S chemickým složením vody, z pohledu teplonosného média, souvisí bezprostředně také riziko vzniku úsad na teplosměnných plochách výměníků tepla.

Transkript

1 Výskyt krze a úsad při hřevu vdy ve výměnících tepla a jejich vliv na nerezvu cel a prvz výměníku - 2.část. Zdenek Vsmík Ing. inf@vsmik-vymeniky.cz Článek krzních vlivech vdy a vlivu úsad výměníků tepla pkračuje kapitlu zanášení výměníků a vlivu přítmnsti nečistt na teplsměnné plše výměníku tepla. Infrmace by měly pskytnut prvzním technikům určitý nadhled a rzšíření rientace v tét blasti. Měla by být vyzdvižena důležitst hdncení krzníh vlivu i vlivu úsad v každém prvzu, nebť se dá předejít většině prblémů, bez hledu na klnst, zda se jedná výměník výknu 6 kw neb 2 MW. Jednu ze známek dsažené úrvně technickéh smýšlení v tét blasti je právě aspekt řešení a prevence prblémů spjených s hřevem survé vdy. Na závěr je uvedena mžnst výpčtu Langlierva a Ryznarva indexu nasycení indikátrů, které dkážu dát rychlý a přiměřeně splehlivý názr na chvání vdy. 3. Zanášení výměníků vliv nečistt (Fuling) S chemickým slžením vdy, z phledu teplnsnéh média, suvisí bezprstředně také rizik vzniku úsad na teplsměnných plchách výměníků tepla. 3.1 Příčiny zanášení Zanášení teplsměnných plch se čast bjevuje v suvislsti s prvzem všech teplsměnných aparátů. Jedná se prces, jehž následkem dchází v první řadě ke zmenšení výknnsti výměníků během prvzu, ale jeh dluhdbější vliv může mezit i živtnst zařízení. Příčiny zanášení lze rzdělit následně : Krystalizace látek rzpuštěných v rztku (scaling) - tvrba ktelníh kamene, Usazvání částic z prudících suspenzí na teplsměnné plše - zanášení částicemi. Vznik úsad jak prduktů z chemických reakcí, prbíhajících na teplsměnné plše. Mikrbilgické prcesy - bilgické nánsy. Krze - krzní úsady. Kmbinace předchzích - kmbinvané nánsy 3.2 Tvrba ktelníh kamene Neupravená vda bsahuje rzpuštěné sli minerálních látek, které se d vdy dstávají půsbením ve vdě bsaženéh CO 2. Prsakváním zemským pvrchem dchází k rzpuštění minerálů, převážně uhličitanu vápenatéh CaCO3. Tvří se hydrgenuhličitan vápenatý existující v rztku ve frmě ddělených inů Ca 2+ a HCO 3 -. Mnžstvím bsažených slí je pak dána tzv. tvrdst vdy. Zahřátím dchází k přesycení rztku a vylučvání slí nad saturačním stavem v pdbě krystalů, cž může mít za následek tvrbu ktelníh kamene. Tzn. nejčastější způsb tvrby vdníh kamene (scaling) spčívá ve vysrážení uhličitanu vápenatéh bsaženéh ve vdě. Ktelní (vdní) kámen je však tvřen i dalšími různými slžkami anrganických slí. Nejčastěji: - uhličitan vápenatý CaCO 3, snadn se rzpuští zředěnými kyselinami. - síran vápenatý CaSO 4, jeh rzpustnst ve vdě s rstucí tepltu klesá. ( 8 - další sli kvů alkalických zemin a sli železa : - fsfrečnan vápenatý, - vápenaté a hřečnaté křemičitany, - vápenaté a hřečnaté hydrxidy, - sdné a lithné sírany a uhličitany Obr.21: Trubkvý svazek výměníku zanesenéh ktelním kamenem v místě největšíh rzdílu teplt. (Oblast Ústí nad Labem)

2 Obr.22: Pevné úsady na vstupu d šrubvicvéh výměníku (blast Hané). Pzn. Pórvitst úsad vlivňuje jejich tepelnu vdivst. Uhličitan vápenatý krystalizuje ve třech frmách Kalcit, ragnit,vaterit (v přírdě vzácně) Každé krystalvá frma má také jinu tepltní závislst jeh rzpustnsti ve vdě. Obr.23:Část vylmené vápenaté úsady, která zcela vyplňuje prstr mezi trubkami v trubkvém výměníku a úplně znemžňuje průtk na trubkvém svazku. (Oblast Ústí nad Labem) Zvětšen. Obr.24: Dvě rzdílné struktury úsady vyjmuté z pracvních prstrů deskvých výměníku. Vlev - V labyrintu kanálů rzebíratelnéh desk. výměníku se pstupně zachycují vytvřené krystaly slí. Dchází ke srůstání krystalů a k vytvření suvislé vrstvy tvrdých úsad. Vprav. Suvislá vrstva úsad se na teplsměnné plše vytváří bezprstředně a rvnměrně. Struktura úsad, tzn. pčet a velikst krystalů nasvědčuje nejspíš pužití výměníku v systému s magneticku úpravu vdy. Jemný kal, tvřený převážně krystaly uhličitanu vápenatéh, který by měl být p magnetické úpravě ze systému dstraněn, zde ulpívá ve výměníku a vytváří tvrdý náns. Na prces krystalizace slí má velký vliv teplta. Zvyšující se teplta urychluje vznik krystalů, ale také zvyšuje jejich schpnst ulpívat na stěně. Zde tak půsbí prti smyslu pužití magnetické úpravy vdy. Nejzávažnější faktry vlivňující tvrbu ktelníh kamene jsu : - chemické slžení a kncentrace rzpuštěných slí, - stupeň ph, - teplta pracvníh média, - jakst pvrchu teplsměnné plchy, - rychlst a pravidelnst prudění, (v trubkách je ptimální 1,5 2,5 m/s ) - přítmnstí nečistt, které mnhdy služí jak zárdky vzniku krystalizace uhličitanů a jiných slí ve vdě. (Prces nukleace a krystalizace) - 2

