Kotlovi su vrlo korisni uređaji u kojima se voda (barem u većini slučajeva) zagrijava.
Tekućina, njezine pare ili njezina toplina mogu se zatim koristiti za razne primjene: centralno grijanje, sanitarije ili za proizvodnju električne energije pomoću bojlera, da spomenemo samo neke [1][2].
Za industrijsku primjenu, kotao ima tendenciju biti stalno pod pritiskom i ima visok protok vode.
Kako bi izdržao te napore, treba ga održavati u dobrom stanju.
1. Održavanje funkcionalnosti kotla
Učinkovitost kotla ovisi o mnogim čimbenicima:
- koliko dobro zadržava toplinu?
- kojom brzinom se toplina prenosi na vodu?
- koliki dio prenesene topline nije izgubljen zbog sporednih reakcija?
i mnogo više…
Ovi čimbenici uvelike ovise o sadržaju napojne vode kotla, kao i o materijalima od kojih su izrađeni kotlovi i vodovi.
Osiguravanje da su te komponente u optimalnom stanju za njihovu upotrebu ključno je ne samo za održavanje učinkovitosti, već i za izbjegavanje nezgoda zbog oštećenih vodova ili toplinskih točaka.
2. Obrada vode
Obrada obične vode prije prijenosa u kotlovski sustav ključna je za dug životni vijek i učinkovitost kotla, budući da postoji mnoštvo iona i molekula koji uzrokuju nuspojave koje su štetne za sustav.
Postoji više načina za pročišćavanje vode:
⇛ Reverzna osmoza
⇛ Odzračivanje
⇛ Čistači kisika
Najvažniji dio obrade vode je reverzna osmoza.
Ovaj proces pročišćava vodu primjenom tlaka koji je veći od osmotskog tlaka. Ovaj pritisak gura tekućinu kroz djelomično propusnu membranu, koja zadržava veće čestice, molekule i ione.
Kao rezultat toga, voda koja je progurana kroz membranu ima visoku čistoću.
To rezultira prevencijom nekoliko problema kao što su:
- Pjenjenje (nečistoće)
- Stvaranje kamenca (karbonati)
Stvaranje kamenca je specifična vrsta onečišćenja, a to je taloženje krutih tvari na površinama.
U slučaju kamenca to su uglavnom minerali i/ili soli koji se talože u cijevi kotla ili na površinama za prijenos topline.
To rezultira sporijim prijenosom topline i zauzvrat stvara lokalne točke koje su sklone pregrijavanju i mogu završiti pucanjem cijevi kotla.
Postoje mnogi pristupi kako minimizirati kisik i ugljični dioksid, koji na kraju oštećuju sustav kotla uzrokujući koroziju i kamenac.
Stoga je bitno da napojna voda kotla sadrži vrlo nisku koncentraciju ovih molekula.
To se obično postiže odzračivanjem, koje se može izvesti pomoću jednog od mnogih pristupa, na primjer vakuumskim odzračivačima, mehaničkim pumpama ili grijačima za odzračivanje.
Smanjenje i praćenje sadržaja kisika stoga je ključno za dugovječnost kotlovskog sustava.
3. Praćenje vode
Iako je primjena uređaja i kemijskih metoda za smanjenje ili zaobilaženje negativnih utjecaja nužna, bez kontrole, teško je reći koliki je učinak svake od poduzetih mjera.
Dodatno, praćenje određenih parametara može dati puno tragova o statusu sustava i djelovati kao sustav upozorenja.
Kako se prikuplja sve više podataka, praćenje pomaže u pronalaženju optimalnog raspona parametara.
Ovo u konačnici povećava učinkovitost kotla i potencijalno smanjuje količinu kemikalija koje se moraju koristiti, čime se dugoročno štede troškovi.
HI510 • HI520
Jednokanalni i dvokanalni univerzalni procesni kontroleri
HI510 i HI520 su napredni procesni kontroleri koji se mogu konfigurirati za aplikacije koje zahtijevaju nadzor i/ili kontrolu četiri glavna parametra analize vode:
- pH
- Vodljivost (EC)
- Otopljeni kisik
- ORP
Ovi kontroleri imaju ulaz(e) digitalne sonde koji automatski detektira i ažurira regulator s parametrom koji mjeri.
pH-monitoring
Jedan od najvažnijih parametara za praćenje je pH vrijednost.
To je zbog njegovog utjecaja na mnoge različite procese:
- brzina potrošnje kisika
- pri visokoj pH vrijednosti može doći do stvaranja pjene i kamenca
- pri niskom pH dolazi do korozije
- taloženje silikata
- Kaustična krtost
Za praćenje, ugrađena industrijska pH elektroda, kao što je HI1006-38 serija, preporučuje se zbog svoje trajnosti i otpornosti na toplinu.
Iako je uobičajena preporuka da se pH održava na 8,5 (upotrebom NaOH, na primjer), važno je napomenuti dat optimalni pH ovisi o leguri koja se koristi u kotlu i kemijskoj obradi vode, između ostalih faktora.
