Proizvodni procesi u industriji se ne mogu zamisliti bez upotrebe parnih kotlovskih potrojenja i generatora pare. Para se koristi u brojnim proizvodnim operacijama, od sterilizacije i procesiranja sirovih namirnica u industriji hrane, kao izvor toplote za izmenjivače toplote, hemijske reaktore, grejače vazduha, služi kao medijum za reakcije pri proizvodnji hemikalija, sve do pokretanja turbina pri proizvodnji električne energije u elektranama.
S druge strane, sistemi daljinskog grejanja u gradovima koriste vrelu vodu za distribuciju toplote u stanove i komercijalne objekte.
Značaj održavanja industrijske opreme
U svim ovim slučajevima industrijska oprema trpi visoke temperature i visoke pritiske, zbog čega se postavlja imperativ da oprema bude dobro održavana i zaštićena od korozije i stvaranja mineralnih naslaga iz vode. Problemi koji mogu nastati od korozije i naslaga mogu koštati milione eura i značajno uticati na profitabilnost proizvodnje. Troškovi vezani za energente su jedni od najznačajnijih troškova svake proizvodne fabrike i zbog toga je ključno da kotlovi i grejna oprema izbegnu probleme korozije i naslaga.
Izazovi korozije i mineralnih naslaga
Korozija i mineralne naslage nastaju zbog nepovoljnog uticaja vode kojom se snabdevaju parni kotlovi i sistemi grejanja. Koroziju izaziva pristustvo rastvorenog kiseonika u vodi. S druge strane, formiranje mineralnih naslaga (kolokvijalno kamenac u vodi) izaziva pristustvo mineralnih soli (katjona i anjona).
Voda uvek sadrži određenu količinu rastvorenog kiseonika (O2) u gasovitom stanju, a količina zavisi od temeprature vode, saliniteta vode i atmosferskog pritiska. Što voda sadrži više kiseonika, to je veći njen potencijal da izaziva koroziju metala u kotlovima. Zbog toga se primenjuju razne metode da se kiseonik ukloni iz vode, pre nego što voda uđe u kotlove i sisteme grejanja.
Metode uklanjanja kiseonika iz vode
Metode uklanjanja kiseonika iz vode mogu biti mehaničke i hemijske. Važno je naglasiti da ove metode ne isključuju jedna drugu, već su komplementarne i najbolje je kada se obe zajedno primenjuju.
Mehaničke metode deaeracije
Mehaničke metode se zasnivaju na prirodnoj zakonitosti da što više zagrevamo vodu, to manje rastvorenog kiseonika ostaje u vodi, odnosno povećanjem temperature vode smanjuje se koncentracija kiseonika u njoj. Povišenjem temperature vode, povećavaju se molekularne vibracije, čime se smanjuje raspoloživ prostor između molekula vode, pa molekuli kiseonika napuštaju vodu i odlaze u atmosferu.
Druga prirodna pojava koja se koristi je da snižavanjem atmosferskog pritiska (koji je u kontaktu sa vodom) manja količina kiseonika ostaje u vodi. To je zato što rastvoreni kiseonik napušta vodu i prelazi u atmosferu da bi se uspostavila ravnoteža rastvorljivosti gasova prema Henrijevom zakonu.
Na osnovu ovoga dolazimo do zaključka: da bi smanjili količinu kiseonika u vodi mehaničkim putem neophodno je u određenoj posudi zagrevati vodu i istovremeno izvlačiti vazduh, odnosno napraviti vakuum. Upravo na ovom principu funkcionišu mehanički uređaji koji se zovu degazatori ili deaeratori.
Da li će za neki kotlovski sistem biti potreban degazator ili neće, prvenstveno zavisi na kom pritisku radi kotao. Ukoliko kotao radi na visokim pritiscima ( > 60 bar) ili srednjim pritiscima (20 – 60 bar) degazator je neophodan, dok za kotlove niskog pritiska nije neophodan, ali je svakako preporučljiv deo opreme.
Tipičan izgled industrijskog degazatora za kotlove visokog pritiska
Hemijske metode uklanjanja kiseonika
Hemijske metode uklanjanja kiseonika iz vode se zasnivaju na postojanju više klasa hemikalija koje reaguju sa kiseonikom iz vode, vezuju ga u neko stabilno jedinjenje i tako onemogućavaju da kiseonik izaziva korozivne reakcije na metalnim površinama opreme. Pri tome je bitno da reakcija izabrane hemikalije sa kiseonikom bude brza, da stehiometrijski odnos bude što više u korist kiseonika, kao i da nastalo jedinjenje bude relativno stabilno na temperaturama koje vladaju u kotlu.
To znači da je potrebno dozirati izabranu hemikaliju u napojnu vodu pre ulaska u kotao i osigurati dovoljno mešanja i vremena da se reakcija između kiseonika i hemikalije obavi u potpunosti.
