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Incrostazione

Le incrostazioni nelle caldaie sono causate dalla cristallizzazione e precipitazione direttamente sulle superfici dello scambiatore di calore delle impurita’ presenti nell’acqua o dalla sedimentazione di solidi sospesi nell’acqua che aderiscono al metallo delle pareti e si induriscono. L’evaporazione che avviene all’interno di una caldaia causa il concentrarsi delle impurita’. Cio’ interferisce cogli scambiatori di calore e puo’ causare la formazione di punti caldi che portano al surriscaldamento locale.  Il meccanismo dietro la formazione delle incrostazioni consiste nel superamento del limite di solubilita’ dei minerali a causa dell’elevata temperatura e la concentrazione di solidi all’ interfaccia tubo-acqua. La deposizione di precipitati cristallini sulle pareti della caldaia, interferisce con lo scambio di calore e puo’ causare la formazione di punti caldi che portano a fenomeni di  surriscaldamento locale. Di conseguenza, col diminuire della conducibilita’ termica aumenta la dannosita’ per la caldaia. 

I contaminanti piu’ comunemente presenti nell’acqua, che possono formare depositi nelle caldaie, includono calcio, magnesio, ferro, alluminio, e silice. Le incrostazioni sono formate dai sali che hanno una solubilita’ limitata ma non sono completamente insolubili nell’acqua della caldaia. Questi sali raggiungono il sito di di deposizione sotto forma di precipitati.

I valori di conducibilita’ termica dei composti sono i seguenti:
Acciaio 15 kcal/m2.h per grado Celsius
CaSO4 1-2 kcal/m2.h per grado Celsius
CaCO3 0.5-1 kcal/m2.h per grado Celsius
SiO2 0.2-0.5 kcal/m2.h per grado Celsius

Le incrostazioni sono dovute soprattutto alla presenza di sali di calcio e magnesio (carbonati o solfati), la cui solubilita’ diminusce con l’aumentare della temperatura, o alla presenza di concentrazioni molto alte di silice in relazione all’alcalinita’ dell’acqua nella caldaia.
Il precipitato di carbonati e’ normalmente di natura granulare e altamente porosa. I cristalli di carbonato di calcio sono grandi ma sono solitamente ispessiti e incorniciati da particelle piu’ fini di altri materiali che fanno sembrare le incrostazioni dense e uniformi. Con qualche goccia di una soluzione acida si puo’ identificare facilmente questo tipo di precipitati, poiche’ questa operazione comporta l’effervescenza di bolle di Anidride Carbonica dall’incrostazione.
Il precipitato di solfati e’ molto piu’ duro e compatto dei precipitati di carbonato perche’ i cristalli sono piu’ piccoli e si cementificano piu’ saldamente assieme. Le incrostazioni di solfato sono friabili, non si polverizzano facilmente e non producono effervescenza a contatto con un acido. 

Il precipitato di silice e’ molto duro e somiglia alla porcellana. I cristalli di silice sono estremamente piccoli, cio’ porta alla formazione di incrostazioni molto fitte e  resistenti. Questo tipo di incrostazioni e’ estrematmente friabile e molto difficile da polverizzare. Non e’ solubile in acido cloridrico ed e’ solitamente di colore molto chiaro.
I precipitati di ferro, dovuti alla corrosione o alla contaminazione da ferro nell’acqua, sono di colore molto scuro. I depositi di ferro nelle caldaie sono spesso magnetici. Sono anche solubili in acido e producono una soluzione di colore marrone scuro.

Scaling in boiler

Se non vengono controllate, le incrostazioni causano il progressivo abbassamento dell’efficienza della caldaia, ritardando lo scambio di calore agendo da isolante. Alla fine, l’accumulo di incrostazioni causa il surriscaldamento e la rottura del tubo.
Le incrostazioni nella caldaia possono anche causare l’intasamento o l’ostruzione parziale dei tubi, in piu’ al di sotto delle incrostazioni le pareti sono prone alla corrosione. In generale, le incrostazioni possono ridurre l’efficienza del funzionamento, danneggiare la caldaia, causare interruzioni improvvise del funzionamento e aumentare i costi di pulizia dell’apparato.

La prima misura preventiva anti-incrostazioni consiste nel fornire acqua demineralizzata di buona qualita’ come acqua di alimentazione nonche’ di reintegro per la caldaia. Piu’ e’ pura l’acqua di alimentazione, piu’ e’ indebolito il meccanismo responsabile per la formazione delle incrostazioni. I minerali che formano incrostazioni e continuano ad entrare nella caldaia, possono essere inibiti usando un trattamento chimico interno alla caldaia stessa. Una tecnica consolidata consiste nella sostituzione dei cationi di Calcio e Magnesio, responsabili della durezza e presenti nei minerali delle incrostazioni, con ioni di sodio.

Presenza di Silice

La silice puo’ vaporizzare nel vapore a pressioni di lavoro dai 28 bar in su’. La sua solubilita’ nel vapore aumenta coll’aumentare della temperatura, percio’ la silice diventa piu’ solubile quando il vapore viene surriscaldato. Le condizioni per le quali si ha un riporto e accumulo di silice nel vapore, sono state studiate e documentate profondamente. I ricercatori dimostrano che per ogni serie di condizioni della caldaia usante acque di reintegro demineralizzate o condensate, la silice viene distribuita tra l’acqua del boiler e il vapore secondo un preciso rapporto. Questo rapporto dipende da due fattori: pressione della caldaia e pH dell’acqua nella caldaia. Il valore del rapporto aumenta in maniera quasi logaritmica con l’aumento della pressione e diminuisce con l’aumento del pH.
Se la silice entra nell’acqua del boiler, l’azione correttiva consiste solitamente nell’aumentare la defangazione nel fondo della caldaia, in modo da diminuirla fino a livelli accettabili e poi corregere le condizioni che hanno causato la contaminazione con la silice.


Per maggiori informazioni, consulti la nostra pagina sulle incrostazioni di silice nelle caldaie.

Puo’ trovare gli altri problemi principali che possono accadere in una caldaia: formazione di schiume e priming, corrosione.
Per una descrizione delle caratteristiche dell’acqua perfetta per la caldaia clicchi qui.
Consulti anche la nostra pagina sul trattamento dell’acqua per le caldaie, in particolare per mezzo di disaerazione (scambiatori di calore a disaerazione o contractors a membrana).

Bibliografia
Water treatment handbook Vol. 1-2, Degremont, 1991
Industrial water conditioning’, BeltsDearborn, 1991
http://www.thermidaire.on.ca/boiler-feed.html

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