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Online-TOC-Analytik So lassen sich Ausfälle von Kühlkreisläufen vermeiden

| Autor / Redakteur: Martin Glittenberg* / Dr. Jörg Kempf

Thermische Energieübertragung ist einer der wichtigsten Prozesse in Industrieanlagen. Einige Prozesse sind ohne eine Kühlung schlicht nicht durchführbar. Folglich kann der Ausfall eines Kühlsystems zu einem Produktionsstopp und zu erheblichen Kosten führen.

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Wärmetauscher mit fünf versiegelten Rohren.
Wärmetauscher mit fünf versiegelten Rohren.
(Bild: LAR )

Die Kühlung von Prozessen und Gebäuden spielt in nahezu jeder Industrie eine wichtige Rolle. Es kommen verschiedene Kühlverfahren zum Einsatz, die im Allgemeinen alle eines gemeinsam haben: das Kühlmedium Wasser. Durch Wärmeübertragung erhitztes Wasser kann auf zwei Arten behandelt werden. Die Wärmeenergie kann über Kühltürme an die Luft abgegeben werden (Durchlaufkühlung, offene Umlaufkühlung). Hierbei erfolgt die Kühlung nach dem Prinzip der Verdunstungskühlung. Die Verdunstung führt zu einer Aufsalzung des Wassers, so dass dieses abgeschlämmt und die entnommene Menge mit neuem Wasser ersetzt wird.

Chemikalien verhindern Korrosion und Fouling

Das Abschlämmwasser wird meist zurück in den Fluss abgeleitet. Dazu muss es auf Verunreinigungen überwacht werden. Die Kühlung kann auch mittels Wasser-Luft-Wärmetauscher (geschlossene Umlaufkühlung) erfolgen. Große Ventilatoren blasen Umluft durch die Wärmetauscher und entziehen dem Kühlwasser so die Wärmeenergie. Dabei reduziert sich die Wassermenge nur sehr gering. Um Korrosion und Fouling zu vermeiden, werden die Kreisläufe durch die Zugabe von Chemikalien stabilisiert. Je nach Kühlwasserqualität muss dieses vorab behandelt werden, um Korrosionen und Fouling zu vermeiden.

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Nationale und internationale Vorschriften haben Einleitwerte in Gewässer definiert (§62 Wasserhaushaltsgesetz, Deutschland und §316(b) Clean Water Act, USA). Weitere branchenspezifische Veröffentlichungen wie vom Verband der Chemischen Industrie (VCI) liefern ebenfalls Richtlinien zur Sicherung der Anlagen und Gewässer. Die kontinuierliche Überwachung der Kühlwasser ist daher von besonderer Bedeutung.

Kühlwasser wird zum Abwasser, wenn es aufbereitet und durch Chemikalienzusatz, Produkteinbrüche oder Eindickung in seiner Eigenschaft verändert wurde. Unabhängig vom Kühlsystem wird das Wasser zur Minderung des biologischen Bewuchses oftmals mit toxischen Bioziden wie Brom behandelt. Weiterhin können Konditionierungsmittel zur Stabilisierung der Härte, um Feststoffe in Schwebe zu halten und um Korrosionen zu minimieren, zugesetzt werden. Eine weitere Verschmutzungsquelle sind produktspezifische Kontaminationen, die durch eine Leckage im Wärmetauscher verursacht werden.

Reinigung des Kühlsystems stellt Abwasserquelle dar

In diesem Fall beeinflusst das Kühlwasser die Produktqualität und umgekehrt. Eine Verschlechterung des Wirkungsgrades des Wärmetransfers durch eine Leckage oder Biofilm sowie die kostspielige Entsorgung des kontaminierten Wassers gilt es zu vermeiden. Eine weitere Abwasserquelle stellt die Reinigung der Kühlsysteme dar. Je nach Bedarf werden Laugen, Säuren, Desinfektionsmittel und grenzflächenaktive Substanzen (Tenside, Dispergatoren) eingesetzt, um Ablagerungen, Biofilme oder Korrosionsprodukte zu entfernen.

Zur Vermeidung einer kostenintensiven Abwasserentsorgung ist die kontinuierliche Überwachung des Kühlwasserablaufs unumgänglich. Es wurden verschiedene Überwachungsparameter definiert, wie pH-Wert, Leitfähigkeit und Chlorid-Gehalt. Der TOC wird zur Überwachung auf organische Verunreinigungen empfohlen. Ziel ist es, zu hohe Einleitungen in den Vorfluter zu vermeiden sowie die Produktion und Umwelt zu schützen. Die Grenzwerte sind gesetzlich vorgeschrieben, und die Nichteinhaltung kann zu hohen Strafen führen. Abhilfe schafft eine Online-Überwachung auf Parameter wie den TOC oder die Toxizität, um die Flora und Fauna der Gewässer zu schützen. Oftmals sind die Parameter Teil der Vorschriften.

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