OFFENE KÜHLSYSTEME
In vielen industriellen Produktionsprozessen ist Wasser aufgrund seiner leichten Verfügbarkeit und seiner sehr guten thermodynamischen Eigenschaften ein wesentliches Kühlmedium. In Bezug auf die Umwelt eignet sich dieser natürliche Rohstoff als hervorragende Kühlmittel für große Wärmequellen.
Um große Wärmemengen abzuleiten, die technisch nicht für andere Zwecke genutzt werden können, werden üblicherweise "offene Kühlsysteme" mit Verdunstungskühltürmen eingesetzt. Erhitztes Kühlwasser wird in Kühltürmen in Gegenstromluft gesprüht. Die Kühlung des Kühlwassers erfolgt durch Abführen von Verdunstungswärme und Konvektion mit Luft.
Die Verwendung von Wasser als Kühlmittel bringt jedoch in der Praxis drei technische Probleme mit sich:
- Korrosionswirkung von Wasser auf Metalle
- Verkalkung / Ablagerung von Salzen auf der Oberfläche von Wärmetauschern
- Wachstum von Mikroben in Rohren und an den Wänden von Systemen
EFFIZIENTER BETRIEB
Die entscheidende Voraussetzung für einen effizienten und reibungslosen Betrieb offener Kühlsysteme ist das maximale Maß an Betriebssicherheit und deren Funktionalität. Aufgrund der Tatsache, dass sich Zusammensetzung und Qualität des Wassers in verschiedenen Kühlsystemen unterscheiden, muss eine individuelle Wasseraufbereitung durchgeführt werden.
Kühlwasser wirkt normalerweise korrosiv auf eisenhaltige Materialien, aber auch auf Nichteisenmetalle wie Kupfer und Messing. Die Auswahl eines geeigneten Materials ist ebenso wichtig wie die gründliche Kontrolle und Überwachung des Prozesswassers. Nur eine Kombination dieser beiden Faktoren ermöglicht einen langfristigen Betrieb des Kühlsystems. Beispielsweise kann es erforderlich sein, dem Wasser während des Betriebs Korrosionsinhibitoren zuzusetzen. Diese bilden eine Schutzschicht auf der Oberfläche von Baustoffen und verhindern so die korrosive Wirkung von Wasser.
Darüber hinaus müssen die dem Kühlwasser zugesetzten Substanzen auch gegen die Ablagerung von Salzen und die Bildung von Kalk wirken, die beim Verdampfen von Wasser und beim kontinuierlichen Nachfüllen von nicht erweichtem oder nur teilweise erweichtem Zusatzwasser auftreten. Die Konzentration der gelösten Salze im unbehandelten Wasser nimmt zu und es bilden sich Ablagerungen nach Überschreiten der Löslichkeitsgrenze.
Für einen wirtschaftlichen Betrieb, dh. für eine minimale Nachfüllung von Frischwasser bei gleichzeitig wirtschaftlich optimalem Vorrichtungsregime wird empfohlen, die Löslichkeitsgrenze durch Zugabe einer minimalen Menge an Stabilisatoren zu erhöhen. Der Härtestabilisator würde kontinuierlich proportional zur Menge an frischem Zusatzwasser zugesetzt.
Ein weiteres häufiges Problem bei offenen Kühlsystemen ist das Wachstum von Mikroben, insbesondere bei Verdunstungskühltürmen. Algen, Bakterien und Pilze können sich aufgrund der hohen Nährstoffkonzentration (hoher Gehalt an organischem Material, Zugang zu Sauerstoff usw.) und der günstigen Wassertemperatur sehr schnell vermehren, was ideale Bedingungen für ihr Wachstum schafft:
Algen führen dazu, dass das Wasser grün wird und unerwünschte „Teppiche“ entstehen. Bakterien bilden unansehnliche Schleimschichten auf der Wasseroberfläche und bilden eine dicke Vegetationsschicht an den Wänden der Systeme. Insbesondere auf der Oberfläche des Wärmetauschers sind diese Beschichtungen sehr unerwünscht. Die Stoffwechselprodukte der in diesen Ablagerungen enthaltenen Bakterien können auch Korrosion der Metalloberflächen verursachen. Pilze können Holzelemente in Kühltürmen beschädigen.
Wesentliche Mängel beim Betrieb von Kälteanlagen treten auf, wenn die Oberfläche des Wärmetauschers mit einer Beschichtung aus Ablagerungen bedeckt ist, während diese organischen sowie anorganischen Substanzen dann als Isolatoren wirken.
