Issuu on Google+

TR F6717

Vurdering av vannbehandling i varme- og kjølesystemer for yrkesbygg med hovedtyngde kontorbygg, skoler, hotell, etc.

September 2008


TEKNISK RAPPORT SAK/OPPGAVE (tittel)

SINTEF Energiforskning AS Postadresse: Resepsjon: Telefon: Telefaks:

7465 Trondheim Sem Sælands vei 11 73 59 72 00 73 59 72 50

Vurdering av vannbehandling i varme- og kjølesystemer for yrkesbygg med hovedtyngde kontorbygg, skoler, hotell, etc. SAKSBEARBEIDER(E)

Bjarne Malvik

www.energy.sintef.no

OPPDRAGSGIVER(E)

Foretaksregisteret: NO 939 350 675 MVA

YIT Building Systems AS

TR NR.

DATO

OPPDRAGSGIVER(E)S REF.

PROSJEKTNR.

TR F6717

2008-09-30

Odd Drage

16X822.01

EL. ARKIVKODE

RAPPORTTYPE

PROSJEKTANSVARLIG (NAVN, SIGN.)

GRADERING

08071595718

Bjarne Malvik

Fortrolig

ISBN NR.

FORSKNINGSSJEF (NAVN, SIGN.)

OPPLAG

ISBN

Inge R. Gran

AVDELING

BESØKSADRESSE

LOKAL TELEFAKS

Energiprosesser

Kolbjørn Hejes vei 1d

73593950

SIDER

15

RESULTAT (sammendrag)

Det er foretatt en gjennomgang av ulike systemer for vannbehandling i varme- og kjølesystemer for yrkesbygg. Målsettingen har vært å avklare om det er forskjeller mellom de ulike alternativene når det gjelder ytelse og driftssikkerhet. Forskjellige virkemåter og manglende dokumentasjon av praktiske driftserfaringer har gjort det vanskelig å komme fram til en entydig anbefaling. Basert på forutsetningen om at korrekt pH og lavest mulig innhold av oksygen i vannet er de viktigste kriteriene for å forebygge problemer, synes ett av systemene å skille seg ut. Justering av vannets hardhet for å hindre avleiringer synes ikke å være av samme viktighet i Norge hvor det i hovedsak anvendes bløtt overflatevann. Det har ikke lykkes å innhente de ønskede opplysninger fra en sentral leverandør av kjemikaliebaserte systemer. Slike løsninger er derfor ikke inkludert i sluttvurderingen.

STIKKORD Vannbehandling

Water treatment

Prinsipper

Principles

EGENVALGTE


2

INNHOLDSFORTEGNELSE Side 1

INNLEDNING ........................................................................................................................ 3

2

AKTUELLE LØSNINGER.....................................................................................................4

3

PRODUKTTYPER.................................................................................................................. 5 3.1 ELYSATOR .................................................................................................................5 3.1.1 Prinsipp og virkemåte .......................................................................................5 3.1.2 Drift, vedlikehold og kontrollrutiner ................................................................6 3.1.3 Kostnader .......................................................................................................... 7 3.2 ENWA ..........................................................................................................................7 3.2.1 Prinsipp og virkemåte .......................................................................................7 3.2.2 Drift, vedlikehold og kontrollrutiner ................................................................8 3.2.3 Kostnader .......................................................................................................... 9 3.3 NIPROX .......................................................................................................................9 3.3.1 Prinsipp og virkemåte .......................................................................................9 3.3.2 Drift, vedlikehold og kontrollrutiner .............................................................. 10 3.3.3 Kostnader ........................................................................................................ 10 3.4 KJEMIKALIETILSETTING...................................................................................... 11 3.4.1 Prinsipp og virkemåte ..................................................................................... 11

4

SAMMENSTILLING ........................................................................................................... 12

5

SLUTTVURDERING ........................................................................................................... 14

6

LITTERATUR ...................................................................................................................... 15

