| ||||
Vandens paruošimo įranga
 
Cheminiai reagentai
3D TRASAR technologija – naujas pramonės standartas

Güentheris Volarikas „Nalco Österreich" GmbH atstovas Baltijos šalims.


Šis straipsnis supažindina su novatoriška technologija, jungiančia naujus chemikalus ir pažangų stebėjimo bei kontrolės mechanizmą, optimizuojantį vandens aušinimo sistemų darbą.

 

Įvadas

Chemikalų dozavimo įtaka sistemos stresui
1 pav. Chemikalų dozavimo įtaka sistemos stresui.

    Vandens aušinimo sistemos, apsaugodamos įrangą ir aukštos kokybės produktus, pramonėje labai veikia įmonių pelną. Šios sistemosir jų operatoriai susiduria su sunkumais, kurie atsiranda dėl aptarnaujamų procesų dinamiškos prigimties. Šie sunkumai - tai stresas, atsirandantis dėl aukšto ir kintančio šilumos krūvio, aukštos temperatūros vandens srauto, blogos sistemos konstrukcijos (pvz., lėto srauto sritys), mikrobinio užterštumo.

     Dėl nepakankamo vandens aušinimo sistemos našumo gali didėti eksploatacijos išlaidos, mažėti gamybos apimtys, blogėti gaminių kokybė, greičiau dėvėtis įranga, o tai daro įtaką įmonės pelningumui. Nors žinoma, kad šios sistemos yra gyvybiškai svarbios, jos gana dažnai vertinamos tik kaip pagalbinės ir todėl dažnai netinkamai aptarnaujamos optimaliam našumui užtikrinti.

     Konkurencinga verslo aplinka, nuolat didėjantis aplinkos spaudimas ir procesų prigimtis sukelia didelius sunkumus pramonės operatoriams efektyviai
valdyti šias sistemas. Valdymo būdas, besikeičiant sąlygoms, turi būti ekologiškas, patogus vartotojui ir lankstus, tačiau ir ekonomiškas.

     Šiuo metu naudojamos vandens apdorojimo technologijos ir jų valdymo praktika daugiausia remiasi netiesioginiais sistemos našumo matavimais ir priklauso nuo rankinių ir pusiau automatinių „šlapių" chemijos testų vertinimo. Atitinkami pakeitimai vandens apdorojimo programai atliekami renkant ir interpretuojant periodinių stebėjimų ir sisteminius duomenis, bet tik tuo atveju, jei esminė informacija yra stebima, apdorojama ir į ją reaguojama. Daugumos šių sistemų dinaminė prigimtis gali sukelti aušinimo sistemos stresą, kuris nėra pastebimas ir todėl nėra veikiamas apdorojimo programos. Dėl nesugebėjimo
prisitaikyti prie šio streso gali prasidėti korozija, kauptis nuosėdos ar mikrobinis užterštumas. Šių problemų gali nepavykti visiškai pašalinti nesustabdžius sistemos. Streso sumažinimui padidinus apdorojimo programos
dozavimo lygį, galimas chemikalų perdozavimas, ir tai gali labai paveikti kainą bei sukelti nepageidautiną poveikį aplinkai. 1 pav. galima matyti, kaip dėl kintančio sistemos streso gali atsirasti eksploatacinės
problemos ir/arba chemikalų išeikvojimas.

 

Kilmė

PSO ir pirofosfato stabilumas kaip temperatūros funkcija po 48val.
2 pav. PSO ir pirofosfato stabilumas kaip temperatūros funkcija po 48val.

     Išgarinimo aušinimo sistemose yra trys probleminės vandens veikiamos sritys: sistemos metalinių paviršių korozija, nekontroliuojamas mikrobiologinis užterštumas ir šilumą perduodančių paviršių užterštumas. Dėl jų tarpusavio ryšio dažnai yra vadinami aušinimo vandens trikampiu (angl. cooling water triangle).

