Top-Tipps für bestimmte Arten von Wärmetauscherverschmutzung

Beim Umgang mit schwierigen Materialien wie Klärschlamm oder korrosiven Chemikalien können Wärmetauscher besonders anfällig für Verschmutzungen sein. Nachdem wir uns zuvor mit dem allgemeinen Problem und den verschiedenen Arten der Verschmutzung befasst haben, die auftreten können, ist es auch sinnvoll, einige der spezifischen Verschmutzungssituationen zu betrachten, denen unsere Ingenieurteams begegnen.

Bewuchs kann im Allgemeinen in vier Kategorien eingeteilt werden: chemischer Bewuchs (einschließlich Kesselsteinbildung), biologischer Bewuchs, Ablagerungsbewuchs (oder Sedimentation) und Korrosionsbewuchs. In allen Fällen ist Vorbeugen besser als Heilen, aber da jede dieser verschiedenen Arten von Bewuchs durch eine andere Kombination von chemischen und physikalischen Reaktionen verursacht wird, kann die Vorbeugung unterschiedlich aussehen.

Die folgenden Abschnitte beschreiben einige der häufigsten Arten von Verschmutzungen und die besten Methoden zur Vorbeugung, aber die Liste ist keineswegs vollständig.

Chemische Verschmutzung: Kesselstein (einschließlich Kalk)

Kalk ist der bekannteste chemische Verschmutzungsfaktor, da er sich bei vielen von uns in Wasserkochern und Rohrleitungen ablagert. In der Industrie ist die Verkalkung besonders problematisch, wenn das Kühlwasser einen hohen Mineralgehalt aufweist.

Die Symptome sind der klassische ‚Kalk‘, der sich im Wärmetauscher (und in der Regel in der gesamten Wasserleitung, einschließlich der Rohre und Pumpen) bildet, obwohl lokale Faktoren und unterschiedliche Mineralien zu einem anderen Erscheinungsbild führen. Die Vorbeugung erfolgt durch chemische Dosierung des Wassers (z.B. mit Salz oder Säure für ‚hartes‘ Wasser), und zur Reinigung oder Entfernung sind chemische Mittel erforderlich.

Chemische Verschmutzung: Struvit

Struvit (Magnesium-Ammonium-Phosphat) ist ein Phosphatmineral, das sich häufig im Urin ablagert (es ist das Material, das Nierensteine bildet), insbesondere bei Menschen und Tieren, die sich pflanzlich ernähren (die reich an Magnesium sind) oder die mit Ammoniak produzierenden Organismen infiziert sind.

Struvit kann ein besonderes Problem bei der Abwasseraufbereitung darstellen, insbesondere bei Systemen, die eine anaerobe Faulung beinhalten, da dabei Ammonium und Phosphat freigesetzt werden. Struvit bildet harte Ablagerungen auf vielen Oberflächen, auch im Inneren von Rohren und Wärmetauschern.

Die gleichen Überlegungen, die für chemische Verschmutzung und Ablagerungen gelten, gelten auch für die Verhinderung der Struvitbildung in Wärmetauschern. Wenn Sie die Wassertemperatur unter 65°C halten, können Sie die Bildung von Struvit verhindern, ebenso wie die Begrenzung der Phosphormenge, die dem Faulbehälter zugeführt wird. Da Struvit ein wertvolles Mineral ist, befassen sich viele Kläranlagen und Unternehmen mit der kommerziellen Struvitrückgewinnung.

Chemische Verschmutzung: Vivianit

Vivianit (Eisenphosphat) ist ein besonderes Problem, wenn Eisenchlorid (auch bekannt als Beizlauge) dem Schlamm zugesetzt wird, um die Schwefelwasserstoffemissionen (_H2S) zu kontrollieren. Wenn die Wassertemperaturen zu hoch sind, kann dies zur Ablagerung eines harten blau/grünen Materials (Vivianit) auf der Oberfläche des Wärmetauschers führen.

Wie bei Struvit hilft es, die Wassertemperaturen unter 65°C zu halten, um die Bildung von Vivanit zu verhindern, ebenso wie eine sorgfältige Kontrolle der Chemikalien, die dem Schlammstrom zugesetzt werden, obwohl dies in der Regel von anderen Faktoren abhängt. Die Reinigung ist sehr schwierig und beruht oft auf der Verwendung von Salzsäurelösungen, die möglicherweise nicht mit den Materialien kompatibel sind, die beim Bau von Wärmetauschern und Systemen verwendet werden.

Biologischer Bewuchs: Algen

Algenbewuchs tritt besonders dort auf, wo unbehandeltes Fluss- oder Kanalwasser zur Kühlung verwendet wird. Umweltvorschriften verhindern die Verwendung von chemischen Zusätzen und begrenzen auch den Temperaturanstieg, so dass Algen in dieser idealen Umgebung schnell wachsen.

Die Verwendung von Wärmetauschern mit hoher Geschwindigkeit oder sogar mit abgeschabter Oberfläche kann Verschmutzungen verhindern, ebenso wie die Verwendung von Konstruktionsmaterialien wie Kupfer oder Messing. Eine regelmäßige Reinigung ist in der Regel erforderlich.