ORP monitoring
Oksido-Redukcijski Potencijal odličan je pokazatelj sadržaja slobodnog klora.
Stoga je to parametar izbora u dijelu sanitacije/dezinfekcije sustava kotla i može se nadzirati pomoću HI2004-18 serijom
Provodljivost (EC)monitoring
Stalno praćenje vodljivosti napojne vode može dati uvid u njen sadržaj, te djeluje kao upozorenje protiv pjenjenja, kao i korozije.
To se može učiniti pomoću procesnih elektroda, kao što je HI7630-28
Praćenje otopljenog kisika
Kao što je prethodno spomenuto, uklanjanje kisika je važno kako bi se osigurao dug životni vijek kotla.
Praćenje sadržaja kisika s obzirom na korištene čistače kisika ne samo da osigurava da koncentracija O₂ neće biti previsoka, već će također omogućiti korisniku da pronađe najbolju točku za koncentraciju čistača, čime se izbjegavaju nepotrebni troškovi.
Jedan takav senzor za praćenje bio bi HI7640-58 serija.
4. Analiza vode
Iako je kontinuirani nadzor važan, nemoguće je pratiti sve parametre u svakom dijelu kotlovskog sustava.
Stoga je redovito uzorkovanje i voda iz ovih selcija ključno za istinsko razumijevanje statusa sustava.
pH analiza
HI99141
pH metar za kotlove i rashladne tornjeve
Specijalizirana elektroda HI729113 ima tijelo od titana, ravni vrh i porozni PTFE spoj što je čini savršenom za mjerenje pH tretiranog kotla, napojne vode i kondenzata pare.
Provodljivost (EC) analiza
HI98197
Ultra čista voda
EC/mjerač otpora
HI98197 isporučuje se u kompletu sa svim priborom potrebnim za izvođenje mjerenja vode visoke čistoće pakiran u transportni kovčeg.
Pribor uključuje protočnu ćeliju od nehrđajućeg čelika i četveroprstenastu sondu vodljivosti s navojem koja omogućuje visoku rezoluciju od 0,001 μS/cm za vodljivost i 0,1 MΩ * cm za očitanja otpora.
- Protočna ćelija od nehrđajućeg čelika
- Sonda za vodljivost/otpor s četiri prstena
- 0.001 μS/cm rezolucija
Otopljeni kisik - mjerenje
HI98198
Optički mjerač otopljenog kisika
Savršena za teren ili laboratorij, sonda Quick Connect ne zahtijeva membrane, otopinu za punjenje niti vrijeme zagrijavanja tako da možete mjeriti bez oklijevanja.
Vaš mjerač dolazi kompletno opremljen u robusnom kovčegu za jednostavan transport.
- Optička DO tehnologija za brza i stabilna očitanja, čak i u zahtjevnim okruženjima.
- Digitalna sonda s tehnologijom Smart Cap eliminira skupe, zamorne membrane i otopine.
- Vodootporno, robusno kučište s oznakom IP67 čini ovaj prijenosni mjerač idealnim za upotrebu na terenu.
Kompletna analiza vode može se napraviti višeparametarskim fotometrom (HI83300, HI83305) ili spektrofotometrom (HI801).
Analiza hvatača kisika
Iako mehanički/fizički deaeratori obavljaju najveći dio posla, oni se obično kombiniraju s kemijskim hvatačima kisika.
Te tvari vežu kisik, čime njegova koncentracija pada na još nižu razinu [6].
U kotlovskim sustavima najčešće korišteni hvatači kisika su natrijev sulfit, natrijev bisulfit, hidrazin i njihove katalizirane verzije. Također je moguće koristiti organske spojeve, poput hidrokinona i askorbata.
Očekuje se da će hidrazin, zbog svojih toksičnih svojstava, u doglednoj budućnosti postati sve ograničeniji.
Karbonati - analiza
Karbonati tvore ljuske koje su obično granularne i porozne.
Najčešći talog je kamenac, koji se uglavnom sastoji od kalcijevog karbonata (CaCO3, reakcija (2)) i prilično ga je teško očistiti [4]. Ova tvar nastaje u prisutnosti kalcija/magnezija i bikarbonata (HCO3-), dok potonji može potjecati izravno iz otopljenih karbonata (CO32-, reakcija (1)), ili iz ugljičnog dioksida (CO2, reakcija 1):
Ako je voda vruća ili je tlak dovoljno nizak, oslobađanje plinova je termodinamički preferirano, pa se ravnoteža reakcije (2) pomiče udesno.
Budući da izbjegavanje topline nije opcija za kotlovske sustave, od iznimne je važnosti da sadržaj karbonata i ugljičnog dioksida bude što niži. U slučaju ugljičnog dioksida, to se može postići deaeracijom i otplinjavanjem.
Mjerenja se mogu izvršiti na nekoliko načina:
Tvrdoća vode / Ca – tvrdoća / Mg-tvrdoća
Sulfati - Analiza
Za razliku od karbonata, sulfati su obično gusti, tvrdi i lomljivi.
