Jak zarządzać zawieszonymi ciałami stałymi

Wpływ zawieszonych ciał stałych na agregaty chłodnicze

Musimy zdać sobie sprawę, że nigdy nie da się w pełni zapobiec zanieczyszczeniu zamkniętych systemów.

Rzeczywista historia systemu może być często bardzo trudna do ustalenia, a pozostałości zanieczyszczeń są często słabo raportowane. Dalsze wprowadzanie organicznego i nieorganicznego „brudu” (zanieczyszczenia) z czasem powiększa ten zbiór. Nawet nowo oddane do użytku systemy, jeśli nie są skrupulatnie monitorowane, często zawierają zanieczyszczenia korozyjne z powodu korozji „błyskawicznej” podczas napełniania.

Sam proces instalacji agregatu chłodniczego może wprowadzać wszelkiego rodzaju brud, kurz, opiłki, oleje, smary, opiłki, pozostałości topnika, a także potencjalne problemy bakteryjne, zwłaszcza jeśli systemy nie zostały poddane obróbce i pozostawiono je w stagnacji przez dłuższy czas między uruchomieniem a eksploatacją. Podobnie, z biegiem czasu, bardziej ugruntowane systemy mogą zostać zanieczyszczone kamieniem (wnikanie twardej wody), korozją (z powodu źle oczyszczonych systemów) i ponownie z powodu zwiększonej aktywności mikrobiologicznej.

Rys. 1. Silnie zanieczyszczony ciałami stałymi

Aby pomóc w ocenie poziomu „brudu” w postaci ciał stałych w naszym zamkniętym systemie wodnym, możemy przetestować tak zwane zawieszone ciała stałe. Ogólnie rzecz biorąc, zawiesiny to cząstki obecne w wodzie, ale dla naszych konkretnych celów będziemy je rozumieć jako cząstki stałe, które pozostają zawieszone w wodzie i mają rozmiar cząstek 2 mikrony lub większy.

Można również usłyszeć wyrażenie „rozpuszczone ciała stałe”, które oznacza pewne cząstki stałe mniejsze niż nasz rozróżnik 2-mikro, a przeciwne do tego, co omawiamy w tym biuletynie. Aby uzyskać podstawowe informacje, rozpuszczone substancje stałe mają do odegrania rolę przy rozważaniu przewodności wody w obiegu zamkniętym; jako całkowicie rozpuszczone substancje stałe (powszechnie określane jako TDS) są one łatwo wykorzystywane do monitorowania zmian w systemie, takich jak stężenie inhibitorów uzdatniania wody, glikolu i tym podobnych.

Jeśli obecność zawiesiny ciał stałych przekroczy maksymalny zalecany próg >30 mg/litr, a nadmiar zawiesiny ciał stałych nie zostanie usunięty, może to mieć wiele negatywnych skutków dla chłodzonego systemu cyrkulacyjnego, które obejmują między innymi:

• Efektywność energetyczna, która bezpośrednio zwiększa koszty eksploatacji
• Zatory prowadzące do „martwych punktów” wokół systemu.
• Erozja systemu (generowanie kolejnych zawieszonych ciał stałych, zwiększających tempo erozji).
• Zatkanie wymiennika nagrzewnicy przez osad, co naraża wymiennik na ryzyko miejscowej awarii.
• Zwiększone zużycie pomp, które może prowadzić do wycieków i awarii.
• Zmniejszenie skuteczności chemikaliów do uzdatniania wody, a tym samym zwiększenie potencjału korozji.
• Zachęcanie do namnażania się bakterii, możliwe dzięki stworzeniu idealnych warunków wzrostu.

