Nejčastější problémy při úpravě chladící vody
Většina průmyslových provozů dnes využívá nějakou formu chladícího okruhu a zdaleka se to netýká jen elektráren a tepláren. Mohlo by se zdát, že kvalita chladící vody nás nemusí tolik trápit jako v případě pitné vody, ale opak je pravdou. Chladící vodu totiž ve většině případů nelze použít surovou a na řadu tak přicházejí její úpravy.
Chladící okruhy
Úkolem chladící kapaliny je odvádět přebytečné teplo. Voda je zdaleka nejpoužívanějším chladícím médiem, a aby chladící okruh dobře fungoval je nutná nějaká forma úpravy vody.
Co si vlastně máme pod pojmem chladící okruh představit? Jednoduše řečeno se jedná o komplex různých zařízení, ve kterém chladící voda obíhá. Takový komplex zařízení obsahuje zejména rozvodná potrubí, oběhová čerpadla, chladiče a dále též tepelné výměníky, případně mohou být jeho součástí i atmosférické chladiče.
Chladící okruhy můžeme dělit na uzavřené, průtočné, polouzavřené s odvodem tepla výměníkem či významnou obměnou chladícího média a konečně máme též chladící okruhu s atmosférickými chladiči.
Typy chladících okruhů
Průtočný chladící okruh
Tento typ okruhu vodu pro chlazení odebírá z vnějšího zdroje, kterým může být klidně i řeka nebo rybník. Voda se musí vyčistit a upravit, po využití se vrací zpět do zdroje, kterého byla odebrána. Jeho nevýhodou je, že je na tomto vnějším zdroji závislý a v období sucha, kdy může být průtok řeky nedostatečný nebo kolísavý, mohou nastat problémy.
Princip průtočného chlazení, obrázek EuroClean.cz
Chladící okruh s odvodem tepla pomocí výměníku nebo výraznou obměnou chladícího média
Tento chladící okruh funguje tak, že část vody obíhající systémem se odpustí a nahradí se novou přidanou vodou o nízké teplotě. Přídávná voda může být surová, pokud je kvalita vyhovující, většinou je ale třeba přidávanou vodu filtrovat či jinak upravovat.
Pokud odvádíme teplo z okruhu pomocí tepelného výměníku tak, že se voda na obou stranách výměníku nemísí, mluvíme o uzavřeném chladícím okruhu. Výhodou takového zařízení je, že ztráty vody jsou minimální, na rozdíl od otevřeného chladícího okruhu, který je založen na odparu chladící kapaliny.
Příklad trubkového výměníku, obrázek EuroClean.czOkruh vybavený atmosférickými chladiči
Chladící věž viděla alsepoň na obrázku většina z nás a právě ta představuje nejběžnější typ atmosférického chladiče. Tyto chladiče odvádí teplo pomocí odparu chladící vody a ohřátím v proudu vzduchu. Největším problémem chladících věží je adsorpce nečistot z okolního vzduchu, a to samozřejmě i těch mikrobiologického původu, což vede k tvorbě biofilmů, úsad a korozních vrstev v celém chladícím okruhu.
Schéma atmosférického chladiče, obrázek EuroClean.cz
Legislativa
To, jaké složení a vlastnosti má mít chladící voda pro průmyslové chladící okruhy je stanoveno normou ČSN 75 71-71. Veškeré podmínky kladené na kvalitu oběhové vody samozřejmě musí splňovat i všechna voda přidávaná do okruhu jako doplnění odparu ztrát a odluhu z chladících okruhů.
Nejčastější problémy
Úsady vodního kamene
Mohlo by se zdát, že v případě chladící vody není třeba si tolik dělat starosti s látkami, které může obsahovat nebo s jejím mikrobiologickým obrazem. Opak je ale pravdou. Největším problémem je voda s příliš vysokým obsahem minerálních látek (nejčastěji se mluví o uhličitanech, síranech, chloridech a případně dalších rozpuštěných solí), protože vznikající úsady mohou snižovat účinnost zařízení, ucpávat filtry nebo dokonce snižovat účinnost dezinfekce vody. Další problém týkající se úsady je snížení účinnosti přenosu tepla. Uvádí se, že vrstva vodního kamene silná 1 mm, způsobí to, že účinnost přenosu tepla klesne až o 50 %. Usazování vodního kamene tak nakonec může vést i ke ztrátě funkčnosti celého chladícího zařízení. Problém představuje zejména ohřev chladící vody. Vyšší teplota totiž vede k posunu tzv. uhličitanové rovnováhy, což jednoduše řečeno znamená, že podmínky budou příznivé pro vylučování solí, v tomto případě tedy uhličitanů (nejčastěji uhličitanu vápenatého) z vodného roztoku.
Úsady železa
Dalším problémem, který též souvisí s vodou, je koroze zařízení. Kromě přímého poškození, které snižuje životnost celého zařízení, vznikají též nánosy korozních produktů, které podobně jako úsady vodního kamene izolují teplosměnné plochy a snižují tak též účinnost přenosu tepla. Tyto vrstvy též podporují vznik biofilmů. Dostáváme se tak konečně přímo ke třetímu závažnému problému chladící vody, a to mikrobiologický růst. Kromě toho, že biofilmy též hrají roli izolantů teplosměnných ploch, představují také zdravotní riziko, zvláště rozšířené jsou v chladící vodě bakterie typu Legionella.