3 3.3 Zanášení částicemi Může dcházet k shrmažďvání nerzpustných částic neb vylučených slí v místech s malu rychlstí prudění, neb v místech charakteru labyrintů. Částice půvdu anrganických slí mhu vznikat v přesyceném rztku kdekli v cirkulačním systému. V místě ukládání vylučených částic se pak může vytvřit i suvislý náns zpevněných úsad. U rzebíratelných deskvých výměníků se mhu částice dstat pd pryžvé těsnění a způsbit tak netěsnst zařízení. Obr.25 : Zacpání pracvníh prstru pájenéh deskvéh výměníku nerzpustnými částicemi (jemný prach a písek) Snímek napříč rzříznutéh pájenéh deskvéh výměníku. 3.4 Bilgické nánsy Mikrbilgvé mi tu budu muset dpustit mžná některé nepřesnsti, ale není mžné se tét blasti vyhnut. Výskyt mikrrganismů ve vdě se sleduje v první řadě z hygienických důvdů, (pkud se má jednat vdu pitnu). My se ale zaměříme na jejich půsbení, případně prstředky eliminace jejich výskytu. Existuje spusta (dslva stvky) rzličných druhů mikrrganismů (bakterie, řasy, sinice, mikrskpické huby), které mhu být schpné přežívat v prstředí pvažvaném za mimřádně živtu nepříznivé a v kterém si adaptují pdmínky pr svůj živt. Mikrrganismy, (některé se mhu bjevit i v nezávadné vdě), se především zachycují se na místech např. svarů, neb v drsných pvrších a štěrbinách. Začnu zde prdukvat chranné příkrvy bimasy, která zabraňuje půsbení přirzených látek tlumících rzvj jejich klnií. Jejich metablické prcesy účinně přečerpávají vybrané chemické látky z klníh rztku blíže k pvrchu kvu pd bimasu. Prdukty jejich činnsti mhu být agresivní ke všem celím, zejména pkud je cel pkryta pvlakem bimasy vylučujícím kyslík, jenž by cel nrmálně využila k vytvření chranné xidické vrstvy. V takvém případě cel nebude více krzně dlná než běžná uhlíkvá cel. Klnie bakterií mhu přeměňvat sírany na kyselinu siřičitu neb sírvu, která také může vyvlat krzi. Za přítmnsti intů železa neb jeh kysličníků vytvářejí lepkavý pvlak, neb se slučeninami dusíku neb fsfru vytvářejí slizký kal na vnitřním pvrchu, čímž pdle tlušťky vrstvy mhu vlivnit přestup tepla. Bakterie mhu přežívat běžně ve vdě při tepltách C a ph naerbní bakterie Desulfvibri neb Desulftmaculum (10-40 C, ph 4-8) redukují např. SO 4 2- na S 2- a H 2 S, Thibacillus thixidans (10-40 C, ph 0,5-8) xidují síru a sulfidy a vytvářejí H 2 SO 4. erbní Thibacillus ferrxidans a Sphaertillus (20-40 C, ph 7-10) xidují železnaté sli na železité. Galinella (20-40 C, ph 7-10) xidují železnaté a manganaté sli na železité a manganičité. Výskyt sinice Oscillatria také způsbuje mnh vážných prblémů. Klnie Oscillatria může přežívat ještě ve 86 C a ph 9,5. Některé sinice mhu vytvářet pvlaky inkrustvané CaCO 3. Bifilm je živné prstředí pr nebezpečné klifrmní bakterie a Leginella pneumphila (. Pr šetření systémů prti vytváření bifilmu se pužívají tzv. bicidní přípravky, které mhu bsahvat vlný chlr, neb kyselinu chlrnu. ( 9 Kncentrace bicidů becně nedsahují limitů krzní dlnsti nerezvých celí, nicméně je třeba prces při jejich pužití splehlivě kntrlvat, vzhledem k přípustným kncentracím Cl - v závislsti na tepltě, neb napak, zvážit, zda pr daný prces je materiál dstatečně krzně dlný. 3

