Concetti avanzati di trattamento dell'acqua di raffreddamento (Parte 1)

Le problematiche qui delineate stanno portando ad un sostanziale allontanamento dai tradizionali programmi di trattamento delle incrostazioni/corrosione dell’acqua di raffreddamento.

Nota dell'editore: questo è il primo di una serie in più parti di Brad Buecker, presidente di Buecker & Associates, LLC.

Gli impianti di energia elettrica e di cogenerazione dispongono di più sistemi di raffreddamento per vari processi dell'impianto come la condensazione del vapore, il controllo della temperatura del reattore chimico, il raffreddamento dei cuscinetti delle apparecchiature rotanti, il raffreddamento dell'olio lubrificante e molti altri.

I sistemi di raffreddamento necessitano di protezione da corrosione, incrostazioni e incrostazioni microbiologiche per massimizzare le prestazioni e prevenire disturbi che possono arrestare parzialmente o completamente le operazioni dell'impianto. Di seguito è riportata una rappresentazione di questi problemi e della loro interdipendenza.

Un quarto fattore, sempre più importante, è il potenziale impatto ambientale dei prodotti chimici per il trattamento dell’acqua, in particolare per quanto riguarda le sostanze chimiche che potrebbero essere presenti negli scarichi dell’impianto. I programmi di trattamento che una volta erano comuni potrebbero non essere più consentiti o potrebbero essere severamente limitati a causa delle normative sulle dimissioni.

In questa serie esamineremo i concetti di trattamento per ridurre al minimo questi problemi nelle reti di raffreddamento, inclusi i sistemi a passaggio singolo, i sistemi a ricircolo aperto con torri di raffreddamento e i sistemi chiusi. I programmi di trattamento si sono evoluti in modo significativo negli ultimi decenni, con ulteriori ricerche in corso.

I problemi più complessi di trattamento dell’acqua si verificano tipicamente nei sistemi a ricircolo aperto, dove una torre di raffreddamento o una sua versione ibrida costituisce il cuore del sistema. La Figura 2 delinea il percorso di flusso di base di un sistema basato su torri di raffreddamento.

Diversi aspetti di questi sistemi aumentano, o forse la parola migliore è esacerbare, il potenziale di incrostazione, incrostazione e corrosione. Il primo è che la maggior parte del trasferimento di calore in una torre avviene attraverso l’evaporazione di una piccola quantità, forse il 2-3%, dell’acqua calda di ritorno.

(Per coloro che sono interessati a saperne di più sulla progettazione delle torri di raffreddamento e sul trasferimento di calore fondamentale, i riferimenti 1-3 forniscono ulteriori informazioni. Una revisione di questi riferimenti sarà utile per comprendere questa serie. Inoltre, una risorsa meravigliosa per informazioni dettagliate sull'acqua di raffreddamento e sul sistema di raffreddamento è il Cooling Technology Institute su www.cti.org.)

Quando l'acqua evapora, i solidi disciolti e sospesi si concentrano, aumentando il potenziale di incrostazione/corrosione dell'acqua di raffreddamento. I sistemi a ricircolo aperto sono generalmente dotati di controlli di spurgo per spurgare l'acqua concentrata e sostituirla con reintegro fresco, ma lo spurgo di solito offre solo una soluzione parziale al controllo delle incrostazioni e della corrosione.

Le torri di raffreddamento sono anche depuratori d'aria altamente efficienti. Pertanto, rimuovono la polvere, i particolati e i microbi presenti nell'aria, gli ultimi dei quali entrano anche con l'acqua di reintegro. Senza un trattamento adeguato, l’ambiente caldo e umido dei sistemi di raffreddamento consente una rapida crescita microbiologica che contaminerà i componenti del sistema di raffreddamento, inclusi gli scambiatori di calore e il riempimento delle torri di raffreddamento.

In larga misura, i metodi di trattamento per il controllo delle incrostazioni e della corrosione si sono evoluti insieme; e nelle prime due parti di questa serie esamineremo aspetti importanti di questa storia e l’emergere di tecnologie più efficaci. Le puntate successive di questa serie esamineranno le incrostazioni e il controllo microbiologico, che spesso rappresentano le preoccupazioni principali del trattamento dell'acqua di raffreddamento.

A metà del secolo scorso è emerso un metodo molto affidabile per il trattamento delle incrostazioni e della corrosione che ora esploreremo rapidamente. Innanzitutto, si consideri che molti sistemi a quel tempo avevano una fonte di acqua dolce come un lago, un serbatoio o eventualmente acqua comunale trattata. Anche queste fonti incontaminate contengono ancora ioni disciolti che, se concentrati in un sistema a torre di raffreddamento, possono formare incrostazioni. Due degli ioni più comuni sono il calcio (Ca2+) e l'alcalinità del bicarbonato (HCO3–), il cui potenziale di formazione di incrostazioni aumenta con l'aumentare della concentrazione e anche della temperatura.

Ca2+ + 2HCO3– + calore –> CaCO3 + CO2 + H2O Eq. 1