16X822.01

TR F6717


3

1

INNLEDNING

Lukkede rørsystemer som sirkulerer vann vil over tid kunne erfare ulike problemer som korrosjon, groing, utfelling av partikler etc. Dette kan gi to hovedtyper problemer. Det ene er svekkelse og nedbrytning av materialer, det andre er redusert ytelse mht til å distribuere og overføre varme til eller fra den sirkulerende væsken. En lang rekke forhold vil være med og bestemme hvor driftssikre og vedlikeholdsfrie slike anlegg blir. To av de absolutt mest sentrale elementene er kvaliteten på det sirkulerende vannet og kvalitetene til de materialene som er benyttet. Ulike strategier kan velges for å opprettholde spesifisert ytelse. Det går på den ene siden an å satse på et driftsregime som inneholder tett oppfølging med hyppig bruk av korrektive tiltak. Dette kan kalles en kurativ strategi. På den annen side går det an å luke ut så mange mulige problemer som mulig under planleggings og byggefasen. Dette kan kalles en forebyggende strategi. Hva som over tid er mest lønnsomt finnes det ingen allmengyldige svar på. Forebygging vil som regel gi en gevinst gjennom mindre miljøbelastning og reduserte driftskostnader. Fravær av problemer lar seg imidlertid vanskelig kvantifisere i form av sparte kostnader som i ettertid kan dokumenteres i et regnskap. I den praktiske virkelighet vil som regel både forebygging og korrektive tiltak tas i bruk. Vannets egenskaper står sentralt når det gjelder å forebygge korrosjon og groing i et lukket rørsystem. En av de parametrene som brukes for å karakterisere vannkvalitet er pH verdien eller surhetsgraden. Surt miljø gir øk risiko for korrosjon. Andre karakteristika som hardhet påvirker også vannets innvirkning på rør og komponenter. Hardt vann som inneholder mye løste salter for eksempel karbonater, gir økt risiko for scaling (avleiringer), mens bløtt vann (overflate- og regnvann) øker risikoen for korrosjon. Vannets innhold av organisk materiale kan øke risikoen for mikrobiell vekst. Avleiringer og korrosjon er vanlige og kostbare problemer i mange systemer som benytter vann fra naturlige kilder. Forebygging av avleiringer har vært et tema i snart 200 år. Dette er ofte søkt oppnådd gjennom tilsats av ulike kjemikalier. Blant disse kan nevnes potetstivelse, garvesyre fra eik og kastanje, humus, langkjedede fettsyrer, fosforforbindelser, polyakrylamider og polymethakrylater. Disse forbindelsene forebygger avleiringer ved å senke pH verdien. Fosforbindelser hindrer også avleiringer gjennom absorpsjon på overflaten av allerede avleiret materiale for derigjennom å redusere videre krystallisasjon inntil den nesten blir ubetydelig. Det er ofte tilstrekkelig med lave konsentrasjoner, for eksempel har helt ned til 0,5 x 10 -5 mol l-1 av ortofosfat gitt signifikant reduksjon i utfellingen av kalsiumkarbonat. I de senere år har det blitt utviklet alternative systemer som bygger på andre prinsipper enn tilsats av kjemikalier. Det benyttes offeranoder, katalytisk fjerning av løst oksygen og filtrering gjennom uorganiske materialer som kalsium- og magnesiumkarbonat. Denne rapporten gjør et forsøk på å vurdere fordeler og ulemper med noen vannbehandlingssystemer som i dag er kommersielt tilgjengelig på det norske markedet. Bakgrunnen er ønsket om på objektivt grunnlag å kunne satse på et begrenset antall produkttyper i fremtidige byggeprosjekter. Sammenligninger og vurderinger går ikke i dybden på alle tekniske spørsmål og mulige brukssituasjoner, men er ment som en praktisk tilnærming til norske forhold når det gjelder vannbårne systemer for varming og kjøling.

16X822.01

TR F6717


4

2

AKTUELLE LØSNINGER

Forut for valg av metode for å forebygge avleiring, korrosjon og mikrobiell vekst i lukkede vannsystemer, bør det være naturlig å foreta en analyse av hvor stor risikoen er. Sentrale forhold som bør kartlegges kan for eksempel være: • • • • •

Er det spesiell risiko for korrosjon og avleiringer i det aktuelle systemet? Er spesielle systemløsninger mer utsatt enn andre? Kan valg av komponenter og materialer forebygge problemer? Er valgte komponenter og systemløsninger sikre med hensyn til risiko for at oksygen diffunderer inn? Kan usikker vannkvalitet være et problem?

Det vil som regel være lønnsomt å forebygge. Forebyggende tiltak vil aldri gi 100 % sikkerhet mot driftsforstyrrelser. Gode tiltak kan imidlertid bidra ved at: • • • •

Bruk av kjemiske og/eller tekniske korrigerende tiltak kan reduseres i omfang Belastningen på røropplegg og komponenter reduseres Det forbrukes mindre kjemikalier Driftstiden mellom periodisk vedlikehold øker

En strategi er følgelig at før tekniske løsninger utredes og tiltak iverksettes, bør det gjennomføres en form for risikoanalyse for å avdekke hvor stort problemet med korrosjon og avleiring egentlig er. En annen strategi kan være å implementere et standard opplegg for driftskontroll og rutiner for korrigerende tiltak uansett hvor stor eller liten risiko det planlagte anlegget i utgangspunktet blir vurdert å representere. Dette vil kunne gi sikkerhet mot for eksempel skjulte mangler ved det håndverksmessig arbeidet, ikke optimale materialvalg og ikke optimal vannkvalitet. Korrosjon og avleiringer er hovedproblemene i lukkede rørsystemer som sirkulerer vann. I et gitt anlegg må følgelig forebyggende tiltak rettes inn mot disse to forholdene. I og med at vannet er den delen av systemene som er primærkilden til problemer må tiltak i første rekke rettes mot å sikre optimal vannkvalitet. Tiltak som er aktuelle å iverksette kan være: • • • • •

