Skraplacz amoniakalny wyparno-natryskowy Oszczędności z wdrożenia metody amonowej w układzie chłodzenia |
Data dodania: 31.10.2015 |
Poważnym problemem pojawiającym się w trakcie eksploatacji układów chłodzenia, w których rolę czynnika chłodzącego spełnia woda, jest występowanie niekorzystnych procesów, prowadzących do pogorszenia efektywności wymiany ciepła, korozyjnego niszczenia elementów konstrukcyjnych instalacji, a nawet w skrajnych przypadkach skażenia mikrobiologicznego.
Do najbardziej niepożądanych procesów zachodzących w instalacjach chłodzenia zalicza się:
Autorzy niniejszego artykułu położyli duży nacisk na wybór nowej metody, która może być praktycznie stosowana w chłodnictwie i która zapewni oszczędność wody i ścieków w układzie chłodzenia wskutek mniejszego odsalania.
Dotychczasowe znane techniki uzdatniania wody w chłodnictwie
Znane metody przygotowania wody dla otwartych układów chłodzenia opierają się w 99% na jonitowych urządzeniach do zmiękczania wody, w celu eliminacji wytrącania się osadów węglanowych. Nie zabezpieczają natomiast przed korozją i stąd należy dozować inhibitory korozji i antyskalanty.
Zmiękczacz przeciwdziała wytrącaniu się osadów kamienia wodnego w układzie wodnym. Woda częściowo zmiękczona, do poziomu twardości 2-4 stopni niemieckich, nie tworzy i nie wytrąca dużych ilości osadów wapniowo-magnezowych i jednocześnie nie wzmaga procesów korozyjnych.
Za pomocą zmiękczacza, a dokładniej – złoża jonowymiennego w formie silnie kwaśnego kationitu regenerowanego NaCl usadowionego wewnątrz kolumny, jest usuwana twardość węglanowa i stała, gdyż podmieniane są jony wapnia i magnezu na rzecz jonów sodowych w myśl reakcji:
Kt – Na2 + Ca(HCO3)2 -> Kt – Ca + 2NaHCO3 (1) Kt – Na2 + CaCl2 -> Kt – Ca + 2NaCl (2)
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 wyeliminowanie możliwości wytrącania się osadów w wodzie. Wymieniony przez jonit kation sodu tworzy w wodzie wodorowęglan sodowy NaHCO3. Związek ten, zarówno na gorąco jak i na zimno, hydrolizuje w wodzie, prowadząc do wzrostu jej odczynu. W reakcji hydrolizy (3) powstaje wodorotlenek sodu, który jest bezpośrednio odpowiedzialny za alkalizację wody. Reakcja przesuwa się cały czas z lewej na prawą stronę, gdyż ulatnia się uwolniony dwutlenek węgla, powstały wskutek przedmuchu wody powietrzem z rozkładu słabego kwasu węglowego.
NaHCO3 + H2O -> NaOH + H2O + CO2 ^ (3)
Stąd też uzdatnianie wody tą metodą prowadzi do jej alkalizacji – wzrasta zasadowość m i zasadowość p wody, o ile jest równocześnie w instalacji prowadzony przedmuch wody np. skraplacze wyparne, chłodnie wyparne. W środowisku o podwyższonym pH wody ponad 8,3 pH będzie natomiast łatwo wypadał osad węglanu wapnia w formie kamienia wodnego, jeśli woda będzie charakteryzowała się twardością powyżej 2,8° niem. bez dozowania antyskalantów. Zbytnia alkalizacja wody – ponad pH 8,3 może doprowadzić elementy ocynkowane do korozji zwanej potocznie „białą rdzą” przedstawionej na rysunku 1.
Rys. 1. Przykład tzw. „białej rdzy” na rurkach ocynkowanego skraplacza w stadium początkowym
Poza tym, aby zapewnić prawidłową jakość wody w obiegu układu chłodniczego, stopień odsalania wynosi najczęściej 2,5÷3, co powoduje duże zużycie wody zasilającej oraz wymaga odprowadzenia znacznej ilości ścieków. Bezpieczne sposoby pozyskiwania oszczędności w zużyciu wody w układach chłodzenia w zależności od metod przygotowania wody uzupełniającej i sposobu odsalania wody obiegowej
Kontrola jakości wody obiegowej w trakcie normalnej eksploatacji układu chłodzenia, czyli tzw. monitoring operacyjny, daje możliwość wpływania nie tylko na bezawaryjną pracę instalacji, ale również na ekonomikę jej eksploatacji, poprzez efektywną regulację zużycia wody (odsalanie), czy też optymalizację dawek dozowanych chemikaliów.
