Reiniging van RVS warmtewisselaars, behoud en rendement

De goede corrosieweerstand van roestvast staal is vaak een doorslaggevende reden bij de keuze om een warmtewisselaar en andere procesapparatuur uit dit materiaal te construeren.

Ing. T. van Os

Vecom Metal Treatment B.V., Maassluis

Een warmtewisselaar wordt in de regel zo ontworpen dat de maximale warmteoverdracht wordt behaald en tevens het ontstaan van afzettingen zo veel mogelijk wordt beperkt. Desondanks komt het in de praktijk toch voor dat in de loop van de tijd afzettingen ontstaan in een warmtewisselaar, zowel aan de waterzijde als aan de productzijde. Deze afzettingen zorgen voor een verminderde warmte-overdracht en beïnvloeden het proces en de operationele kosten nadelig. Daarnaast kunnen afzettingen de oorzaak zijn van corrosieproblemen in RVS-warmtewisselaars.

Afzettingen aan waterzijde

De meest bekende en veel voorkomende afzettingen aan de waterzijde van een warmtewisselaar zijn calciumcarbonaat (kalkaanslag) en calciumsulfaat (gips). De afzetting ontstaat door de aanwezigheid van calciumzouten in water die in alkalisch milieu en bij hogere temperatuur neerslaan. De aanwezigheid van calciumionen wordt uitgedrukt in de zogenaamde 'hardheid' van het water. Bij hogere hardheden van het water wordt de kans op kalkafzettingen vergroot. De meest eenvoudige oplossing voor het tegengaan van calciumcarbonaatafzettingen is het gebruik van onthard water of waterbehandelingsproducten.

Daarnaast kunnen aan de waterzijde ook biologische afzettingen ontstaan, zoals algen, schimmels en bacteriën. Een dergelijke vervuiling kan leiden tot spleetcorrosie beter bekend als 'deposit attack'. De biologische afzettingen vormen hierbij namelijk een dun laagje slib en sluiten het onderliggende roestvast staal af van zuurstof. Omdat onder het biologisch materiaal een anaëroob milieu ontstaat, zal hier in de aanwezigheid van chloriden in het water zoutzuur gevormd worden en ontstaat er plaatselijk corrosie.

Als laatste kan koelwater ook kleine, niet oplosbare delen bevatten, zogenoemde 'suspended solids', zoals modder, zouten en zand. De vorming van dergelijke afzettingen is afhankelijk van de ruwheid van het RVS-oppervlak, de stroomsnelheid en deeltjesgrootte. Daarnaast kunnen zwevende, niet oplosbare deeltjes ook erosiecorrosie veroorzaken. Een eenvoudige oplossing voor dit probleem is het plaatsen van een filter of in ieder geval het regelmatig spoelen van de warmtewisselaar.

Afzettingen aan productzijde

Aan de productzijde ziet men vaak afzettingen welke tot stand komen door kristallisatie van het product. Door bijvoorbeeld vermindering van stroomsnelheid in combinatie met daling van temperatuur kunnen er kleine kristallen ontstaan, welke fungeren als hechtingspunten voor het vormen van afzettingen.
In de petrochemische industrie ontstaat dit probleem tijdens het koelen van ruwe olie, waarbij was-kristallen ontstaan die neerslaan op RVS-koelplaten. Ook in de voedingsmiddelenindustrie speelt dit fenomeen. Hier worden vaak vloeistoffen zoals oliën en vetten gebruikt die hittegevoelig zijn. Door verhitting verouderen deze oliën en vetten versneld, maar bij oververhitting verbranden ze en laten een zwarte afzetting achter op het oppervlak.

