Oczyszczanie wody do celów
przemysłowych



Woda do celów
chłodniczych



Woda do celów
kotłowych

Opracował: Krzysztof Olender ChN III

Wymagania stawiane wodzie
chłodzącej:

Dopuszczalny skład wody zależy od systemu chłodzenia (obieg

otwarty/cyrkulacyjny otwarty). Uogólniając problem woda
powinna:

-

mieć możliwie niską temperaturę

-

być stabilna i nie korozyjna

Nie powinna natomiast zawierać:
- zawiesin organicznych i nieorganicznych
- olejów
- związków żelaza i manganu oraz nadmiernej ilości substancji

rozpuszczonych

- mikroorganizmów, substancji biogennych i związków

organicznych

Wymagania stawiane wodzie
chłodzącej:



Zawiesiny obecne w wodzie chłodzącej, odkładając się na
chłodzonych powierzchniach , utrudniają wymianę ciepła i wody.



Większa ilość związków żelaza i manganu oraz substancji
rozpuszczonych jest powodem wytrącania się ich trudno
rozpuszczalnych związków



Aby uniknąć masowego rozwoju mikroorganizmów woda nie
powinna zawierać organizmów żywych i związków biogennych



Wśród substancji rozpuszczonych bardzo niebezpieczne są głównie
siarczany i chlorki, intensyfikujące korozyjny charakter wody w
stosunku do metali.

Wymagania stawiane wodzie
chłodzącej:

Skład wód chłodzących w obiegach otwartych i zamkniętych

w przemyśle petrochemicznym wg. norm amerykańskich

podano w tabeli. Z danych tych wynika, iż woda w obiegu

zamkniętym musi być lepszej jakości niż w obiegu

otwartym. Wymagania dotyczące składu wody zależą

różnież od stosowanego systemu chłodzenia.

Wymagania stawiane wodzie
chłodzącej:

Powstawanie osadów w systemach
chłodnicznych



W przypadku gdy woda do chłodzenia nie spełnia
stawianych jej wymagań, może być powodem
zanieczyszczenia:



Chłodnic



Przewodów



Zbiorników wody



Innych elementów systemu chłodnicznego



Ilość i szybkość odkładania się osadów zależy także
od prędkości przepływu wody w systemach
chłodzenia

Powstawanie osadów w systemach
chłodniczych

Głównym powodem wytrącania osadów chemicznych jest

twardość węglanowa oraz nadmiernie zasolenie wody.
Substancje rozpuszczone zagęszczone zagęszczone są w
wodzie chłodzącej, a po przekroczeniu iloczynu
rozpuszczalności wytrącają się z wody. Główny komponent
osadów – węglan wapniowy powstaje w wyniku rozkładu
wodorowęglanu wapniowego zgodnie z rekcją:

Ca(HCO

3

)

2

→ ↓CaCO

3

+ CO

2

+ H

2

O

Powstawanie osadów w systemach
chłodniczych

Do utrzymania w roztworze Ca(HCO

3

)

2

konieczna jest

obecność określonej ilości CO

2

przynależnego, która

zwiększa się wraz z temperaturą wody. Wzrost
temperatury wody chłodzącej z jednej strony powoduje
zmniejszenie rozpuszczalności dwutlenku węgla w
wodzie (a więc zmniejszenie stężenia), z drugiej zwiększa
wymaganą ilość przynależnego CO

2

niezbędną do

zapobiegania wytrącaniu się CaCO

3

Powstawanie osadów w systemach
chłodnicznych

Powstawanie osadów w systemach
chłodniczych

Jeżeli woda wykazuje twardość węglanową magnezową, to w

wyniku rozkładu Mg(HCO

3

)

2

powstaje MgCO

3

. Jednak z

uwagi na większą rozpuszczalność MgCO

3

niż CaCO

3

oraz

zwykle mniejsze stężenie w wodzie Mg(HCO

3

)

2

niż

Ca(HCO

3

)

2

, węglan magnezowy praktycznie nie wydziela

się w postaci osadu, a małe ilości MgCO

3

w osadzie są

wynikiem jego adsorpcji na powierzchni węglanu
wapniowego.

Zabezpieczanie układów chłodniczych
przed wytrącaniem się osadów oraz przed
korozją.