Kalcijev sulfat je najčešći primjer za stvaranje kamenca, ima nisku topljivost, a nastaje prema reakciji (3) [5]:
Kada se kalcijev sulfat otopi u vodi (reverzibilna reakcija (3)), on oslobađa energiju u obliku topline.
Hlađenjem vode povećava se topljivost ove soli, jer se pogoduje oslobađanju toplinske energije hladnijim tvarima. Suprotno tome, više temperature smanjuju topljivost kalcijevog sulfata i uzrokuju taloženje. Stoga je taloženje karbonata i kalcijevog sulfata češće na vrućim površinama, iako iz različitih razloga.
Alkalinitetanaliza
Visoka alkalnost koja proizlazi iz karbonata prilično je problematična za kotlove za proizvodnju pare.
Karbonatiće reagirati s CO2, plinovitom komponentom, koja će se prenijeti s parom.
Nakon što dospije na hladnu, mokru površinu, stvara ugljičnu kiselinu (H2CO3, vidi reakciju (5)), koja može nagrizati vodove pare.
Osim korištenja čiste vode, dodatna metoda za rješavanje ovih problema bila bi uporaba polifosfata kao disperzanata.
U njihovoj prisutnosti kalcij reagira i taloži se kao trikalcijev fosfat, koji je netopljiv u vodi.
Stoga se može zbrinuti putem dna kotla ili ispuhivanja.
Slobodni klor - analiza
Kako vodu ne bi kontaminirati mikroorganizmi, poput bakterija, virusa i algi, važno je sterilizirati sustav kako bi se spriječio njihov rast.
Ti bi mikroorganizmi inače stvorili film na kotlu i površinama vodova, što može uzrokovati začepljenje ili koroziju.
Dodavanjem klora u vodu nastaju ClO– i HClO–; zajedno se označavaju kao “slobodni klor”.
HClO, aktivni spoj njih dvoje, vrlo je učinkovit u ubijanju gore spomenutih mikroorganizama, sprječavajući tako probleme koje bi njihov rast uzrokovao.
Preporuča se održavanje razine slobodnog klora na 0,05 do 0,1 mg/L, budući da vrijednosti ispod ovog područja ne jamče uništavanje kontaminanata.
Silika- analiza
Silikatne naslage su obično vrlo tvrde i guste, čak i više od sulfata.
Slično željeznim oksidima, sastoje se od silicija i kisika i također su klasa tvari s različitim sastavima. Ali za razliku od prethodnih primjera, problem taloženja silikata nije ograničen samo na površine kotla.
Silicij može prijeći u plinovitu fazu, dok se ne postigne ravnoteža s tekućom fazom. Na ovu ravnotežu utječu tlak, temperatura i pH vrijednost [7].
Općenito, što su viši tlak i temperatura te niža pH vrijednost, to je veći sadržaj silikata u pari. To znači da se silikati mogu prenijeti preko pare i taložiti na hladnijim površinama, kao što su parne turbine.
Silikati su kemijski inertni, što znači da jedva reagiraju s kemikalijama. Zbog toga ih je vrlo teško ukloniti. Stoga su preventivne i korektivne mjere nužne i obično su jeftinije od uklanjanja ljuskica ili zamjene zahvaćenih dijelova.
Jedna takva korektivna mjera bila bi pojačano propuhivanje kotla kako bi se smanjio sadržaj silicijevog dioksida.
To operateru daje vremena da pronađe razlog onečišćenja silicijevim dioksidom i da ga popravi.
Pružanje ispravnih postavki za kotlovski sustav i održavanje dobre prakse stalnog praćenja i redovite analize osigurat će da će vaš kotao dugo funkcionirati u najboljem izdanju.
Imate pitanje?
Obratite se našoj tehničkoj službi na info@hannainst.hr ili pomoću našeg kontakt obrasca.
IZVORI:
[1] Steingress, Frederick M. (2001), Low Pressure Boilers (4th ed.), American Technical Publishers
[2] Steingress, Frederick M.; Frost, Harold J.; Walker, Darryl R. (2003), High Pressure Boilers (3rd ed.), American Technical Publishers
[3] Anthony A. Miele (1945); Boiler Tube Performance (PDF). Ohio State University
[4] Hermann Weingärtner (2006, December), “Water” in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim
[5] Franz Wirsching (2012), “Calcium Sulfate” in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim
[6] Sendelbach M. (1988), Boiler-water treatment: Why, what and how. Chemical Engineering, 95(11), p. 129
[7] A. Bahadori, H.B. Vutharulu (2010), “Prediction of silica carry-over and solubility in steam of boilers using simple correlation”, Applied Thermal Engineering, Vol. 30, pp. 250-253
[8] Krishnamurthy et al. (1 August 2007), Engineering Chemistry, PHI Learning Pvt. Ltd. p. 146
[9] Mellor J. W. (1941), Intermediate Inorganic Chemistry, London: Longman, Green & Co. p. 202
With Great Product Come Great Results
