Dlaczego ważne jest dokładne przewidzenie pH wody przy doborze programu kondycjonowania wody chłodniczej?

Poprawny dobór programu kondycjonowania wody chłodniczej zależy od poprawnego przewidzenia własności wody chodzącej, po jej zagęszczeniu w obiegu chłodniczym. Do tego celu najczęściej stosuje się Indeks Nasycenia Langeliera (Langelier, 1936):

LSI=pHa-pHs  [1]

gdzie: LSI – Indeks Nasycenia Langeliera (ang. Langelier Saturation Index, LSI)

pHa – aktualna wartość pH wody

pHs – wartość pH wody w stanie nasycenia węglanu wapniowego CaCO3, powyżej której nastąpi wytrącanie się CaCO3

lub też Indeks Stabilności Ryznara (Ryznar, 1944):

RSI=2pHs-pHa[2]

gdzie:  RSI – Indeks Stabilności Ryznara (ang. Ryznar Stability Index, RSI)

Szczegółowe sposoby obliczania i interpretację obu indeksów (w tym obliczania pHs) omówię przy innej okazji. W tej chwili chciałbym skupić się na bardzo istotnym elemencie obu indeksów, a mianowicie wartości pHa. W przypadku wyznaczania indeksu charakterystycznego LSI lub RSI wody nie poddanej żadnym procesom fizycznym, np. zagęszczeniu przez odparowanie, wartość pHa może odpowiadać wartości pH zmierzonego pHm. Z taką sytuacją mamy do czynienia np. w rurociągu wody przemysłowej czy wody do picia. Jednakże w przypadku wody chłodzącej aktualna wartość pHa wody zależeć będzie m.in. od zastosowanych preparatów antyosadowych czy też np. od tego czy wytrąca się w obiegu osad węglanu wapnia CaCO3 (Coughlin, 2012). 

Biorąc pod uwagę powyższe problemy przy symulacji własności wody chłodniczej w zależności od przewidywanego zagęszczenia zaleca się raczej obliczenie teoretycznej wartości pHa. Jako pierwszy podszedł do tego zagadnienia w ten sposób Paul Puckorius, który dokonał następującej modyfikacji Indeksu Stabilności Ryznara (Puckorius, 1983):

PSI=2pHs-pHeq[3]

gdzie:  PSI – Praktyczny Indeks Osadotwórczości lub Indeks Osadotwórczości Puckoriusa (ang. Practical Scaling Index lub Puckorius Scaling Index)

zastępując wartość pHa wartością pHeq, będącą pH wody chłodzącej w stanie równowagi obliczonej na podstawie zasadowości ogólnej wody chłodzącej. Porównując równania [2] oraz [3] widzimy, że różnią się one wartością aktualnego pH wody. W indeksie Ryznara RSI jest to zmierzona wartość pHa, podczas gdy w indeksie Puckoriusa jest to wartość obliczona na podstawie całkowitej zasadowości wody chłodzącej pHeq. 

Nie będę obecnie skupiał się na dyskusji o wyższości LSI nad RSI lub odwrotnie czy też wykorzystaniem PSI. Przyjdzie na to czas w najbliższej przyszłości. Skupię się w tej chwili na tym, że do przewidywania własności wody chłodzącej po jej zagęszczeniu od wody uzupełniającej do wody obiegowej należy używać pHeq obliczonego na podstawie zasadowości ogólnej wody obiegowej. Puckorius podał empiryczny sposób obliczania wartości pHeq:

pHeq=1,465logAlktot+4,54[4] (Puckorius, 1983)

Oprócz Puckoriusa także kilku innych badaczy podało empiryczne sposoby wyznaczenia pHeq na podstawie zasadowości ogólnej wody:

pH=1,6logAlktot+4,4[5] (Kunz, R.G. Yen, A.F. Hess, 1977)

pH=1,56logAlktot+4,3 [6] (Caplan, 1990)

pH=0,92logAlktot+6,6 [7] (Vanderpool, 2004)

 

Zatem przy symulacji składu wody chłodzącej w zależności od zagęszczenia należy używać jednego z powyższych równań. Wkrótce przedstawię porównanie z wartościami empirycznymi. 

Bibliografia

Caplan, G. (1990). Cooling Water Calculations: Do They Compare? In Corrosion 90, April 23-27, Papewr 100, Las Vegas 1990.

Coughlin, M. (2012). An Improved Method for Calculating Calcium Carbonate Deposition. CTI Journal, 33(1), 28–34.

Kunz, R.G. Yen, A.F. Hess, T. C. (1977). Cooling Water Calculations. Chemical Engineering (New York), 84, 61–77.

Langelier, W. F. (1936). The Analytical Control of Anticorrosion Water Treatment. JAWWA, 28(10), 1500–1521.

Puckorius, P. (1983). Get a better reading on scaling tendency of cooling water. Power, 127(9). Retrieved from http://www.refdoc.fr/Detailnotice?idarticle

Ryznar, J. W. (1944). New Index for Determining Amount of Calcium Carbonate Scale Formed by a Water. JAWWA, 36, 473–486.

Vanderpool, D. (2004). There is more than one pH value for a cooling water. Ultrapure Water, 21(3), 37–42.