4 3.5 Krzní zpldiny Jsu prdukty krzní aktivity na pvrchu teplsměnné plchy a nejsu u nerezvých celí, z hlediska tepelnéh dpru významné. Viz.br.5 v části 1. Výskyt na běžných celích znamená pkrčilé krzní prcesy, a jejich přítmnst na teplsměnné plše zhršuje přestup tepla. 3.6 Kmbinvané nánsy Prakticky většina úsad, vyskytujících se na teplsměnných plchách, je v různé míře kmbinací výše ppsaných. V pčáteční fázi tvrby úsad může některý typ začít převažvat a může urychlit tvrbu úsady dalších typů. Tvrba úsad závisí nejen na čase, ale i na pdmínkách, které vznik úsad vlivňují : Rychlst a pravidelnst prudění Teplta teplnsnéh média Jakst pvrchu teplsměnné plchy Přítmnst nečistt, které jak zárdky urychlují vznik krystalů Nutn mít na paměti spjitst, že vrstva úsad ve výměníku znamená zvýšené rizik krzníh vlivu. 4. Vliv úsad a nánsů z hlediska dimenzvání výměníků Důsledky zanášení teplsměnné plchy úsadami a nánsy mhu být následující : Pkles tepelnéh výknu Náns na teplsměnné plše zvyšuje tepelný dpr plchy, na které se uskutečňuje přestup tepla. Má za následek snížení sučinitele prstupu tepla a tak pkles předávanéh výknu, nedstatečné dchlazvání(hřevu) tpné(hřívané vdy) v dalších širkých suvislstech s výrbu a dpravu tepla. Vyšší vynalžená čerpací práce Snížení průchdnsti průtčnéh průřezu výměníku vede k vyšší tlakvé ztrátě, a tím vyšším nárkům na čerpací práci, cž suvisí s jejich prvzními náklady a živtnstí čerpadel. Zvýšení rizik vzniku krze Může dcházet k tzv. stínění - znemžnění bnvy pasivní vrstvy xidů na pvrchu celi. Nejvíce krzně expnvané míst může být právě hranice čistéh pvrchu celi a úsady. 4.1 Faktr zanášení Vliv nečistt a úsad je reprezentván ve výpčtu tepelných aparátů tzv.: Faktrem zanášení (Fuling factr) R f. t w t q Tepelný tk na čisté přestupní plše : 1 Tepelný tk na přestupní plše s nánsem : kde t w teplta teplsměnné plchy t - teplta hřívanéh média Tzn. zlmek S N / N zanášení R f = S N / N nazýváme Faktr (m 2 K/W) S N -- tlušťka vrstvy nánsu (m) N tepelná vdivst nánsu (W/m.K) tw t q 1 SN ( ) N Příklady hdnt tepelné vdivsti : cel W/m K uhličitan vápenatý - 1,4-2,9 W/m K bifilm - 0,5-0,7 W/m K krzní prdukty - 0,7-0,8 W/m K Obr.26: Parametry vrstvy nánsu ( 8 - Čistý síran vápenatý (sádrvec) je btížně rzpustitelný, prt je jeh dstraňvání může být prblematické. Díky snadné rzpustnsti CaCO 3 jenž je také sučástí ktelníh kamene, lze většinu dstranit i CaSO 4 ze systému. ( 9 - Tyt přípravky většinu bsahují různé smíšené xidanty především kyselinu chlrnu a chlrnan sdný (HClO, ClO2, HClO3, HClO4, H2O2, O2, ClO-, ClO2-, ClO3-, O-, HO2-, OH- - účinné látky), které prpůjčují bicidu vysce baktericidní, fungicidní, virucidní a sprcidní účinnst. 4

5 4.2 Vliv nánsu na prstup tepla Náns může vzniknut na jedné neb na bu stranách teplsměnné plchy. Situaci lze naznačit řazením tepelných dprů v serii ve směru tepelnéh tku stěnu : 1. i i R fi i R w w R f 1 - i - sučinitel přestupu tepla na vnitřním pvrchu rzhraní Obr.27: stěna trubky s nánsy p teplsměnné médium-stěna bu stranách teplsměnné - - sučinitel přestupu tepla na vnějším pvrchu rzhraní plchy, teplsměnné médium-stěna - R pi - tepelný dpr nánsu na vnitřním pvrchu stěny - R p - tepelný dpr nánsu na vnějším pvrchu stěny - R w - tepelný dpr čisté celvé stěny - i - plcha vnitřníh pvrch stěny - - plcha vnějšíh pvrch stěny - w - průměr z plch vnitřníh a vnějšíh pvrchu stěny (pr tenkstěnné trubky) (lépe plcha na středním průměru) Výkn výměníku : Q k t lg Sučinitel přestupu tepla (OHTC keficient) : 1 k i i w Příklad : Prvnání sučinitele prstupu tepla čisté a zanesené teplsměnné plchy. Uvažujme náns uhličitanu vápenatéh tlušťky : S N = 0,1; 0,2 a 0,5 mm R f =(S N / N ) = 1,0*10-4 / 1,4 = 7,1*10-5 W m 2 /K k čistý = 5096 W/m2K (ve výpčtu je uvažván jen tepelný dpr celvé stěny trubky ) k zanesený = 1/((1/5096)+7,1*10-5 ) = 3736 W/m 2 K Tzn. hdnta sučinitele prstupu při uvažvání úsady CaCO3 - tlušťce 0,1mm představuje snížení 26% (k= 3736 W/m2K) - tlušťce 0,2mm představuje snížení 42% (k= 2949 W/m2K) - tlušťce 0,5mm představuje snížení 64% (k= 1807 W/m2K) 1 1 Rw R t Rti w Vliv nánsu na prstup : - důvd k zavedení tzv. Fuling faktru d výpčtu pr návrhu výměníku tepla. Representuje referenční hdntu zanesení pr zamýšlenu aplikaci a zavádí tak určitu rezervu výměníku na pžadvaný výkn. - větší vliv u systému kapalina kapalina než např.u spaliny kapalina, - vliv bude větší tam, kde je větší - vliv bude menší u hladkých či leštěných teplsměnných pvrchů. 4.3 Vliv nánsu na hydraulický dpr trubky Vlivem zmenšvání průtčnéh průřezu dchází ke vzrůstu rychlsti prudění a zvýšení hydraulickéh dpru. Sučasně dchází i k zvýšení drsnsti pvrchu stěny. Vnitřní průměr d trubky p zanesení : d f d čistý e 2R d čistý f 5

