Uzavřené chladící okruhy
Principiálně se rozlišují dva hlavní typy oběhových chladicích systémů:
- Otevřený chladicí systém s odpařovací chladící věží
- Uzavřené chladící okruhy
U otevřených chladících okruhů (již z definice) je podstatou to, že odparné teplo proudící vody je využito k chlazení. Naproti tomu uzavřené okruhy nezískávají chladící účinek z odparného tepla, ale jsou chlazeny nejčastěji sekundárním chladícím agregátem. To znamená, že žádná voda z uzavřených cirkulačních systémů není odpařena za účelem chlazení. U teplot cirkulačních okruhů přes 5 °C nebývá pokaždé zvolena voda jako chladící médium. Kvalita a množství vody se na rozdíl od otevřených systémů mění jen zanedbatelně.
V praxi nelze vždy zabránit tomu, aby oběhová voda nepřišla do kontaktu s atmosférou nebo s jiným médiem, tzn. že uzavřený chladící systém většinou nebývá v tomto smyslu „hermeticky“ utěsněný. Následkem toho je, že voda často obsahuje nečistoty různého druhu. Dochází ale zpravidla i k nárazovým ztrátám vody, jako např. při výměnách nástrojů či forem.
Uzavřené chladící okruhy se obvykle používají tam, kde otevřený systém z konstrukčních důvodů nemůže dosáhnout požadované chladící teploty (<18 °C) a musí být použit chladící agregát. Ale také u teplot chladících okruhů přes 30 °C jsou často využívány uzavřené chladící okruhy ve spojení se suchým chlazením (vzduchový chladič) anebo jsou použity z důvodu úspory energie u zařízení na rekuperaci tepla. Přitom určité množství odpadního tepla bývá využito pro ohřevy v jiných zařízeních.
Velkou výhodou uzavřeného cirkulačního okruhu je, že v něm může být použita vysoce kvalitní protikorozní ochrana chladicího systému za účelem ochrany nákladných strojů a tím je zajištěna požadovaná provozní spolehlivost a hospodárnost. Pro maximální provozní spolehlivost a funkčnost výroby má efektivní a bezporuchový provoz celého chladicího systému velký význam.
Využití vody jako chladicího prostředku v uzavřených systémech s sebou však v praxi přináší tři technické problémy:
- Korozivní účinky vody vůči použitým materiálům
- Vytváření povlaků a následnou korozi kvůli působení mikroorganismů
- Tvorbu anorganických usazenin
V závislosti na použití různých materiálů (barevné kovy, ocel, ...) v chladících systémech a vzhledem ke specifickým provozním podmínkám (např. teplota, velikost zařízení, ...) a v neposlední řadě vzhledem ke kvalitě vody v chladících systémech je zapotřebí, aby byla prováděna individuální úprava vody.
Neupravená voda má na materiály obsahující železo především korozivní účinky. Také barevné kovy (měď, mosaz, …) jsou napadány, pokud voda obsahuje kyslík a chloridy. A to je téměř ve všech případech. Odborné a včasné nasazení inhibitorů koroze umožňuje vytvoření ochranné vrstvy na povrchu materiálu a snižuje tím agresivitu vody.
Vzhledem ke zvláště příznivým životním podmínkám (teplota, vysoký obsah živin) se rozmnožují bakterie (příležitostně i řasy) za určitých podmínek velice rychle. Růst aerobních mikrobů je způsoben tím, že chladící voda je podle konfigurace okruhu v občasném nebo trvalém kontaktu s atmosférou, případně s chlazeným produktem.
Ale rovněž za nepřítomnosti kyslíku se mohou tvořit anaerobní mikroby, které jsou obsaženy v povlacích z produktů látkové výměny. Ty pak vytvářejí povrchovou erozi, pokud nejsou provedena preventivní opatření.
V systému tak vznikají následné negativní efekty, jako je horší přestup tepla nebo nedostatečná hygiena, obzvláště když pracovníci obsluhy přijdou do styku s chladící vodou. Pouze důsledná kontrola kvality chladící vody a účinné dezinfekční prostředky mohou zajistit spolehlivý provoz zařízení.
