Marcor: Profilaktyka w zakresie utrzymania powierzchni urządzeń bez osadów i produktów korozji
Jan Marjanowski, Arkadiusz Nalikowski
Przedsiębiorstwo Marcor
I Część
1. Wstęp
Poważnymi problemami pojawiającymi się w trakcie eksploatacji układów chłodzenia, w których rolę czynnika chłodzącego spełnia woda, jest występowanie osadów kamienia wodnego jako izolatora wymiany ciepła, korozyjnego niszczenia elementów konstrukcyjnych instalacji, a także skażenia mikrobiologicznego. Wszystkie wymienione procesy mają swoje źródło w nieodpowiednim przygotowaniu wody jako czynnika chłodniczego.
Należy zatem zwrócić uwagę na:
właściwe uzdatnienie wody uzupełniającej układ chłodzenia,
utrzymanie jakości wody w obiegu układu chłodzenia poprzez odfiltrowywanie części wytrąconych osadów mineralnych i biologicznych,
nieprzekraczanie pewnych stężeń składników fizykochemicznych wody poprzez regulację poziomu dozwolonego zasolenia,
korekcję chemiczną wody antyskalantami i inhibitorami korozji,
wprowadzenie do układu wodnego biocydów dla zatrzymania procesu porastania biofilmu i zakwitów glonów.
2. Uzdatnianie wody na cele chłodnicze – najpopularniejsze metody fizykochemiczne, ich wady i zalety
Eksploatowanie wyparnych obiegów chłodzących wymaga odpowiedniego przygotowania wody. Zaniechania na tym etapie najczęściej wywołują katastrofalne skutki w postaci całkowitego zarastania powierzchni wymiany ciepła osadami mineralnymi lub przeciwnie – intensywną i niszczącą dla materiałów konstrukcyjnych korozją. Świadomość tych problemów u projektantów, wykonawców i użytkowników wyparnych obiegów chłodzenia jest na szczęście w dzisiejszych czasach na tyle wysoka, że praktycznie nie zdarzają się przypadki całkowitego braku procesów uzdatniania wody. Poniżej w sposób skrótowy opisano najpopularniejsze technologie uzdatniania wody.
2.1. Zmiękczanie na silnie kwaśnym kationicie, pracującym w cyklu sodowym
Zmiękczacz przeciwdziała wytrącaniu się osadów kamienia wodnego. Woda częściowo zmiękczona do poziomu twardości 4-6°dH nie wytrąca dużych ilości osadów wapniowo–magnezowych i jednocześnie nie wzmaga procesów korozyjnych.
Za pomocą złoża jonowymiennego w zmiękczaczu, usuwana jest twardość węglanowa i stała, gdyż usuwane są jony wapnia i magnezu, zgodnie z reakcją:
Kt - Na2 + Ca(HCO3)2 → Kt - Ca + 2NaHCO3
Kt - Na2 + CaCl2 → Kt - Ca + 2NaCl
Usunięcie z wody jonów wapnia i magnezu, a więc kationów osadotwórczych, i zastąpienie ich jonem sodowym; posiadającym wysoką rozpuszczalność w połączeniu z wieloma anionami, np. CO32-, SO42-; gwarantuje zahamowanie procesów wytrącania się osadów. Wymieniony przez jonit kation sodu tworzy w wodzie wodorowęglan sodowy NaHCO3. Związek ten hydrolizuje w wodzie, zarówno na gorąco, jak i na zimno. Reakcja przesuwa się cały czas z lewa na prawą stronę, gdyż wskutek przedmuchu wody powietrzem ulatnia się uwolniony dwutlenek węgla, powstały z rozkładu słabego kwasu węglowego.
NaHCO3 + H2O → NaOH + H2O + CO2↑
Stąd też uzdatnianie wody tą metodą prowadzi do jej alkalizacji (pojawia się NaOH) i wzrostu odczynu pH, o ile jest równocześnie w instalacji prowadzony przedmuch wody powietrzem, tak jak zachodzi to w układach wyparnych z wymuszoną wentylacją.
Zmiękczacze są regenerowane w znany sposób, za pomocą roztworów chlorku sodu NaCl, czyli soli kuchennej. Należy zaznaczyć, że technika zmiękczania wody na kationicie nie wpływa na zmniejszenie jej przewodnictwa. Na rys. 1 zilustrowano proces zachowania się zmiękczonej wody w obiegu wyparnym chłodzenia z jej negatywnymi efektami.