Jedna od prvih hemikalija koja je bila korišćena u ove namene je Hidrazin hidrat, neorgansko jedinjenje sa formulom N2H4. Smatra se najboljim postojećim uklanjivačem kiseonika iz vode. Sa kiseonikom iz vode reaguje stehiometriski 1:1 i gradi stabilan inertan molekul gasa azota (N2) koji napušta vodu i dva molekula vode. Koristi se kao vodeni rastvor komercijalnog naziva Levoxin 15. To je bezbojna zapaljiva tečnost sa mirisom sličnim amonijaku.
Veoma je toksičan po čoveka i živi svet u vodi, i dokazano je kancerogen za čoveka. Zbog ovih nepovoljnih sporednih efekata u velikom broju industrija je zabranjena njegova upotreba, a ECHA (Agencija za hemikalije Evropske unije) ga je postavila na listu za potencijalnu zabranu.
U potrazi za manje opasnim hemikalijama koje će istovremeno biti efikasne za uklanjanje kiseonika iz vode, nauka se usmerila na jedinjenja slična hidrazinu, kao što je karbohidrazid (koji se u kotlu razlaže na hidrazin) i ketoksim (aceton oksim). Ovaj tip jedinjenja široko se koristi prvenstveno u kotlovima visokog pritiska zbog svoje efikasnosti, ali nije zastupljen kod kotlova niskog pritiska zbog relativno visoke cene u odnosu na druge alternative. Vodoservice u svom prodajnom programu nudi formulacije ovog tipa, a njihova primena zavisi od tehničke procene inžinjera
Problem povećanja koncentracije soli u kotlovskoj vodi
Generalno, jedinjenja za uklanjanje kiseonika iz vode ili skavendžeri (eng. oxygen scavangers) se mogu podeliti na:
- jedinjenja neorganskog tipa (koja doprinose povećanju ukupnih soli u kotlovskoj vodi)
- jedinjenja organskog tipa (koja ne doprinose povećanju ukupnih soli u kotlovskoj vodi)
Sa tehničkog aspekta ova podela je važna jer ima posledice u tome da li dodavanje ovih hemikalija povećava koncentraciju soli u kotlovskoj vodi. Povećanje koncentracije soli u kotlovskoj vodi je nepoželjna pojava, jer što se više mineralne soli koncentrišu, to je potrebno više izbacivati vodu (odsoljavati kotao) i osvežavati novom dopunom vode da bi se sprečilo prezasićenje soli, odnosno stvaranje mineralnih naslaga u kotlu, koje su izuzetno negativna pojava sa brojnim posledicama.
Iznuđenim izbacivanjem viška slane vode, odn. odsoljavanjem kotla, istovremeno se gubi voda visoke temeprature što je direktan novčani gubitak energije koja je bila uložena za grejanje vode. Zato se savremena industrijska postrojenja trude da smanje i racionalizuju upotrebu hemikalija koje će svojim prisustvom povećati količinu minerala u vodi. Naravno, uvek se pravi odgovarajući balans troškova, obzirom da su hemikalije neorganskog tipa znatno cenovno jeftinije od organskih hemikalija, iako imaju navedenu nepovoljnost.
Neorganski vs. Organski uklanjivači kiseonika
Neorganski uklanjivači kiseonika su jedinjenja tipa Na-bisulfit, Na-meta bisulfit, K-sulfit i dr. Ponekad ovi proizvodi imaju dodat katalizator (obično od kobalta) za ubrzanje reakcije sa kiseonikom iz vode. U tom slučaju su efikasniji i deluju na nižim temperaturama napojne vode, ali su cenovno veće vrednosti. Vodoservice u svojoj paleti nudi velik broj ovih proizvoda, a izbor odgovarajućeg je najbolje ostaviti u ruke našeg inžinjera tehnologije.
Organski uklanjivači kiseonika postoje u više tipova. Veći broj je od sintetičkih hemikalija, ali postoji i prirodni proizvod na bazi tanina (polifenoli) koji se nalaze u značajnom broju biljaka, ali se za ove potrebe dobijaju iz kore drveta. Od sintetičkih značajni su askorbinska kiselina (vitamin C), Na-eritorbat, DEHA (di-etil-hidroksil-amin) kao i već pomenuti karbohidrazid.
Zaključak i preporuke
Slično kao i u slučaju neorganskih uklanjivača, izbor odgovarajućeg proizvoda kao i način njegove primene je najbolje prepustiti inžinjeru tehnologije. U Vodoservice-u, naš tim stručnjaka stoji na raspolaganju da vam pruži podršku i prilagođena rešenja za sve izazove povezane sa korozijom i mineralnim naslagama u vašim sistemima.
Kontaktirajte nas za više informacija i zajedno ćemo naći optimalno rešenje za vaše potrebe.