Soğutma kuleleri suyun havayla direk teması sonucu buharlaşması temeline dayanarak dizayn edilmiştir. Soğutma kuleleri, kullanılan soğutma yöntemine göre iki sınıfta incelenebilir. Bu iki metot; doğal hava sirkülasyonuyla ve mekanik hava sirkülasyonuyla soğutmadır.

Doğal hava akımı olan kulelerde, hava akımı dışarının atmosfer özelliklerine bağlıdır. Kulenin içerisindeki sıcak havanın öz kütlesi ve dışarıdaki soğuk havanın öz kütlesi birbirinden farklıdır. Rüzgar hızı kulenin performansı açısından önem taşır. Kamu hizmeti yapan birçok modern kuruluşta bu tip hiperbolik kulelere rastlanabilir. Bu uzun kuleler yıllarca Avrupa’da kullanılmıştır. Bu kulelerde soğutma işlemi süresince herhangi bir fan kullanılmaz. Bunun yanında kuş tüyü birikimi ya da toz, kum taneciklerinin oluşturduğu kirlilikler minimuma indirilmiş durumdadır.

 

Mekanik hava akımının olduğu kulelerde ise havayı hareket ettirebilmek için fan kullanılmaktadır. Bu şekilde soğutma prosesi hızlanmış olur ve kule boyunca düşen su damlacıklarının, havanın hızının arttırılmasıyla doğru orantılı olarak soğutması hızlanır ve kulenin performansı yükselir. Bu yüzden mekanik hava akımlı kuleler, doğal hava akımlı kulelere göre daha fazla suyu buharlaştırabilme kapasitesine sahiptir.

Mekanik hava akımının olduğu kulelerin iki çeşit dizaynı mümkündür; havanın fan yardımı ile aşağıdan itilerek (forced) su damlacıklarını soğutması (Şekil 9) ve havanın yukarıdan çekilerek (induced) su damlacıklarını soğutması (Resim 5).

Havanın yukarıdan çekilmesi, paralel akım ya da karşı akım oluşturan, kulenin tepesindeki fanlar sayesinde olabilir. Bir soğutma kulesi inşa edilirken, fanın aşağıda yada yukarıda olması mühendisin hava şartlarını göz önünde bulundurmasına bağlıdır. Fakat, asıl önemli olan sıcak havanın siskülasyonunu önlemektir. Çünkü kulenin performansını çok düşürür. Kulede karşı akım yaratmak ise buharlaşma için çok elverişli durum sağladığından iyidir. Çünkü karşı akım olduğu zaman en soğuk su en kuru havayla temas etmiş olur.

 

SOĞUTMA SUYU SİSTEMLERİNDE BEKLENİLEN PROBLEMLER

Endüstride soğutma sistemleri günümüzde gün geçtikçe yaygınlaşmakta ve kullanım suyu karakteristikleri proseslerin sağlıklı yürümesi açısından önem taşımaktadır . Açık ve kapalı soğutma suyu sirkülasyon sistemlerinde suyun neden olduğu üç ana problem ; KOROZYON , DEPOZİT , ( Taş , Çamur ) oluşumu , Fauling ve Mikrobiyolojik kirliliklerdir.

KOROZYON :

Suda çözünen korozif gazların , su içerisindeki çözünmüş tuzların , sistem şartlarının ve mikroorganizmaların etkisi ile korozyon oluşur . Depozit ve birikintiler korozyonu artıran faktörlerdir .

Sistemlerde korozyona neden olan faktörler şu şekilde sıralanabilir .

a) Suyun iletkenliğindeki farklılıklar : Genelde yüksek iletkenlik korozyonu arttırır . Ayrıca buna bağlı olarak, yükselen agresif klorür konsantrasyonu ve sülfat iyonları korozyonu hızlandırıcı etkenlerdir .

b) Sistemlerdeki farklılıklar : Sistemde farklı metal yapısı , aynı metalde farklı metalurjik yapıda bölgeler , debideki salınımların neden olduğu türbülanslar .

c) Havalandırma farklılıkları : Sistemlerin ve suyun karakteri , depozit ve askıda katı madde etkileri ile çeşitli bölgelerde farklı konsantrasyonlarda çözünmüş korozif gazların bulunması

d) Bakteri korozyonuna neden olan suda çözünmüş toplam oksijen ( TDO ) ve organik madde konsantrasyonundaki farklılıklar.

e) Sistemlerin değişik bölgelerdeki sıcaklık farklılıkları : Yüksek sıcaklık suyun viskozitesini azalttığından oksijen difüzyon hızı artar , iletkenlik yükselir ; ayrıca yüksek sıcaklıkta olan bölge anot olur ve bu nedenlerle korozyon hızlanır .

f) Soğutma suyu sistemlerinde farklı akış hızları ve 1,5 m/ sn’ nin altında kalan akış hızı .

g) Sistemde dolaşan suda ; sertlik , toplam alkalite , klorür ve sülfat farklılıkları , konsantrasyon faktörüne ve yapılan şartlandırma işlemlerine bağlı değişimler , PH ayarı ve yumuşatma gibi .

h) Dış atmosfer değişikliğinden gelen kirlilikler ; suyun orijininde olan mevsimsel değişiklikler ve kirlilikler .

i) Sistemlerin eski olması ve daha önce yapılan şartlandırma sonucu yüzeydeki depozit miktarı ve yapısındaki farklılıklar .

j) Sistemlerin şartlandırmasında kullanılan şartlandırma kimyasallarının hatalı seçiminden kaynaklanır .

k) şartlandırma kimyasallarını satan firmanın uzmanlık seviyesindeki ve teknik servis kapasitelerindeki farklılıklar .

l) İşletme şartlarının devamlılığı ve takibindeki farklılıklar ; işletmeci ve şartlandırma kimyasalları ile satıcı arasındaki koordinasyon ve bilgi akışındaki farklılıklar .