Avherding av vannet Avsalting av vannet (ionebytting) Fjerning av løst oksygen o Termisk avgassing o Kjemisk avgassing (inklusive katalytisk reduksjon av O2) Korrosjonsbeskyttelse gjennom tilsats av kjemikalier Filtrering

I det følgende beskrives 3 ulike alternativer som i dag er i utstrakt bruk for å sikre god drift og ytelses i vannbårne kjøle- og varmesystemer. Systemene som er omtalt er følgende: •

Offeranode bestående av magnesium. Elysator som leveres av International Water Treatment Maritime AS (IWTM).

16X822.01

TR F6717


5

Filtrering gjennom dolomite/calsite. EnwaMatic som leveres av ENWA Water Treatment

Katalysator av palladium. Niprox som leveres av NIPROX Technology AS.

Tilsetting av kjemikalier. Kontaktet firma som leverer løsninger basert på dette prinsippet valgte å ikke svare på spørreskjema og telefoniske henvendelser. Dette alternativet mangler derfor så mye konkrete opplysninger at det ikke ville være riktig å foreta noen sammenligning.

Informasjon om systemene er innhentet gjennom skriftlig og muntlig kontakt med de respektive firma. I tillegg er det gått gjennom en rekke rapporter som omhandler temaet generelt og de enkelte produkter spesielt. Disse rapportene er kjennetegnet av en betydelig variasjon med hensyn til bakgrunn, målsetting, omfang og kvalitet. Mange er case studier hvor ett system har vært benyttet og det refereres måldata for vannkvalitet før og etter bruk av det ene aktuelle systemet. Rapportene har derfor i ulik grad vært anvendbare for sammenligning av ulike systemer.

3

PRODUKTTYPER

3.1

ELYSATOR

3.1.1

Prinsipp og virkemåte

Elysator leverer teknologi for behandling av ulike varme, kjøle og dampgenererende systemer både til maritimt og landbasert bruk. Hovedmålsettingen er å hindre korrosjon i ferskvannsystemer. Et kjennetegn er at det ikke tilsettes kjemikalier til vannet. Prinsippet er basert på bruk av offeranoder av magnesium. Magnesium befinner seg langt ned på skalaen over edle metaller og vil derfor bli ofret først, det vil si oksidert før metallet i rør og andre komponenter av mer edelt metall som jern. Under prosessen reagerer metallisk magnesium med oksygen i vannet og danner magnesiumhydroksid. Mg + 2 H2O + ½ O2 → Mg(OH)2 + H2O Korrosjon kan skyldes mange forhold, lav pH er en av disse. Destillert vann vil normalt ha en pH verdi på ca. 5,5. Elysatorsystemet vil på grunn av reaksjonene som gir Mg(OH)2 regulere vannets pH verdi til mellom 8,5 og 9,5. Følgelig forebygges pH indusert korrosjon. Helt rent vann har ingen elektrisk ledningsevne. Ved å holde ledningsevnen lav forebygges galvanisk korrosjon. Dette reduserer også belastningen på pumper, pakninger, varmevekslere etc. Effektiviteten eller virkningen av Elysatorsystemet er proporsjonal med vannets ledningsevne. Dette innebærer en viss grad av selvregulering i henhold til vannets tilstand. Når vannets ledningsevne øker vil reaksjonene med magnesium øke og derigjennom gi en bedre vannkvalitet. Partikulære avsetninger i rørsystemene er i stor grad oksider av jern og kopper. Begge oksidtypene er et resultat av korrosjon som skyldes overskudd av oksygen, lav pH eller galvanisk spenning. Mengden av løst kopper er en indikasjon på den pågående korrosjonsprosessen i systemet. Bruk av Elysator vil nøytralisere vannet og stabilisere metalloverflatene. Løst oksygen, som er en hovedårsak til korrosjon, vil fjernes gjennom reaksjonen med Mg (se reaksjonsligningen). Korrosjonen elimineres og vannet forblir rent, klart og uten sedimenter. 16X822.01