6 Příklad : Změna průtčnéh průřezu : Tepl.plcha je tvřena 10ks trubkami d i = 8,8 mm, a jejich délce l = 4 m, Při nánsu uhličitanu vápenatéh tlušťce vrstvy S N = 0,1mm : Průtčný průřez se zmenší 4,5%, rychlst prudění narste 4,5% a tlakvá ztráta třením v trubkách narste 11,5%. 4.4 Mechanismy ukládání úsad : Z charakteru průběhu usazvání v závislsti na rychlsti se ukazuje, že při rychlsti prudění větší než 2m/s je tvrba úsad neměnná. Z th vyplývají následná dpručení pr trubkvé výměníky. ( 10 Nejnižší dpručená rychlst prudění w min = 1m/s Optimální rychlst prudění 1,5 2,3 ( max. 4,0) m/s Maximální rychlst prudění pr zabránění vzniku erze w max - cel 4,5 m/s - měď 2 m/s - msaz 1,5 2,5 m/s I při různsti uvedených hdnt lze vyvdit, že rychlst v celvých trubkách by neměla překrčit cca 2,3 m/s, prtže vyšší rychlst nezmenšuje usazvání nánsů, ani nezvyšuje přestup tepla úměrně průtčným dprům. Tab.3 : Příklad některých typů vd a infrmativní hdnty dpvídajících faktru zanášení (za předpkladu teplty tpné vdy t t < 100 C a teplty hřívané vdy t < 50 C ) Faktr zanášení R f z dvzený z různých typů vd rychlst prudění vdy < 1,0 ms -1 > 1,0 ms -1 tvrdá vda nad 10 dh 0, , pitná(vdvdní, studniční) vda 0, ,00018 recirkulační vda z chladicí věže upravená 0, ,00018 recirkulační vda z chladicí věže neupravená 0, ,00053 říční vda (střední hdnty) 0, ,00035 napájecí vda pr ktle 0, ,00009 Obr.28 : Odlišný charakter úsad Různé druhy ukládání úsad mhu být charakterizvány následně : lineární (tvrdé nánsy), B klesající tendence (nefunguje dplavvání, ale rste půsbení sil zpmalujících ukládání, půsbí zvyšující se rychlst prudění, C - asympttický průběh (měkké nánsy jejichž šupinky se ddělují a jsu dplavvány půsbením smykvých napětí prudícíh média, vrstva se dále nezvětšuje), D nepravidelný průběh (vda chladících věží, mřská vda), t D čas před pčátkem ukládání úsad, frmují se zárdky jádra krystalů Při tku v jednm kanále se p jisté dbě vytvří stav dynamické rvnváhy mezi tvrbu úsad a intenzitu jejich dplavvání. ( 10 - Pr deskvé výměníky jsu dpručené hdnty Fuling Faktru nižší, než u trubkvých výměníků. Rychlstní pměry mezi teplsměnnými deskami pr dsažení turbulence jsu také jiné, 6

7 Příkladem fungvání tht mechanismu může být pkus s průtkem ve dvu paralelních trubkách. Viz Obr.29. D určitéh kamžiku prbíhá zanášení bu trubek shdně. V kamžiku dsažení rychlsti kritické pr dplavvání úsad vznikl v systému nestabilní stav, který vyústil v důsledek : - v jedné trubce se tlušťka nánsu dále zvětšvala, zvětšval se tak i hydraulický dpr a zmenšval se průtk, - v druhé trubce dchází vlivem vyšší rychlsti prudění (dané zmenšením průtčnéh průřezu v druhé paralelní trubce ) k zastavení tvrby úsad a dknce k jejich dplavvání. Takvé samčistící účinky závisí na : - na smykvém napětí : (Smykvé síly jsu přím úměrné veliksti tlakvé ztráty na 1 m průtku) Pzn.: Pkud prvnáme deskvý výměník a trubkvý výměník (p straně trubek) pr stejnu tlakvu ztrátu, vyvzenu stejným průtkem vdy (uvažujeme-li tepelnu délku trubek 6 m, u deskvéh bude délka 0,6m) tzn. u deskvéh budu 10x větší smykvé síly (napětí) než u trubkvéh. - na charakteru (tvrdsti, sudržnsti, hutnsti) nečistt : - na kncentraci nečistt : Písek a prach se bvykle mhu usazvat při malých rychlstech prudění. Obr.29: Závislst průběhu zanášení ve dvu paralelních trubkách. 4.5 Prstředky mezení rizika ukládání nánsů na teplsměnných plchách : 1) Pkud se hřívá neupravená, survá vda, mezit tepltu tpné strany na C. 2) Mžnst pužití úpravy vdy zalžené na dynamickém půsbení elektrmagneticéh ple, za účelem získání vdy, která má p určitu dbu pzitivní vlastnsti vdy měkké. Efektivita aplikace je závislá na bezpdmínečném dvedení (dfiltrvání) vzniklých kalů tvřených jemnými krystaly slí CaCO 3 a CaSO 4. ( 11 3) Přidáním chemických látek k rzpuštění úsad bicidy pr likvidaci bilgických úsad. 4) Pr uzavřené vdní tpné systémy pužití zařízení pr intvu výměnu-změkčení vdy (KTEX) ( 12 ČSN dpručuje pužítí KTEXU - u vd tvrdších než 7 mml/lt - pr sustavy s velkým vdním bjemem - pr elektrktle a radiační ktle. 5) Mžnst pužití Inhibitrů (např. na bázi plykarbnvých kyselin( 13 ) jak prstředku prti usazvání vdníh kamene a jiných úsad ( 14 Brání tvrbě ktelníh kamene např. blkádu růstu krystalu (Threshldův efekt). Při překrčení stabilizačníh prahu se tvří amrfní sraženina, která je rzptýlitelná a netvří tvrdý ktelní kámen. Lze ji dstranit z ktelníh systému prstým dkalením. 