     Korozija yra sistemos metalinių paviršių oksidavimasis ir tirpimas, apimantis tiek šilumą perduodančius, tiek jos neperduodančius paviršius. Dėl korozijos galimas sistemos vamzdžių, talpų ir įrangos paviršių šiurkštėjimas, plonėjimas ir atsitiktiniai gedimai. Nekontroliuojant korozijos, galimi nepataisomi naudojamos įrangos gedimai. Net esant silpnai korozijai, sistemos metaliniai paviršiai šiurkštėja ir tampa puikiais kristalizacijos centrais, aplink kuriuos kaupiasi mineralinės nuosėdos ir auga mikrobiologija. Be to, korozijos produktai taip pat gali formuoti nuosėdas, taip blogindami šilumos perdavimą, būti nuosėdų kaupimosi kristalizacijos centrais, kas taip pat blogina šilumos perdavimą, ir išlaisvinti metalo jonus, kurie patekę į recirkuliacijos vandenį gali pagreitinti kitų sistemos metalinių paviršių koroziją.

     Korozija mažinama specifiniais korozijos inhibitoriais bei sistemoje kontroliuojant ištirpusias druskas ir pH. Korozijai sumažinti dažnai naudojami chemikalai fosfatų pagrindu, kurie derinami su kitais elementais (pvz., cinku, molibdenu). Praktikoje korozijos mažinimą apsunkina aušinimo sistemų dinaminė prigimtis, t. y. papildymo vandens sudėties kitimas, aplinkos temperatūros ir sistemos skleidžiamos šilumos kitimas. Sistemos korozijos greitis gali būti matuojamas į sistemos aušinimo vandenį tam tikram periodui (paprastai nuo 30 iki 90 dienų) įdedant atitinkamo metalo kuponus. Šis metodas padeda įvertinti vidutinį korozijos greitį sistemoje, tačiau nėra galimybės įvertinti momentinio ženklaus sąlygų pablogėjimo, kuris gali laikinai paspartinti koroziją sistemoje.

     Kai kalbama apie vandens aušinimo sistemas, užterštumas suprantamas kaip nuosėdų kaupimasis ant paviršių. Šie nešvarumai gali lėtinti vandens srautą ir/ar šilumos perdavimą. Nuosėdos gali formuotis kietoms dalelėms nusėdant lėto srauto srityse. Nuosėdos ypač formuojasi persotintame vandenyje esančioms dalelėms nusėdant ant įkaitintų ar neįkaitintų paviršių. Dažniausiai pasitaikantys junginiai (kalcio karbonatas, kalcio fosfatas, geležies oksidas) yra sunkiai tirpstantys, be to, kylant temperatūrai jų tirpumas mažėja, todėl nuosėdos dažniausiai formuojasi ant šilumos perdavimo paviršių ir blogina šilumos perdavimą. Nuosėdos sudaro palankias sąlygas po jomis vykti korozijai ir augti mikrobiologijai.

     Nuosėdos mažinamos specifiniais dispersantais, kontroliuojant kalcio ir ištirpusiųjų dalelių kiekius, šarmingumą ir pH. Galima taikyti įvairias programas, kurios, atsižvelgiant į vandens sudėtį ir temperatūrą, gali nustatyti, ar sąlygos palankios formuotis nuosėdoms.

     Siekiant nustatyti vandens nuosėdų susidarymo tendenciją, sistemos darbiniai duomenys gali būti jungiami su reguliariais vandens cheminių tyrimų rezultatais. Kaip jau minėta, ši informacija yra naudinga, kai atkreipiamas dėmesys į tikėtiną sistemos stresą. Realiuoju laiku atlikti vandens apdorojimo programos pakeitimus, reikalingus išvengti nuosėdų formavimosi, nelengva.

     Mikrobiologinis užterštumas yra susijęs su gyvųjų organizmų dauginimusi vandens aušinimo sistemoje. Mikrobiologiniai organizmai yra plačiai paplitę aplinkoje. Vandens aušinimo sistemose dėl tinkamos temperatūros ir maistingų medžiagų yra ideali aplinka jiems augti. Nekontroliuojamas augimas skatina bioplėvelės formavimąsi, gleivių sluoksnio susidarymą. Ši plėvelė gali sumažinti šilumos perdavimą, po nuosėdomis sudaryti puikią terpę vykti korozijai. Mikrobiologiškai sukelta korozija gerai vyksta mineralinių nuosėdų nusėdimo vietose.