TR F6717


6

Partikler skilles ut gjennom en innebygget syklon som renses/spyles ved behov. Utskilt slam fjernes gjennom daglig drenering. Elysator har ikke behov for tilførsel av energi (elektrisitet), bruk av filterpatroner eller annet utstyr. Det er ingen elektroder som trenger kalibrering. Teknologien er utviklet i Sveits og har blitt benyttet i mer enn 30 år i ulike bransjer og næringer på land og siden 1994 også til sjøs. Den påstås å kunne anvendes i et hvert lukket eller delvis lukket sirkulasjonssystem hvor korrosjon kan oppstå. Et betydelig bruksområde er cruiseskip hvor Elysator benyttes til beskyttelse av FW kjølesystemer, dampkjeler, kjøling av hovedmaskinen, airconditioning anlegg, azipod drivaggregater og varmtvann til konsum. Anlegg er også installert i sentrale varmesystemer i store leilighetskomplekser, hoteller og sykehus. En teknisk rapport fra Det Norske Veritas datert 1998-06-12 (Project no 55036122) konkluderer med at vannbehandlingssystemet gir redusert kloridinnhold og ledningsevne og en økning av pH. Dette reduserer vannutsatte metallegeringer for korrosjon. Reduserte konsentrasjoner av jern- og kopper som funksjon av behandlingstid dokumenterer dette. Vannanalysene viser også at karboninnholdet er redusert. En slik reduksjon begrenser mulighetene for bakterievekst og medfølgende mikrobiologisk indusert korrosjon (MIC). Et godt fungerende system skal gi vann med: • pH: 8,5 – 9,5 • Ledningsevne: 50 – 80 µS/cm • O2 konsentrasjon: 0,05 mg/l 3.1.2

Drift, vedlikehold og kontrollrutiner

Vannkvaliteten kan kontrolleres gjennom online instrumentell avlesning. Manuell kontroll gjennomføres noe avhenging av anleggets kompleksitet i forbindelse med service, for eksempel en gang pr år. Vannprøver for kjemisk analyse kan sendes inn etter avtale. Det tar ca. en uke å få svar og slike prøver er gratis de første to årene. Utskilling av slam skjer i en syklon som renses/spyles ved behov. Det er ikke kjent at Elysatorsystemet har negativ innvirkning på materialer som benyttes i rør, ventiler etc. Anodene har en garantert levetid på tre år, men varer normalt fem til sju år. Tilsats av glycol eller etanol vil ikke forringe effekten men anodenes levetid kan forkortes noe. Service/rengjøring av anodene bør i slike tilfeller skje noe hyppigere enn normalt. Normal drift og vedlikehold kan ivaretas av lokalt personell på en enkel måte.

16X822.01

TR F6717


7

3.1.3

Kostnader

Anskaffelseskostnader samt årlig service og erstatning av anoder går fram av tabellen under. Volum i m3 inntil Elysator type Kostpris Årlig service Anoder ( 5 år) 0,7 TRIO 10 4,700 600 483 1,5 TRIO 15 9,000 800 513 5 25 23,960 1,590 946 10 50 37,000 1,802 1,065 20 75 48,000 2,140 2,690 30 100 64,000 2,900 3,388 70 260 90,000 3,300 5,600 120 500 106,000 4,600 6,400 220 800 126,000 5,618 6,900 300 1000 175,000 6,360 7,700 Serviceprisen går ned når flere anlegg befinner seg på samme sted. Enkelte anlegg velger også å gå over til service hvert annet år når anlegget er stabilisert og ønsket vannkvalitet er nådd.

3.2

ENWA

3.2.1

Prinsipp og virkemåte

EnwaMatic® er et patentert behandlingssystem for vannbårne varme- og kjøleanlegg. Behandlingen er basert på at en delstrøm av vannet passerer gjennom et bed eller filter av dolomite/calcite. Dolomite består av kalsium- og magnesiumkarbonat (CaCO3 · MgCO3), mens calcite er CaCO3. Effekten som oppnås er at vannets pH øker og bibeholdes i området 8,5 – 10,5. Også alkalinitet og hardhet øker. Endringen i de nevnte parametere oppstår på grunn av at vannet tilføres Ca og Mg ioner. Systemets forebygging av korrosjon er basert på pH stabilisering og filtrering av korrosjonskjerner og større korrosjonsprodukter. Fjerning av løst oksygen er sannsynligvis ikke så god som hos enkelte andre systemer /Drugli/. Filteret er i normal gjennomstrømningsretning bestående av kvarts sand (silica), dolomite/calcite, PEA gravel (en definert type sand) og glasskuler (glass beads). Filtersystemet rengjøres normalt for avsatt partikkelmasse gjennom tilbakespyling. Dette skjer under stabile driftsforhold automatisk en gang pr måned. Tilsetting av frosthindrende midler som glycol eller etanol innvirker ikke på funksjonen til EnwaMatic®. EnwaMatic® har ingen negativ innvirkning på materialer som benyttes i rør, ventiler etc. Før oppstart i anlegg som tidligere har hatt omfattende dosering av kjemikalier, anbefales drenering med påfølgende skylling (flushing) med rent vann før tilkobling av EnwaMatic®. I følge produsenten beskrives nytteverdien ved å sirkulere vannet gjennom en beholder med dette stoffet, blant annet på følgende måte: 16X822.01

TR F6717


8

• • • • • • • • • • •

Full korrosjonsbeskyttelse gjennom pH stabilisering og filtrering/fjerning av korrosjonskjerner Forhindrer avleiring - stabiliserer vannets hardhet nær metningsnivå Filtrerer ned til < 15-20 µm (mikron) Hindrer bakterieutvikling – gjennom fjerning av næringsstoffer Fjerner luft/oksygen – mikrobobler men ikke løst oksygen Energisparing Kontinuerlig, selvregulerende vannbehandling Sikrer optimal energioverføring Forlenger anleggets levetid Reduserer service og vedlikeholdsutgifter Miljøvennlig og riktig teknologi (?)