6) Reverzní smóza je prces na plprpustné membráně, která průchd rzpuštědla dvluje, zatímc rzpuštěné sli membrána zachycuje. Obr. 30: Zanesení ktelním kamenem a následky krze v mezitrubkvém prstru výměníku při hřevu systému ÚT paru, v místě největšíh rzdílu teplt. (Příklad z praxe - P třech či čtyřech měsících, p úspěšném dstranění úniku na sekundárním rzvdném ptrubí, následuje zjištění, že dva ze tří trubkvých parních výměníků (3x2MW) jsu netěsné. Katexvá úpravna vdy nebyla mim prvz a žádné technlgické pruchy, které by mhly být dány d suvislsti se nevyskytly. ž teprve pátrání a věřvání ptvrdil, že únik tpné vdy byl tak rzsáhlý, že úpravna nestačila kapacitně dplňvat upravenu vdu, a tak v havarijní situaci byl systém dplněn vdu survu, která má jiné ph a tvrdst 5 dh (prti dpručené hdntě 0,5 dh). Takvé zjištění suvislstí je ptm nepříjemným překvapením.) 7

8 5. Čistění úsad by zařízení fungval s pžadvaným výknem, je nezbytné prvz výměníků průběžně sledvat a při zjištění dílčíh zanesení vyčistit. Na růst úsad lze usuzvat např. : 1) ze vzrůstající tlakvé ztráty hřívanéh TUV (dříve se prjeví vliv na hydrauliku : zanesení průtčnéh průřezu vlivem růstu úsad na straně hřívané vdy) 2) zhršenéh dchlazení tpnéh média a z th vyplývajícíh pžadavku na vyšší průtk, neb ze snížení předávanéh výknu. ( dříve se prjeví vliv tepelnéh dpru úsad ) Způsb čistění lze realizvat : - prplachem prti směru prudění (jen měkké nánsy), - prplachem chemickými činidly (detergenty) (becně tvrdé nánsy, které lze narušit jen chemicky). Tzn. pkud nepstačuje prpláchnutí výměníku vdu prti smyslu phybu pracvníh média, je třeba výměník čistit chemicky. 5.1 Chemické čištění a pužitelné prstředky : Tepelné výměníky se chemicky čistí prplachváním látkami, které nereagují s nerezavějící celí neb pužitu tvrdu pájku (měď). Prplachvat nutn vždy pět pačným směrem než je phyb pracvníh média. Infrmace vhdnsti čistícíh rztku získáte buď přím d výrbce neb prdejce, který se zabývá prdejem pdbných látek. ( 15 Jak vdítk by měl pslužit prvnání vlastnstí kmerčníh činidla a následujících údajů : ( 16 slučitelnst s nerezavějící celí přijatelnst pr pužití v ptravinářském průmyslu (pkud je vyžadván), schpnst dstraňvat specifikvané kaly, usazeniny, nečistty a tvrdé vdní usazeniny, je snadn vypláchnutelný ze zařízení, nemá žádné nežáducí výpary či krzní vlivy. Při prvzu tepelnéh zařízení, vyrbenéh z krzivzdrné celi, je nezbytné se řídit dpručeními výrbce a nepřipustit nadměrnu (výrbcem pvlenu) přítmnst chlru a jeh slučenin v teplnsné látce neb činidle! Následující látky jsu becně pr pužití (a čistění) ve výměníku z nerezvé celi vylučené : - kyselina chlrvdíkvá HCl a její rztky, - vlný chlr v kncentraci vyšší než 0,5 ppm; (Cl 2 < 0,5 ppm) - chlridy v teplnsné látce v kncentracích vyšších než je uveden : - při tepltě vdy C Cl - < 150 ppm - při tepltě vdy 70 až 80 C Cl - < 100 ppm - při tepltě vdy 100 C a více Cl - = 0 ppm - jakákli látka, z které by se ukládaly alkalické zbytky. ( 11 - Dchází při tmt k uvlňvání intů z elektrstatické vazby na mlekulách vdy. Uvlněné kladné a záprné inty splu vzájemně klidují a vytvářejí neškdné, velmi jemné krystalky aragnitu, s vazbu pevnější než je vazba na mlekuly vdy. ragnitvé krystaly nevytvářejí tvrdé usazeniny, ale vytvářejí klidní suspenze, pdbné pudru rzpuštěnému ve vdě, které jsu průběžně dplavvány neb v uzavřených systémech pravidelně dkalvány. Rychlst změn intenzity ple musí být dstatečná k narušení všech elektrstatických vazeb, ale nesmí dsáhnut hdnt, kdy narušuje vazby v již vzniklých krystalech aragnitu. Vliv magnetickéh ple na rychlst a způsb krystalizace slí ve vdě nebyl dpsud přijatelně tereticky bjasněn. ( 12 - POZOR! NaCl k regeneraci pryskyřičných filtrů, kde je prces prmývání řízen autmatiku. Nedknalé vymytí chlridu sdnéh zvyšuje pak jeh bsah v ktelní resp. v běhvé vdě. Chlridy becně způsbují důlkvu krzi a při špatném dstranění kyslíku je jejich půsbení zvláště výrazné. POZOR! na vlbu veliksti zařízení = výpčet mnžství upravené měkké vdy, která je k dispzici mezi dvěma regeneracemi. Při prvzu je žáducí pravidelný servis a seřizvání tht zařízení. ( 13 - Degussa CEE Vídeň, distributr Radka Pardubice. ( 14 - např. výrbky Henkel ČR, s.r.., divize Surface Technlgies : P3-ferrlix Phlcvač kyslíku a stabilizátr tvrdsti pr úpravu ktelní vdy, (je kapalný smíšený výrbek na bázi fsfnivých kyselin, kyseliny plykarbxylvé) Všechny díly dávkvacíh systému, které přicházejí d styku s výrbkem, musí být zhtveny z kyselinvzdrnéh materiálu. P3-ferrfs Inhibitr krze a tvrby vdníh kamene pr chladicí a výrbní vdní systémy v rzmezí ph d 7,5 d 9,0, (je kapalný slžený výrbek na bázi rganických a anrganických fsfrečnanů, kyseliny plykarbnvé a netěkavéh phlcvače kyslíku (siřičitan). Zabraňuje krzi phlcváním kyslíku bsaženéh v ktelní, případně napájecí vdě pmcí siřičitanu. Obecně má být bsah PO 3-4 v ktelní vdě g/m 3. Nebsahuje li napájecí vda sli, může být bsah PO 3-4 d 6 g/m 3 ). 8

9 Chci upzrnit, že v žádném případě nelze zde uvedené infrmace pužít jak návd pr čistění výměníků chemickými detergenty. Jistě je lépe se brátit na dbrnu firmu, která přijme i nezbytnu dpvědnst, nejen za úplné dstranění úsad, ale i za svěřený výměník. Prvzvatelům bych tímt dpručil, vyžádat si a seznámit se s technlgickým pstupem chemickéh prplachvání, než k samtnému čistění djde. 6. Ukazatele hdncení vlivu chem.slžení vdy Stav vdy z hlediska jejíh využití jak teplnsnéh média, neb survé vdy určené pr hřev lze hdntit velmi zjedndušeně např. pdle její celkvé tvrdsti (bsahu rzpuštěných vápenatých a hřečnatých slí) a pdle bsahu vlnéh CO 2 (acidity) následvně : a) pdle celkvé tvrdsti, ( kteru reprezentuje bsah vápníku a hřčíku ) : velmi měkká - celkvá tvrdst 0-0,9 mml/l, (0-5 N) měkká - celkvá tvrdst 0,9-1,8 mml/l, (5-10 N) tvrdá - celkvá tvrdst 1,8-3,6 mml/l, (10-20 N) velmi tvrdá - celkvá tvrdst více než 3,6 mml/l, (více než 20 N) b) pdle bsahu vlnéh kysličníku uhličitéh CO 2, ( je representván mnžstvím kyseliny uhličité H 2 CO 3 ) : neagresivní - bsah vlnéh CO 2 : méně než 5 mg/l mál agresivní - bsah vlnéh CO 2 : 5-10 mg/l středně agresivní - bsah vlnéh CO 2 : mg/l velmi agresivní - bsah vlnéh : CO 2 více než 20 mg/l Kysličník uhličitý CO 2 se váže s vdu a vytváří kyselinu uhličitu H 2 CO 3. Mezi vdu, kyselinu uhličitu, vápníkem a hřčíkem prbíhají neustále busměrné chemické reakce. Situace by se dala velice zjedndušeně charakterizvat - busměrně prbíhajícími prcesy, kdy ve vdě bsažená kyselina H 2 CO 3 uvlňuje vdíkvé inty H + a HCO 3 a rzpuští se vápenec CaCO 3 na Ca 2+ a CO Směr reakcí prbíhá vždy pdle, pdle mnžství bsažených vdíkvých intů H + ( pdle hdnty ph ). Pkud vda již nebsahuje vápenec, který by rzpustila (za účasti kyseliny uhličité), zůstává zjedndušeně řečen agresivní, a půsbí na statní přítmné materiály. ( 15 - V ČR jsu dsažitelné např. prdukty fy HENKEL, fy LEIBER, fy CORPEX Technlgie, fy CHEMSERCH či fy GEL Hydrtechnlgy. ( 16 - Nejsu-li kmerční prstředky dsažitelné, lze imprvizvaně pužít pr celnerezvý výměník vyrbený z chrmniklvé celi pdle aplikace výměníku některý z následujících pstupů čistění : a) Vyplachvat 4% rztkem kyseliny dusičné. P vypláchnutí neutralizvat 0,1% rztkem NaOH. b) Vyplachvat 4% rztkem kyseliny dusičné s 0,5% inhibitrem krze RYPHLGM DBS. c) Vyplachvat 5% rztkem kyseliny citrnvé C 6H 6O 7 + inhibitrem krze QRERTN ( 0,2 kg na 30 litrů rztku ). Pužití inhibitrů krze pr čistící činidla: Lze pužít inhibitry krze s předepsaným dávkváním : 1) KPTX (výrbce Slvnaft) Benzthiazle-2-thil (kaptax). 