelerinde kışır ve korozyon kontrolü amaçlı kullanılan fosfonat bazlı şartlandırma kimyasalıdır. Kireçlenmeye sebep olan minerallerin kristal yapısını bozarak amorf hale getirir, blöf ile dışarı atılmasını sağlar. Bakır yüzeylerde korozyon oluşumunu önler.
CK 429: Açık ve yarı açık devre soğutma kulelerinde kışır ve korozyon kontrolü amaçlı kullanılan tam organik şartlandırma kimyasalıdır. Yüksek ph değerlerinde asit kullanımına gerek olmadan etkili olmaktadır. Tam organik yapısı ile çevre dostudur. Bakır yüzeylerde korozyon oluşumunu engeller.
C BIOCIDE 886: Açık soğutma kulelerinde endüstriyel proses sularında mikroorganizma kontrolü için tasarlanmış biyosittir. Yosun, bakteri, mantarların oluşumunu engeller. Bu biyolojik oluşumun neden olduğu tıkanma, kirlilik ve korozyonun önüne geçer. Bakır içeren metal yüzeylerde güvenle kullanılabilir.
CK 699: Soğutma sistemlerinde pH – alkaliniteyi düzenlemek amaçlı kullanılan yardımcı üründür. Yüksek pH değerinin sebep olduğu birikinti problemini engeller.
CK – 180: Açık soğutma kulelerinde kışır kontrolü amaçlı kullanılan tam organik dispersanttır. Su içindeki askıda katı maddelerin birleşip çökmelerini ve metal yüzeye yapışmasını engelleyerek soğutma kulelerinde birikinti oluşumunu engeller. Korozyon inhibitörlerinin metal yüzeylerine kolayca ulaşabilmeleri için temiz yüzeyler sağlar. Yüksek dozajlarda uygulandığı zaman eski çökeltileri de yavaş yavaş temizler.
Hakan ÇOBAN
Kimya Mühendisi
Su Şartlandırma Danışmanı
Kaynak:
https://muhendislik.sdu.edu.tr/assets/uploads/sites/148/files/sogutma-kulesi-12022015.pdf
TMMOB Kimya Mühendisleri Odası Su Elkitabı
Cemkimsan Kimya Ders Notları