     Mikrobiologinis augimas yra mažinamas mažinant maistingų medžiagų kiekį vandens aušinimo sistemose ir naudojant biocidus. Remiantis praktika, kontrolei palaikyti periodiškai turi būti naudojami ir neoksiduojantys biocidai (pvz., izotiazolinas, glutaraldehidas ir t. t.), tačiau jų naudojimą riboja aukšta kaina. Dažniau yra naudojami oksiduojantys biocidai (pvz. hipochloritas, chloro dioksidas, chemikalai bromo pagrindu), jie yra tiekiami norint palaikyti laisvo chloro likutį (FRC) arba specifinį oksidacijos-redukcijos potencialą (ORP). FRC ir ORP yra tik netiesioginiai sistemos charakteristikų ir mikrobiologinio aktyvumo matavimai. Tiesioginiai matavimai galimi tik naudojant tokias priemones kaip lėkštelė bakterijų auginimui, dip slides testas, Adenosine Triphosphate (ATP), jų įvertinimas užtrunka kelias dienas. Oksiduojančių biocidų perdozavimas kontroliuoja mikrobiologinį augimą, tačiau gali suaktyvinti koroziją ir padidinti aušinimo sistemų aplinkosaugos problemas (toksiškumą).

 

Trikampio automatizavimas

     Siekiant atkreipti dėmesį į vandens šaldymo sistemose esančias problemas, pramonei neseniai buvo pristatyta nauja stebėsenos ir kontrolės sistema bei atitinkami chemikalai. Kuriant šią sistemą buvo siekiama atrasti būdą, kaip tiesiogiai ir realiu laiku paveikti ir kontroliuoti aušinimo sistemos charakteristikas. Sistemos charakteristikos buvo apibrėžtos kaip optimalių rezultatų siekimas visose trijose aušinimo vandens trikampio dalyse, būtent, korozijos, nuosėdų ir mikrobiologinio augimo. Technologija vadinama Nalco 3D TRASAR®.

     3D TRASAR automatizuoja aušinimo vandens trikampį. Rezultatas - patogi visapusė sistema, kuri kontroliuoja dinaminės vandens aušinimo sistemos charakteristikas, operatyviai keisdama aušinimo vandens paruošimo programą ir aušinimo bokšto darbą.

 

Chemija

     Trys pažangūs chemijos produktai buvo pristatyti kaip šios naujos technologijos dalis. Tai yra fosfinosucino oligomeras (angl. phosphinosuccinic oligomer, PSO), pažymėtasis aukšto streso polimeras dispersantas (Tagged High Stress Dispersant Polymer, THSP) ir bioinformatorius (angl. Bioreporter).

     PSO yra patentuota organinė molekulė, turinti nedidelį kiekį fosforo, kuris naudojamas kaip minkšto plieno korozijos inhibitorius ir kalcio karbonato nuosėdų inhibitorius. Be to, jis yra labai stabilus atviros recirkuliacijos sąlygomis ir neskyla į ortofosfatus, esant aukštoms temperatūroms, aukštam veiksmingumo indeksui (angl. Holding Time Index) ar aukštam oksidacijos lygiui. Pav. 2 galima matyti PSO ir pirofosfato stabilumą kaip temperatūros funkciją po 48 valandų. Literatūroje nurodoma, kad mažėjant pH reikšmei pirofosfato stabilumas mažėja, o PSO stabilumui pH nedaro įtakos (esant pH reikšmėms, paprastai randamoms vandens aušinimo sistemose).


3 pav. matoma polimerų sunaudojimo reakcija, matuojama kaip fluorescensijos praradimas, kuri atsiranda padidėjus pH reikšmei ir prieš pradedant formuotis nuosėdoms, tai nustatoma jautriu šilumos perdavimo pasipriešinimo (Heat Transfer Resistance) matavimu.