2) RYPHLGM DBS (výrbce Syntesia VUOS Pardubice) Mísení kyseliny na 4% rztk : na 100kg rztku pužít 4 kg 100% kyseliny HNO 3. Dávkvání inhibitru : Pužít kncentraci 0,5 1,0 % inhibitru na pužité mnžství 100% kyseliny HNO 3 v rztku. Kncentrace inhibitru se pčítá na 100% kyselinu tzn : 1% ze 4 kg 100% HNO 3. Pzn. : 1. Je výhdné pužívat kyselinu citrnvu, která je vhdná pr hygienicku nezávadnst i pr čištění výměníků pr přípravu TUV a narušuje většinu běžných usazenin, 2. P každém pužití kyseléh činidla je nutn prvést výplach neutralizační látku (např.: 1-2% rztk NaOH či NaHCO 3) s inhibitry krze a na závěr výplach čistu vdu. Dba čistění je závislá na druhu usazeniny a stupni znečistění a na typu pužitéh činidla a rychlsti jeh prudění. ( 17 Vyhláška č. 252/2004 Sb. s platnstí d stanvuje, že upravená pitná vda by neměla půsbit agresivně vůči materiálům rzvdnéh systému včetně dmvních instalací. Psuzení agresivity vdy se má prvádět pdle TNV Jakst vd. Pžadavky na jakst vdy dpravvané ptrubím, která je zalžená pět na výpčtu Ryznarva indexu stability vdy resp. Langelierva saturačníh indexu. 9

10 Náhled při sledvání tendence vdy ke krzi kvvých materiálů, respektivě tvrbě úsad, si lze přiměřeně splehlivě vytvřit pužitím výpčtu Langelierva saturačníh indexu neb více pužívanéh Ryznarva indexu stability vdy. ( 17 Oba tyt ukazatele prvnávají skutečnu hdntu ph (skutečnu kncentraci vdíkvých intů H + ) vdy s rvnvážnu (saturační, tereticku) hdntu ph ( tereticku kncentraci vdíkvých intů H +, a charakterizující rvnváhu vápenatých intů Ca 2+ a hydrgenuhličitanvých anintů HCO 3 -). 1) Langlierův index nasycení (LSI) který je definván rvnicí i s = ph - ph s 2) Ryznarův index stability (RSI) je definván rvnicí kde: ph s = saturační hdnta ph ph = skutečná hdnta ph I s = 2pH s ph Hdntu ph s lze vypčítat z bsahu vápníku (tvrdsti), hdnty alkality (KNK 4,5), bsahu rzpuštěných slí ve vdě (intvé síly vdy) a její teplty. V pačném smyslu výpčtu, lze ze vztahu pr i s (LSI) při pužití ph = ph s, získat názr tepltě, při které by mhl začít precipitvat uhličitan vápenatý CaCO 3! Tab.4. Vyhdncení tendence vlivu vdy pdle výsledku Langlierva a Ryznarva indexu Skln k tvrbě vdníh kamene Stabilní Skln ke krzi Langlier index i s > 0 = 0 < 0 Ryznarův index I s Hdnty Ryznarva indexu stability (Is) jsu velmi analgické hdntám ph a pdle jeh hdnty lze určit tendenci vdy ke krzi neb tvrbě úsad pdle následující stupnice : Is méně než 4,0 - úsady nelze tlervat Is = 4,0-5,0 - silná tvrba úsad Is = 5,0-6,0 - významná tvrba úsad Is = 6,0-7,0 - mírná tvrba úsad neb mírná krze Is = 7,0-7,5 - významná krze Is = 7,5-9,0 - silná krze Is více než 9,0 - krzi nelze tlervat Pr vyhdncení vlivu vdy pmcí výše uvedených indexů je třeba znát následující parametry : 1) Hdnta ph je míra kncentrace kladných vdíkvých intů (H + ) v rztku a určuje jeh kyselst neb alkalitu. PH ( 18 vyjadřuje buď kyselu neb alkalicku reakci vdy. Kyselst je způsbena nadbytkem vdíkvých intů H + a alkalita (zásaditst) nadbytkem hydrxidvých intů OH -. (ph napájecí vdy má být mezi 9 a 10,7, přičemž hrní hdnta nesmí být pdstatně překrčena) 2) Celkvá zásaditst (T - Ttal lkalinity) Představuje suhrn zásaditých látek ve vdě, který zabraňuje náhlým změnám ph. Je t v pdstatě stabilizátr ph, který tlumí výkyvy v ph. Nízká hladina celkvé alkality způsbuje prudké klísání ph. Celkvá alkalita hydrgenuhličitanů ve vdě se určuje pmcí tirace (bjemvé analýzy) vdy s jednsytnu kyselinu. Tzn. je vyjadřvána Kyselinvu Neutralizační Kapacitu KNK. (V anglsaské literatuře je uváděna jak NC - acid neutralizing capacity). Neutralizační kapacitu KN se rzumí látkvé mnžství v (mml*lt -1 ) silné jednsytné kyseliny (HCl) neb silné jednsytné zásady, kteru sptřebuje 1 lt vdy pr dsažení stanvené hdnty ph (zde ph 4,5). Lze se setkat také s pjmy : (p-hdnta) zjevná alkalita (KNK 8,3) a (m-hdnta) celkvá alkalita (KNK 4,5) v ktelní resp. v běhvé vdě pdle ČSN ( 19 ( 18 - p - znamená z němčiny ptenz, sílu neb kncentraci, a H pr vdíkvý int (H + ). ( 19 - KNK 8,3 (p - hdnta, zjevná alkalita) udává mnžství ml 0,1 M HCl, které je nutn přidat k 100 ml vzrku, aby v něm ph klesl na 8,3. KNK 4,5 (m - hdnta, celkvá alkalita) udává mnžství ml 0,1 M HCl, které je nutn přidat k 100 ml vzrku, aby v něm klesl ph na 4,5. 10

