Woda Zdemineralizowana ze Skraplacza: Zastosowanie i Znaczenie w Energetyce i Przemyśle
- Szczegóły
Korozja metali w wyniku kontaktu z wodą w obecności tlenu stanowi poważny problem w elektrociepłowniach i elektrowniach. Woda i para, będące w stałym kontakcie z metalowymi elementami instalacji (skraplacze, grzejniki, pompy, rury, kotły i turbiny), mogą prowadzić do ich degradacji. Aby zapobiec korozji, woda dostarczana do instalacji w elektrowni musi być poddawana procesom oczyszczania, takim jak dejonizacja lub demineralizacja.
Dzięki tym zabiegom woda staje się bezpieczniejsza dla systemu, a stopień występowania korozji jest zmniejszany. Istotne jest również precyzyjne i ciągłe kontrolowanie jakości wykorzystywanej wody, analizując jej czystość w określonych punktach instalacji, takich jak skraplacz, chłodnia kominowa, stacja demineralizacji wody oraz obieg wody kotła.
Produktem korozji żelaza i jego stopów jest rdza, mieszanina różnych związków żelaza, tlenu i wodoru. Powstające drobinki rdzy mogą przedostawać się i gromadzić w innych elementach systemu, nawet najmniejszy zarodek korozji powoduje szybkie narastanie osadu, który najczęściej gromadzi się na wymiennikach ciepła, kotłach i grzejnikach.
Osad nie jest dobrym przewodnikiem ciepła, co obniża sprawność wymiany ciepła i całego procesu generowania energii. Najprostszym sposobem przeciwdziałania korozji jest stosowanie powłok ochronnych, takich jak warstwy tlenków, w tym powłoka z magnetytu dla stali. Niektóre z warstw ochronnych wymagają, by woda, z którą wchodzą w kontakt, miała określone właściwości chemiczne, zapewniające trwałość powłoki.
Stacja Demineralizacji Wody
Stacja demineralizacji to pierwszy element każdej instalacji przemysłowej wykorzystującej wodę, stanowiący pierwszą linię obrony przed korozją. Efektywne usunięcie mikroelementów z wody jest podstawą do uzyskania cieczy o wysokiej czystości, wymaganej w elektrowniach i elektrociepłowniach. Przeciętna stacja umożliwia przetwarzanie wody zawierającej od 100 do 1500 ppm rozpuszczonych soli na wodę zawierającą nie więcej niż 10-20 ppb mikroelementów.
Przeczytaj także: Gdzie kupić wodę destylowaną?
Procesy wykorzystywane do uzyskania cieczy o wysokiej czystości to m.in. filtracja, zmiękczanie, usuwanie chloru, odwrócona osmoza (RO), odgazowywanie czy wymiana jonowa. Odwrócona osmoza, polegająca na selektywnym przepuszczaniu wody i zatrzymywaniu zanieczyszczeń przez półprzepuszczalną membranę, pozwala usunąć około 98% zawartych w wodzie rozpuszczonych soli i krzemionki oraz niemalże wszystkie duże molekuły organiczne.
Umieszczenie kontaktowych czujników przewodności przed i za membraną półprzepuszczalną pozwala monitorować jakość wody oraz wydajność systemu RO. Niewłaściwe proporcje substancji chemicznych mogą uszkodzić membranę systemu odwróconej osmozy, szczególnie gdy woda odznacza się pH spoza określonego przedziału. Uniwersalne czujniki pH pomagają kontrolować i utrzymać nieco kwasowy odczyn wody.
W niektórych instalacjach przemysłowych do wody dodaje się chloru pełniącego funkcję biocydu, czyli substancji do niszczenia mikroflory i mikrofauny. W innych zaś jego występowanie jest niepożądane, jako że może on uszkodzić membranę systemu RO. Wówczas, w celu eliminacji chloru, stosuje się węgiel aktywny.
Proces odwróconej osmozy sam w sobie nie wystarcza do zupełnego oczyszczenia wody do celów przemysłowych. Aby osiągnąć zamierzony efekt stosuje się półprzepuszczalną membranę RO z wymiennikiem jonów (IX - Ion eXchanger). System taki składa się ze zbiorników z kroplami żywicy zdolnymi adsorbować kationy lub aniony.
Proces Dejonizacji Wody
Proces ten stosowany jest w celu usunięcia zawartych w niej rozpuszczonych soli. Wymaga to stałego przepływu cieczy przez dwa elementy jonowymienne, które zatrzymują zanieczyszczenia solne. W dziedzinie automatyki i przemysłu określenia „demineralizacja” i „dejonizacja” używane są zamiennie. Wprawdzie termin „demineralizacja” jest bardziej intuicyjny, jednak słowo „dejonizacja” trafniej oddaje istotę procesu.