MONITOROWANIE, POMIARY I KONTROLA

Rozwiązanie kwestii obecności zawiesin staje się kluczową częścią każdej strategii zarządzania systemem. Norma i wytyczne *BSRIA BG 50/2021 stanowią, że zawiesiny powinny być kontrolowane na poziomie poniżej 30 mg/litr, że „w wodzie obiegowej i dobrze kontrolowanym systemie konsekwentnie osiągają mniej niż 10 mg/litr”. O ile „niskie” wartości zawiesiny ciał stałych są dobrą miarą integralności systemu, musimy pamiętać, że nie gwarantuje to, że aktywna korozja nie występuje w innym miejscu systemu, dlatego należy rozważyć strategiczne pobieranie próbek, jak pokazano w tabeli B.

Biorąc pod uwagę poszczególne zgłoszone poziomy ciał stałych, należy również monitorować wszelkie tendencje wzrostowe ciał stałych w czasie, ponieważ jest to prawdopodobnie bezpośredni wynik wewnętrznej korozji metali z systemu. Warto wspomnieć, że okresowe badania wody dostarczają informacji na temat zmian jakości wody, ale są one ograniczone. Samo to nie dostarcza dowodów na rzeczywisty stan systemu fizycznego. Dostarczenie tych dodatkowych dowodów może być osiągnięte poprzez wykorzystanie sprzętu takiego jak **stojaki na kupony korozyjne i / lub czujniki elektroniczne online. Urządzenia te są niezwykle przydatne, działając jako wczesne ostrzeżenie o aktywnej korozji, która zapewnia rzeczywiste wskaźniki strat w systemie. Przedstawione tutaj strategie są uznawane w wytycznych jako część ogólnych środków monitorowania i kontroli.

Przyjmuje się, że bardzo trudno jest uniknąć korozji na niskim poziomie. Jest to uwzględnione w wytycznych, które oferują wstępnie zdefiniowane progi milimetrowe na rok dla różnych metali zwykle występujących w takich systemach – patrz Tabela A. Jednak w dobrze kontrolowanym systemie wskaźniki korozji powinny być znacznie poniżej tych wartości „progowych” i niekoniecznie powinny być postrzegane jako maksymalne limity kontroli.

TABELA A.

Prostym wskaźnikiem podwyższonego poziomu zawiesiny ciał stałych jest często „mętna” próbka wody, jako zabarwienie pobranej próbki wody. Dlatego właśnie ocena wizualna jest uwzględniana w „analizie” przeprowadzanej podczas rutynowego pobierania próbek wody.

Nierozpuszczalna natura tych ciał stałych oznacza, że możemy łatwo zmierzyć poziomy całkowitej zawiesiny ciał stałych (TSS) w systemie przy użyciu metody filtracji z odzyskiem ciał stałych (grawimetrycznej). Ta metoda pomiaru jest postrzegana jako bardziej dokładna i preferowana przez laboratoria.

Rys. 3: Przykład stojaka antykorozyjnego mieszczącego próbki

Istnieją inne, szybsze i mniej dokładne metody pomiaru TSS; na przykład kolorymetryczne, które wykorzystują elektroniczne, małe, ręczne urządzenie i transmisję światła w celu określenia ilości TSS, dając natychmiastowy wynik. Kolejną niewielką zaletą korzystania z urządzeń kolorymetrycznych jest to, że mogą one wykrywać na niższym poziomie (20 mg/l).

Ten typ urządzenia z pewnością oferuje szybki wstępny wynik orientacyjny, jednak metoda ta jest podatna na zakłócenia, spowodowane na przykład przez uwięzione pęcherzyki powietrza, które mogą zakłócać ostateczny wynik. Z pewnością, jeśli ta metoda pomiaru jest rozważana jako sposób rutynowego testowania, to warto przeprowadzić ją w porównaniu z laboratoryjną analizą grawimetryczną przy użyciu szeregu indywidualnych testów, aby sprawdzić, czy są one skorelowane, oferując sposób interpretacji.