W celu zapobiegania wytrącaniu się osadów w elementach

układu chłodniczego uzdatnia się wodę przeznaczoną do
chłodzenia. W przypadku obiegów zamkniętych stosuje
się ponadto okresowe odmulanie obiegu i uzupełnianie
zładu właściwie uzdatnioną wodą dodatkową. Związkiem
najczęściej wytrącającym się z wody obiegowej jest
węglan wapnia.

Uzdatnianie wody do chłodzenia

Uzdatnianie tych wód najczęściej polega

na:



Niszczeniu mikroorganizmów



Usuwaniu substancji biogennych



Zmniejszeniu twardości węglanowej



Usunięciu zawiesin, koloidów,
zanieczyszczeń organicznych



Eliminacji właściwości korozyjnych wody

Uzdatnianie wody do chłodzenia

Mikroorganizmy niszczone są w

procesie dezynfekcji, zaś

zanieczyszczenia

koloidalne, organiczne i

zawiesiny najczęściej są

usuwane w procesie

koagulacji, sedymentacji, i

filtracji.

Zmniejszenie

twardości

węglanowej

uzyskuje się

przez:

Dekarbonizację

wapnem

Zmianę

twardości

węglanowej

na niewęglanową

,tj. przez

szczepienie wody

Uzdatnianie wody do chłodzenia

Szczepienie wody kwasami stosuje się wyłącznie przy

uzdatnianiu wody chłodzącej. Polega to na dodawaniu do
wody mocnego kwasu mineralnego, najczęściej HCl,
rzadziej H

2

SO

4

, z uwagi na niebezpieczeństwo

wytrącania siarczanu wapniowego i intensyfikację korozji
siarczanowej betonu. W wyniku działania kwasu
następuje zmiana twardości węglanowej na
równoważnikową niewęglanową:

Ca(HCO

3

)

2

+ 2HCl → CaCl

2

+ 2CO

2

+ 2H

2

O,

Mg(HCO

3

)

2

+ 2HCl → MgCl

2

+ 2CO

2

+ 2H

2

O,

CaCO

3

+ 2HCl → CaCl

2

+ 2CO

2

+ 2H

2

O,

Uzdatnianie wody do chłodzenia

Do tego celu można stosować również kwas siarkowy, pod

warunkiem że nie zostanie przekroczony iloczyn
rozpuszczalności CaSO

4

. Zmiana twardości węglanowej

na niewęglanową przy użyciu H

2

SO

4

przebiega zgodnie z

reakcjami:

Ca(HCO

3

)

2

+ H

2

SO

4

→ CaSO

4

+ 2CO

2

+ 2H

2

O,

Mg(HCO

3

)

2

+ H

2

SO

4

→ MgSO

4

+ 2CO

2

+ 2H

2

O,

Podczas szczepienia wody kwasem konieczna jest kontrola

dawki kwasu, gdyż przedawkowanie może
zintensyfikować korozyjny charakter wody.

Uzdatnianie wody do chłodzenia

Ponadto powstający w wyniku

reakcji z kwasami
dwutlenek węgla powinien
być usunięty z wody przed
wprowadzeniem jej do
układu chłodniczego.
Uzyskać to można
stosując desorbery CO

2

.

W wyniku szczepienia wody

kwasem solnym powstają
chlorki wapnia i magnezu
zwiększający niestety
charakter korozyjny wody.

Uzdatnianie wody do chłodzenia

Dekarbonizacja wody

wapnem jest najtańszą

metodą zmiękczania

wody polegającą na

usuwaniu z niej twardości

węglanowej w wyniku

wytrącania trudno

rozpuszczalnych

związków wapnia

częściowo magnezu.

Oczyszczanie wody przez

dekarbonizację

umożliwia często

równoczesne usunięcie

twardości magnezowej

oraz mikroorganizmów.

Uzdatnianie wody do chłodzenia

Podczas dekarbonizacji dodany jest do wody wodorotlenek

wapniowy początkowo reaguje z dwutlenkiem węgla, z
następnie wodorowęglanem wapniowym wg reakcji:

CO

2

+ Ca(OH)

2

→ ↓CaCO

3

+ H

2

O

Ca(HCO

3

)

2

+ Ca(OH)

2

→ 2↓CaCO

3

+ 2H

2

O

Uzdatnianie wody do chłodzenia

Przy dużym nadmiarze Ca(OH)

2

(pH > 10,5) mogą przebiegać

również reakcje chemiczne między wodorotlenkiem
wapniowym i solami powodującymi twardość magnezową
wody:

Mg(HCO

3

)