Przeczytaj także: Inwestycje w Jakość Wody w Proszówkach
W początkowym etapie dejonizacji woda przepływająca przez pierwszy materiał jonowymienny zostaje oczyszczona z jonów wapnia i magnezu, tak jak w klasycznym procesie zmiękczania wody. W odróżnieniu od domowych filtrów dejonizacyjnych systemy przemysłowe usuwają z wody także wszystkie inne dodatnie jony metaliczne i zastępują je jonami wodorowymi, a nie sodu.
W pojedynczym procesie wymiany liczba wprowadzonych do cieczy atomów wodoru (H+) zależy od ładunku pochłoniętego jonu metalu. Kation sodu (Na+) zostanie zastąpiony jednym, kation wapnia (Ca++) na dwoma, a kation żelaza (Fe+++) na trzema jonami wodoru (H+). W ten sposób całkowity bilans wymiany ładunku elektrycznego wynosi zero.
Wprowadzenie do obiegu wody dużej liczby jonów wodorowych sprawia, że jej odczyn jest coraz kwaśniejszy. Niweluje to drugi etap procesu dejonizacji, w którym kolejny materiał jonowymienny zastępuje zawarte w wodzie aniony jonami grupy hydroksylowej (OH-). Tak przetworzona woda jest bogata w jony (H+) oraz (OH-), które wiążą się tworząc cząsteczki wody (H2O).
Skraplacz i Chłodnia Kominowa
Zadaniem skraplacza w elektrowni jest zamiana pary wykorzystanej do napędzania turbin z powrotem w wodę. Do realizacji tego procesu stosuje się wodę chłodzącą z chłodni kominowej. Niestety woda ta jest zwykle mocno zanieczyszczona - zawiera duże ilości mikroelementów. Jeśli więc nastąpi jakikolwiek jej przeciek do obiegu pary, to grozi to poważnymi kłopotami. Taki wyciek sprawia, że jony przedostają się do zamkniętego obiegu wody i zwiększają przewodność oraz korozyjność wody i pary wodnej w całej instalacji elektrowni.
W przemyśle duży nacisk kładzie się na wielokrotne użycie w procesie tej samej wody chłodzącej. W tym celu stosuje się chłodnie kominowe. Efekt wymiany ciepła występuje dwutorowo - ogrzana woda chłodząca oddaje ciepło do atmosfery w wyniku przepływu powietrza wywołanego naturalnym ciągiem komina, a także następuje częściowe odparowanie wody chłodzącej, co pociąga za sobą konieczność uzupełniania jej strat.
Przeczytaj także: Woda mineralna Józef: Zalety
W wypadku odparowywania rozpuszczone w wodzie ciała stałe osadzają się oraz powodują korozję aparatury wymiany ciepła. Chociaż na świecie istnieje wiele różnych odmian chłodni kominowych, wszystkie mają cechę wspólną - wyposażone są w czujniki poziomu pH oraz przewodności, co pozwala stale kontrolować i utrzymać określone właściwości cieczy.
Dodatkowo wykorzystuje się kontaktowy czujnik przewodności do pomiaru względnej koncentracji zanieczyszczeń w wodzie. Większość zanieczyszczeń wody chłodzącej to związki zasadowe. Jeśli więc wzbogacić ją nieznaczną ilością kwasu siarkowego, nastąpi obniżenie współczynnika pH. W praktyce jeśli wartość pH jest mniejsza niż siedem, to osad nie powinien gromadzić się.
Woda Zasilająca i Metody Kontroli Korozji
Woda uzyskana w procesie skraplania zużytej w procesie pary wraz z wodą ze stacji demineralizacji tworzą tzw. wodę zasilającą. Jest ona następnie pompowana przez szereg grzejników do punktu końcowego - kotła. Kontrolowanie występowania korozji w tym punkcie instalacji elektrowni parowej jest zwykle realizowane w jeden z dwóch sposobów - AVT (All Volatile Treatment) lub OT (Oxygenated Treatment).
W przypadku pierwszego ze sposobów do kontrolowania współczynnika pH oraz hydrazyny wykorzystywany jest amoniak, co ma zapewniać środowisko redukcyjne (ochrona stopów miedzianych, z których wykonane są elementy instalacji). Metoda ta wymaga monitorowania koncentracji amoniaku, hydrazyny oraz rozpuszczonego w wodzie tlenu.
W metodzie OT amoniak wykorzystywany jest do kontrolowania poziomu pH oraz koncentracji tlenu w wodzie tak, aby zapewnić warunki słabo utleniające, korzystne dla tworzenia się twardych powłok tlenowych. W wypadku tej metody jakość wody jest o wiele bardziej krytyczna niż dla AVT.
