1. No category

ENNAKKOHUOLTO
IONINVAIHTO
Pidetään suolanpoisto kunnossa
Suurin osa veden sisältämien suolojen poistosta teollisuudessa tehdään joko
ioninvaihdolla tai käänteisosmoosilla. Kaksiosaisessa artikkelissa käydään läpi
keskeisiä ennakkohuollon piiriin kuuluvia prosessinosia ja toimenpiteitä, joilla näiden
teknologioiden käyttövarmuutta ja käsitellyn veden laatua voidaan parantaa.
IONINVAIHTO ON monen muun käyttö-
sovelluksen lisäksi vedenkäsittelytekniikka, jolla valmistetaan suurin osa
teollisuuden käyttämästä suolattomasta
ja pehmennetystä vedestä. Teknologia
perustuu ioninvaihtohartsiin, jolla on
kyky oman kemiansa kautta. Siinä vaihdetaan käsiteltävässä vedessä olevat
kationit ja anionit hartsiin regeneroinnissa ladattuun ioniin. Ajojakson aikana
regeneroinnissa hapolla ja emäksellä
elvytetyt hartsit vaihtavat kapasiteettinsa verran ioneja ja tekevät prosessin
mitoituksen mukaisen määrän suolatonta vettä seuraavien pääreaktioiden
mukaisesti:
kationinvaihtohartsi (R-)
R-H+ + Na+ + Cl- ➔ R-Na+ + H+ + Clanioninvaihtohartsi (R+)
R+OH- + H+ + Cl- ➔ R+Cl- + H2O
Ioninvaihtoprosessin erittäin tärkeä
ominaisuus on sen jaksollisuus. Ajojaksot ja regeneroinnit seuraavat toisiaan.
Kyseessä on panosprosessi, jossa käytössä pidettävyys on toiminnan perusedellytys.
Tästä tuotantoon kuuluvasta normaalista toiminnasta voidaan ja pitää
erottaa määräajoin tehtävät kunnossapitotoimet tai paremminkin ennakkohuoltotoimet, joissa pätevät samat lainalaisuudet kuin missä tahansa muussa
44
Jani Vuorinen,
Asiantuntija,
vesi-ihminen.fi
kokonaisuudessa: kriittiset kohteet
tulee olla luokiteltu, huollon suunnittelua tehdään lyhyellä, mutta myös pidemmällä aikavälillä ja toimenpiteiden
sekä huomioiden kirjaaminen tehdään
sovittujen käytäntöjen mukaisesti.
Hartsien kunnosta
on pidettävä huolta
Hartseilla on tärkein osa ioninvaihtoon
perustuvassa suolanpoistossa. Niiden
kunnosta huolehtiminen ja kunnonmuutoksen ennakointi on prosessin
toiminnan kannalta keskeistä. Ioninvaihtohartsit ovat kulutustavaraa, ja
niiden käyttöikä vaihtelee hartsityypistä
sekä käsiteltävästä vedenlaadusta toiseen. Käyttöiän ja tuotetun vedenlaadun kannalta erityisen haastavia ovat
kationihartseille vedet, joissa on suuret
kiintoaine-, rauta-, alumiini- ja kovuussuolapitoisuudet. Lisäksi rasvat ja öljyt
ovat myrkkyä hartsien kinetiikalla.
Anioninvaihdin sijoitetaan proses-
sissa kationinvaihtimen jälkeen. Näin
se on suojassa mekaanisesti ja kemiallisesti kationinvaihdinta likaavilta komponenteilta. Anionihartsin käyttöikää
ja toimintaa vaarantaa käsiteltävän
veden suuret orgaanisten aineiden
pitoisuudet, jotka lähes poikkeuksetta
ovat luonteeltaan anionisia ja suurimolekyylisiä. Orgaaninen likaantuminen
on tapahtuma, jossa hartsin ajojakson
aikana vedestä poistama aines ei regeneroinnissa ehdi poistua hartsista vaan
jää sinne. Jaksottaisesti toistuva ilmiö
likaa vähitellen anionihartsin. Ratkaisuna on määräajoin tehtävä erityispesu
suolalla ja natriumhydroksidilla (kuva
1). Käsiteltävän veden korkea silikaattipitoisuus saattaa myös liata anionihartsin. Silikaatin taipumus polymeroitua
hartsin sisään on estettävissä oikein
toteutetulla regeneroinnilla.