2

+ 2Ca(OH)

2

→ ↓Mg(OH)

2

+ 2 ↓CaCO

3

+ 2H

2

O

MgSO

4

+ Ca(OH)

2

→ ↓Mg(OH)

2

+ CaSO

4

MgCl

2

+ Ca(OH)

2

→ ↓Mg(OH)

2

+ CaCl

2

Powyższe reakcje są reakcjami niepożądanymi w procesie

dekarbonizacji wody przeznaczonej do celów chłodniczych,
gdyż w ich wyniku następuje główna zmiana twardości
niewęglanowej magnezowej na niewęglanową wapniową oraz
dodatkowo wytrąca się Mg(OH)

2

Uzdatnianie wody do chłodzenia

Na proces dekarbonizacji wapnem hamująco wpływają

koloidy organiczne i związki wielkocząsteczkowe, gdyż są
to związki o charakterze koloidów ochronnych silnie
stabilizujących krystalizację węglanu wapniowego. Do
dekarbonizacji można stosować wapno palone CaO i
wapno hydratyzowane. Wapno może być dawkowane w
postaci wody wapiennej lub mleka wapiennego.

Uzdatnianie wody do chłodzenia

Woda do celów kotłowych

W obiegach nisko i średnioprężnych źródłem soli

wprowadzanych z wodą zasilającą do kotła jest woda

zmiękczona. Od jej zasolenia oraz jej udziału w wodzie

zasilającej zależy szybkość zagęszczania wody kotłowej.

Woda kotłowa zasilająca kotły oraz woda dodatkowa muszą

odpowiadać określonym wymaganiom, które zależą od

konstrukcji kotła i zależą i rosną wraz z ciśnieniem. Woda

doprowadzana do kotła musi być tak uzdatniona, aby nie

powodowała wytrącenia się kamienia kotłowego, korozji

urządzeń kotłowych oraz nie pieniła się.

Wymagania jakościowe wody

Powodem powstawania kamienia kotłowego jest

głównie obecność:



węglanów



siarczanów



krzemianów



zawiesin



olejów w wodzie

Pienienie się wody powodują związki organiczne, duże

zasolenie oraz nadmierna jej alkaliczność

Wymagania jakościowe wody

Jakość wody kotłowej i zasilającej kotły parowe decyduje o

czystości pary zasilającej turbiny. Zanieczyszczenie pary
powoduje nadmierną zawartość substancji i soli
wytrąconych w wodzie kotłowej, które unoszone ze
strumieniem pary przedostają się do układu łopatkowego
turbiny. Osadzając się na łopatkach mogą powodować
zakłócenia w pracy turbiny, a niekiedy są przyczyną
poważnych awarii.

Wymagania jakościowe wody

Oczyszczanie wody do celów
kotłowych – wstępne oczyszczanie

W zależności od rodzaju wody ujmowanej z przeznaczeniem

na cele kotłowe różny jest zakres wstępnego

oczyszczania. Jeżeli jako wodę surową wykorzystuje się

wodę wodociągową, to nie stosuje się jej wstępnego

oczyszczania. Jeżeli źródłem wody są naturalne

nieoczyszczone - stosuje się wstępne oczyszczanie

polegające m.in. na:



odolejaniu (np. na ziarnistym węglu aktywnym)



klarowaniu



sorpcji



koagulacji



filtracji

Oczyszczanie wody do celów
kotłowych – zmiękczanie wody

W zależności od konstrukcji i wydajności kotła oraz od

panującego w nim ciśnienia, woda wymaga zmiękczania
lub demineralizacji. Wyróżnia się metody strąceniowe i
jonitowe.

Metody strąceniowe polegają na wytrącaniu z wody w

postaci osadów trudno rozpuszczalnych związków wapnia
i magnezu. Wytrącone osady usuwane są z wody w
procesie sedymentacji i filtracji.

Zmiękczanie jonitowe prowadzi się na kationach, a efektem

procesu jest dekationizacja oraz obecność w wodzie
związków o dużej rozpuszczalności.

Oczyszczanie wody do celów
kotłowych – zmiękczanie wody

Metoda termiczna usuwania twardości węglanowej. Polega

na podgrzewaniu wody, w wyniku czego narusza się
równowagę węglanowo-wapniową i wytrąca się węglan
wapniowy wg reakcji:

Powstający MgCO

3

jest dość dobrze rozpuszczalny w wodzie i

dopiero przy pH = ok. 11 magnez jest wytrącany jako
trudno rozpuszczalny wodorotlenek.

