Woda przeznaczona dla celów chłodniczych powinna spełniać dwa podstawowe warunki, a mianowicie: umożliwiać odprowadzenie odpowiedniej ilości ciepła, nie stanowić zagrożenia dla systemu chłodniczego. O ilości odprowadzanego ciepła, a w konsekwencji o wielkości zużycia wody chłodzącej, decyduje jej temperatura. Zużycie wody jest odwrotnie proporcjonalne do różnicy temperatur wody wprowadzanej do systemu chłodniczego i opuszczającej ten system [1].

Opisuje to następująca zależność [1]:

W = Q/(C*DT) [kg/h]

gdzie: W = zużycie wody chłodzącej Q = ilość odprowadzanego ciepła (J/h) C = ciepło właściwe wody (J/K * kg) ΔT = różnica temperatur wody Innym czynnikiem decydującym o wielkości zużycia wody jest rodzaj obiegu chłodzącego.
Najbardziej wodochłonne są obiegi otwarte, w których woda jest wykorzystywana jednokrotnie. W mniej wodochłonnych obiegach zamkniętych wodę po ogrzaniu w systemie chłodniczym poddaje się schłodzeniu i zawraca do systemu, a straty powstające wskutek parowania uzupełnia się wodą dodatkową [1]. Jeśli woda chłodząca styka się bezpośrednio z medium chłodzonym, to taki obieg określa się mianem obiegu bezprzeponowego, a wskutek tego kontaktu woda chłodząca może ulegać zanieczyszczeniu.

W systemach przeponowych woda nie kontaktuje się bezpośrednio z chłodzonym medium, co pozwala uniknąć tego rodzaju problemów, ale z kolei sama woda może stanowić zagrożenie dla elementów systemu chłodzącego. Zagrożenia dla systemu chłodniczego, jakie może stanowić woda chłodząca, mogą być dwojakiego rodzaju: powstawanie osadów i korozja [1]. Ważny indeks Głównym czynnikiem decydującym o możliwości powstawania osadów bądź też agresywności względem betonu lub innych materiałów pozostających w kontakcie z wodą jest stan równowagi węglanowo-wapniowej [2].

Stan ten określa się najczęściej w oparciu o obliczenia indeksu Langeliera JL: JL = pH – pHS
w którym: pH = rzeczywista wartość pH wody, pHS = pH wody w stanie nasycenia, obliczane w oparciu o współczynniki będące funkcjami temperatury, suchej pozostałości, twardości i zasadowości ogólnej wody. Wartości indeksu Langeliera interpretowane są następująco: JL 0 – woda jest nieagresywna i ma tendencję do wytrącania węglanu wapnia w postaci osadu. W tym ostatnim przypadku mamy do czynienia z sytuacją, w której występuje „niedobór” dwutlenku węgla (określanego mianem „dwutlenku węgla równowagi”), w wyniku czego z wapniowej twardości węglanowej (tzw. przemijającej) powstaje nierozpuszczalny w wodzie węglan wapnia, zgodnie z reakcją [2,3]: Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + CO2↑ + H2O

Stałych Czytelników odsyłam tu do artykułu w „Magazynie Instalatora” [3], w którym przedstawione zostały szerzej podstawowe informacje o sposobie obliczania indeksu Langeliera i interpretacji otrzymanych tą drogą wyników. Jakkolwiek ocena stabilności wody w oparciu o określenie stanu równowagi węglanowo-wapniowej jest powszechnie stosowana, to jednak informacje uzyskane tą drogą należy traktować jako orientacyjne, gdyż nie zawsze wody ocenione jako nieagresywne są nimi w rzeczywistości, a skłonność do wytrącania węglanu wapnia nie zawsze oznacza skłonność do tworzenia tzw. kamienia wapiennego na chłodzonej powierzchni.

Termostabilność i zawiesiny W systemach zamkniętych stosuje się dodatkowo wymóg termostabilności wody, tj. braku skłonności do wytrącania węglanu wapnia w warunkach kolejno po sobie następujących cykli jej ogrzewania i schładzania. Oceny termostabilności dokonuje się w oparciu o obliczenia indeksu termostabilności i indeksu wytrącania [1]. Nie wchodząc w szczegóły wyznaczania tych wskaźników, w praktyce uznaje się wody naturalne za termostabilne, jeśli charakteryzują się twardością węglanową ≤ 2,86 mval/l (ok. 150 mg CaCO3/l), a nie termostabilne o twardości węglanowej > 5,71 mval/l (ok. 285 mg CaCO3/l); wody o twardości węglanowej pomiędzy tymi wielkościami określa się mianem wód o ograniczonej termostabilności [1].
Obecność w wodzie koloidalnych substancji organicznych poprawia niekiedy jej termostabilność [1].

