Uzdatnianie Wody Chłodniczej: Poradnik
- Szczegóły
Nowoczesna infrastruktura przemysłowa oraz budynki użyteczności publicznej powszechnie wyposażone są w obiegi wód chłodniczych do uzyskiwania komfortu pracy oraz do utrzymywania urządzeń przemysłowych w odpowiednich warunkach temperaturowych.
Zasadniczym zagadnieniem w problematyce chłodniczej, umożliwiającym prawidłowe funkcjonowanie obiegów jest utrzymanie w należytej kulturze jakości wód obiegowych oraz prawidłowe przygotowanie wody uzupełniającej.
W Polsce nie ma norm dotyczących jakości tychże wód, dlatego też producenci urządzeń chłodniczych posiłkują się normą jakości wód grzewczych i kotłowych. Innym normatywem zalecanym jest również VDI nr 3803. Jako pewne sformalizowanie tego zagadnienia można przyjąć wnioski z Jubileuszowego Zjazdu Ogrzewnictwa Wentylacji oraz Klimatyzacji. Obie formalne wytyczne są zgodne, iż woda chłodnicza wymaga specjalnego uzdatniania.
Jaka Woda Powinna Być Używana w Obiegach Chłodniczych?
Reasumując, woda w obiegach chłodniczych powinna być odżelaziona, bez manganu, bez zawiesin oraz miękka. Pełna aplikacja uzdatniania wody chłodniczej powinna być określona na podstawie jej analizy.
W zależności od jakości wody należy przeprowadzić następujące procesy technologiczne:
Przeczytaj także: Technologie oczyszczania wody: Przegląd
- Filtracja mechaniczna
- Filtracja redukująca poziom żelaza i manganu
- Zmiękczanie
- Kondycjonowanie chemiczne wody
- Stała kontrola zasolenia
Filtracja Mechaniczna
Filtracja mechaniczna uniemożliwia przedostanie się do układu zanieczyszczeń stałych, takich jak piasek czy rdza, które mogłyby uszkodzić urządzenia uzdatniające i chłodzące. Mogą to być np. filtry mechaniczne, ręczne lub automatyczne. Dobre jakościowo urządzenia tego typu posiadają często funkcje płukania wstecznego oraz nie wymagają dublowania, ponieważ nie przerywają pracy w trakcie przepłukiwania.
Usuwanie Kamienia Kotłowego
Podstawowym problemem w eksploatacji obiegów chłodniczych jest skłonność wód do osadzania kamienia kotłowego. Wody wykazujące poziom twardości węglanowej już przy rzędu 8 - 12 stopni niemieckich intensywnie wytrącają kamień kotłowy.
Skuteczne zmiękczanie musi być poprzedzone odpowiednim przyjmowaniem wody zmierzającym do redukcji poziomu żelaza, manganu oraz zawiesin. Wspomniane wskaźniki fizykochemiczne mógł uszkodzić lub wręcz uniemożliwić pracę zmiękczaczy działających na zasadzie wymiany jonowej.
Jednocześnie żelazo, czy mangan mogą wytrącać się w obiegach w postaci osadów blokujących automatykę urządzeń schładzających, pogarszając skuteczność procesu. Wymagania te spełnia np. typoszereg filtrów kolumnowych QSF, MSK oraz ERK, urządzeń redukujących poziom żelaza, mangamu oraz zawiesin. Wykonano je na bazie zbiorników kompozytowych oraz automatycznych zaworów sterujących. W zależności od jakości wody stosowane są w nich wypełnienia żwirowe, antracytowe oraz katalityczne.
W przypadku zasilania obiegów chłodniczych wodą miejską, czyli uzdatnioną do celów pitnych, można stosować filtry kolumnowe MSK w celu redukcji żelaza instalacyjnego), zawiesin koloidalnych, które są produktami eksploatacji sieci miejskich i mogą wpłynąć na jakość pracy obiegów chłodniczych czy samej stacji uzdatniania wody.
Przeczytaj także: Grupa Azoty Puławy - oczyszczanie wody
Woda odżelaziona, odmanganiona, bez zawiesin może podlegać następnie zmiękczeniu. Z racji wielkości śladów chłodniczych oraz ciągłości pracy niektórzy producenci zalecają stosowanie urządzeń dwukolumnowych. Dają one możliwość pracy 24 h na dobę. Poziom zmiękczenia wody powinien być w granicach 4 - 6 stopni niemieckich.
Woda Miękka i Jej Ochrona
Woda miękka jest wysoce korozyjna za sprawą zmiany bilansu jonowego węglanów i kwaśnych węglanów. Instalację oraz same urządzenia chłodniesz należy chronić preparatami antykorozyjnymi. Ciekawym rozwiązaniem jest tu preparat występujący pod nazwą handlową Rondophos KWN. Wiąże on twardość resztkową na zasadzie strąceniowej oraz tworzy film na powierzchni materiału instalacji wodnej, co uniemożliwia kontakt z wodą agresywną. Dozowany jest on do obiegu przez automatyczną stację dozującą. Sterowanie realizowane jest za pomocą wodomierza kontaktowego.
Kontrola Bakterii i Dezynfekcja
Wieże chłodnicze są urządzeniami otwartymi, mającymi kontakt z atmosferą. Dlatego też instalacja chłodnicza jest narażona na rozwój glonów i bakterii. Zjawisko to niweluje dozowanie preparatów glono- i bakteriobójczych. Z racji przystosowania się glonów oraz bakterii do tych preparatów w celu utrzymania ich wysokiej skuteczności należy je stosować wymiennie przez okres podawany przez producenta Dobre rezultaty daje również dezynfekcja szokowa podchlorynem sodowym, np. o nazwie handlowej Benamin Sporex.
Dozowanie preparatu wiążącego twardość resztkową czy korozję wywołuje powstawanie osadów w zladach chłodniczych. Czołowi producenci zalecają tu stosowanie filtrów mechanicznych na boczniku, które okresowo zatrzymywałyby te niepożądane produkty
Stale odparowywanie wody technologicznej powoduje zagęszczenie rozpuszczonych soli. Podnosi to jej korozyjności, zwiększa ilość osadów, pogarsza kulturę pracy.
Przeczytaj także: Przewodnik po uzdatnianiu wody szkłem
W celu zachowania stałej kontroli poziomu zasolenia układów chłodniczych na boczniku instalacji należy zamontować urządzenie kontrolujące jej poziom i automatycznie otwierające spustowy zawór elektromagnetyczny w przypadku przekroczenia wskazanego progu, np.
Właściwe parametry pracy agregatów chłodniczych i klimatyzacyjnych zapewnia profesjonalny serwis.
Mechanizm Powstawania Osadu
W teorii przygotowania wody w obiegach chłodniczych i klimatyzacyjnych znajduje odzwierciedlenie pogląd, że jej uzdatnienie zapobiega tworzeniu się osadów eksploatacyjnych. Jednak praktyka serwisowa wskazuje, że pogląd ten nie jest do końca słuszny.
Osady kamienia wodnego, ze względu na duże ciepło parowania, najszybciej tworzą się w recyrkulacyjnych obiegach chłodniczych, gdzie efekt chłodzenia uzyskuje się w wyniku odparowania części wody. Jednak odparowanie wody oraz ciągłe uzupełnianie powoduje jej zatężanie, co z kolei skutkuje przekroczeniem iloczynów rozpuszczalności niektórych zawartych w niej związków. Wynikiem jest wytrącanie się osadów. Ze względu na liczne zanieczyszczenia, osady te nie są zazwyczaj jednorodne.