3.2.2

Drift, vedlikehold og kontrollrutiner

Vannkvaliteten kontrollerers første gang etter tre måneder. Under normal drift tas det deretter årlige vannprøver som sendes til akreditert laboratorium for analyse. Analysetiden er som regel en uke. Resultatene dokumenteres gjennom årlige servicerapporter. I følge Enwas FDV dokumenter blir følgende parametere analysert: • pH • Tørrstoff (> 25 mikron partikler) • Fe • Cu Bedriften har valgt å ikke dokumentere anleggenes tilstand gjennom bruk av egne analyseresultater. Målinger med avlesning på stedet gjennomføres derfor bare for interne vurderinger i oppstartsfasen eller ved spesielle driftsproblemer. Vannprøver sendes årlig direkte til eksterne laboratorier for analyse. Det kan installeres en online pH måler som gir alarm ved avvik fra innstilte verdier. Tilbakespyling for å fjerne slam/avsetninger i filteret gjennomføres hver 14. dag. Dette gjøres automatisk for å unngå driftsproblemer som kan oppstå på grunn av manglende oppfølging av den lokale driftsansvarlige. Forbruket av dolomite/calcite bestemmes ved å måle avstanden ned til overflaten av filterbedet. Ved behov for erstatning etterfylles fra toppen av beholderen. Drift og vedlikehold behøver ikke å bli utført av leverandør.

16X822.01

TR F6717


9

3.2.3

Kostnader

Type

Beregnet for system volum / m³

Diameter / mm

Veil. pris pr. enhet, manuell

Veil. pris årlig vedlikehold

EM 825

0 – 3 m³

477 / 1514

Kr. 28.200,-

Kr.

3 624,-

EM 1252

3 – 15 m³

477 / 1714

Kr. 47.900,-

Kr.

3 838,-

EM 1260

15 – 40 m³

477 / 2014

Kr. 63.900,-

Kr.

4 159,-

EM 1665

40 – 80 m³

577 / 2119

Kr. 100.200,-

Kr.

4 587,-

EM 1672

80 - 130 m³

577 / 2319

Kr. 120.100,-

Kr. 4 908.-

Med flere EnwaMatic installasjoner på samme bygg beregnes vedlikeholdsavtalen på følgende måte: Prisen på vedlikehold for den største installerte EnwaMatic modellen settes som angitt i prislisten. Øvrige EnwaMatic’er på samme bygg kommer på kr. 2 350,- pr. stk.

3.3

NIPROX

3.3.1

Prinsipp og virkemåte

Vannbehandlingssystemet fra Niprox er beregnet for montasje i lukkede kjøle- og varmeanlegg. Systemets primære funksjon er å fjerne oksygen og partikler fra det sirkulerende vannet. Vannets pH verdi blir også justert til et nivå mellom 9,5 og 10,5 ved tilsats av lut (NaOH) eller små mengder trinatriumfosfat. Renseprosessen foregår i katalysatormassen som er et regenererbart granulat av en svak ionebytter som er belagt med palladium. Hydrogen som tilføres systemet batchvis ved oppstart absorberes av palladiumet og gjennom en katalytisk prosess med oksygen som er løst i det sirkulerende vannet dannes vann ut fra reaksjonen: 2 H2 + O2 = 2 H2O. Hydrogen må tilføres anleggene rutinemessig to ganger årlig. Oksygenfjerningen er meget effektiv. Fravær av oksygen stopper oksidasjonsprosesser (korrosjon) i kretsløpet. Avhengig av om det dreier seg om montasje i nytt eller eksisterende anlegg anvendes en eller to enheter. Den ene enheten er mobil og benyttes normal bare i oppstartfasen, primært i eksisterende anlegg, for å bringe vannkvaliteten til et nivå som kan vedlikeholdes av den stasjonære enheten. Denne enheten, også kalt vedlikeholdsenheten, er utstyrt med sirkulasjonspumpe og kan monteres hvor som helst i anlegget. Sirkulasjonspumpen sørger for at vannvolumet som behandles til en hver tid er konstant og uavhengig av sirkulasjonen i kjøle- eller varmekretsen. 16X822.01