     Polimerai vandens aušinimo sistemose dažnai naudojami kaip pakibusių dalelių ir persotintų junginių, tokių kaip kalcio fosfatas ir geležies oksidas, dispersantai. Dėl elektrostatinės stūmos polimerai veikia, kad trukdytų mažoms dalelėms jungtis į didesnes ir taip formuoti nuosėdas. Polimeras yra sunaudojamas dispersijos veiksmui, ir tolesnei dispersijai jo panaudoti negalima. Eksperimentiškai nustatyta, kad kuo daugiau streso (pvz., temperatūra, veiksmingumo indeksas, aukštas pH, proceso užterštumas) sistemoje esama, tuo daugiau polimerų yra išeikvojama. Todėl polimero išeikvojimas gali būti laikomas sistemos streso indikatoriumi.

„Bioreporter“ naudojimas vandens aušinimo sistemose
4 pav. „Bioreporter“ naudojimas vandens aušinimo sistemose

     Pažymėtasis aukšto streso polimeras dispersantas (angl. Tagged High Stress Dispersant Polymer, THSP) turi panašias dispersanto savybes (kalcio fosfatui, geležiai, cinkui, aliuminiui ir pakibusioms dalelėms) kaip ir plačiai naudojamas aukšto streso polimeras dispersantas (angl. High Stress Dispersant Polymer, HSP), tačiau papildomai jis turi fluorescentinį žymeklį, prikabintą tiesiog prie polimero pagrindo. Tai leidžia su atitinkamu fluorometru tiesiogiai ir realiu laiku patikrinti likutinį polimero kiekį. Tokiu būdu tampa įmanoma pamatuoti tiekiamo dispersanto kiekį, naudojant inertinį fluorescentinį signalą, taip pat likutinį polimero kiekį, naudojant žymeklių fluorescentinį signalą. Šių dviejų signalų skirtumu galima tiesiogiai nustatyti polimerų sunaudojimą realiuoju laiku. Prieš atsirandant šiai programai buvo tik netiesioginiai analitiniai metodai polimerų likučiams išmatuoti ir polimerų sunaudojimui nustatyti. Polimero sunaudojimas, matuojamas kaip fluorescensijos praradimas, yra jautrus polinkio formuotis nuosėdoms sistemoje indikatorius. 3 pav. parodyta polimerų sunaudojimo reakcija, matuojama kaip fluorescensijos praradimas. Reakcija atsiranda padidėjus pH reikšmei ir prieš pradedant formuotis nuosėdoms, tai nustatoma jautriu šilumos perdavimo pasipriešinimo (Heat Transfer Resistance) matavimu. Polimerų sunaudojimas padidėjo netrukus po pH reikšmės didėjimo ir kelios valandos iki nuosėdų formavimosi pradžios, kas nustatyta matuojant šilumos perdavimo pasipriešinimą.

     Biologiniam aktyvumui nustatyti realiuoju laiku sukurtas naujas chemikalas pavadintas „Bioreporter". Tai yra fluorescentinė molekulė, kuri reaguodama su metaboliniais mikroorganizmų produktais sudaro (sukuria) kitą fluorescentinę molekulę. Mikrobiologinis aktyvumas sistemoje įvertinamas matuojant šių dviejų molekulių kiekių santykį. Iš 4 pav. matyti, kaip šis metodas veikia vandens aušinimo sistemoje. Paveiksle parodytas fluorometras naudojamas nustatyti reagento (pažymėtas mėlynai) pasikeitimų į produktą (pažymėtas raudonai) greitį.

 

Stebėjimas ir kontrolė

3D TRA SAR įranga
5 pav. 3D TRA SAR įranga.

