ตะกรันแคลเซียมคาร์บอเนตในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน | Water Treatment Asia

เปิดคอนเดนเซอร์ของชิลเลอร์หรือเพลทฮีทเอ็กซ์เชนเจอร์ที่สกปรกในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ คุณมักจะพบคราบแข็งสีขาวถึงน้ำตาลแบบเดียวกันเสมอ คือ ตะกรันแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO₃) หรือที่เรียกว่าคราบหินปูน มันก่อตัวอย่างเงียบๆ ครั้งละเศษเสี้ยวมิลลิเมตร แต่สามารถทำให้ค่าพลังงานสูงขึ้นเป็นเปอร์เซ็นต์สองหลักได้นานก่อนที่ใครจะสังเกตเห็นปัญหา

คู่มือนี้อธิบายว่าแคลเซียมคาร์บอเนตคืออะไร ทำไมจึงเกาะบนพื้นผิวที่คุณต้องรักษาให้สะอาดพอดี ต้นทุนเท่าใด และกลยุทธ์ที่ใช้ได้จริงในการป้องกัน

ประเด็นสำคัญ

• คืออะไร: แคลเซียมคาร์บอเนตเป็นแร่ธาตุทั่วไปที่พบในหินปูน ชอล์ก และหินอ่อน ละลายลงในน้ำใต้ดินและเข้ามาในโรงงานของคุณในรูปความกระด้างของน้ำ
• ทำไมจึงเกิด: การให้ความร้อนแก่น้ำกระด้าง การสูญเสีย CO₂ หรือการเพิ่ม pH ทำให้แคลเซียมและคาร์บอเนตที่ละลายอยู่ตกตะกอนเป็นคราบแข็ง
• ทำไมจึงเสียหาย: ตะกรันเป็นฉนวนบนพื้นผิวถ่ายเทความร้อน จำกัดการไหล และเพิ่มความดันตก การใช้พลังงาน และต้นทุนการบำรุงรักษา
• ป้องกันอย่างไร: ตรวจติดตามเคมีของน้ำ ควบคุมรอบการเข้มข้น และกำจัดความกระด้างก่อนที่จะเกาะ เช่น ด้วย Electrolysis Scale Treatment (EST)

แคลเซียมคาร์บอเนตคืออะไร

แคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO₃) เป็นหนึ่งในแร่ธาตุที่มีมากที่สุดบนโลก เป็นส่วนประกอบของหินปูน ชอล์ก หินอ่อน เปลือกหอย และปะการัง และใช้กันอย่างแพร่หลายในงานก่อสร้าง กระดาษ พลาสติก สี และแม้แต่ยาเม็ดลดกรด

เมื่อน้ำฝนที่มี CO₂ ละลายอยู่ไหลผ่านหินปูน จะละลายแคลเซียมคาร์บอเนตเป็นแคลเซียมไบคาร์บอเนตที่ละลายน้ำได้ นั่นคือที่มาของความกระด้างในน้ำใต้ดินและน้ำประปาส่วนใหญ่

ตะกรันแคลเซียมคาร์บอเนตก่อตัวอย่างไร

ตะกรันเกิดเมื่อแคลเซียมไบคาร์บอเนตที่ละลายอยู่กลับกลายเป็นแคลเซียมคาร์บอเนตที่เป็นของแข็ง:

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ (ตะกรัน) + CO₂ + H₂O

สามเงื่อนไขในระบบทำความเย็นและให้ความร้อนที่ผลักดันปฏิกิริยานี้:

• ความร้อน: ผิดปกติที่แคลเซียมคาร์บอเนตละลายได้น้อยลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น พื้นผิวที่ร้อนที่สุด เช่น ท่อคอนเดนเซอร์และแผ่นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน จึงเกิดตะกรันก่อน
• การสูญเสีย CO₂: เมื่อน้ำถูกพ่นผ่านคูลลิ่งทาวเวอร์ CO₂ หลุดออกสู่อากาศ pH สูงขึ้น และแคลเซียมคาร์บอเนตตกตะกอน
• ความเข้มข้น: การระเหยทำให้ความกระด้างเข้มข้นขึ้นในแต่ละรอบ หากไม่มีการระบายน้ำหรือการบำบัดเพียงพอ น้ำจะเกินขีดจำกัดความอิ่มตัวในไม่ช้า

ผลึกแรกๆ มักเกิดเป็นวาเทอไรต์ที่ไม่เสถียร ซึ่งค่อยๆ เปลี่ยนเป็นแคลไซต์ รูปแบบที่หนาแน่นและแข็งมากที่ยึดติดกับโลหะแน่น ที่อุณหภูมิสูงขึ้นอาจเกิดรูปแบบอะราโกไนต์ได้ด้วย เมื่อมีชั้นบางๆ เกิดขึ้นแล้ว ตะกรันเพิ่มเติมจะเติบโตบนชั้นนั้นได้ง่ายขึ้น

ทำไมตะกรันจึงมีต้นทุนสูงในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

ตะกรันแคลเซียมคาร์บอเนตเป็นฉนวนที่ยอดเยี่ยม นำความร้อนแย่กว่าทองแดงที่ใช้ทำท่อคอนเดนเซอร์มากกว่าร้อยเท่า ชั้นบางๆ ก็เพิ่มความต้านทานการถ่ายเทความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ

• ใช้พลังงานมากขึ้น: ตะกรัน CaCO₃ ประมาณ 0.8 มม. ทำให้ค่าพลังงานของชิลเลอร์เพิ่มขึ้นประมาณ 10% และชั้นหนา 1/4 นิ้ว (6.35 มม.) เพิ่ม 40–80%
• อุณหภูมิ approach สูงขึ้น: อุณหภูมิ approach ของคอนเดนเซอร์ชิลเลอร์สูงขึ้น ทำให้คอมเพรสเซอร์ต้องทำงานหนักขึ้นเพื่อความเย็นเท่าเดิม
• การไหลและกำลังการทำความเย็นลดลง: คราบสะสมทำให้ท่อและช่องแผ่นแคบลง เพิ่มความดันตก และลดกำลังการทำความเย็นที่ใช้ได้
• การกัดกร่อนใต้คราบสะสม: ตะกรันกักน้ำนิ่งไว้ติดโลหะ ก่อให้เกิดเซลล์กัดกร่อนเฉพาะที่และหลุมกัดกร่อน
• การหยุดเดินเครื่องและค่าทำความสะอาด: ตะกรันหนาต้องขจัดด้วยวิธีกลหรือกรด ทำให้อุปกรณ์ต้องหยุดใช้งาน

การทำนายตะกรัน: ดัชนีความอิ่มตัวของ Langelier

วิศวกรบำบัดน้ำใช้ดัชนีความอิ่มตัวของ Langelier (LSI) ประเมินว่าน้ำจะตกตะกอนหรือละลายแคลเซียมคาร์บอเนต คำนวณจาก pH อุณหภูมิ ความกระด้างของแคลเซียม ความเป็นด่าง และของแข็งที่ละลายทั้งหมด

• LSI ต่ำกว่าศูนย์: น้ำมีแนวโน้มละลาย CaCO₃ และอาจกัดกร่อน
• LSI ประมาณศูนย์: น้ำอยู่ใกล้สมดุล
• LSI สูงกว่าศูนย์: น้ำอิ่มตัวยิ่งยวดและมีแนวโน้มก่อตะกรัน มากขึ้นที่อุณหภูมิสูง

เนื่องจาก LSI สูงขึ้นตามอุณหภูมิ น้ำที่ดูสมดุลในอ่างน้ำของคูลลิ่งทาวเวอร์อาจก่อตะกรันรุนแรงที่ผนังท่อคอนเดนเซอร์ที่ร้อน

การกำจัดตะกรันที่มีอยู่

แคลเซียมคาร์บอเนตละลายได้ง่ายในกรด จึงนิยมใช้สารล้างตะกรัน เช่น กรดไฮโดรคลอริก ซัลฟามิก ซิตริก และฟอสฟอริก การล้างด้วยกรดได้ผล แต่มีข้อเสีย:

• โดยทั่วไปต้องหยุดอุปกรณ์
• กรดกัดโลหะเช่นเดียวกับตะกรัน หากไม่ได้ยับยั้ง ควบคุม และทำให้เป็นกลางอย่างระมัดระวัง
• การจัดการและกำจัดกรดใช้แล้วเพิ่มต้นทุนด้านความปลอดภัยและสิ่งแวดล้อม
• หากไม่ป้องกัน ตะกรันก็จะกลับมา

การทำความสะอาดด้วยแปรงหรือน้ำแรงดันสูงเป็นทางเลือกสำหรับชุดท่อ แต่ก็ต้องหยุดเดินเครื่องเช่นกัน

วิธีป้องกันตะกรันแคลเซียมคาร์บอเนต

1. ตรวจติดตามเคมีของน้ำ ติดตามความกระด้าง ความเป็นด่าง pH ค่าการนำไฟฟ้า และ LSI เป็นประจำ ไม่ใช่เมื่อเกิดปัญหาแล้วเท่านั้น
2. ควบคุมรอบการเข้มข้น ตั้งการระบายน้ำเพื่อให้แร่ธาตุที่ละลายต่ำกว่าขีดจำกัดการก่อตะกรัน
3. กำจัดความกระด้างก่อนที่จะเกาะ Electrolysis Scale Treatment (EST) ทำให้แคลเซียมคาร์บอเนตตกตะกอนในเครื่องปฏิกรณ์เฉพาะ แทนที่จะอยู่บนพื้นผิวเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน แล้วนำออกจากระบบโดยอัตโนมัติ โดยไม่ใช้สารยับยั้งตะกรัน
4. รักษาความเร็วและอุณหภูมิให้อยู่ในช่วงออกแบบ การไหลต่ำและจุดร้อนเร่งการเกาะของคราบ
5. ติดตามแนวโน้มประสิทธิภาพ สังเกตอุณหภูมิ approach ของคอนเดนเซอร์และความดันตก การเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องมักเป็นสัญญาณแรกของตะกรัน
6. ตรวจสอบและทำความสะอาดตามสภาพ ใช้ข้อมูลการตรวจสอบ ไม่ใช่ปฏิทิน ในการตัดสินใจว่าจะทำความสะอาดเมื่อใด

บทความที่เกี่ยวข้อง

• วิธีป้องกันอุณหภูมิ approach ของชิลเลอร์ที่สูงขึ้น
• เหล็กกล้าคาร์บอนในระบบทำความเย็น: ประเภท คุณสมบัติ และการควบคุมการกัดกร่อน
• Legionella ในคูลลิ่งทาวเวอร์: ความเสี่ยง สัญญาณเตือน และวิธีป้องกัน

หยุดตะกรันที่ต้นเหตุ

Water Treatment Asia ช่วยโรงพยาบาล โรงแรม อาคารพาณิชย์ และโรงงานอุตสาหกรรมทั่วเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ รักษาเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและชิลเลอร์ให้ปราศจากตะกรันแคลเซียมคาร์บอเนตด้วย Elgressy Electrolysis Scale Treatment: ไม่ใช้สารยับยั้งตะกรัน ล้างด้วยกรดน้อยลง และค่าไฟต่ำลง ติดต่อทีมงานของเราเพื่อรับการประเมินระบบน้ำหล่อเย็นของคุณฟรี