W wodzie chłodniczej występują następujące zanieczyszczenia:
- Mechaniczne organiczne i nieorganiczne, które w czasie filtrowania są zatrzymywane na bibule filtracyjnej;
- Koloidalne, przechodzące przez bibułę filtracyjną, które mogą łączyć się z cząsteczkami wody, tworząc tzw. hydraty;
- Cząsteczkowodyspersyjne, głównie rozpuszczone w wodzie sole i gazy oraz niektóre substancje organiczne. Najczęściej występujące sole to: sole wapniowe, siarczany wapnia, chlorek wapnia, sole magnezu, sole żelaza i manganu, sole sodowe i potasowe, krzemionka oraz krzemiany. Natomiast główne zanieczyszczenia gazowe wody stanowią: azot, tlen i dwutlenek węgla;
- Bakteriologiczne i organizmy żywe np.
Frakcje węglanu wapnia mogą powstawać zarówno ze skłonności wytrącania osadów pod wpływem zmian temperatury, która ma wpływ na rozpuszczalność CaCO3, jak i zmiany pH wody, co narusza równowagę węglanowo-wapniową i powoduje strącanie CaCO3 lub jego rozpuszczanie.
Węglan wapnia może krystalizować się w trzech formach: kalcytu, aragonitu i waterytu. W większości przypadków w instalacjach chłodniczych powstaje węglan wapnia w formie kalcytu i monohydratu, ponieważ krystalizacja aragonitu następuje w temperaturze powyżej 60°C. Na proces krystalizacji ma także wpływ przesycenie roztworu, jak również obecność jonów magnezu.
Jedną z pożądanych właściwości wody w obiegach chłodniczych jest jej stabilność, tj. właściwość polegająca na tym, że woda nie wytrąca ani nie rozpuszcza węglanu wapnia. Jednak w warunkach obiegu wodnego np. skraplacza natryskowo-wyparnego zachowanie stabilności jest praktycznie niemożliwe, ponieważ woda chłodnicza ma temperaturę około 30°C, natomiast gorące rurki wężownicy skraplacza mogą mieć temperaturę nawet 50÷60°C, co powoduje dogodne warunki tworzenia się na nich osadu kamienia wodnego.
Uzdatnianie Wody w Układach Otwartych
Praktyka wielu chemicznych czyszczeń obiegów wodnych w instalacjach oraz agregatach chłodniczych i klimatyzacyjnych, zrealizowanych przez PPH KAMIX Sp. J., wskazuje, że w zależności od jakości wody, powstają różne osady eksploatacyjne. Należy przy tym obiektywnie zauważyć, iż dzieje się tak niezależnie od faktu, czy woda została uzdatniona, czy też nie.
Różnice, które występują, dotyczą raczej skutków w postaci określonych osadów, które zaburzając przepływ ciepła, obniżają parametry pracy i zwiększają koszty energetyczne. Ilustracją tej tezy są rysunki 1. i 2.
Na rysunku 1. widać skraplacz zakamieniony łatwo roztwarzalnym osadem z wody surowej, natomiast na rysunku 2. jest skraplacz schładzany wodą zmiękczoną, ale zakamieniony wyjątkowo trudno roztwarzalnym osadem z dużą zawartością krzemianów i siarczanów. Widoczne są ślady skuwania przecinakiem twardych fragmentów kamienia, pobieranych do badań symulacyjnych.
Jednak problem osadów eksploatacyjnych nabiera rzeczywistego znaczenia dopiero podczas ich usuwania. Wówczas istotne staje się prozaiczne pytanie - jaki jest koszt czyszczenia układu i w jakim stopniu uzyskany efekt pokryje te koszty oraz, dodatkowo, wygeneruje spodziewane oszczędności?
Znam wiele przypadków, gdy po 3-4 latach eksploatacji nowych, wydajnych skraplaczy natryskowo-wyparnych BAC, w wyniku ich całkowitego zakamienienia osadem nieroztwarzalnym w niskiej temperaturze roztworu jedynym rozwiązaniem była bardzo kosztowna wymiana wszystkich pakietów rurek części ciśnieniowej.