Jak wspomniano powyżej, grawimetrycznym i preferowanym (dokładniejszym) sposobem pomiaru TSS w wodzie jest metoda analizy opisana w ***Blue Book. Mówiąc najprościej, ustalona objętość wody jest filtrowana pod próżnią z cząstkami stałymi o określonej wielkości zatrzymanymi na medium filtracyjnym. Pozostały materiał jest suszony w piecu, usuwając całą wilgoć, a następnie ważony. Końcowa masa pozostałych ciał stałych jest podawana jako TSS danej próbki wody.

O ile proces ten daje nam wskazanie TSS w systemie, im większe i bardziej złożone są systemy, tym większy jest potencjał zmienności TSS. Systemy te są dynamiczne i jako takie podlegają zmienności prędkości, co ma wpływ na nasze wyniki. Z pewnością grawitacja w połączeniu ze słabym profilem przepływu dla większych cząstek stałych może powodować osiadanie i lokalne skupiska cząstek stałych.

Biorąc pod uwagę wielkość objętości i zwiększoną zmienność, wytyczne (**BG 50) zalecają zwiększenie liczby lokalizacji próbek w celu uzyskania bardziej całościowego przeglądu. Poniżej znajduje się wyodrębniona tabela, do której odwołują się wytyczne BG 50, w której wymieniono, w jaki sposób rosnące ilości są zaspokajane przez szerszy zakres pobierania próbek:

TABELA B.

Ważne jest, aby być w stanie rozpoznać, że jeśli próbki zostaną pobrane z obszarów o niskiej prędkości (na przykład jednostek końcowych lub rurociągów zasilających je), wówczas próbki te mogą zawierać „osiadłe” ciała stałe i jako takie przyczynią się do raportów o podwyższonej całkowitej zawiesinie ciał stałych. Niestety, testy laboratoryjne nie byłyby w stanie odróżnić „zawieszonych” od „osiadłych”.

W sytuacjach, w których rejestrowane są wyższe ogólne liczby, może być zalecane miejscowe płukanie w celu usunięcia nadmiernego nagromadzenia takich „osiadłych” ciał stałych. W przypadku płukania miejscowego zaleca się również regularne testowanie tych punktów. Jeśli nagromadzenie „osiadłych” ciał stałych pojawi się ponownie na przykład po dwóch-trzech tygodniach, będzie to wskazywać na szersze potencjalne ryzyko wystąpienia aktywnej korozji i uzasadnione będzie dalsze badanie całego systemu.

USUWANIE ZAWIESZONYCH CIAŁ STAŁYCH

Na szczęście, jeśli nasze systemy wykazują oznaki zwiększonej ilości zawieszonych ciał stałych, korozji lub innych zanieczyszczeń, istnieje szereg urządzeń, które można wykorzystać do usunięcia takich zanieczyszczeń. Obejmuje to sita, filtry, filtry magnetyczne, separatory zanieczyszczeń, połączone separatory powietrza i zanieczyszczeń, a także powszechnie spotykaną filtrację strumienia bocznego. Wszystkie one mają do odegrania pewną rolę, a przy prawidłowym zastosowaniu mogą mieć pozytywny wpływ na czyszczenie i ciągłą ochronę zamkniętych obwodów.

Wiele systemów ma filtrację boczną uwzględnioną na etapie projektowania w celu zabezpieczenia niektórych kwestii, które podkreśliliśmy powyżej. Taki sprzęt jest prosty, łatwy w instalacji i ma prosty proces usuwania ciał stałych. Filtry bocznego strumienia są zaprojektowane tak, aby stale przepuszczać 5-15% krążącej wody przez obudowę filtra (patrz schemat), co powoduje, że całkowita objętość systemu jest filtrowana 2 do 3 razy na 24 godziny.

Dostępne są różne klasy, a tam, gdzie system ma znane problemy, zwykle wybierany jest filtr typu courser do usuwania większych cząstek.