Użytkownicy otwartych wodnych systemów chłodzenia czasami w źle pojętej idei oszczędności wody uzupełniającej rezygnują z procesu odsalania. Jest to błędne i nieekonomiczne rozwiązanie. Działając w ten sposób, użytkownik naraża się na straty spowodowane spadkiem wydajności cieplnej urządzeń, na których pojawił się osad z mocno zasolonej wody. Na rysunku 2. przedstawiono obraz skraplacza natryskowo-wyparnego zniszczonego korozyjnie właśnie wskutek braku odsalania.
Procesy korozyjne materiałów konstrukcyjnych również będą działały na niekorzyść użytkownika systemu. Zyski z zaoszczędzonej wody kończą się w momencie osiągnięcia określonej liczby cykli zatężania, po jej przekroczeniu realna oszczędność wody jest znikoma. Na rysunku 3. przedstawiono wykres obrazujący zależność pomiędzy ilością wody obiegowej a ilością cykli zatężania
Błędna jest również eksploatacja układu chłodzenia na tzw. „przelew”. Dla tego rozwiązania zawór spustowy zostaje otwarty cały czas. Ubytki wody w systemie są uzupełniane świeżą wodą, w sposób ciągły utrzymując stałą ilość wody w systemie. Najczęściej rozwiązania tego typu stosowane są w sytuacji, gdy woda uzupełniająca jest wodą nieuzdatnioną, o dużej twardości lub z ujęć powierzchniowych dużej dostępności. Unikając w ten sposób zatężania wody w obiegu, można spowolnić i wydłużyć czas odkładania się osadów na powierzchniach wymienników ciepła. Jednak procesu tego nie da się całkowicie uniknąć. Ten rodzaj eksploatacji systemu chłodzenia wiąże się z bardzo dużym marnotrawstwem wody i zwiększa znacząco koszty. Należy również uwzględnić straty związane z pogorszeniem się wydajności cieplnej układu, spowodowane odłożonymi osadami. Metoda „na przelew” jest nieoszczędna, dlatego też należy unikać jej stosowania.
Aby ustalić optymalne warunki pracy układu chłodzenia, korzystając z systemu kontroli i monitoringu należy:
Metoda amonowa do zasilania obiegów chłodzenia, wprowadzenie teoretyczne
(...)
Oszczędności z wdrożenia metody amonowej w układzie chłodzenia skraplacza natryskowo-wyparnego w ZPM Mlekpol w Radomiu
Układ chłodzenia skraplacza natryskowo-wyparnego w SM Mlekpol oddział w Radomiu składa się z:
Rys. 7. Skraplacz natryskowo-wyparny BAC VXC 620 widoczny z prawej strony
Rys. 8. Układ uzupełniania wody przez zmiękczacze regenerowane chlorkiem amonu
Rys. 9. Układ podczyszczania wody w obiegu skraplacza natryskowo-wyparnego
Rys. 10. Układ odsalania wody w obiegu skraplacza natryskowo-wyparnego
W okresie od 2012 do lutego 2015 roku stacja uzdatniania wody uzupełniająca wodę do obiegu chłodzenia pracowała na starych prawie 20 letnich zmiękczaczach regenerowanych tradycyjnie chlorkiem sodowym. W tabeli 3. przedstawiono analizę wody wodociągowej zasilającej SUW. Istotnym problemem wody zasilającej zmiękczacze sodowe była wysoka zawartość w wodzie zasilającej chlorków (około 40÷50 mg/l) oraz siarczanów (około 80÷95 mg/l). Są to jony agresywne korozyjnie i powodujące korozję nawet stali ocynkowanej, jeśli stężenie sumy chlorków i siarczanów wynosi ponad 150 mg/l. Nie było zatem możliwości wyższego zatężania i stopień zatężenia wynosił 1,2÷1,3. Ponadto wysoka zasadowość m wskutek zatężania powodowała wzrost pH ponad 8,3, co przy oddziaływaniu korozyjnym jonów chlorków i siarczanów prowadziło do korozji ocynkowanych powierzchni w formie tzw. „białej rdzy”. Aby zmniejszyć korozję wprowadzano wodę o twardości w zakresie twardości 4÷7°d. Utrzymywanie odsalania wody obiegowej na poziomie przewodnictwa 850 μS/cm (woda wodociągowa – 750 μS/cm) przy niskim współczynniku zatężania chroniło układ przed korozją, tym bardziej, że dozowano inhibitor korozji i antyskalant w jednym – Biofosfomar ECO, ale układ chłodzenia był bardzo wodochłonny, z czego większość wody nie była zużywana na odparowanie układu chłodzenia, tylko na odsalanie, czyli inaczej do ścieku. Nie była to jednak rozrzutność wody a konieczność podyktowana utrzymaniem jak najniższego stężenia chlorków i siarczanów, gdyż one oddziaływały korozyjnie na ocynkowane rury.