W innym przypadku, w jednej z największych maszynowni chłodniczych w Polsce, w wyniku znacznego zakamienienia powierzchni rurek skraplaczy amoniakalnych i wzrostu temperatury skraplania, silniki elektryczne sprężarek pracowały pod zdecydowanie większym obciążeniem niż nominalne, co spowodowało skrzywienie ich wałów i pękanie fundamentów maszynowni.
Należy zaznaczyć, że w przeciwieństwie do zjawiska tworzenia i sposobów usuwania kamienia kotłowego w energetyce oraz ciepłownictwie, w układach wymiany ciepła w chłodnictwie istotne jest odstąpienie od złożonych systemów uzdatniania wody. Wynika to z faktu, że im czystsza woda występuje w obiegu1, tym twardszy kamień z niej powstanie.
W dużym uproszczeniu można przyjąć, że zwiększa się wówczas procentowa zawartość tych składników, do roztworzenia których wymagana jest wyższa temperatura roztworów czyszczących, nie tylko kwaśnych, lecz i alkalicznych2.
Dodatkowo, przy uwzględnieniu faktu, że większość otwartych obiegów wodnych wykonana jest ze stali ocynkowanej, łatwo narażonej na zniszczenie podczas chemicznego czyszczenia z zastosowaniem nieodpowiednich preparatów3, problem staje się bardzo poważny.
Ponadto, w odróżnieniu od podobnych osadów, występujących w kotłach parowych w układach chłodniczych (np. wieżach i skraplaczach wyparnych), niemożliwe jest wykonanie czyszczenia polegającego na zanurzeniu zakamienionych fragmentów urządzenia w cyrkulowanych roztworach, a jedynie ich zraszanie. To znacząco zmniejsza skuteczność usuwania osadu oraz wydłuża czas czyszczenia i jego koszt.
Pojawiają się także problemy technologiczne samego czyszczenia, np. wpływ wyższej temperatury roztworu czyszczącego, przyśpieszającej reakcję roztwarzania, w opozycji do jednoczesnego wzrostu prędkości ubytku ocynku oraz szybszego odparowania kwasów i inhibitorów korozji.
Tezę, zgodnie z którą proponuje się zaprzestania uzdatniania wody w otwartych obiegach chłodniczych, potwierdza praktyka wielu przeprowadzonych chemicznych czyszczeń, gdzie osady powstałe z wody nieuzdatnionej, były łatworoztwarzalne. Nie wchodząc w szczegóły, wynika to z warstwowej struktury osadów. Gdy większość masy kamienia tworzą osady łatworoztwarzalne w roztworach kwaśnych, stanowiące często nawet 70 proc. całości, wówczas ich szybkie usunięcie burzy całą konstrukcję, która narosła np. na rurkach skraplacza.
Wówczas duża część osadu, także ta nieroztwarzalna w kwasach, w postaci luźnych płatków, wypłukiwana jest z układu, a więc usuwana mechanicznie
Aby zilustrować ten problem, na rysunku 3. przedstawiono strukturę osadu kamienia wodnego, który powstał mimo właściwej pracy stacji uzdatniania wody typu jonitowego. W warstwie kamienia o grubości 11 mm zidentyfikować można aż sześć różnych typów kamienia wodnego.
Uwzględniając zatem fakt, iż mimo zmiękczania wody osady i tak powstają, w tempie około 0,5 mm na rok, koszt usunięcia osadu kamienia z wody niezmiękczonej jest znacznie niższy.
Podsumowując temat, warto zauważyć, że serwis urządzeń oraz instalacji chłodniczych i klimatyzacyjnych ma sens tylko wówczas, gdy obok sprawdzenia automatyki, następuje oczyszczenie z osadu powierzchni wymiany ciepła.