2.2. Demineralizacja wody w metodzie amonowej
Jest to absolutnie nowa metoda, autorstwa Jana Marjanowskiego, która po 6-letnich badaniach uzyskała patent nr UP RP – P.406782 w marcu 2020 r. W swoim działaniu wykorzystuje te same urządzenia co w metodzie zmiękczania sodowego. Różnica polega na zastosowaniu innego rodzaju kationitu, a do jego regeneracji - sole amonowe. Podczas przepływu wody przez złoże jonitowe następuje wprowadzenie lotnego składnika (z regeneracji). Następnie woda obiegowa w układzie zostaje przedmuchana powietrzem z wentylatora. Wówczas sole powodujące twardość węglanową wody wraz z lotnym składnikiem, ulatniają się z parą wodną i zmniejszają przewodnictwo wody.
W tab. 1 przedstawiono porównanie metody amonowej tradycyjnego zmiękczania wody.
| Zmiękczanie sodowe wody zasilającej chłodnię | Zmiękczanie amonowe wody zasilającej chłodnię |
|---|---|
|
Brak zmiany zasolenia wody po zmiękczaczu sodowym w stosunku do wody wodociągowej. W wodzie obiegowej następuje systematyczne zatężanie soli. Składniki wody obiegowej są nielotne. |
Brak zmiany zasolenia wody bezpośrednio po zmiękczaczu amonowym w stosunku do wody wodociągowej. W wodzie obiegowej następuje ulatnianie się części lotnych składników wody, przez co spada zasolenie wody obiegowej. |
|
Ryzyko korozji elementów ocynkowanych poprzez wzrost odczynu pH i zasolenia. |
Niska zdolność do korozji elementów ocynkowanych, łatwość utrzymania niższego zasolenia i odczynu pH. |
|
Wyższe zapotrzebowanie na chemię korekcyjną wg poziomu zasolenia. |
Mniejsze zapotrzebowanie na chemię korekcyjną adekwatnie do zasolenia. |
|
Wysokie straty na odsalanie. |
Niskie straty wody na odsalanie. |
|
Brak korozji elementów miedzianych. |
Wymagane dodatkowe inhibitory korozji miedzi, jeśli znajduje się w układzie. |
2.3. Metoda jonitowego podczyszczania wody obiegowej – nerka wody chłodniczej
Autorska metoda Marcor jonitowego podczyszczania wody w układzie wyparnym chłodzenia polega na filtrowaniu kilku procent wody obiegowej. Następuje zatrzymywanie soli w przepływie przez jonity, zamiast jej upustu do kanalizacji i wymiany części na świeżą. Na rys. 3 przedstawiono ilustracyjnie zasadę działania technologii.
Fot. 1. Zdjęcie stacji podczyszczania wody metodą jonitową
2.4. Demineralizacja metodą odwróconej osmozy
Podstawą procesu demineralizacji na membranach jest zjawisko osmozy, polegające na transporcie rozpuszczalnika przez warstwę membrany półprzepuszczalnej. Demineralizacja wody metodą odwróconej osmozy, na cele zasilania obiegów wyparnych, jest procesem stosowanym znacznie rzadziej aniżeli zmiękczanie. Zastosowanie tego procesu swoje uzasadnienie znajduje tam, gdzie przewodnictwo wody jest wysokie (zwykle powyżej 1000 µS/cm), co uniemożliwia jej ekonomiczne zatężanie w obiegu wyparnym. Należy przy tym pamiętać, że standardowe systemy odwróconej osmozy przy produkcji wody uzdatnionej generują także w sposób ciągły zasolony ściek, w ilości od 25% wody podawanej na system. Woda zdemineralizowana nie może być również jedynym źródłem zasilania obiegu chłodzącego i należy stosować jej podmieszanie wodą surową, dla uzyskania wymaganego poziomu twardości ogólnej (4-6°dH). Wyjątkiem są tu jedynie obiegi całościowo wykonane ze stali nierdzewnych (chromowo-niklowych), które mogą być zasilane wyłącznie wodą zdemineralizowaną. Jednak stężenie chlorków w obiegu powinno być mniejsze niż 50 mg/l ze względu na korozję wżerową tej stali.