Vzhledem k tomu, že uzavřené chladící okruhy většinou nejsou zcela utěsněné vůči kontaktu s atmosférou, bývá tvorba povlaků obsahujících vápenec kritickým místem těchto okruhů a to obzvlášť, když rozpuštěný CO2 vlivem zvýšené teploty zplyní. Tím vzniká nebezpečí, že se vápenec při vyšších provozních teplotách rychle usadí na stěnách výměníků tepla a zhorší jeho účinnost. Zamezit tomu můžeme tím, že částečně změkčíme vodu, nebo přidáme stabilizátory tvrdosti.
Dalším negativním jevem na povrchu výměníků je vznik organických slizovitých povlaků, které pak působí jako izolátory.
Tvorba povlaků zvyšuje výrazně spotřebu energie
Pokusy prokázaly, že již při tloušťce povlaku slizu 0,1 mm se přestup tepla zhorší asi o ca. 5–8 %. Při tloušťce povlaku slizu 1 mm se účinnost sníží asi o ca. 20–25 %. Srovnatelná ztráta výkonu vznikne u vápenatých povlaků, které se vytvoří na stěnách výměníků tepla. V těchto případech musí být zvětšen průtok chladící vody, aby bylo přivedeno stejné množství tepla. To vyžaduje výrazně vyšší výkon čerpadel a následkem toho i větší spotřebu elektrické energie.
Další nežádoucí jev nastává při rozpouštění různých usazenin, jejichž malé nebo větší částice se dostanou do okruhu chladicího systému. Ucpání potrubí a škody na rychle se pohybujících dílech systému, jako např. na cirkulačních čerpadlech, jsou častými příčinami nečekaných funkčních poruch. Následně pak dochází k výpadkům výroby, pokud teplo vznikající provozem strojů není dostatečně odvedeno.
Vápenaté usazeniny lze odstranit poměrně snadno i bez přerušení provozu, zatímco slizovité bakteriální povlaky vyžadují většinou vyšší nároky na čištění a je proto zapotřebí zamezit jejich tvorbě. Pro optimalizaci přestupu tepla na stěnách tepelných výměníků a pro energeticky úsporný provoz je důsledná péče o vodu v uzavřených chladících okruzích stejně tak nezbytná, jako údržba základních výrobních zařízení.
Vaše výhody při důsledné péči o uzavřené chladicí systémy jsou:
- Protikorozní ochrana na základě vytvoření ochranné vrstvy na povrchu materiálu.
- Ochrana před tvorbou nežádoucích povlaků přidáním stabilizátorů tvrdosti.
- Zlepšená hygiena vlivem efektivního a kontrolovaného hubení mikrobů.
To znamená:
- Prodlouženou životnost zařízení díky protikorozní ochraně
- Žádné nebo výrazně snížené nároky na čištění
- Zvýšenou provozní spolehlivost
- Úsporu nákladů
Příklad programu péče společnosti o uzavřené chladící systémy
Jeden z možných konceptů péče pro uzavřené chladící systémy lze shrnout do 4 kroků:
Krok 1: Základní čištění
Při potřebě odstranit vápenaté povlaky navrhujeme dávkovat do vody chladícího systému např. přípravek Decalcit T 131 nebo Decalcit T 610 a vodu nechat cirkulovat tak, aby se provzdušnila a aby se odpařoval CO2. Potom cirkulační okruh vícekrát propláchnout.
Krok 2: Uvedení uzavřeného chladícího systému do provozu
Naplnit chladící cirkulační okruh, pokud je to možné, upravenou vodou. Souběžně proporcionálně dávkovat příslušný inhibitor s protikorozní ochranou v kombinaci s biocidem.
Krok 3: Trvalý provoz
Dávkování inhibitoru do přidávané vody probíhá proporcionálně na základě měření kontaktním vodoměrem. Přidávání biocidu se provádí na základě mikrobiologického znečištění pomocí časového spínače nebo pomocí dávkovacího zařízení v pravidelných časových intervalech.
Krok 4: Výměna vody
Podle provozní doby a nároků na systém by se měla provozní voda přibližně 1 x za rok vyměňovat. Obzvláště tehdy, pokud se vlivem výroby ve vodním okruhu nashromáždí organické i anorganické látky. Pak by se mělo opakovat čištění, které je popsáno v bodu 1.