W wyniku gruntownie wykonanej modernizacji SUW w okresie listopad 2014 – luty 2015 r. związanej z wymianą zmiękczaczy oraz formy zmiękczania (z sodowej na amonową), a także wprowadzenia podczyszczenia wody obiegowej, zmniejszono zagrożenie korozyjne układu oraz kilkakrotnie zmniejszono ilość wody uzupełniającej układ chłodzenia. Przykładową analizę wody uzupełniającej układ chłodzenia zamieszczono w tabeli 3., natomiast wody obiegowej w tabeli 4.
W marcu 2015 r., kiedy pojawiło się wzmożone zapotrzebowanie wody na uzupełnianie obiegu chłodniczego przełączono SUW na regenerację kationitu z chlorku sodowego na chlorek amonu oraz jednocześnie włączono stację podczyszczania. Zaobserwowano znaczny spadek zapotrzebowania ilości wody na potrzeby uzupełniania układu chłodzenia skraplacza. Jednocześnie automatyczny układ odsalania z nastawą na zrzut wody przy przewodnictwie elektrolitycznym na poziomie 850 μS/cm (nastawa programowana do pracy z klasycznym zmiękczaczem, regenerowanym chlorkiem sodowym) utrzymywał w zamknięciu zawór odsalający, ponieważ przewodnictwo wody obiegowej ukształtowało się na poziomie zmiennym 500÷700 μS/cm. Inaczej mówiąc, zaobserwowano brak odsalania wody obiegowej. Czyli cała woda uzupełniająca jest zużywana na cele odparowania wody. Na rysunku 11. przedstawiono granicę pracy obu systemów tj. do około 20-ego dnia m-ca marca skraplacz był zasilany wodą ze zmiękczacza regenerowanego chlorkiem sodowym, a po tym czasie ze zmiękczacza regenerowanego chlorkiem amonu.
Rys. 11. Zależność zużycia wody przez układ chłodzenia oraz przewodnictwa od czasu pracy skraplacza i zastosowanego regeneranta do stacji zmiękczania
Na wykresie przedstawiono zmianę zużycia wody na cele zasilania skraplacza przed i po wprowadzeniu zmiany. Naniesiono także na wykresie zmiany w czasie przewodnictwa wody przed i po wymianie regeneranta stacji zmiękczania. Dodatkowo zaznaczono poziomy zużycia wody przez skraplacz w 2014 roku jako średnią roczną oraz wyliczono średnią zużycia wody za okres zastosowania metody amonowej w 2015 roku.
Poniżej przedstawiono wstępne dane dotyczące warunków ekonomicznych układu chłodzenia przed zmianą i po zmianie regeneranta do stacji zmiekczania:
Roczny przewidywalny efekt oszczędnościowy w 2015 na kosztach eksploatacji związanych z uzupełnieniem wody do obiegu skraplacza (i także chemii korekcyjnej oraz regeneranta):
221 774 zł - 14 731 zł = 207 043 zł
Należy nadmienić, że koszt inwestycyjny całej modernizacji SUW polegający na kompletnej wymianie starych wyeksploatowanych urządzeń na nowe wyniósł około 75.000 zł. Jeśli nawet liczone obecnie średnie przewidywalne zużycie wody przez układ chłodzenia w roku 2015 może być obarczone pewnym błędem, to i tak zużycie wody na cele SUW będzie znacznie niższe niż w 2014 roku.
Podsumowanie
mgr inż. Jan MARJANOWSKI
|
POLECAMY WYDANIA SPECJALNE
-
Pompy ciepła 2023-2024
-
Pompy ciepła 2021-2022
-
Pompy ciepła 2022-2023
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2022
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2023
-
Pompy ciepła 2020-2021
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020
-
Pompy ciepła 2019-2020
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019