Úprava vody
Úpravy vody pomocí chemikálií
Úprava chladící vody pomocí chemikálií neboli systém chemické ochrany zahrnuje dávkování různých chemikálií se specifickým účinkem. Mezi ně patří zejména inhibitory koroze, sekvestrační činidla či dispergátory. Největší nevýhoda tohoto způsobu úpravy vody spočívá v tom, že vyžaduje kvalifikovanou obsluhu a též odbornou kontrolu a analýzu upravené vody provedené chemickou laboratoří.
Zamezení koroze
Za účelem zamezení koroze zařízení se do vody přidávají tzv. inhibitory koroze. Dříve to byly zejména chromany a sloučeniny zinku, často se též kombinovaly s polyfosforečnany. Dnes začínají převládat organické inhibitory koroze.
Zamezení tvorby úsad
Za účelem omezení tvorby úsad se do chladící vody též přidávají tzv. sekvestrační činidla. Jedná se o látky zabraňující vylučování sraženin zejména uhličitanu vápenatého (CaCO3). Používají se látky na fázi polyfosforečnanů a organofosforečnanů například kyselina oxyetylendifosfonová apod.
Dispergátory
Dispergátory se do chladící vody přidávají za účelem omezení vzniku sedimentujícího kalu. Způsobí totiž že nerozpuštěné látky získají souhlasný elektrický náboj a začnou se tak vzájemně odpuzovat, čím se udržují tzv. ve vznosu a zabrání se tak jejich usazování v okruhu. Jako dispergátory lze použít přírodní látky například tanin, lignin (aromatický polysacharid a jedna ze složek dřeva) či škrob, ale i syntetické polymery na bázi polyakrylátů či polyesterů.
Dezinfekce
Klasické metody dezinfekce jsou založené na použití kvartérních amoniových sloučenin nebo například methylchloroisothiazolu. Vhodnou alternativou může být tzv. chlordioxid (oxid chloričitý ClO2). Tato látka se totiž lépe rozpouští ve studené vodě, má vyšší dezinfekční kapacitu a je účinnější i při vyšším (tedy zásaditějším) pH.
Elektrolytická úprava vody
Elegantním řešením výše popsaných problémů chladící vody může být elektrolytická úpravna vody KEUV-CV od společnosti Euroclean. Výhodou je, že tento systém je zcela automatický a nevyžaduje tak přítomnost obsluhy. Nepožívá též žádné z výše popsaných chemikálií. Přesto je úpravna vody schopná uvést vodu do uhličitanové rovnováhy, což vede k zamezení tvorby inkrustací a úsad vodního kamene. Též vodu dezinfikuje a zabraňuje tvorbě biofilmů.
Jak tedy takové zařízení funguje, když jsme si již řekli, že nepoužívá žádné chemikálie? Úpravna vody KEUV-CV využívá elektrolýzu, tedy děje vyvolané na elektrodách (katodě a anodě) ponořených do roztoku průchodem stejnosměrného elektrického proudu. Možná, že elektrolýzu znáte z jiných průmyslových odvětví, typické využití této technologie je tzv. galvanické pokovování využívané k tvorbě tenkých kovových povlaků, lze ji však efektivně využít i k odstranění nežádoucích látek z vody.
Elektrolytická úpravna vody KEUV
Srdcem úpravny KEUV-CV je elektrolyzér integrovaný uvnitř tlakového filtru. V elektrolyzéru dochází na katodě k řízenému vylučování vodního kamene, na anodě naopak probíhá řízené oxidační děje. Oxidované formy pak vytvářejí sraženinu, která se následně odfiltruje pomocí pískového filtru. Pískový filtr je v pravidelných intervalech proplachován a nečistoty jsou tak vyplavovány do kanalizace. Využívá se též toho, že sraženina železa je schopná na sobě adsorbovat další nečistoty obsažené ve vodě.
Co se týče instalace úpravny, nejčastěji se montuje na výstup čerpadel vlastního chladícího okruhu na tzv. by-pass. Z celkového průtoku cirkulované chladící vody se obvykle upravuje 5 až 10 % vody.
Závěr
Tři nejčastější problémy chladící vody zahrnují tvorbu úsad vodního kamene, korozi zařízení a biofilmy. Všechny tyto jevy izolují teplosměnní plochy a mohou vést až ke ztrátě funkčnosti zařízení. Tradiční metody úpravy chladící vody zahrnují dávkování chemikálií – inhibitorů koroze, dispergačních látek či sekvestračních činidel. Dávkování chemikálií je však závislé na kvalifikované obsluze a pravidelné laboratorní kontrole vody. Alternativu představují úpravny vody založené na odstranění nečistot z vody pomocí elektrolýzy. Taková zařízení jsou téměř bezobslužná a obejdou se bez tradičně používaných chemikálií.
Úprava vody a problémy spojené s úpravou a filtrací vody. EuroClean se specializuje na projekce, výrobu a dodávky technologických celků řešících nestandardní problémy investorů s vodou a vodním hospodářstvím.