Przewodność jonowa cieczy musi być mniejsza niż 0,15µS/cm - konieczny jest tutaj pomiar rozpuszczonego tlenu, pH oraz przewodności jonowej wody zasilającej. Pomiar współczynnika pH w warunkach niskiej przewodności może być utrudniony, jako że woda o wysokiej czystości nie zapewnia kontaktu elektrycznego pomiędzy elektrodami.
Woda Destylowana a Zdemineralizowana w Procesach Galwanicznych
Woda jest jednym z najważniejszych czynników w przemyśle galwanicznym, gdzie precyzja i powtarzalność procesów ma ogromne znaczenie dla jakości powłok. Prawidłowy dobór i kontrola parametrów wody przekłada się na efektywność anodowania aluminium, czernienia metali, cynkowania galwanicznego czy chromowania. Przy procesach obróbczych, takich jak skrawanie i frezowanie CNC, znaczenie czystości również rośnie - odpowiednie rozcieńczanie chłodziwa zapobiega wytrącaniu się osadów, a także zwiększa trwałość maszyn.
Wspomniane technologie - od anodowania aluminium po czernienie, cynkowanie i chromowanie - wymagają wody o ściśle określonych właściwościach. Często w tym kontekście pojawiają się dwa pojęcia: woda destylowana oraz woda demineralizowana. Na pierwszy rzut oka oba rodzaje wody mogą wydawać się niemal tożsame, jednak w praktyce różnią się metodą uzyskiwania, składem chemicznym i zastosowaniem. W procesach galwanicznych nawet najdrobniejsze różnice w czystości czy zawartości jonów potrafią skutkować istotnymi zmianami w jakości i trwałości uzyskanych powłok.
Aby zrozumieć, dlaczego woda destylowana i demineralizowana różnią się pod względem zastosowania w procesach galwanicznych, warto przyjrzeć się dokładnie ich metodom produkcji. Destylacja to jedna z najstarszych i najprostszych metod uzyskiwania wody o niemal idealnej czystości. Proces polega na podgrzaniu wody do temperatury wrzenia, tak aby zamieniła się w parę wodną, a następnie skropleniu tej pary w osobnym zbiorniku. W wyniku tej operacji zdecydowana większość jonów, soli mineralnych i innych substancji pozostaje w kotle (w tzw. pozostałości po odparowaniu).
Z kolei woda demineralizowana uzyskiwana jest dzięki bardziej zaawansowanym metodom chemicznym i fizycznym, których głównym celem jest usunięcie jonów mineralnych (wapnia, magnezu, żelaza czy sodu), a także innych zanieczyszczeń, w tym niektórych organicznych. W przemyśle galwanicznym woda demineralizowana jest często wybierana jako optymalny kompromis między wymaganą czystością a kosztami uzdatniania.
Porównanie wody destylowanej i demineralizowanej
| Właściwość | Woda Destylowana | Woda Demineralizowana |
|---|---|---|
| Metoda uzyskiwania | Destylacja (odparowanie i skroplenie) | Metody chemiczne i fizyczne (np. wymiana jonowa, odwrócona osmoza) |
| Czystość | Bardzo wysoka, usuwane niemal wszystkie jony i zanieczyszczenia stałe | Wysoka, usuwane głównie jony mineralne i niektóre zanieczyszczenia organiczne |
| Koszty | Wysokie (energochłonność, czasochłonność) | Niższe (bardziej ekonomiczna w masowym użyciu) |
| Zastosowanie | Wymagające operacje, gdzie nawet śladowe zanieczyszczenia są niedopuszczalne (np. laboratoria, niektóre etapy galwanizacji) | Typowe operacje galwaniczne, gdzie kluczowe jest wyeliminowanie soli i jonów mineralnych (np. cynkowanie, czernienie, chromowanie) |
Woda Destylowana i Demineralizowana w Różnych Procesach Galwanicznych
W kontekście szeroko rozumianych procesów galwanicznych - takich jak anodowanie aluminium, czernienie metali, cynkowanie galwaniczne czy chromowanie - woda destylowana i woda demineralizowana pełnią kluczową rolę w zapewnieniu odpowiedniej jakości powłok. Każda z tych metod galwanizowania wymaga bowiem specyficznych parametrów kąpieli, a obecność nawet śladowych ilości jonów mineralnych czy związków organicznych potrafi znacząco wpłynąć na trwałość, wygląd i funkcjonalność tworzonych warstw.
- Anodowanie aluminium: Podstawą jest elektrolit, w którym kluczowe znaczenie ma poziom czystości wody. Po wyjęciu detalu z kąpieli anodującej dokładne płukanie w wodzie destylowanej usuwa pozostałości elektrolitu z porów nowo wytworzonej warstwy tlenkowej.
