Problemy z wodą chłodzącą i kotłową

Choć może się wydawać, że woda używana w celach chłodzenia lub w kotłach nie polega tak surowym wymaganiom, jak ta przeznaczona do spożycia przez ludzi, rzeczywistość jest dokładnie odwrotna.

Substancje zawarte w wodzie mogą być przyczyną korozji urządzeń, zatykania rur i innych części systemów hydraulicznych przez osady kamienia wodnego lub sprzyjać rozwojowi drobnoustrojów. Dlatego też należy zwrócić szczególną uwagę na uzdatnianie wody używanej w przemyśle.

Korozja urządzeń

Typowe systemy grzewcze lub chłodzące składają się z komponentów wykonanych z różnych materiałów metalowych. Wymienniki ciepła w kotłach są zwykle wykonane ze stopów aluminium, armatury z mosiądzu, przewody wodne z rur miedzianych, w systemie mogą być także obecne elementy stalowe lub aluminiowe. Każdy z tych metali jest elektrodą, kiedy zostaje zanurzony w elektrolicie, którym jest również woda. Zaczynają zachodzić reakcje elektrochemiczne.

Wyróżniamy elektrody dodatnie oraz ujemne. To, czy dana część metalowa będzie zachowywać się jako katoda (czyli elektroda połączona z ujemnym biegunem źródła prądu) czy anoda, zależy od szlachetności metalu, z którego jest wykonana, a dokładniej od jego potencjału elektrochemicznego. Metale o wyższym potencjale elektrochemicznym to zazwyczaj metale bardziej szlachetne i będą się one zachowywać jako katody. Korozji w pierwszej kolejności ulegają metale mniej szlachetne, czyli te, które w systemie pełnią rolę anody. W modelowym systemie żelazo-srebro korozji ulegnie najpierw żelazo.

Elektroda pokryta osadami

Korozja, oprócz bezpośredniego niszczenia metalowych części urządzeń, powoduje również inne problemy. Powstające produkty korozji pokrywają i izolują powierzchnie wymiany ciepła, co prowadzi do obniżenia efektywności tego procesu i zmniejsza efektywność pracy całego urządzenia.

Zdjęcie skorodowanego elementu rurociągu

W celu zmniejszenia szybkości korozji często do wody dodawane są inhibitory korozji. Są to mieszaniny, które spowalniają reakcje na katodzie, anodzie lub na obu elektrodach. Niektóre inhibitory tworzą na powierzchni metalowych przedmiotów cienką warstwę nierozpuszczalnego filmu, który chroni powierzchnie przed dalszą korozją.

Inną możliwością jest wykorzystanie tzw. anoda protektorowa. Jest to anoda z metalu mało szlachetnego (metal, z którego jest wykonana musi mieć niższą szlachetność, tj. niższy potencjał elektrochemiczny niż wszystkie inne metale znajdujące się w układzie). Taka anoda jako pierwsza ulega korozji elektrochemicznej. Na przykład anoda magnezowa jest dodawana do zasobników c.w.u.

Tworzenie biofilmów

W obiegach chłodniczych panują idealne warunki dla rozwoju życia mikrobiologicznego (dostatek tlenu, światła i pożywienia, idealne pH środowiska i temperatura), a następnie tworzenia osadów biologicznych. Jeśli nie zostaną podjęte środki ograniczające rozwój mikroorganizmów, mogą być one powodem licznych problemów, zarówno pod względem działania korozyjnego, jak i tworzenia biologicznych osadów. Biofilm jest podstawowym elementem wszystkich osadów w obiegach i należy zapobiegać jego powstawaniu w każdym przypadku. Te osady zwiększają szorstkość oraz grubość np. ścianek rurociągów, przez co w instalacji występują wyższe straty ciśnienia, co wiąże się z potrzebą zwiększenia wydajności pomp, a tym samym ze zwiększeniem zużywanej ilości energii elektrycznej. Obecność osadu na ścianach instalacji wiąże się również, ze zmniejszeniem efektywności wymiany ciepła.

Rozwój bakterii w biofilmie

W obiegach chłodniczych panują bardzo sprzyjające warunki dla rozwoju bakterii z rodzaju Legionella, a jeśli częścią takiego obiegu jest system chłodzenia powietrzem, może dojść do tragedii, tak jak to miało miejsce w miejscowości Pas-de-Calais we Francji, gdzie w 2014 roku zmarło 18 osób po zarażeniu się bakterią Legionella w wyniku wycieku z wieży chłodniczej lokalnego zakładu petrochemicznego.