Verwijderen van afzettingen

Ondanks alle bovengenoemde maatregelen ter voorkoming van afzettingen, blijkt uit de praktijk dat na verloop van tijd in warmtewisselaars toch afzettingen kunnen ontstaan. Deze afzettingen worden gevormd onder invloed van een van bovenstaande vervuilingen of een combinatie hiervan. Reiniging van de warmtewisselaar is dan noodzakelijk, en de hierbij te gebruiken reinigingsmethode wordt bepaald door de aard en samenstelling van de afzetting. Verder geeft een chemische analyse van de betreffende vervuiling duidelijkheid over het te gebruiken reinigingsmiddel en de benodigde concentratie. Hierbij is het ook van groot belang te weten uit welk materiaal de RVS-warmtewisselaar (inclusief eventuele appendages) nog meer bestaat. De aanwezigheid van koper, staal of aluminium kan namelijk beperkend zijn voor de keuze van de toe te passen reinigingsmetboden en -middelen.
Vervolgens dient te worden bepaald op welke wijze de reiniging van de betreffende warmtewisselaar kan worden uitgevoerd. Dit kan door de zogenaamde 'circulatiemethode' of de 'dompel-methode'.
Bij de circulatie-methode wordt de reiniging ter plaatse uitgevoerd, en worden de reinigingschemicaliën gecirculeerd. Een dergelijke reiniging heeft als voordeel dat de warmtewisselaar niet uitgebouwd hoeft te worden en vaak snel weer in gebruik kan worden genomen. Echter, omdat bij het reinigen van een warmtewisselaar chemicaliën gebruikt worden en er uiteindelijk gevaarlijk afval vrijkomt, wordt er soms vanuit milieutechnisch oogpunt gekozen om deze uit te bouwen en bij een specialistisch bedrijf te laten reinigen. Daarnaast is het niet altijd mogelijk om een warmtewisselaar door middel van circulatie helemaal volledig te reinigen.
 


Een typisch voorbeeld is een RVS-platenkoeler, waar bij circulatie al snel een voorkeurstroming ontstaat. De stroming tussen de platen neemt de weg van de minste weerstand, waardoor de chemicaliën onvoldoende contact maken met de te verwijderen afzetting. In zo'n geval biedt de dompel-methode oplossing: het object wordt een of meerdere keren volledig ondergedompeld in een bad gevuld met chemicaliën, afgewisseld met hogedruk waterstraalreinigen.

Twee voorbeelden uit de praktijk

1. Circulatie-methode
Een RVS-warmtewisselaar vervuild met zware bitumen en cokesafzettingen diende gereinigd te worden middels een circulatie-methode. Daarnaast had men de eis een methode te gebruiken waarbij een minimale hoeveelheid gevaarlijk afval vrijkomt. De reiniging is uitgevoerd met een krachtig reinigingsmiddel wat zware cokesafzettingen kan oplossen in een verdunning met water. Een 5%-ige oplossing van het Veeom-product VECLEAN LowCOD® in water was afdoende om een goed reinigingsresultaat te behalen. Na de reiniging is de oliefase met daarin de opgeloste vervuiling van de waterfase gescheiden. De waterfase voldeed qua samenstelling aan de lozingsnormen en de hoeveelheid gevaarlijk afval werd gereduceerd met 90%.

2. Dompel-methode
Een warmtewisselaar bestaande uit roestvast staal, aluminium en koperen onderdelen bevatte aan zowel de waterals de productzijde kalkafzettingen. Behalve het schoon opleveren van de warmtewisselaar, diende het metaaloppervlak niet aangetast te worden door het reinigingsmiddel. Kalkafzettingen kunnen in de regel eenvoudig verwijderd worden met een zuur, echter door de combinatie van verschillende metalen bleek niet elk zuur toepasbaar. Er is een uitstekend resultaat verkregen met behulp van een dompelbad gevuld met een 10%-ige oplossing van het Vecom-product DESCALANT NF Liquid, met toevoeging van speciale non-ferro inhibitoren om het aluminium tegen zuuraantastingen te beschermen.

Vecom

Al meer dan 50 jaar is Vecom als specialist actief in oppervlaktebehandelingen van roestvast staal en heeft dan ook een uitgebreid programma RVS-beits- en RVS-onderhoudsmiddelen in haar pakket. De Vecom-Groep heeft 16 vestigingen in Noord-West Europa, een omzet van 22 mln euro en heeft meer dan 200 hooggekwalificeerde medewerkers in dienst.
Naast de metaaloppervlaktebehandeling is Vecom gespecialiseerd in het chemisch-technisch reinigen, de verwerking van afvalwater en in de productie en verkoop van onderhouds-en reinigingsproducten. In Maassluis beschikt Vecom over productiefaciliteiten en een state-of-the-art laboratorium voor onderzoek en ontwikkeling, het bewaken van de productie, controleactiviteiten en het verwerken van adviesaanvragen.

Geraadpleegde bronnen
- R.M. Davison and K.H. Miska, Stainless-steel heat exchangers, in Chemica! Engineering, No 3 (1979).
- P.H. Cross, Preventing fouling in plate heat exchangers, in Chemica! Enginering, No 1 (1979).
- T. van der Klis en J.W. du Mortier, Oppervlaktebehandelingen van roestvast staal, VOM 3e uitgave, Bilthoven, 1986.