DEPOZİT :

Soğutma suyu sistemlerinde depozitlerin oluşumunun iki kaynağı vardır .

a) Besi suyu ile taşınan kalsiyum ve magnezyumun karbonatları , sülfat ve silikat tuzları , demir oksit ve hidroksitleri , çamur , kum , mil, biyolojik maddeler , organik kimyasallar , yağ vs.

b) Kule yolu ile çevreden taşınanlar : Kum ,kil, bakteriler ve çevreden kaynaklanan organik ve anorganik madde tozları.

KİREÇ:

Yüksek sıcaklıklarda sudaki çözünürlüğü azalmış olan bileşiklerin çökelmesi sonucu oluşur. 

TORTU:

Askıdaki katı maddelerin, korozyon sonucu oluşmuş depozitler ve mikrobiyolojik kütlelerin büyümesiyle oluşur ve sistemde kireç oluşumunun getirdiği sonuçları doğurur, ayrıca ciddi korozyon vakalarına neden olabilir.

Soğutma suyu şartlandırması bütün soğutma sistemlerinde olduğu gibi temel prensipleri takip eder. Bu temel prensiplerde ilk adım; tortu, kir, korozyon ya da bunların kombinasyonuna neden olan kaynağı araştırmaktır. Sonraki adım ise sistemde proses ve suyu derinlemesine anlamaktır. Bu sayede sistem dizaynı, işletmenin özellikleri, suyun kimyası ve nasıl daha güvenilir ve ekonomik bir şartlandırma programı kurulacağı daha iyi anlaşılır.

BİYOLOJİK KİRLENME :

Mikroorganizmaların sudan ve atmosferden sisteme girerler . İzole edilmiş tek hücreliler etkili değildir , ancak koloni kurmaları sistemde korozyon ve birikinti yapmalarına sebep olurla. Soğutma sistemlerinde uygun sıcaklık ve PH nedeniyle gelişmeleri hızlıdır. Ayrıca mineral tuzlar, organik maddeler ve güneş ışığı hızı artırıcı etkendir .

Soğutma sistemlerindeki mikroorganizmalar; bakteri, küf, mantar ve yapışkan sümüksü canlılardır . Mikro organizmalar, korozyon ve depozitin önlenmesinde önemli sorunlar yaratırlar .

KOROZYON ETKİLERİ

1) Hidrojen Üretenler: Katotta depolarizasyon nedeniyle korozyon .

2) Oksijen Üretenler: Oksijen korozyonu .

3) Birikinti Yapanlar: Depozit altı korozyon .

4) Hidrojen sülfür ve Sülfürik Asit Üretenler: Düşük PH korozyonu .

5) Amonyak Üretenler: Bakır korozyonuna neden olurlar .

Neden scale ve korozyon önleyici ?

Oksijence zenginleştirilmiş soğutma suyu işletmedeki proses ekipmanlarından geçerken büyük olasılıkla oksijen korozyonu mekanizmasını hızlandırır.

Literatür bilgilerinize göre ;

• Fe +O₂+H₂O Fe (OH)₂......................Katodik reaksiyon........1

•O₂+2H₂O 4OH- ......................Anodik reaksiyon........ .2

oluşur. 

Sistemde korozyon olma olasılığı söz konusu ise, ortamda anodik ve katodik reaksiyon mekanizmasının birlikte gerçekleştiği düşünülmelidir.

Korozyon mekanizması ,carbon steel esaslı normal alaşımsız çelikler üzerinde gerçekleşiyorsa,

Fe+2 - 2e Fe+3........................3

kademesine kadar yükseltgeme kademeleri gerçekleşir. CS yapı üzerinde kırmızı - kahve renkte makro yapılı koruyucu özelliği olmayan bir birikinti oluşur. Bu tabaka PAS olarak adlandırılır. PAS oluşum kademesinde,

•Malzeme et kalınlığında zayıflama

•Malzeme kristal yapısında mukavemet azalmasının olabileceği düşünülür. Halk dilinde PAS olarak adlandırılan görüntü anodik reaksiyon mekanizmasının sonucudur. Anodik reaksiyon mekanizmasının gelişmesini önlemek için mutlaka katodik reaksiyonun yürümesini önlemek gerekir. Bunun için tüm su grupları kimyasal şartlandırıcılar (Anodik - katodik esaslı ) ile şartlandırılmalıdır.

Kimyasal şartlandırıcı firma make-up suyu analiz parametrelerini göz önüne alarak şartlandırıcı kimyasalların türünü tespit edip sistemi hem korozyon hem de scale oluşumuna karşı koruyucu kimyasalını kullanarak sudan çıkabilecek problemleri minimize eder.