TR F6717


10

Katalysatormassen fungerer også som partikkelfilter for utfelte metalloksider og andre faste forurensninger. Filtreringsevnen hevdes å omfatte partikler ned til under 1 µm (1/1000 mm). Materialer som normalt benyttes vil ikke påvirkes negativt av NIPROX. Tilsetting av glycol til vannet vil ikke ha innvirkning på NIPROX katalysatoren. Tilsetting av etanol kan ha negativ innvirkning med mindre nettvannet som benyttes er totalavherdet, totalavsaltet og fritt for oksygen. For kjøleanlegg som inneholder etanol tilbys levering av ferdigbehandlet vann. Det er da avherdet, avsaltet, pH justert og iblandet etanol til ønsket frostsikring. For eksisterende anlegg som skal ta i bruk NIPROX anbefales forbehandling med et mobilt NIPROX-anlegg for i løpet av 7 – 14 dager å ”friskmelde” vannet før vedlikeholdsanlegget tas i bruk. 3.3.2

Drift, vedlikehold og kontrollrutiner

Ved normal drift kontrolleres vannkvaliteten 2 ganger årlig i forbindelse med rutinemessig service som i hovedsak utføres av leverandøren. Dokumentasjon av spesifisert kontroll er nødvendig for å opprettholde garantien. Drift og vedlikehold kan utføres av annet personell forutsatt nødvendig opplæring og innføring i FDV. I forbindelse med service måles parametrene: • O2 konsentrasjon • pH verdi • ledningsevne • hardhet • saltinnhold (TDS) Benyttet måleutstyr kontrolleres og kalibreres mot standarder. Det sendes normalt ikke inn vannprøver til eksterne laboratorier. Nødvendig etterfylling av hydrogen skjer i forbindelse med servicebesøk og ut fra måleverdier for oksygeninnholdet. Større anlegg kan leveres med automatisk måleutstyr for kontinuerlig kontroll av vannkvaliteten. I og med at katalysatormassen også fungerer som filter vil partikkelavsetninger over tid redusere massens katalytiske effekt. Som en indikator på massens tilstand benyttes trykktapet over katalysatoren. Filterpatronene bør skiftes når ∆p overstiger 2,5 til 3 bar. Dette trykktapet er den eneste parameteren eier av anlegget behøver å kontrollere. Katalysatoren forbrukes ikke og massen (filteret) som skiftes på grunn av høyt trykkfall går gjennom en regenereringsprosess og brukes om igjen. 3.3.3

Kostnader

Anskaffelse: Niprox 4-element Niprox 7-element Niprox 12-elemement 16X822.01

0-80 m3 80-150 m3 150-250 m3

Kr. 46.000,Kr. 60.000,Kr. 110.000,TR F6717


11

Årlig kontroll: Pris pr. i dag kr. 6.000,- eks. mva. inkl. reise og rapportering.

3.4

KJEMIKALIETILSETTING

Den aktuelle leverandøren har ikke svart på tilsendt spørreskjema. 3.4.1

Prinsipp og virkemåte

Forebygging av korrosjon, scale (avleiringer) og mikrobiell vekst i lukkede vannsystemer, kan oppnås ved tilsats av kjemikalier. Avhengig av hva som ønskes oppnådd må ulike kjemikalier tilsettes. Oksygen løst i vannet kan fjernes gjennom såkalt kjemisk avgassing. Eksempler på dette er tilsetting av sulfit (SO3) eller bisulfit (HSO3) som reagerer med oksygen og danner sulfater (SO4). Et annet alternativ er bruk av hydrazin (N2H4) som i reaksjon med oksygen gir N2 og vann. Også organiske kjemikalier, blant annet tanniner, kan benyttes. Scale fjernes gjennom tilsats av organiske syrer. Mikrobiell kontaminering vil kreve andre kjemikalier. Bruk av kjemikalier kan gi god effekt. For vedvarende effekt må det sikres at en effektiv konsentrasjon opprettholdes gjennom at adekvate mengder doseres. Ulemper kan være toksisitet og negativ miljøpåvirkning. Både de rene kjemikaliene og behandlet vann kan ha egenskaper som gjør at de klassifiseres som spesialavfall

16X822.01

TR F6717


12

4

SAMMENSTILLING

Som omtalt under kapittel to er det i liten grad funnet litteratur som gir gode sammenlignende tester av de ulike produktene. En rapport omhandler et pilotprosjekt i regi av Entra eiendom AS hvor det er satt opp en del sentrale momenter som er vurdert å være viktigst i forbindelse med krav til vannbehandlingssystemer. Vurderingene er foretatt av ÅF-Consult AS. Valgte kriterier er angitt som følgende sju punkter: 1. Lavt oksygen innhold (< 20 ppb) i sirkulasjonsvannet gir reduksjon av både korrosjon og aerob bakteriell vekst 2. Justering av pH (9,0 – 10,5) 3. Justering av konduktivitet (elektrisk ledningsevne) 4. God filtrering slik at reguleringsutstyr og ventiler fungerer optimalt. Utskillingsgraden må være partikler ned til 1 µm. 5. I større anlegg er det viktig at en stor volumstrøm (> 2000 l/h) blir behandlet slik at vannbehandlingen er à jour og holder korrosjon, smuss og beleggdannelse på et minimalt nivå. 6. I eksisterende anlegg som ikke har vannbehandling eller har et ikke fungerende system, må det gjøres en omfattende vannbehandling ved oppstart slik at vannkvaliteten (oksygeninnhold og partikler ned til 1 µm), kommer ned på riktig nivå i løpet av 2-3 ukers behandling. 7. Vannbehandlingen krever kvalifisert oppfølging for kontroll av funksjon og nødvendig måltaking, for å registrere at anlegget faktisk fungerer i henhold til målsettingen. Med utgangspunkt i momenter i listen over er det gjort en vurdering av tre ulike leverandører: Leverandør/produkt EnwaMatic Niprox Elysator

