Den såkaldte limit carbonate hårdhed (Hj) refererer til den kritiske værdi, ved hvilken CaCO₃ ikke udfældes under specifikke vandkvalitetsforhold og temperaturer, hvor fri CO₂ enten er fraværende eller minimal. Typisk i kølevandssystemer varierer denne værdi fra 2 til 4,5 mg ækvivalent/L. Men ved at tilsætte syre- og kedelstenshæmmere kan et kølevandssystem opretholde højere carbonathårdhedsniveauer. Denne artikel forklarer forholdet mellem kedelstenshæmmere til kølevand og grænsekarbonathårdheden, hvilket giver nyttig information til vandbehandlingsprofessionelle.
1. Syretilsætning og begræns karbonathårdhed
Ved at tilsætte syre til makeupvandet omdannes karbonathårdheden til ikke-karbonathårdhed med højere opløselighed (såsom CaSO₄ og CaCl₂), hvilket reducerer karbonathårdheden af det cirkulerende vand til et niveau under grænsen for karbonathårdhed og derved forhindrer skalering. De kemiske reaktioner er som følger:
Fortsæt med at dele en metode til beregning af mængden af syre, der skal tilsættes baseret på carbonathårdhed og grænsecarbonathårdheden (Hj), som vist i følgende formel.
I formlen:
G er mængden af tilsat syre, kg/t;
E er syrens molmasse, for svovlsyre, E = 49, og for saltsyre, E = 36,5;
Qm er den supplerende vandmængde af det cirkulerende kølevand, m³/h;
α er syrens koncentration;
HB er carbonathårdheden af det supplerende vand, mmol/L;
H′B er det supplerende vands carbonathårdhed efter syrebehandling, mmol/L.
H′B kan beregnes som følger.
I formlen: N er koncentrationsmultiplet; Hj er den begrænsende karbonathårdhed af det cirkulerende kølevandssystem, i mmol/L.
Det cirkulerende vands grænsekarbonathårdhed efter tilsætning af syre, uden kedelstensinhibitoren, kan beregnes ved hjælp af følgende formel:
I formlen repræsenterer [O] iltforbruget, i mg/L; t repræsenterer temperaturen af det cirkulerende vand, i ℃.
Hf′ er ikke-carbonathårdheden efter behandling med syre tilsat det supplerende vand, i mmol/L, og kan beregnes ved hjælp af følgende formel:
2. Brug af skalahæmmere med syrebehandling til begrænsning af karbonathårdhed
Ved anvendelse af syrebehandling til begrænsning af karbonathårdhed i forbindelse med kedelstenshæmmere bør den anvendte type kedelstenshæmmer bestemme den passende Hj-værdi. Almindelige hæmmere omfatter polyphosphater, organiske fosfonater (salte) og polyacrylsyrer.
Polyphosphatskalahæmmere
Polyphosphater refererer primært til natriumpolyphosphat, almindeligt anvendte former er natriumhexametaphosphat (også kendt som natriumpolymetaphosphat) og natriumtripolyphosphat. Disse inhibitorer dispergerer og stabiliserer kolloide partikler og har stærke chelateringsevner for calcium- og magnesiumioner. Natriumpolyphosphat fungerer ikke kun som en skælhæmmer, men har også korrosionshæmmende egenskaber. De specifikke egenskaber varierer afhængigt af molekylstrukturen af [NaPO₃] n , hvor værdien af n bestemmer egenskaberne. Natriumhexametaphosphat har den kemiske formel [NaPO₃]₆ONa₂ og er en polymer af natriummetaphosphat (NaPO₃). Når det anvendes som kedelstenshæmmer, kan den begrænsende carbonathårdhed Hj af det cirkulerende vand estimeres ved følgende formel. Den typiske dosis af natriumhexametaphosphat varierer fra 1 til 5 mg/L, med den øvre grænse for vand med høj carbonathårdhed. Natriumtripolyphosphat (Na₅P₃O₁₀) har en stærk evne til at chelatere calciumioner med en typisk dosis på 2 til 5 mg/L og Hj = 5 mmol/L.
Ulempen ved polyphosphater er deres tendens til at nedbrydes til orthophosphater i vand, en proces kendt som polyphosphathydrolyse. Graden af hydrolyse er påvirket af faktorer som pH, temperatur, tid og mikrobiel aktivitet. Hydrolyse er positivt korreleret med vandtemperatur og kontakttid, selvom det sker med en relativt langsom hastighed, med typiske hydrolysehastigheder mellem 11% og 35%.
Organiske fosfonater og deres salte
Disse kedelstenshæmmere er effektive og giver også korrosionsinhibering, hvilket gør dem til dobbeltformålshæmmere. Mange af deres egenskaber ligner polyphosphater, men de er mere stabile og mindre tilbøjelige til hydrolyse, selv ved højere temperaturer. Organiske fosfonater kan dog være ætsende for kobber, så de er ikke egnede til brug i kobbervarmevekslersystemer. Almindelige organiske phosphonater og deres salte, der anvendes indenlandsk, omfatter hydroxyethylidendiphosphonsyre (HEDP), aminotrimethylenphosphonsyre (ATMP) og ethylendiamintetra(methylenphosphonsyre) (EDTMP). Når de anvendes sammen med polyphosphater, kan disse inhibitorer have en synergistisk virkning, hvilket forbedrer den begrænsende carbonathårdhed af cirkulerende vand og reducerer doseringen af hvert middel. Den typiske begrænsende carbonathårdhed for disse inhibitorer er som følger:
HEDP: Hj = 8 mmol/L
ATMP: Hj = 9 mmol/L
EDTMP: Hj = 8 mmol/L
Polycarboxylatpolymerer
Polycarboxylatpolymerer er polymerer, der indeholder carboxylfunktionelle grupper (carboxylgrupper) eller derivater af carboxylsyrer. Carboxylatanionen (COO⁻) bestemmer egenskaberne af disse polymerer, hvor M repræsenterer en monovalent kation, hydrogen eller en amingruppe. Efter at være blevet indført i vand, dissocierer carboxylatgruppen til COO⁻ og M⁺, hvor COO⁻ er ansvarlig for skælhæmning. Almindelige polycarboxylatskalahæmmere, der anvendes indenlandsk, omfatter polyacrylsyre, natriumpolyacrylat, polymethylmethacrylat, copolymerer af acrylsyre og hydroxypropylacrylat, copolymerer af acrylsyre og acrylater og hydrolyseret poly(maleinsyre) (anhydrid). De typiske doseringer og tilsvarende begrænsende carbonathårdhedsværdier er som følger:
Polyacrylsyre: 1–9 mg/L, Hj = 5,5–10 mmol/L
Natriumpolyacrylat: 1–8 mg/L, Hj = 5,8–9 mmol/L
Poly(maleinsyre): 1–5 mg/L, Hj = 5–8,5 mmol/L
Resumé
Ved at kontrollere den begrænsende karbonathårdhed i cirkulerende kølevandssystemer kan kedelstensdannelse forhindres. Brug af metoderne ovenfor til at beregne den passende dosis af syrer og kedelstenshæmmere, sammen med systemets tilladte begrænsende carbonathårdhed under specifikke driftsforhold, hjælper med at forhindre skaleringsproblemer og reducerer samtidig kemiske omkostninger.