Oberflächenverunreinigungen und Beschichtungen erhöhen den Energieverbrauch erheblich
Experimente haben gezeigt, dass selbst bei einer 0,1 mm dicken Schleimschicht die Wärmeübertragung um etwa 5 bis 8% beeinträchtigt wird. Bei einer Dicke der schleimigen Beschichtung von 1 mm wird die Kühlleistung weiter verringert, so dass der Wirkungsgrad um etwa 20 bis 25% verringert werden kann. Eine vergleichbare Abnahme des Wirkungsgrades tritt auch auf, wenn sich Kalkstein auf der Oberfläche des Wärmetauschers absetzt. In diesen Fällen muss der Kühlwasserfluss erhöht werden, um die gleiche Wärmemenge abzuleiten. Dies erfordert wiederum mehr Pumpleistung, was den Stromverbrauch erhöht.
Beschichtung und Verstopfung der Rohrleitungen sind häufige Ursachen für unerwartete Kühlungsfehler. Dies kann dazu führen, dass die Produktion gestoppt wird, wenn die durch den Betrieb der Maschinen erzeugte Wärme nicht ausreichend abgeführt wird (Maschinen, Formen, Kühlung usw.).
Darüber hinaus erfordert die Entfernung von „Teppichen“ aus Algen, Pilzen und Kalziumablagerungen immer eine intensive Reinigung, die vermieden werden sollte.
Eine gründliche Wasserversorgung in offenen Kühlkreisläufen ist daher ebenso wichtig wie die Wartung grundlegender Produktionsanlagen.
WARUM WIRD KALK ERSTELLT?
Die unerwünschte Bildung von Calciumbeschichtungen (Kalk) tritt aufgrund der Temperatur und aufgrund einer chemischen Gleichgewichtsreaktion auf
(I) CO2 + H2O ó H2CO3
(II) H2CO3 + H2O ó H3O+ + HCO3-
(III) 2 HCO3- ó CO32- + CO2 + H2O
(IV) Ca2+ + CO32- ó CaCO3 KALK
Die Gleichungen (I) und (II) beschreiben Reaktionen, bei denen Kohlensäure und Bicarbonate aufgrund der Auflösung von CO2 in Wasser gebildet werden. Wenn das Kühlwasser mit der Atmosphäre in Kontakt steht und die Temperatur steigt, entweicht das gelöste CO2 und es bilden sich Carbonate, bis ein chemisches Gleichgewicht gemäß Gleichung (III) erreicht ist.
Je höher die Wassertemperatur ist, desto mehr CO2 entweicht, wenn die Löslichkeit des Gases in Wasser abnimmt. Wenn eine hohe Carbonat Konzentration vorliegt und die Löslichkeit von Kalkstein überschritten wird (das Gleichgewicht von Calciumcarbonat wird überschritten), setzt sich Kalk im Wasser ab und es bilden sich störende Beschichtungen, z. B. in Wärmetauschern.
BEZIEHUNG ZWISCHEN KONZENTRATION UND WASSERVERBRAUCH
Wie aus der folgenden Grafik ersichtlich ist, kann der Zusatzwasserverbrauch trotz der gemessenen Salzkonzentration im Kühlwasser deutlich reduziert werden. Ein wichtiger Aspekt ist der große Unterschied zwischen den Einsparungen bei 1,2-facher Konzentration und 3-facher Konzentration. Im Gegensatz dazu führt die Verdickung durch Stufe 4 zu nur geringen Wassereinsparungen und führt normalerweise zu Korrosionsproblemen. Unsere Spezialisten ermitteln den optimalen Konzentrationswert für Ihr System und helfen Ihnen, die Wasserkosten zu senken.
Ihre Vorteile:
- Korrosionsschutz durch Bildung einer Schutzschicht auf einer Metalloberfläche.
- Schutz vor Kalziumablagerungen durch Zugabe von Härtestabilisatoren und kontrolliertem Wasseraustausch (kontrollierte Entsalzung).
- Deutlich verbesserte Wasserqualität durch Reduzierung der Belastung von Bakterien und Algen.
- Verbesserte Luftqualität durch Reduzierung von Geruch und Keimbildung.
- Besseres Aussehen der Kühltürme.
- Reduzierte Reinigungskosten für das Kühlsystem.
- Energie- und Wasserkosteneinsparungen durch geringeren Frisch- und Abwasserverbrauch.
- Erhalten Sie den Gerätewert, indem Sie Korrosion verhindern.
- Energieeinsparungen durch Verhinderung der Bildung von Kalziumbeschichtungen und Schleimablagerungen auf der Oberfläche von Wärmetauschern.
Beispiel für das Konzept der Behandlung offener Kühlsysteme
- Führen Sie eine einmalige Erstreinigung mit speziell entwickelten Chemikalien durch
- Revidierung des Frischwassers überarbeiten (z. B. Erweichen)
- Je nach Menge des Zusatzwassers einen geeignet ausgewählten Korrosionsinhibitor und / oder Härtestabilisator auftragen
- Geben Sie das entsprechende Biozid ab und kontrollieren Sie die sogenannte Wasserhygiene
- Überwachen Sie regelmäßig die physikalisch-chemischen Parameter des Kreislaufs (pH-Wert, Leitfähigkeit, Wirkstoffgehalt, …).