Skuteczność rozpadu wodorowęglanów wapnia i magnezu

zwiększa się ze wzrostem temperatury i czasu
ogrzewania.

Oczyszczanie wody do celów
kotłowych – zmiękczanie wody

Oczyszczanie wody do celów
kotłowych – zmiękczanie wody

Metody strąceniowe. Inną

metodą usuwania twardości

węglanowej jest

dekarbonizacja wapnem. W

wypadku zmiękczania wody

zasilającej kotły proces

dekarbonizacji może być

prowadzony na zimno, jak i

na gorąco. Zwiększanie

temperatury

dekarbonizowanej wody

przyspiesza proces i

zwiększa efekty

zmiękczania.

Oczyszczanie wody do celów
kotłowych – zmiękczanie wody

Metoda strąceniowa zapewniającą usunięcie CO

2

, twardości

węglanowej i niewęglanowej jest metoda wapno-soda.

Wodorotlenek wapniowy wiąże dwutlenek węgla –

powoduje wytrącenie węglanów wapnia i wodorotlenku

magnezowego oraz zmianę twardości niewęglanowej

magnezowej na twardość niewęglanową wapniową.

Węglan sodowy usuwa z wody twardość niewęglanową

zgodnie z reakcjami:

Oczyszczanie wody do celów
kotłowych – zmiękczanie wody

Najskuteczniejszą metodą strąceniową jest zmiękczanie

fosforanami sodowymi zapewniające usuwanie twardości
węglanowej i niewęglanowej. Dodane do wody fosforany
sodowe powodują wytrącenie bardzo trudnych
rozpuszczanych fosforanów wapnia i magnezu.

Oczyszczanie wody do celów
kotłowych – demineralizacja wody

Woda zasilająca kotły powinna się charakteryzować

ograniczonym zasoleniem, gdyż w kotłach następuje jej
zagęszczenie, co może prowadzić do wytrącania się
osadów. Całkowite usunięcie soli z wody nazywa się
demineralizacją, zaś odsalanie jest tylko częściowym
usuwaniem soli z wody.

Do usuwania soli z wody stosuje się metody:

•

termiczne

•

elektrochemiczne

•

procesy membranowe

•

wymianę jonową

Oczyszczanie wody do celów
kotłowych – odkrzemowanie wody

Krzemionka musi być usuwana, jeżeli w wodzie kotłowej

obecne są nawet niewielkie ilości wapnia i magnezu, z

którymi tworzy krzemiany – głównie komponenty

kamienia krzemianowego.

Krzemionkę można usunąć z wody przez jej chemiczne

wytrącanie do osadów, w procesie sorpcji oraz wymiany

jonowej na anionitach. Jako czynnik strącający

krzemionkę do CaSiO

3

stosuje się wapno, stąd podczas

dekarbonizacji wody wapnem możliwe jest częściowe

odkrzemowanie wody. Większą sprawność zapewnia

sorpcja na wodorotlenkach: żelazowym, glinowym i

magnezowym.

Oczyszczanie wody do celów
kotłowych – odgazowanie wody

Skuteczność odgazowania wody zależy głównie od jej

temperatury decydującej o rozpuszczalności gazów;

zwiększenie temperatury poprawia wody poprawia

efekty odgazowania. Dobrą sprawność usunięcia CO

2

uzyskać można przy niekorygowanej temperaturze wody,

natomiast skuteczne usunięcie tlenu wymaga podgrzania

wody lub prowadzenia procesu przy podciśnieniu.

W desorberach CO

2

stosuje się przeciwprąd przepływowy

wody i powietrza. Skuteczność odgazowania zależy od

ilości powietrza doprowadzanego do desorbera oraz

powierzchni kontaktu wody w powietrzem.

Oczyszczanie wody do celów
kotłowych – odgazowanie wody

Inhibitorowa ochrona przed korozją
i wytrącaniem osadów.

Do wody wprowadzanej do kotłów, mimo jej

wcześniejszego uzdatniania, dodaje się inhibitory
hamujące korozję, stabilizujące twardość węglanową i
dyspergujące zawiesiny.

Skuteczność działania inhibitorów zależy od wielu

parametrów, głównie od składu wody, warunków pracy
instalacji, konstrukcji urządzeń oraz rodzaju i dawki
inhibitora.