Wówczas prawdą jest to, że usuniecie warstwy kamienia wodnego o grubości 0,6 mm, powodującego wzrost wydajności cieplnej skraplacza o 25 proc., przy jednoczesnym obniżeniu temperatury skraplania, co skutkować będzie zmniejszeniem zużycia energii elektrycznej przez silniki sprężarek o 2÷4 proc. na 1 K, a także zmniejszeniem obciążenia i stopnia zużycia urządzeń, a więc wydłużenia ich resursów.
Artykuł ten stanowi jedynie wprowadzenie do problemu usuwania osadów eksploatacyjnych.
Jonizacja Wody jako Metoda Uzdatniania
W tym momencie powinniśmy zadać sobie pytanie, czy istnieją inne niż chemiczne metody uzdatnia wody, które nie miałyby zgubnego wpływu na środowisko naturalne, nie były rakotwórcze, niszczyły szkodliwe bakterie (Legionella), usuwały osadzony kamień i zapobiegały przed jego osadzaniem się na rurach skraplacza oraz wieży chłodniczej.
W latach 60. Amerykańska Agencja Lotów Kosmicznych (NASA) rozpoczęła prace nad wprowadzeniem jonizacji wody i jej odpadów dla statku kosmicznego Apollo. Wynikiem tych prac było opracowanie, wyprodukowanie i zastosowanie w lotach kosmicznych jonizatorów do uzdatniania wody. Pierwszy jonizator miał wagę 270 g i rozmiary pudelka papierosów.
Pozytywne wyniki zastosowania jonizatorów wody w lotach kosmicznych zachęciły placówki naukowo badawcze i laboratoria do dalszych prac badawczych nad jonizacją wody, który to proces po raz pierwszy został z sukcesem zastosowany w instalacji chłodniczej na początku lat 90.
Okazało się, że użycie na jonizator płytek wykonanych z miedzi, srebra lub stopu miedzi i srebra, daje najlepsze efekty. Warto nadmienić, że jedną z dużych zalet jonizacji miedzią, jest to, ze jony miedzi są bardzo stabilne i charakteryzuje je długa żywotność w wodzie. Długa żywotność jonów miedzi w wodzie zapewnia całkowite nasycenie systemu wodnego (w naszym przypadku, systemu wodnego chłodzenia skraplaczy) jonami miedzi.
Jonizacja miedzią powoduje całkowite zniszczenie organizmów żywych, takich jak: algi, bakterie, wirusy i pierwotniaki, poprzez niszczenie zewnętrznej ścianki komórek.
W czasie procesu jonizacji wody, poza jonami miedzi lub srebra tworzą się jony wodoru. Jony wodoru usuwają kamień kotłowy drogą niskiego poziomu elektrolizy.
Omawiany poniżej system jonizacji wody posiada certyfikaty niezależnych Agencji i Labolatoriów. Pozwolę sobie przytoczyć tylko kilka z nich: NASA, EPA, M&G Instrumentation Service, Analitycal Environmental Service International, University of Pittsburg. Wszystkie te instytucje są zlokalizowane w USA.
Jak wcześniej wspomniałem, między płytkami jonizatora przepływa niskonapięciowy prąd, wytwarzający jony miedzi i wodoru, które są bardzo stabilne w wodzie, zapewniając układowi jego całkowite nasycenie jonami.
Generalnie, osad na rurach skraplacza jest pochodzenia mineralnego, głównie węglanu wapniowego (CaCO3) i magnezu (Mg). Osad może również zawierać związki pochodzenia nieorganicznego, takie jak krzemionka i dwutlenki krzemu, jak również pochodzenia organicznego, takie jak: algi, bakterie i wirusy.
Przedstawiony na rysunku 5. jonizator produkuje jony wodoru (H+), które wiążą się chemicznie z węglanem wapnia (CaCO3), tworząc węglan wapniowy (CaHCO3), który jest rozpuszczalny w wodzie. Węglan wapniowy ponownie reaguje z jonem wodoru: CaHCa3 + H+ → Ca2 + HCO3. Związki te osiadają na dnie wanny wieży chłodniczej.
tags: #uzdatnianie #wody #chłodniczej #poradnik