Tworzenie osadów

Osady powodują analogiczne problemy jak korozja – od izolacji powierzchni wymiany ciepła (zmniejszenie efektywności wymiany ciepła), przez wyższe zużycie energii, aż po utratę funkcjonalności urządzenia. Aby zapobiec tworzeniu osadów, woda przed wejściem do obiegów jest zmiękczana, za pomocą filtrów zmiękczających lub odwróconej osmozy. Jeśli chodzi o wpływ osadów na zmniejszenie efektywności urządzenia, stwierdzono, że warstwa kamienia kotłowego o grubości 1 mm może spowodować spadek efektywności o 20 do 25%. W przypadku osadów tworzonych przez biofilm wartości te są analogiczne.

Oba rodzaje wymienionych osadów prowadzą do zmniejszenia efektywności obiegu chłodzącego, a następnie do wyższego zużycia energii oraz mogą ostatecznie doprowadzić do całkowitej utraty funkcjonalności np. przez wymienniki ciepła. Innym problemem jest to, że osady kamienia wodnego zmniejszają efektywność dezynfekcji. Osady te uniemożliwiają kontakt substancji dezynfekującej z mikroorganizmami. Mikroorganizmy są „zagnieżdżone” w drobnych szczelinach osadu, przez co substancja dezynfekująca nie jest w stanie do nich dotrzeć.

Zdjęcie elementu instalacji pokrytego kamieniem kotłowym

Gazy w wodzie

Gazy rozpuszczone w wodzie mogą również stwarzać problemy. Zazwyczaj jednak nie stanowią one poważniejszego problemu. W wodzie chłodzącej i kotłowej najczęściej spotykamy się z rozpuszczonym tlenem i azotem. Tlen jest co prawda bardzo reaktywnym pierwiastkiem i chętnie reaguje ze wszystkim, co napotka na swojej drodze, jednak eksperymenty przeprowadzone na uniwersytecie w Dreźnie wykazały, że w urządzeniu składającym się wyłącznie z rur stalowych przy normalnych temperaturach korozja tlenowa prawie nie występuje.

Rozpuszczony w wodzie azot nie powoduje korozji i nie stanowi żadnego ryzyka zdrowotnego, jest to gaz interny, obojętny. Jest on jednak jedną z głównych przyczyn powstawania zapowietrzeń w systemach grzewczych. To, jak gaz będzie się rozpuszczał w cieczy, opisuje prawo Henry'ego, z którego wynika, że najlepsze warunki do wydzielania się gazu z cieczy występują w miejscach o najwyższej temperaturze lub niskim ciśnieniu. Azot więc będzie się głównie wydzielał w kotle lub w najwyższym punkcie systemu grzewczego.

Uzdatnianie i kontrola wody

Jak już wspomniano, uzdatnianie wody polega na zmiękczaniu dopływającej wody, a następnie dozowaniu środków chemicznych o określonym działaniu. Do nich należą m.in. inhibitory korozji czy biocydy. Zadaniem tych substancji jest zapobieganie powstawaniu osadów. Uzdatnianie wody może również obejmować usuwanie gazów. Wszystkie te usługi są świadczone przez serwis EuroClean: https://euroclean.pl/uslugi/serwis/

Jakość wody musi być oczywiście regularnie kontrolowana. Do monitorowanych parametrów należą przede wszystkim pH, przewodność, a także zawartość niektórych substancji rozpuszczonych w wodzie. Standardowo określa się całkowitą zawartość siarczanów, całkowitą twardość wody, a także zawartość chlorków i żelaza.

Uniwersalne rozwiązanie za pomocą kontrolowanej elektrolizy

Unikatowym rozwiązaniem do obróbki wody chłodzącej jest zastosowanie elektrolitycznej stacji obróbki wody chłodzącej KEUV-CV: https://euroclean.pl/uzdatnianie-wody-chlodzacej/

Stacja uzdatniania wody KEUV

Urządzenie zawiera elektrolizer zintegrowany wewnątrz filtra ciśnieniowego. Działanie prądu stałego powoduje na katodzie kontrolowaną produkcję kamienia kotłowego, a na anodzie procesy utleniania. Utlenione formy tworzą osad, który następnie jest filtrowany na złożu piaskowym. Na złożu piaskowym są dodatkowo zatrzymywane inne zanieczyszczenia. Złoże jest regularnie płukane, a zanieczyszczenia kierowane są do kanalizacji. Stacja uzdatniania wody KEUV-CV jest idealnym rozwiązaniem do ochrony wymienników ciepła i wież chłodniczych przed tworzeniem osadów i zanieczyszczeniami. Wielofunkcyjność urządzenia pozwala na zastąpienie kilku urządzeń jednocześnie.

Problemy z wodą chłodzącą i kotłową? Zapraszamy do kontaktu.