Poważnym problemem pojawiającym się w trakcie eksploatacji przemysłowych układów chłodzenia jest występowanie niekorzystnych procesów, prowadzących do pogorszenia efektywności wymiany ciepła, korozyjnego niszczenia elementów konstrukcyjnych instalacji, a także porastania mikrobiologicznego wewnątrz układu. Wymienione procesy związane są ze środowiskiem wodnym i mają swoje źródło w nieodpowiednim przygotowaniu wody, jako czynnika chłodniczego. W niniejszym artykule koncentrujemy się na omówieniu współczesnych metod uzdatniania wody chłodzącej w otwartych układach chłodzenia z odparowaniem.
Część 2 artykułu będzie praktycznym poradnikiem w zakresie przygotowania wody w zakładzie mleczarskim.

Nieodpowiednie przygotowanie wody, jako czynnika chłodniczego, w krótszym, bądź dłuższym czasie staje się przyczyną, występowania w układzie chłodzenia szeregu niepożądanych zjawisk. Do najbardziej istotnych należą w szczególności: korozja materiałów konstrukcyjnych, procesy narastania osadów na elementach wymiany ciepła oraz niekontrolowany rozwój mikro- i makroflory. Szkodliwość wymienionych procesów jest zależna od specyfiki danego układu, a ich najbardziej odczuwalnym skutkiem, w aspekcie ekonomicznym, jest przede wszystkim szybkie pogorszeniu efektywności wymiany ciepła. Wymienione procesy przebiegają w sposób ściśle od siebie uzależniony, wywierając na siebie wzajemny wpływ. Prawidłowe przygotowanie wody uzupełniającej układ chłodzenia w połączeniu z odpowiednią korekcją i obróbką wody obiegowej oraz ciągłym monitoringiem istotnych parametrów, umożliwiają całkowite wyeliminowanie tych niekorzystnych procesów oraz utrzymanie pełnej wydajności cieplnej układu.

Wymagania dotyczące wody uzupełniającej i chłodzącej w układach otwartych z odparowaniem
Brak jest centralnych wymagań, jakie powinna spełniać woda uzupełniająca otwarty układ chłodzenia, są jednakże zalecenia z reguły już dawno ustalone przez różne branżowe i korporacyjne stowarzyszenia inżynierskie lub producenckie. W oparciu o ogólne doświadczenia praktyczne producenci urządzeń chłodniczych (skraplaczy, wież wyparnych, agregatów sprężarkowych) podają ogólne wytyczne dla wody uzupełniającej obieg chłodniczy, najczęściej dla celów utrzymania gwarancji urządzeń. Wymagania te są następujące:
● parametry ogólne – woda pozbawiona mętności, bez wyraźnego zapachu, nieskażona biologicznie, o niskiej zawartości substancji organicznych;
● odczyn pH – optymalny w zakresie od 6,5 do 8,5;
● twardość – od 35 do 70 mg/dm3 Ca w przeliczeniu na CaCO₃ (od 2 do 4°n);
● zasolenie – niskie do ok. 1000 mg/dm³ odpowiadające przewodnictwu elektrycznemu wody do ok. 2000 µS/cm, przy czy korzystne jest aby suma chlorków i siarczanów w wodzie chłodzącej była niższa od 250 mg/dm³.
Zalecenia dotyczące wody obiegowej z reguły normują kilka najważniejszych parametrów, które są odpowiedzialne za tendencje do korozji, bądź też wypadania osadów z wody obiegowej. Zalecenia te mogą w pewnym zakresie różnić się, w zależności od materiałów konstrukcyjnych wykorzystanych w danym obiegu chłodzenia (tabele 1 i 2).