1 x

2 x x x

3 x x x

4

5

6

x

x

x

7 x x x

Vurderingen kan synes å gå noe ensidig i favør av ett produkt, det kan derfor være grunn til å stille spørsmål om oppsettingen av kriterier (de sju punktene) er helt nøytral. I og med at de primære virkemekanismene er så vidt forskjellig kan en objektiv sammenligning muligens ha behov for flere og mer nyanserte kriterier. Det kan også diskuteres hvorvidt alle momentene skal tillegges like stor vekt. Hvor viktig er det for eksempel at partikler helt ned til 1 µm fjernes? Det er ikke funnet dokumentasjon for at dette gir noen klar gevinst i forhold til systemer som ikke fjerner partikler mindre enn 15 til 20 µm. På følgende side er det satt opp en tabell hvor noen flere momenter er tatt inn. Kostnader, behov for vedlikehold og service er også forhold som må tas med i betraktningen. Opplysningene er innhentet fra leverandørene. Som det fremgår er virkemekanismene helt ulike. Oppnådd pH verdi i behandlet vann er likevel i samme område. Enwas produkt har ingen direkte reduserende virkning på løst oksygen. Niprox benytter en egen pumpe for å sikre en konstant delstrøm gjennom filteret/katalysatoren. Dette kan være en fordel men på den andre siden blir det et ekstra energiforbrukende element som må vedlikeholdes.

16X822.01

TR F6717


13

Niprox Primær Katalytisk virkemekanisme fjerning av O2 pH justering Ja (9,0-10,5) justering med kjemikalier Ionebytting Svak Reduksjon av Ja ledningsevne < 20-30 µS/cm Reduksjon av Oppnådd nivå: O2 løst i vann < 20 ppb Innvirkning av Etanol kan ha glycol/etanol neg effekt hvis ikke riktig vannkvalitet* El behov Ja Egen pumpe Ja 0,75 kW Rensing Del gjennom del/hel strøm Filtrering Ja, ved hjelp av katalysatormasse (ned til 1 µm). Filter byttes, tilbakespyling mulig Service 2 x årlig, må utføres av leverandør/ annen godkjent av leverandør Vannanalyser På stedet i forbindelse med service. Har helst med kunden Normal drift og Ikke behov for vedlikehold tiltak mellom servicer

Enwa Karbonatisering Ja (9,0-9,5) karbonatlikevekt Nei Ja

Elysator Offeranode (binding av O2) Ja (8,5-9,5)

Kjemikalier

Nei Ja, 50-80 µS/cm Oppnådd nivå: 50 ppb Anoder kan forbrukes hurtigere**

Tar ut mikrobobler Ingen

Nei Nei Del

Filtermasse og tilbakespyling (månedlig eller etter behov, automatisk) < 15-20 µm Årlig, kan utføres av andre etter instruks

Nei Nei Del, bortsett fra de minste enhetene Syklon, renses spyles ved behov. (µm ikke kjent)

Krever ikke serviceavtale

Ekstern lab. årlig

Ved behov, egen lab eller ekstern lab etter ønske

Kan utføres av lokalt personell

Kan utføres av lokalt personell

*: Avherdet, avsaltet og fritt for O2 **: Inhibitorer tilsatt glycol øker vannets ledningsevne og derved forbruket av anoden

Investeringskostnadene er knyttet til anleggenes størrelse eller kapasitet. Niprox angir tre anleggsstørrelser mens EnwaMatic og Elysator har henholdsvis 5 og 10. En sammenholding av omtrent tilsvarende kapasiteter indikerer at Niprox ligger noe lavere i pris enn EnwaMatic og Elysator. Når det gjelder årlig drift/vedlikehold/service er det små forskjeller. SINTEF rapporten ”Vannbehandling – korrosjon i lukkede vannsystem”, trekker følgende konklusjoner (sitat): 16X822.01