Dodatkowymi czynnikami wpływającymi na tworzenie się osadów w systemach chłodniczych są zawiesiny odkładające się na chłodzonych powierzchniach, a także większe ilości związków żelaza i manganu, tworzące wraz z innymi substancjami rozpuszczonymi trudno rozpuszczalne związki dające podobne efekty [1]. Biogeny Odrębnym problemem jest obecność w wodzie substancji biogennych (nieorganiczne związki fosforu i azotu), które sprzyjają masowemu rozwojowi organizmów żywych i w konsekwencji powstawaniu obrostów biologicznych. W praktyce trudno jest obniżyć zawartość biogenów w wodzie do poziomu, który radykalnie zapobiegnie powstawaniu obrostów. Z tego względu problem obrostów rozwiązuje się zazwyczaj, stosując dezynfekcję wód chłodniczych. Spośród powszechnie stosowanych dezynfektantów najlepszych efektów należy oczekiwać, stosując dwutlenek chloru, który bardzo aktywnie reagując z chlorofilem, powoduje jego destrukcję, co w konsekwencji prowadzi do niszczenia fitoplanktonu (planktonu roślinnego) tworzącego obrosty [2]. Co sprzyja korozji…

Oprócz odkładania się osadów innym zagrożeniem dla systemów chłodzących jest korozja, na którą mają wpływ korozyjne własności wody. Analizę czynników wpływających na korozję materiałów stosowanych w instalacjach wodociągowych można znaleźć w jednym z poprzednich artykułów w „Magazynie Instalatora” [4]. Tu warto jedynie przypomnieć, że czynnikami sprzyjającymi korozji betonu i żelaza mogą być – oprócz ujemnej wartości indeksu Langeliera informującej o obecności w wodzie agresywnego dwutlenku węgla – również jony chlorkowe i siarczanowe, które utrudniają tworzenie warstw pasywnych na powierzchni materiałów stykających się z wodą [4]. Czynnikami stymulującymi korozję są też rozpuszczone w wodzie gazy, przede wszystkim omówiony wyżej agresywny dwutlenek węgla, a także tlen [4]. Korozyjność betonu można ograniczyć, utrzymując pH wody na poziomie nie niższym niż 8,5. Korekta pH do poziomu 8,0-8,5 zapobiega też korozji miedzi [4].

Wysokie pH wody zapobiega również korozji cynku, szczególnie w przypadku niskiej zasadowości wody, która sprzyja korozji tego metalu; w takich przypadkach pH należy podnieść co najmniej do poziomu 8,5. Z kolei korozję żelaza można ograniczyć, utrzymując pH wody w przedziale 6,8-7,3, twardość i zasadowość na poziomie nie niższym niż 40 mg/l (w przeliczeniu na CaCO3), a przesycenie węglanem wapnia w granicach 4-10 mg/l. Ponadto zaleca się stosowanie inhibitorów korozji (polifosforany, krzemiany) [4]. Wstępne uzdatnianie W zależności od parametrów jakościowych wody przeznaczonej dla celów chłodniczych można zastosować różne metody jej wstępnego uzdatniania.
Zagrożenia wynikające ze skłonności wody do wytrącania osadów węglanu wapnia można wydatnie zmniejszyć przez zamianę twardości węglanowej na niewęglanową. Uzyskuje się to, stosując tzw. szczepienie kwasem, polegające na dawkowaniu do wody odpowiedniej ilości silnego kwasu mineralnego, zazwyczaj kwasu solnego lub (rzadziej) kwasu siarkowego.
Zamianę wapniowej twardości węglanowej na niewęglanową ilustrują poniższe równania [1]:
szczepienie kwasem solnym: Ca(HCO3)2 + 2HCl → CaCl2 + 2CO2 + 2H2O,
szczepienie kwasem siarkowym: Ca(HCO3)2 + H2SO4 → CaSO4 + 2CO2 + 2H2O.

Twardość niewęglanowa równoważna usuniętej twardości niewęglanowej nie grozi tworzeniem się osadów na powierzchniach stykających się z wodą chłodzącą. Innym sposobem zapobiegania tworzeniu się osadów jest zmiękczanie wody.

W przypadku wody dla celów chłodniczych wybiera się najczęściej zabieg najtańszy, jakim jest zmiękczanie na drodze dekarbonizacji. Polega ono na dawkowaniu wapna w postaci wody wapiennej lub mleka wapiennego i usuwaniu wytrąconego z wody węglanu wapnia, a przebieg reakcji w przypadku wapniowej twardości węglanowej przedstawia się następująco: Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O. Na zakończenie należy zwrócić uwagę Czytelnika na fakt, że omówione powyżej skrótowo zagadnienia związane z zastosowaniem wody dla celów chłodniczych odnoszą się do najczęściej spotykanych przypadków. Wymagania stawiane wodom chłodniczym w przypadku wielu zastosowań przemysłowych są znacznie bardziej restrykcyjne.

dr Sławomir Biłozor

Literatura: 1. A.L. Kowal, M. Świderska – Bróż. Oczyszczanie wody. Wyd. Naukowe PWN Warszawa – Wrocław 1997. 2. Uzdatnianie wody. Procesy chemiczne i biologiczne. Praca zbiorowa pod red. J. Nawrockiego i S. Biłozora. Wyd. Naukowe PWN Warszawa – Poznań 2000. 3. S. Biłozor. Trochę więcej o agresywnych własnościach wody. O czym informuje nas ocena równowagi węglanowo- wapniowej? „Magazyn Instalatora” (4) 2008. 4. S. Biłozor. Czynniki wpływające na korozję materiałów stosowanych w instalacjach wodociągowych „Magazyn Instalatora” nr (2) 2008.
Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij