Umgang mit Schwebstoffen

Die Auswirkungen von Schwebstoffen auf Kältemaschinen

Wir müssen uns darüber im Klaren sein, dass die Kontamination geschlossener Systeme nie vollständig verhindert werden kann.

Die tatsächliche Geschichte eines Systems kann oft sehr schwer zu bestimmen sein, da Altlasten oft nur unzureichend gemeldet werden. Die weitere Einführung von organischem und anorganischem „Schmutz“ (Kontamination) trägt im Laufe der Zeit zu diesem Kollektiv bei. Selbst neu in Betrieb genommene Anlagen werden, wenn sie nicht sorgfältig überwacht werden, oft mit Korrosionsrückständen gesehen, die auf „Blitzkorrosion“ während der Befüllung zurückzuführen sind.

Der Installationsprozess des Kühlers selbst kann alle Arten von Schmutz, Staub, Spänen, Ölen, Fetten, Spänen, Flussmittelrückständen sowie potenziellen bakteriellen Problemen mit sich bringen, insbesondere wenn die Systeme unbehandelt geblieben sind und zwischen der Inbetriebnahme und dem Betrieb für eine beliebige Zeit stagnieren gelassen wurden. Ebenso können etabliertere Systeme im Laufe der Zeit durch Zunder (Eindringen von hartem Wasser), Korrosion (durch schlecht behandelte Systeme) und wiederum durch erhöhte mikrobiologische Aktivität verschmutzt werden.

Abb. 1. Stark mit Feststoffen verschmutzt

Um den Gehalt an „Schmutz“ in Form von Feststoffen in unserem geschlossenen Wassersystem zu beurteilen, können wir auf sogenannte Schwebstoffe testen. Im Allgemeinen sind Schwebstoffe Partikel, die im Wasser vorhanden sind, aber für unsere speziellen Zwecke werden wir sie als feste Partikel verstehen, die im Wasser schweben und eine Partikelgröße von 2 Mikrometern oder größer haben.

Möglicherweise hören Sie auch den Ausdruck „gelöste Feststoffe“, was bedeutet, dass bestimmte Partikel kleiner sind als unser 2-Mikro-Unterscheidungsmerkmal und im Gegensatz zu dem, was wir in diesem Bulletin diskutieren. Zum Hintergrund: Gelöste Feststoffe spielen eine Rolle, wenn es um die Leitfähigkeit von Wasser in einem geschlossenen Kreislauf geht. Als vollständig gelöste Feststoffe (allgemein als TDS bezeichnet) werden sie gerne verwendet, um Variationen innerhalb eines Systems zu überwachen, wie z. B. die Konzentration von Wasseraufbereitungsinhibitoren, Glykol und dergleichen.

Wenn das Vorhandensein von Schwebstoffen über den maximalen Richtwert von >30 mg/Liter hinaus erhöht wird und überschüssige Schwebstoffe nicht entfernt werden, können sie eine Vielzahl von nachteiligen Auswirkungen auf ein gekühltes Umlaufsystem haben, einschließlich, aber nicht beschränkt auf:

• Energieeffizienz, die die Betriebskosten direkt erhöht
• Verstopfungen, die zu „toten Punkten“ rund um das System führen.
• Systemerosion (Erzeugung weiterer Schwebstoffe, die die Erosionsrate erhöhen).
• Verstopfung durch Schlammablagerungen des Wärmetauschers, wodurch der Wärmetauscher dem Risiko eines lokalen Ausfalls ausgesetzt ist.
• Erhöhter Verschleiß an Pumpen, der zu möglichen Leckagen und Ausfällen führen kann.
• Verringerung der Wirksamkeit von Wasseraufbereitungschemikalien und damit Erhöhung des Korrosionspotenzials.
• Förderung der Bakterienvermehrung, ermöglicht durch die Schaffung idealer Wachstumsbedingungen.

ÜBERWACHUNG, MESS- UND REGELTECHNIK

Die Berücksichtigung des Vorhandenseins von Schwebstoffen wird zu einem wichtigen Bestandteil jeder Systemmanagementstrategie. Die Norm *BSRIA BG 50/2021 und die Leitlinien besagen, dass Schwebstoffe bei weniger als 30 mg/Liter kontrolliert werden sollten, dass „im zirkulierenden Wasser und in einem gut kontrollierten System konstant weniger als 10 mg/Liter erreicht werden“. Da „niedrige“ Schwebstoffwerte ein gutes Maß für die Systemintegrität sind, müssen wir bedenken, dass dies keine Garantie dafür ist, dass keine aktive Korrosion von anderer Stelle im System auftritt, daher muss eine strategische Probenahme in Betracht gezogen werden, wie in Tabelle B gezeigt.

Unter Berücksichtigung der individuell gemeldeten Feststoffgehalte müssen auch etwaige Aufwärtstrends bei den Feststoffen im Laufe der Zeit überwacht werden, da dies wahrscheinlich eine direkte Folge von intern korrodierten Metallen aus dem System ist. Es ist erwähnenswert, dass regelmäßige Wasseruntersuchungen zwar nur begrenzte Informationen über Veränderungen der Wasserqualität liefern, diese jedoch begrenzt sind. Dies allein ist noch kein Beweis für den tatsächlichen Zustand des physikalischen Systems. Der zusätzliche Systemnachweis kann durch den Einsatz von Geräten wie Korrosionscoupon-Racks und/oder elektronischen Online-Sensoren erreicht werden. Diese Geräte sind äußerst nützlich und dienen als Frühwarnung vor aktiver Korrosion, die die tatsächlichen Systemverlustraten liefert. Die hier zum Ausdruck gebrachten Strategien werden in den Leitlinien als Teil eines umfassenden Überwachungs- und Kontrollinstruments anerkannt.

Es ist anerkannt, dass niedrige Korrosionsraten sehr schwer zu vermeiden sind. Dies wird durch die Leitlinien anerkannt, die vordefinierte Schwellenwerte von Millimetern pro Jahr für verschiedene Metalle enthalten, die typischerweise in solchen Systemen zu finden sind – siehe Tabelle A. In einem gut kontrollierten System sollten die Korrosionsraten jedoch deutlich unter diesen „Schwellenwerten“ liegen und nicht unbedingt als maximale Kontrollgrenzen angesehen werden.

TABELLE A.

Ein einfacher Indikator für einen erhöhten Gehalt an Schwebstoffen wird oft als „trübe“ Wasserprobe angesehen, als Färbung einer gesammelten Wasserprobe. Aus diesem Grund ist eine visuelle Bewertung in die „Analyse“ einbezogen, die bei der routinemäßigen Probenahme der Wasseraufbereitung durchgeführt wird.

Die Unlöslichkeit dieser Feststoffe bedeutet, dass wir den Gehalt an insgesamt Schwebstoffen (TSS) innerhalb eines Systems mit einer (gravimetrischen) Filtrationsmethode zur Feststoffrückgewinnung leicht messen können. Diese Messmethode wird als genauer angesehen und von Laboratorien bevorzugt.

Abb. 3: Beispiel für ein Korrosionsgestell, in dem die Coupons untergebracht sind

Es gibt andere, schnellere und weniger genaue Mittel zur TSS-Messung; Zum Beispiel kolorimetrisch , bei der ein elektronisches, kleines Handgerät und die Übertragung von Licht verwendet werden, um die Menge an TSS zu bestimmen, was zu einem sofortigen Ergebnis führt. Ein weiterer kleiner Vorteil der Verwendung von kolorimetrischen Geräten besteht darin, dass sie auf einem niedrigeren Niveau (20 mg/l) nachweisen können.

Diese Art von Gerät bietet sicherlich ein schnelles erstes indikatives Ergebnis, jedoch ist diese Methode anfällig für Störungen, die beispielsweise durch eingeschlossene Luftblasen verursacht werden, die das Endergebnis beeinträchtigen können. Wenn diese Messmethode als eine Art Routineprüfung in Betracht gezogen wird, lohnt es sich sicherlich, die gravimetrische Analyse im Labor mit einer Reihe von Einzeltests zu vergleichen, um ihre Korrelation zu überprüfen und ein Interpretationsmittel zu bieten.

Wie oben erwähnt, ist das gravimetrische und bevorzugte (genauere) Mittel zur TSS-Messung in Wasser eine Analysemethode, die im Blaubuch beschrieben wird. Vereinfacht ausgedrückt wird ein festes Volumen Wasser unter einem Vakuum filtriert, wobei die Feststoffe einer bestimmten Größe auf dem Filtermedium zurückgehalten werden. Das Restmaterial wird in einem Ofen getrocknet, von jeglicher Feuchtigkeit befreit und anschließend gewogen. Dieses Endgewicht der verbleibenden Feststoffe wird als TSS dieser Wasserprobe angegeben.

So sehr uns dieser Prozess einen Hinweis auf TSS in einem System geben wird, je größer und komplexer die Systeme sind, desto höher ist das Potenzial für die Variabilität von TSS. Diese Systeme sind dynamisch und unterliegen daher einer Geschwindigkeitsvariabilität, die sich auf unsere Ergebnisse auswirkt. Sicherlich kann die Schwerkraft, gepaart mit einem schlechten Strömungsprofil für größere Partikel, zu Setzungen und lokalen Konzentrationsnestern von Feststoffen führen.

Unter Berücksichtigung der Volumengröße und der erhöhten Variabilität empfiehlt der Leitfaden (**BG 50) eine Erhöhung der Probenstandorte, um einen ganzheitlicheren Überblick zu erhalten. Nachfolgend finden Sie einen Auszug aus der Tabelle, auf die in den Richtlinien der BG 50 verwiesen wird und in der aufgeführt ist, wie mit einem breiteren Stichprobenumfang den steigenden Mengen begegnet wird:

TABELLE B.

Es ist wichtig, erkennen zu können, dass, wenn Proben aus Bereichen mit geringer Geschwindigkeit entnommen werden (z. B. Endeinheiten oder die Rohrleitungen, die sie zuführen), diese Proben „abgesetzte“ Feststoffe enthalten können und als solche zu Berichten über erhöhte Gesamtschwebstoffe beitragen würden. Leider wäre es bei Labortests nicht möglich, den Unterschied zwischen „suspendiert“ und „abgesetzt“ zu unterscheiden.

In Situationen, in denen höhere Gesamtzahlen verzeichnet werden, kann eine örtliche Spülung empfohlen werden, um die übermäßige Ansammlung solcher „abgesetzten“ Feststoffe zu entfernen. Sollte eine örtliche Spülung vorgenommen werden, wäre auch eine regelmäßige Überprüfung dieser Punkte zu empfehlen. Wenn sich beispielsweise nach zwei bis drei Wochen wieder „abgesetzte“ Feststoffe ansammeln, deutet dies auf ein größeres potenzielles Risiko für aktive Korrosion hin, und eine weitere systemweite Untersuchung wäre gerechtfertigt.

ENTFERNUNG VON SCHWEBSTOFFEN

Sollten unsere Systeme Anzeichen von vermehrten Schwebstoffen, Korrosion oder anderen Ablagerungen aufweisen, gibt es glücklicherweise eine Reihe von Geräten, die zur Entfernung solcher Verunreinigungen verwendet werden können. Dazu gehören Siebe, Filter, Magnetfilter, Schmutzabscheider, kombinierte Luft- und Schmutzabscheider sowie die so häufig anzutreffende Nebenstromfiltration. All dies spielt eine Rolle und kann sich bei richtiger Anwendung positiv auf die Reinigung und den kontinuierlichen Schutz geschlossener Kreisläufe auswirken.

Bei einer Reihe von Systemen wird die Nebenstromfiltration bereits in der Entwurfsphase berücksichtigt, um einige der oben genannten Probleme zu vermeiden. Solche Geräte sind einfach zu installieren und haben einen einfachen Prozess der Feststoffentfernung. Nebenstromfilter sind so konzipiert, dass sie ständig 5-15 % des zirkulierenden Wassers durch ein Filtergehäuse leiten (siehe Diagramm), was dazu führt, dass das gesamte Systemvolumen alle 24 Stunden 2 bis 3 Mal gefiltert wird.

Es sind unterschiedliche Qualitäten erhältlich, und wenn ein System bekannte Probleme aufweist, wird in der Regel ein Grobfilter gewählt, um die größeren Partikel zu entfernen.