11 3) Tvrdst (Calcium Hardness) (Ca 2+ v ekvivalentu CaCO 2 ), je t suhrn vápenatých a hřečnatých slí rzpuštěných ve vdě. Nrmální Ca tvrdst může být ppm (vyjádřen v ekvivalentu CaCO 3 ), neb 5,5-17 dh (německéh stupně). Přestže tvrdst vdy představuje významný ukazatel mineralizace vdy, nebyla nikdy jedntně definvána. Obecně se tvrdstí vdy rzumí kncentrace všech vícemcných katintů kvů alkalických zemin, cž je sice v pdstatě suma vápníku (Ca) a hřčíku (Mg), ale přispět mhu též další prvky jak hliník, mangan, zinek, baryum, strncium, želez. Stejně jak různých definic pak vznikl jedntek tvrdsti. Od vyjadřvání tvrdsti ve stupních (německých, francuzských, anglických) se již upuští, v anglsaské literatuře se lze stále setkat s vyjádřením tvrdsti jak ekvivalentu CaCO 3 (mg/l) neb vzácněji CaO (mg/l). Stanvuje-li se tvrdst jak suma Ca + Mg, cž je i sučasný český případ, výsledek se vyjadřuje v mml/l. ( 20 4) Obsah rzpuštěných pevných částic TDS Vda je univerzální rzpuštědl, prtže má schpnst rzpuštět mnh látek. Vda prsakuje skrz hrniny, pramení a dále stéká vdními tky, rzpuští a nabírá sebu mnh rzpuštěných látek (slí) a částic. Mnžství rzpuštěných neb ve vdě rzpustných pevných částic je ppisván jak Obsah rzpuštěných pevných částic (slí) zkráceně TDS (Ttal Disslved slids) ( 21. TDS je hmtnst těcht látek na jedntku bjemu ( bvykle je udávána v miligramech na litr). Prtže jednduchá analýza TDS vyžaduje drahu sušící trubu, velmi citlivé a drahé analytické váhy, je prt TDS zjišťván jednduchu a levnu metdu měření parametru charakterizující jakst vdy měřením elektrické vdivsti (EC25 Electrical Cnductivity při 25 C), kteru lze prvést relativně přesně elektrnickým přístrjem. Obsah rzpuštěných pevných částic tedy přím vlivňuje hdntu Elektrické vdivsti vdy (knduktance - schpnst vdy vést elektrický prud). Tzn. čím je vyšší bsah slí ve vdě, tím má vda vyšší vdivst. Jedná se bsah všech slí ve vdě. Nikliv jen bsah slí hřčíku a vápníku, které jsu ukazateli tvrdsti vdy. Lze dhadnut kncentraci rzpustných pevných částic (slí) ve vzrku vdy násbením hdnty elektrické vdivsti změřené při dané tepltě sučinitelem mezi 0,5 a 1,0 (pr přírdní vdy). Hdnta tht sučinitele závisí na typu rzpuštěných částic (slí). Rzšířená hdnta pr nejlepší dhad je 0,67. Ptm rvnice TDS (v mg/lt neb ppm) = 0.67xEC25 (v S/cm) je většinu přírdních vd dstatečně přesná. ( 22 5) Teplta se změnu teplty dchází v rztku ke změně stavu nasycení rzpuštěnými slemi. (Změně schpnsti rzpuštět sli.) S rstucí tepltu dchází k přesycení rztku a vylučvání krystalů slí nad saturačním stavem (klesá rzpustnst CO2 ve vdě). 7. Závěr Cílem je nastínění prblematiky v suvislsti s krzí nerezvé celi či vzniku úsad na teplsměnné plše výměníků tepla. V prezentvané úrvni, by mhl být základem pr získání určitéh technickéh nadhledu. Tat disciplína však vyžaduje hlubký teretický základ a také praktické znalsti při získávání infrmací, bez kterých nelze dělat smysluplné závěry. Nebyl zde zmíněn spusta pznatků, které by zasluhvaly pzrnst pr ještě ucelenější a kmplexnější phled, např. z metalurgie a chemie vdy, dynamiky řídících systémů, nicméně základní cíl snad přiměřený rzsah článku splňuje. Vliv zanášení teplsměnných plch výměníků tepla lze sledvat nejen z hlediska navrhvání těcht zařízení, ale zejména z hlediska eknmiky jejich prvzu. Vzhledem k aspektu krze a snaze vyhnut se těmt vlivům, se eknmická suvislst nabízí také, jistě prvnáním investičních a servisních nákladů a živtnsti zařízení. Věřím, že k takvému náhledu na věc mhl přispět i tent článek. ( 20 - ( 1 ppm = 1 TH French = 0,56 dh German = 0,7 eh English = 1 mg/l = 1 g/m3 ) Především z technickéh hlediska byl navržen mnh rzdělení, resp. stupnic tvrdsti vdy (např.: velmi měkká měkká středně tvrdá tvrdá velmi tvrdá). Zatímc bě extrémní blasti tvrdsti jsu bez diskuse nežáducí z hlediska zdravtníh i technlgickéh, určit ptimální kncentraci Ca a Mg v pitné vdě není snadné a pžadavek zdravtní se nemusí překrývat s technlgickým. ( 21 - Nezaměňvat TDS a TSS Ttal Suspended Slids Obsah nerzpuštěných látek = zákal, ( 22 - Kalibrace : Jak standardní rztk se bvykle pužívá rztk chlridu draselnéh KCl a t kncentraci 0,01 ml/l. Tent rztk má při 20 C měrnu vdivst Y = 1278 µs/cm. Při 25 C je Y = 1413 µs/cm. 11