     3D TRASAR stebėjimas sujungia pH, elektrolaidumo, ORP, du linijinio poliarizacijos pasipriešinimo (LRP) matavimo prietaisus, kurie gali išmatuoti momentinę metalurgijos koroziją, ir septynių kanalų fluorometrą. Šis fluorometras gali matuoti inertinį trasuojantį mišinį, suderintą su apdorojimo programa, prie polimero pagrindo pritvirtintą fluorescentinį žymeklį, bioreporterio ir bioreporterio reakcijos produktus. Sistema gali kontroliuoti elektrolaidumą atidarydama išleidimo (prapūtimo) vožtuvą, pH - tiekdama rūgštį, ORP - tiekdama oksiduojantį biocidą, neoksiduojantį biocidą - pagal laikmatį. Produktas tiekiamas pagal inertinį arba trasuojantį žymeklį. Sistemoje taip pat yra duomenų kaupimo sistema ir pavojaus signalai. Visi parametrai gali būti stebimi ir kontroliuojami nuotoliniu būdu, naudojant telefono ryšį arba per internetą.

     Tikrasis šios technologijos pranašumas yra galimybė automatiškai reaguoti į vandens aušinimo sistemos dinaminius pokyčius. Stresas gali atsirasti dėl veiksmingumo indekso pasikeitimų, pakibusių dalelių, šilumos apkrovos, recirkuliacijos srauto, technologijos proceso nuotėkio ir oksidacijos lygių pokyčių. Sistema nepertraukiamai stebi vandens aušinimo sistemoje stresą naudodama nuosėdų indeksą (angl. scale index), apskaičiuojamą matuojant polimero sunaudojimą. Remiantis patentuotu algoritmu, padidėjus stresui, padidės polimero dozavimas arba sumažės koncentracijos ciklai (elektrolaidumas). O sumažėjus stresui bus sunaudojama mažiau polimero ir padaugės ciklų ir/arba sumažės polimero dozavimas. Tokiu būdu, net esant dinaminiams pokyčiams, sistema yra kontroliuojama optimaliai: polimero nėra per daug ar per mažai, t. y. jo sunaudojama lygiai tiek, kiek būtina.

     3D TRASAR biokontrolė (Bio-Control) nuolat stebi mikrobiologinį aktyvumą visoje aušinimo sistemoje, tai reiškia, kad visi planktoniniai ir dauguma nejudrių organizmų bus išmatuoti (vanduo įsiskverbia giliai į bioplėvelės sluoksnius). Jeigu matavimai rodo, kad organizmai pradeda daugintis, kontrolės algoritmas įjungia oksiduojančio biocido siurblį, kai populiacijos susilpnėja, siurblys išjungiamas. Tokie biocido minipliūpsniai yra puiki mikrobiologijos augimo kontrolė efektyviai naudojant toksinius biocidus. Kai sistemoje keičiasi stresai, tokie kaip temperatūra, technologijos proceso nuotėkis, dienos šviesa ir pan., kontrolės sistema reaguoja nedelsiant.

 

Išvados

     Pastovios vandens aušinimo sistemos charakteristikos yra svarbios daugelio vykstančių procesų sėkmei. Šiame straipsnyje aptarta nauja technologija, naudojama stebėti pramoninių vandens aušinimo sistemų dinaminius stresus, kuria visiškai automatizuojamas šių kritinių sistemų vandens apdorojimas ir valdymas. Pristatyta ir aptarta nauja molekulinė chemija ir valdymas davikliais, kurių dėka galimas šis automatizavimas.

     Ši 3D TRASAR technologija gali būti taikoma kaip įrankis pramonės įmonėms pagerinti jų dinaminių vandens aušinimo sistemų darbą. Pristatyta technologija optimizuoja cheminį apdorojimą, sumažina aušinimo vandens išleidimų poveikį aplinkai ir sumažina gamyklos eksploatacines išlaidas, o automatizacija pagerina valdymo patikimumą. Šios technologijos taikomos aušinimo bokštuose, esant nedideliam stresui. Prie didelio aušinimo vandens ciklų skaičiaus iš sistemos išleidžiama mažiau vandens ir minimos technologijos pagalba neleidžiamas streso didėjimas.

     Dėl tolimesnės informacijos prašome kreiptis į „Nalco" atstovus Lietuvoje UAB „KF vandens technologijų centras".

Kontaktai:

RYGOS g. 6 -3, LT-05270 Vilnius. Tel.: +370 5 2736222, El. paštas: info@karme.lt


IT Life - Musu IT sprendimai

Hey.lt - Nemokamas lankytojų skaitliukas