- Czernienie metali: Zawartość jonów żelaza, wapnia czy chloru w wodzie może prowadzić do powstawania niepożądanych osadów na powierzchni, a nawet wywoływać wżery korozyjne. W przypadku masowej produkcji, dla której czernienie stanowi etap ochronny, woda demineralizowana zwykle w zupełności wystarcza.
- Cynkowanie galwaniczne: Zawartość soli w wodzie może prowadzić do niepożądanych wytrąceń, skutkujących zmatowieniem czy nierównomiernym rozprowadzeniem powłoki. Z racji wysokich wolumenów cynkowania, stosuje się głównie wodę demineralizowaną.
- Chromowanie: Obecność jonów wapnia, magnezu czy siarczanów może zakłócać reakcje elektrolityczne, prowadząc do defektów powłoki. Wysoki połysk i idealnie gładka powierzchnia to efekt, na którym zależy producentom galwanicznym.
Obróbka Mechaniczna CNC i Galwanizacja
Wiele elementów metalowych trafia do galwanizacji bezpośrednio po obróbce na maszynach CNC (tokarki, frezarki, centra obróbcze). Aby uzyskać idealną powierzchnię pod kąpiel galwaniczną, kluczowe jest nie tylko właściwe chłodzenie i smarowanie narzędzi, lecz także uniknięcie wytrącania się kamienia lub innych osadów wewnątrz układów chłodzących.
Woda demineralizowana zazwyczaj w zupełności wystarcza do stworzenia stabilnej emulsji chłodzącej, odpornej na powstawanie wytrąceń mineralnych. W przypadku ekstremalnie precyzyjnych obróbek (np. w przemyśle lotniczym czy medycznym), gdzie każdy mikrometr ma znaczenie, woda destylowana może zostać włączona w układ chłodzenia, by wyeliminować wszelkie możliwe zanieczyszczenia.
Niezależnie od wyboru, niezbędne jest regularne monitorowanie przewodności, pH oraz potencjalnych zanieczyszczeń, by utrzymać stabilność procesów galwanicznych. Wiele firm galwanizacyjnych oraz warsztatów obróbki CNC decyduje się na połączenie obu typów wody - np. demineralizowaną stosuje się na wstępnych etapach płukania czy chłodzenia urządzeń, natomiast wodę destylowaną zarezerwowaną ma się na kluczowy etap końcowy (finalne płukanie, przygotowanie roztworu dla szczególnie wrażliwych warstw).
Analiza Wody
Jedyna droga do osiągnięcia krystalicznie czystej i bezpiecznej wody wiedzie przez analizę jej składu. Badanie wody jest istotne z kilku względów. Wyniki badania wody ilustrują dokładnie wykaz parametrów oraz ich wartość. To daje możliwość kompleksowej oceny rodzaju oraz stężenia zanieczyszczeń występujących w wodzie.
Badanie wody nie jest konieczne w przypadku wody wodociągowej. Użytkownicy tego ujęcia decydują się na zlecenie analizy sporadycznie i jest to dyktowane raczej ciekawością. Najczęściej sprawdzanym parametrem w przypadku wody wodociągowej jest stopień twardości wody. Zupełnie inaczej sytuacja wygląda w przypadku własnych ujęć. Tutaj kompleksowe badanie wody jest koniecznością. Analiza wody pod kątem fizykochemicznym oraz mikrobiologicznym zalecana jest do przeprowadzenia minimum raz na 12 miesięcy.
Wpływ Zanieczyszczeń na Organizm
Przede wszystkim należy zacząć od wpływu zanieczyszczeń, jakie mogą znajdować się w wodzie na stan naszego organizmu. Największe negatywne konsekwencje może nieść oczywiście spożywanie wody zanieczyszczonej mikrobiologicznie. Wiele bakterii, mogących znajdować się w wodzie, jest odpowiedzialnych za wywoływanie dolegliwości układu pokarmowego, a nawet chorób zakaźnych. Usuwanie zanieczyszczeń mikrobiologicznych powinno być traktowane priorytetowo w stosunku do redukcji problemów z zanieczyszczeniami chemicznymi.
Wiele związków chemicznych przyczynia się do powstawania osadu, jaki pozostawia po sobie przepływająca woda. Powszechnym kłopotem w gospodarstwach domowych jest kamień kotłowy, ale także wytrącone żelazo i mangan. Zanieczyszczenia mają ogromny wpływ na zmianę właściwości organoleptycznych wody. Częstym kłopotem jest mętność oraz niewłaściwa barwa. To sprawia, że użytkownicy podejmują decyzję o zaprzestaniu korzystania z wody, zwłaszcza do celów spożywczych.
tags: #woda #ze #skraplacza #demineralizowana #zastosowanie