Po usunięciu większych cząstek przez filtr dokładny, systematycznie stosowane są filtry drobniejsze. Zapobiega to „oślepianiu” drobniejszych filtrów i pozwala na bardziej kontrolowane podejście do usuwania zanieczyszczeń. Zejście do rozmiaru filtra 30 mikronów zapewnia dobre wyniki.

W przypadku, gdy w systemie wystąpił wysoki poziom zanieczyszczenia, dobrą praktyką jest stosowanie określonych środków chemicznych do uzdatniania wody w celu wspomagania odzyskiwania. W zależności od problemu (problemów) można wybrać serię produktów chemicznych
. Możemy pomóc w ocenie prawidłowej procedury i wyborze środków chemicznych, które najlepiej rozwiążą takie problemy.

Na przykład osadzanie się kamienia wymagałoby użycia środka czyszczącego na bazie kwasu, kwestie mikrobiologiczne są rozwiązywane za pomocą wybranych biocydów, a korozja za pomocą dyspergatora. W zależności od stopnia zanieczyszczenia można uniknąć pełnego płukania chemicznego, ponieważ może ono być potencjalnie bardzo uciążliwe i kosztowne.

Zapobieganie jest zawsze lepsze niż leczenie. Tam, gdzie odnotowano niższe poziomy zanieczyszczeń, możliwe jest przeprowadzenie czyszczenia online, jak opisano powyżej, z połączeniem obróbki chemicznej i filtracji. W ramach procesu czyszczenia powierzchni metalowych, kluczowe znaczenie ma pasywacja nowo oczyszczonej powierzchni poprzez utworzenie ochronnej warstwy magnetytu. Następnie dodawane są inhibitory korozji, które zakłócają proces korozji, czyniąc powierzchnię odporną na korozję.

Po raz kolejny nasi inżynierowie mogą pomóc w wyborze i zastosowaniu tych produktów ochronnych.

INNE SYSTEMY CZYSZCZĄCE

Filtry
Są to proste filtry zgrubne w obudowie, używane głównie do zbierania większych zawiesin, stosowane przede wszystkim do ochrony pomp i zaworów sterujących. Są one instalowane w linii, przed sprzętem lub urządzeniami, które mają chronić itp. Powinny podlegać regularnej kontroli i czyszczeniu.

Separatory zanieczyszczeń
To podejście do „wyłapywania” zanieczyszczeń jest, ponownie, prostą teorią, polegającą na spowolnieniu prędkości krążącej wody, w połączeniu z umożliwieniem przepływu wody i wszelkich zawieszonych zanieczyszczeń w celu uderzenia w siatkę umieszczoną w zbiorniku liniowym. Ten podwójny proces sprzyja osadzaniu się większych cząstek stałych, które „spadają” do podstawy separatora – stąd termin „separator zanieczyszczeń”. Jednostki te są rutynowo opróżniane z podstawy w celu usunięcia wszelkich osadzonych (złapanych) cząstek.

Separatory magnetyczne
Jeśli korozja nagromadziła się w wodzie obiegowej, bardzo skuteczną metodą jej wychwytywania i usuwania jest zastosowanie magnesu przyciągającego wszelkie zawieszone skorodowane substancje. Separatory te wyposażone są w niezwykle silne magnesy, które przyciągają metaliczny materiał niezależnie od jego rozmiaru. Jest to ważne, ponieważ na przykład magnetyt (tlenek żelaza) ma średni rozmiar cząstek 8 μm, który jest znacznie mniejszy niż fizyczne rozmiary filtrów, które mogą być praktycznie stosowane w systemach chłodzenia. Istnieją systemy filtrujące, które dodatkowo zawierają takie magnesy w ścieżce przepływu, dzięki czemu każde przejście ma maksymalną skuteczność w usuwaniu ciał stałych.

Skontaktuj się z nami, aby uzyskać porady i wsparcie w zakresie uzdatniania wody w celu zmaksymalizowania wydajności systemów, zmniejszenia ogólnych kosztów eksploatacji i wydłużenia ich cyklu życia.

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