Czynniki powodujące korozję
Czynniki wpływające na pogorszenie efektywności pracy układu chłodzenia można podzielić na dwie kategorie – czynniki fizykochemiczne oraz czynniki biologiczne.
Czynniki fizykochemiczne odpowiedzialne są za takie negatywne procesy jak wytracanie osadów na powierzchniach wymiany ciepła oraz korozja. Powstające w układach chłodzenia osady zbudowane są najczęściej z nierozpuszczalnych soli wapnia i magnezu, wytrącających się z wody twardej (niezmiękczonej). Wytrącone osady oddziaływają negatywnie na pracę układu chłodzenia przede wszystkim poprzez obniżenie wydajności wymiany ciepła, działając jak izolator cieplny (rys. 1).

Do najważniejszych parametrów fizyko-chemicznych wody obiegowej odpowiedzialnych za wytrącanie osadów należą: twardość ogólna, zasadowość, odczyn pH, obecność anionów chlorkowych i siarczanowych.
Najgroźniejszym skutkiem korozji w układzie chłodzenia jest niszczenie materiałów konstrukcyjnych, które w konsekwencji może prowadzić do trwałych uszkodzeń urządzeń, takich jak: sprężarki, pompy, czy skraplacze. Wtórnym efektem korozji jest powstawanie osadów korozyjnych z nagromadzonych w układzie produktów korozji (tlenki metali).
Za procesy korozyjne odpowiedzialnych jest szereg czynników:
● odczyn pH – parametr decydujący o dynamice i kierunku zachodzenia procesów korozyjnych; zarówno odczyn zbyt kwaśny, jak i zbyt alkaliczny mogą negatywnie oddziaływać na materiały konstrukcyjne;
● tlen rozpuszczony – stanowi depolaryzator katodowy dla reakcji korozyjnych. W jego obecności szczególnie na korozję równomierną narażona jest stal czarna. Otwarte układy chłodzenia charakteryzują się wysokim stopniem natlenienia wody obiegowej, co sprzyja korozji tlenowej;
● jony chlorkowe – są odpowiedzialne za niszczenie warstewek pasywnych zarówno na powierzchni stali nierdzewnej, jak i stali ocynkowanej; poprzez lokalne niszczenie tych warstewek są czynnikiem inicjującym bardzo groźną korozję wżerową;
● jony siarczanowe – szczególnie w obecności jonów chlorkowych są silnymi katalizatorami dla procesu korozji wżerowej;
● związki amonowe – działają negatywnie przede wszystkim w stosunku do elementów wykonanych z miedzi i jej stopów ale mogą również poprzez alkalizację wody powodować korozję warstewki cynkowej w przypadku stali galwanizowanej.
W większości przypadków przez wpływ czynników biologicznych na układ chłodzenia rozumie się działalność mikroorganizmów obecnych w wodzie obiegowej. Działalność ta może powodować różnorakie efekty – od tworzenia izolującej i hamującej przepływ warstwy biofilmu na powierzchniach wymiany ciepła, poprzez korozję mikrobiologiczną materiałów konstrukcyjnych układu, aż po właściwości zakaźne, w odniesieniu do personelu, obsługującego układ chłodzenia. Szczególnie groźne są egzystujące w dolnej warstwie biofilmu bakterie beztlenowe, które mogą przyspieszać nawet kilkudziesięciokrotnie procesy korozyjne. Dużym zagrożeniem są również bakterie z rodzaju Legionella, przenoszące się w sprayu wodno-powietrznym, które mogą wywoływać u ludzi objawy podobne do zapalenia płuc (legionelloza).

Sposoby przeciwdziałania niewłaściwej jakości wody w układach chłodzenia
Fizykochemiczne przygotowanie wody uzupełniającej
Wodę zasilającą obiegi chłodzenia można przygotować różnymi metodami, ale najbardziej odpowiednie będą te prowadzące do jej jak największego odsolenia oraz korekcji za pomocą środków chemicznych, które zwiększą termostabilność wody obiegowej i zmniejszą jej korozyjność. (...)

Korekcja za pomocą środków chemicznych (...)
Odsalanie (...)
Filtracja bocznikowa (...)

Monitorowanie układu chłodzenia
(...)