Biologischer Bewuchs: Zebramuscheln

Zebramuscheln sind eine invasive Art, die auf der ganzen Welt vorkommt. Im Südosten Englands haben sie sich in Süßwasserkörpern etabliert und sind in Abwasserkanälen und Kläranlagen zu finden. Sie dringen als Larven in die Rohrleitungen ein und siedeln sich dort an und wachsen. In den schlimmsten Fällen wurden Hunderte von Tonnen Muscheln aus einigen Kläranlagen entfernt.

Sie sind in Wärmetauschern relativ selten und können kontrolliert werden, indem man die Geschwindigkeit der Flüssigkeit durch den Wärmetauscher über 2 m/s hält, um zu verhindern, dass sich die Larven festsetzen, und indem man regelmäßig spült.

Biologischer Bewuchs: Endgültig gefiltertes Abwasser

In einigen Kläranlagen wird das nach der Filterpresse entnommene Abwasser (FFE) als freies Kühlmedium verwendet. Aufgrund des hohen Anteils an biologischem Material in FFE hat es jedoch ein hohes Verschmutzungspotenzial und es kann schnell zu Verschmutzungen kommen, je nach der genauen Beschaffenheit des FFE und der Konstruktion des Wärmetauschers.

Die UV-Behandlung des FFE kann dazu beitragen, die biologische Belastung und damit das Potenzial für Fouling zu verringern, aber die Reinigung erfolgt normalerweise mit ätzenden Reinigungssystemen (CIP). Es ist daher wichtig, Wärmetauscher und andere Geräte zu spezifizieren, die mit solchen ätzenden Reinigungsmitteln umgehen können.

Ablagerung von Bewuchs: Sediment

Dies ist die häufigste Art der Verschmutzung von Wärmetauschern und wird durch Partikel in der behandelten Flüssigkeit verursacht, die sich an der Oberfläche des Wärmetauschers absetzen.

In der Regel lässt sich dies durch eine gute Konstruktion des Wärmetauschers und die Wahl des richtigen Wärmetauschers für die jeweilige Aufgabe verhindern. Stellen Sie zum Beispiel sicher, dass die Flüssigkeit eine ausreichende Geschwindigkeit und einen ausreichenden Druck hat, während die Verwendung von gewellten Rohren Ablagerungen verhindern kann oder Wärmetauscher mit abgeschabter Oberfläche diese kontinuierlich entfernen können, um einen effizienten Betrieb zu gewährleisten.

Ablagerungen: Einbrennen

Das Anbrennen tritt auf, wenn die Wassertemperatur zu hoch ist, so dass die Ablagerungen (insbesondere organische Materialien) an der/den Rohrwand/en festbacken. Es tritt häufig auf, wenn eine Fehlfunktion aufgetreten ist, z.B. wenn die Erhitzung fortgesetzt wurde, während der Produktfluss gestoppt war, was zu einer Überhitzung des Materials führte.

Die Wahrscheinlichkeit des Anbrennens kann durch eine gute Konstruktion des Gesamtsystems und die Verriegelung der Steuerungen für die Wasser- und Schlammpumpen verringert werden, so dass bei einem Ausfall der einen Pumpe auch die andere gestoppt wird. Die Kontrolle der Wassertemperatur (idealerweise unter 80°C) trägt ebenfalls dazu bei, ein Anbrennen zu verhindern. Wo es auftritt, kann es normalerweise durch physikalische oder chemische Reinigung entfernt werden.

Korrosionsverschmutzung

Dies geschieht in der Regel unter bestimmten Umständen, wenn entweder das behandelte Material oder die Konstruktion des Wärmetauschers selbst besonders korrosionsanfällig ist. Aluminium und Kupfer können zum Beispiel sehr reaktiv sein und leiden häufig unter galvanischer Korrosion oder der Bildung von Oxiden auf der Rohroberfläche, wenn sie für die Herstellung von Wärmetauscherrohren verwendet wurden.

Durch die Verwendung eines Materials, das gegen solche Korrosion resistent ist und gleichzeitig gute Wärmeübertragungseigenschaften aufweist, wie z.B. rostfreier Stahl, lassen sich die meisten dieser Probleme lösen. Eine gute Systemauslegung, z.B. die regelmäßige Entfernung von Sand und die regelmäßige Reinigung, wird ebenfalls dazu beitragen, die Bildung von Korrosion zu verhindern.

Die obige Liste veranschaulicht einige der häufigsten Arten von Verschmutzungen, die in Wärmetauschern in der Praxis auftreten. Es kann jedoch noch weitere geben, insbesondere wenn Sie Materialien mit einem hohen physikalischen oder chemischen Verschmutzungspotenzial behandeln oder hohe Temperaturen verwenden, die bestimmte chemische Reaktionen oder physikalische Prozesse begünstigen können.

Die Konstrukteure und Ingenieure von Wärmetauschern verwenden eine Kombination aus Materialanalyse und dem berechneten Verschmutzungsfaktor (ein mathematischer Wert, der den Wärmewiderstand der Ablagerung(en) darstellt), um sicherzustellen, dass der für einen bestimmten Zweck empfohlene Wärmetauscher nicht nur so lange wie möglich gegen Verschmutzung resistent ist, sondern auch, dass Verschmutzungen, falls sie doch auftreten, effizient und effektiv gereinigt und beseitigt werden können.

 

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