Kamień kotłowy

Woda jest jednym z najczęściej wykorzystywanych mediów, służących różnym celom podczas realizacji procesów technologicznych w przedsiębiorstwach produkcyjnych i chemicznych. Chociaż z założenia jest oczyszczona, nawet ta zakwalifikowana do spożycia zawiera w sobie różne związki i minerały.

Pomimo braku szkodliwości dla zdrowia, przyczyniają się one do powstawania wielu problemów w procesach produkcyjnych. Jednym z nich jest kamień kotłowy gromadzący się w urządzeniach i instalacjach wodnych.

Czym jest kamień kotłowy?

O obecności kamienia w wodzie wie każdy, kto przygotowuje sobie kawę czy herbatę z wody gotowanej w domowym czajniku. Nie jest to oczywiście standardem, ale w większości polskich mieszkań po kilku miesiącach używania takiego naczynia na jego dnie można zobaczyć nagromadzoną warstwę twardego osadu.

O obecności związków, które odpowiadają za jego tworzenie, świadczą też ciemne osady na szklankach, a okruchy kamienia wypadają z żelazek i innych urządzeń z nawadnianiem, gromadzą się na grzałkach pralek czy zmywarek.

Czym jest i jak się tworzy kamień kotłowy? W ujęciu potocznym jest to wapienny osad, który powstaje w wyniku wytrącania się związków znajdujących się w wodzie. W ujęciu naukowym jest to osad powstający w wyniku reakcji związków chemicznych takich jak węglany wapnia czy węglany magnezu.

Kamień i woda praktycznie tworzą nierozłączną parę, gdyż węglany wapnia i magnezu są związkami pierwotnymi, które prawie zawsze występują w wodzie. Może się jednak zmieniać ich ilość, dzięki czemu mówi się o wodzie miękkiej (mało nasyconej) i twardej (z dużą ilością węglanów). Powstawanie kamienia kotłowego ma duże znaczenie dla procesów produkcyjnych, może przyczynić się do awarii urządzeń, kosztownych przestojów i mniejszej efektywności. Eliminacja kamienia kotłowego jest ważnym procesem uzdatniania wody przemysłowej, która musi cechować się określonymi parametrami.

W jaki sposób dochodzi do powstania kamienia kotłowego?

Wiedząc, co to jest kamień kotłowy, warto dowiedzieć się też, jak powstaje. Ten biały i kruchy osad jest wynikiem reakcji termicznej, czyli rozkładu węglowodorów pod wpływem wysokiej temperatury.

Można więc wysnuć wniosek, że takie zjawisko będzie miało miejsce jedynie w instalacjach wykorzystujących ciepłą wodę. Są to między innymi systemy centralnego ogrzewania, transportujące ciepło sieciowe czy wykorzystywane w procesach produkcyjnych.

W rzeczywistości pojęcie termicznego przekształcania jest względne. Nie chodzi tu bowiem o temperatury wrzenia, ale o te nieco wyższe od pokojowych. Zjawisko wytrącania się osadu można zauważyć już przy 28°C, a taką ciepłotę może mieć woda nagrzana latem w rurach przez słońce.

Ponadto, jeśli chodzi o kamień kotłowy, skład wyjściowy do jego powstawania jest nieco szerszy, gdyż poza węglanami tworzą go również siarczan wapnia, wodorotlenek żelaza (II) oraz krzemionka. Od tego składu i nasycenia wody związkami zależy tempo odkładania się kamienia.

Dlaczego kamień kotłowy jest niebezpieczny dla instalacji przemysłowych?

Kamień, który tak niepozornie wygląda na dnie czajnika, w warunkach przemysłowych może wyrządzić znaczne szkody. Odkładając się na wewnętrznych ścianach rur czy kotłów grzewczych zmniejsza ich światło i przyczynia się do spadku wydajności.

Ponadto ciepło jest rozprowadzane nierównomiernie, prowadząc do przegrzania lub niedogrzania. W procesach technologicznych takie zjawisko może mieć katastrofalne skutki!

Usuwanie kamienia kotłowego z instalacji jest też konieczne z uwagi na to, że zbyt grube warstwy osadu pękają, a odrywające się okruchy czy większe kawałki mogą blokować ruchome elementy urządzeń. Dotyczy to np. pomp.

Kolejnym problemem jest tworzenie się pod kamieniem warunków sprzyjających rozwojowi korozji. Wzrasta też zapotrzebowanie energetyczne urządzeń zanieczyszczonych kamieniem. Szacuje się, że przy 2-milimetrowej warstwie spalanie paliwa wzrasta o 25%.

Zobacz czym są stacje odwróconej osmozy

Szkody wynikają też z procesu usuwania kamienia. Pozbywanie się go mechaniczne jest trudne, gdyż ten z pozoru kruchy osad bardzo mocno przywiera do różnych powierzchni. Fizyczne oczyszczenie wnętrza kotła wymaga wielogodzinnego szorowania, skrobania i odłupywania warstwy. Przy okazji ścierane są też i rysowane ściany urządzenia.

W jaki sposób usuwać i zapobiegać powstawaniu kamienia kotłowego?

Usuwanie kamienia kotłowego może się odbywać w sposób mechaniczny. Jednak jest to nie tylko czasochłonne i meczące, ale też niekorzystne dla urządzeń czy instalacji. Znacznie skuteczniejszą metodą jest np. rozpuszczenie osadu. Ogólnie usuwanie kamienia z wody można przeprowadzać metodami:

• fizycznymi – przez wprowadzenie sygnału pola elektromagnetycznego,
• chemicznymi – przez rozpuszczenie kamienia w wyniku reakcji chemicznej,
• mechanicznymi – przez odkuwanie, rozbijanie czy wypłukiwanie osadu cieczą pod ciśnieniem.

Bez względu na to, jaką metodą przeprowadza się usuwanie kamienia kotłowego, reakcja chemiczna czy oddziaływanie polem elektromagnetycznym mogą być kosztowne, czasochłonne i powodować przestoje w pracy instalacji.

Aby tego uniknąć, należy stosować działania prewencyjne. Podstawowym procesem zapobiegającym powstawaniu kamienia jest uzdatnianie wody przez jej zmiękczanie.

Najskuteczniejszą używaną obecnie metodą jest wymiana jonowa, stosowana przede wszystkim w prywatnych domach. W warunkach przemysłowych wykorzystuje się przemysłowe stacje uzdatniania wykorzystujące zjawisko odwróconej osmozy. Często są to stacje wielopoziomowe, na każdym z etapów zmieniające inny parametr cieczy.