Hat der Grobfilter diese größeren Partikel entfernt, werden systematisch feinere Filter eingesetzt. Dies verhindert das „Verblenden“ feinerer Filter und ermöglicht einen kontrollierteren Ansatz zur Schmutzentfernung. Eine Filtergröße von 30 Mikrometern bietet gute Ergebnisse.

Wenn ein System ein hohes Maß an Kontamination aufweist, ist es eine gute Praxis, spezielle Wasseraufbereitungschemikalien zu verwenden, um die Rückgewinnung zu unterstützen. Abhängig von dem/den Problem(en) kann eine Reihe von
Es können chemische Produkte ausgewählt werden. Wir können Ihnen helfen, das richtige Verfahren zu evaluieren und die Chemikalien auszuwählen, um solche Probleme am besten zu lösen.

Für die Skalierung wäre beispielsweise die Verwendung eines säurebasierten Reinigungsmittels erforderlich, mikrobiologische Probleme werden mit ausgewählten Bioziden behandelt und die Korrosion mit einem Dispergiermittel. Je nach Schwere der Kontamination kann eine vollständige chemische Spülung vermieden werden, da diese potenziell sehr störend und kostspielig sein kann.

Vorbeugen ist immer besser als heilen. Wenn geringere Schmutzmengen aufgezeichnet werden, ist es möglich, eine Online-Reinigung durchzuführen, wie oben beschrieben, mit einer Mischung aus chemischer Behandlung und Filtration. Im Rahmen des Reinigungsprozesses der Metalloberfläche ist es entscheidend, die neu gereinigte Oberfläche durch die Bildung einer Schutzschicht aus Magnetit zu passivieren. Es folgt die Zugabe von Korrosionsinhibitoren, die den Korrosionsprozess stören und die Oberfläche korrosionsbeständig machen.

Auch hier können unsere Ingenieure bei der Auswahl und Anwendung dieser Schutzprodukte helfen.

ANDERE REINIGUNGSSYSTEME

Siebe
Dabei handelt es sich um einfache grobe Festkörperfilter, die hauptsächlich zum Auffangen größerer Schwebstoffe verwendet werden und hauptsächlich zum Schutz von Pumpen und Regelventilen verwendet werden. Sie werden inline installiert, vor den Geräten oder Geräten, die sie schützen sollen usw. Sie sollten regelmäßig überprüft und gereinigt werden.

Schmutzabscheider
Dieser Ansatz, um den Schmutz zu „fangen“, ist wiederum eine einfache Theorie, bei der die Geschwindigkeit des zirkulierenden Wassers verlangsamt wird, gekoppelt mit dem Zulassen des Wasserflusses und des Schwebeschmutzes, der auf ein Maschengitter trifft, das in einem Inline-Behälter untergebracht ist. Dieser duale Prozess fördert das Absetzen größerer Partikel, die auf den Boden der Abscheideeinheit „fallen“ – daher der Begriff „Schmutzabscheider“. Routinemäßig werden diese Einheiten von der Basis entleert, um abgesetzte (gefangene) Partikel zu entfernen.

Magnetische Abscheider
Wenn sich die Korrosion im zirkulierenden Wasser angesammelt hat, ist der Einbau eines Magneten zum Ansaugen von suspendierten korrodierten Stoffen eine hocheffiziente Methode zum Auffangen und Entfernen. Diese Separatoren beherbergen extrem starke Magnete, die metallisches Material unabhängig von seiner Größe anziehen. Dies ist wichtig, da z. B. Magnetit (Eisenoxid) eine durchschnittliche Partikelgröße von 8 μm hat, was wesentlich geringer ist als die physikalischen Filtergrößen, die in Kälteanlagen praktisch eingesetzt werden können. Es gibt Filtersysteme, die solche Magnete zusätzlich innerhalb des Strömungswegs unterbringen, so dass jeder Durchgang eine maximale Effizienz bei der Feststoffentfernung aufweist.

Bitte kontaktieren Sie uns für Beratung und Unterstützung bei der Wasseraufbereitung, um die Leistung Ihrer Systeme zu maximieren, die Gesamtbetriebskosten zu senken und den Lebenszyklus zu verlängern.

Autor: Simon Mattock, Advanced Water Technologies (AWT).