TR F6717


14

I tette lukkede system kan korrosjon og utfelling av korrosjonsprodukter kontrolleres ved pH regulering. Oksygen nivået vil avta naturlig ved at oksygen forbrukes i korrosjonsprosessen ved oppstart av anlegget, samt at luft skilles ut ved oppvarming. For anlegg som inneholder stål, kobber og messing bør pH ligge mellom 9,5 og 11. Påfylling må gjøres med vann som inneholder lite Ca2+, Mg2+ og Cl-. Det anbefales lukket ekspansjonstank. I større anlegg der en kan regne med noe lekkasje og noe vannforbruk bør det benyttes regelmessig eller kontinuerlig oksygen fjerning og pH regulering (9 – 11) for å kontrollere korrosjon og utfelling. Fødevann bør ha lavt innhold av Ca2+, Mg2+ og Cl-. Inneholder vannet mye Ca2+, Mg2+ vil en pH økning til 9 – 11 gi utfelling av kalsiumkarbonat (CaCO3) og magnesiumhydroksid (Mg(OH)2). Det bør i slike tilfeller benyttes en korrosjonsinhibitor og lavere pH. Dersom en klarer å holde oksygen nivået lavt, < 10 ppb, vil også en pH på 7,5 og over gi lite korrosjon, men allikevel så stor at det kan gi slamproblemer. Oppbygging av anlegg og redusert virkningsgrad blir tatt hensyn tli under dimensjonering av anlegg. Dersom en med sikkerhet kan unngå tap i virkningsgrad ved å benytte oksygenfjerning, kan en ta hensyn til dette ved dimensjoneringen og få et mindre og billigere anlegg. Oksygen fjerning reduserer faren for korrosjon. Dette sikrer at det ikke oppstår driftsforstyrrelser og at virkningsgraden ikke reduseres pga slam i systemet. Over tid vil dette gi ENØK gevinst.

5

SLUTTVURDERING

Sikring av lavt oksygennivå og optimal pH synes å være de to forholdene som er av størst betydning for å oppnå problemfri drift og best varmeoverføring. Vannets hardhet har også betydning med tanke på avleiringer og må tillegges vekt hvor slik vannkvalitet foreligger. De tre ”ikke-kjemikaliebaserte” systemene synes alle å sikre en pH verdi som ligger i det området som SINTEF rapporten ” Vannbehandling – korrosjon i lukkede vannsystem”, angir å være optimal mht å forhindre korrosjon. Av de tre ”ikke kjemikaliebaserte” systemene som her er omtalt, synes Niprox å være det sikreste alternativet mht å opprettholde lavest mulig oksygennivå i vannet. Enwa og Elysator kan driftes av lokalt personell mens Niprox anlegg må vedlikeholdes av leverandøren. Enkelt vedlikehold med minimalt kompetansebehov for å opprettholde normal drift synes umiddelbart å være en fordel. På den annen side kan det å få regelmessig ettersyn av fagfolk sikre at små detaljer ikke overses og at misforståelser om driften ikke oppstår. Enwa og Elysator benytter i motsetning til Niprox eksterne laboratorier for nødvendige analyser av vannkvaliteten. Dette innebærer i utgangspunktet en mer uhildet dokumentasjon. Ut fra mottatte prislister ser det ut til at Niprox har lavest investeringskostnad ved sammenligning av tilsvarende anleggskapasiteter. Angitte kostnader til drift, vedlikehold og kvalitetskontroll ved de tre løsningene synes å være noenlunde like. Det har i denne vurderingen ikke vært mulig å analysere alle mulige fordeler og ulemper, særlig mangler dokumentasjon av den praktiske driften. De benyttede prinsipper er forskjellige og behovene i aktuelle prosjekter kan variere. Det kan derfor ikke konkluderes med at ett produkt i alle sammenhenger er bedre enn et annet. Hvis lavest mulig oksygennivå gir sikrest drift synes imidlertid Niprox å være det beste alternativet.

16X822.01

TR F6717


15

6

LITTERATUR

Drugli John M.: Vurdering av korrosjon i varmeanlegg. SINTEF rapport STF24 F0026. 2000. Eggen Thor G., Frydenlund Frode: Vannbehandling â&#x20AC;&#x201C; korrosjon i lukkede vannsystem. SINTEF rapport STF24 F02300. 2002. Entra Eiendom AS: Vannbehandling â&#x20AC;&#x201C; oppsummering av pilotprosjekt. 2006-06-21. Log T, Simpson G, Hanssen H.K, Robison M, Hubble J and Pearson S A: Scale and corrosion control with combined dolomite/calcite filter. Water Science and Technology. Vol 49 no 2 pp 137-144. 2004. GE Water Purification handbook. Chapter 24, Corrosion Control-Cooling Systems. http://www.gewater.com/handbook/cooling_water_systems/ch_24_corrosion.jsp GE Water Purification handbook. Chapter 25, Deposit and Scale Control-Cooling Systems. http://www.gewater.com/handbook/cooling_water_systems/ch_25_deposit.jsp

16X822.01

TR F6717


YIT teknisk rapport