Ioninvaihtohartseista tulee pitää
huolta jatkuvasti. Muutokset niiden
kunnossa havaitaan vertaamalla ajojaksossa läpi ajettua vesimäärää ja laatua.
Tästä käytössäpidettävyydestä erotettavalla ennakkohuollolla tarkoitetaan
hartsien kohdalla tyypillisesti vuosittain
tehtäviä erityispesuja, tuplaelvytyksiä ja
rikkoutuneen hartsin poistoa.
Erityispesuilla tarkoitetaan jo aiemmin mainitun suolapesun kaltaisia
promaint 3/2014
44-47_Promaint_3-2014_ioninvaihto.indd 44
5/5/14 3:18 PM
KÄYTTÖVARMUUS
Vähitellen tapahtuva ilmiö likaa
vähitellen anionihartsin. Ratkaisuna on
määräajoin tehtävä erityispesu suolalla ja
natriumhydroksidilla.
toimia. Kationihartseille tehtäviä erityispesuja ovat raudan ja alumiinin poistamiseen tarkoitettu suolahappopesu,
kovuuden aiheuttaman likaantumisen
pesu suolahapolla sekä typpihapolla tai
tehokkaimmillaan kompleksinmuodostajilla. Öljylikaantuneen hartsin
kunnon voi palauttaa ainakin osittain
ionisoitumattomalla pinta-aktiivisella
pesuaineella.
Hartsivalmistajat ovat kehittäneet
tähän käyttötarkoitukseen erityistuotteita. Tuplaelvytyksessä normaali regenerointiohjelma ajetaan läpi siten, että
kemikaalimäärä tuplataan pidentämällä
kemikaalisyötön aikaa. Hartsin ja elvytyskemikaalin kontaktiaikaa pidentämällä tehostettu regenerointi on tehtävä
aina, kun hartsi poistetaan vaihtimesta
tai sille on tehty jokin muu kuin elvyttävä erityispesu.
Ioninvaihtoprosessista on olemassa
muutama toisistaan poikkeava sovellus.
Yhteistä kaikille on, että ne tavoittelevat
parempaa kemikaalitaloutta, hyvää käsitellyn veden laatua sekä mahdollisimman pientä jätevesimäärää.
Käytännössä merkittävimmät erot
prosesseissa ovat seuraavat:
• Ajetaanko käsiteltävä vesi vaihtimeen alhaalta vai ylhäältä?
• Ajetaanko elvytyskemikaalit samasta suunnasta (myötävirtaprosessi) vai
eri suunnasta (vastavirtaprosessi) kuin
käsiteltävä vesi?
• Tarvitaanko prosessiin minimikiertopumppua?
• Onko vastavirtahuuhtelu vaihtimissa mahdollista?
Hartsien kannalta suurin merkitys
on siinä, saadaanko käytön aikana pienemmiksi partikkeleiksi hajonnut hartsi
Hyvät paketit kunnossapitoa ja hitsausta SFS-käsikirjoissa
SFS-käsikirja 55 Kunnossapito ja kunnonvalvonta
Osa 2: Kunnonvalvonnan perusteet
1. painos, 2013. A5-koko. 309 sivua. 200 €
Osa 3: Kunnonvalvontatekniikat
1. painos, 2013. A5-koko. 200 sivua. 151 €
SFS-käsikirja 66 Hitsaus
Osa 3: Hitsausaineiden luokittelu.
Teräksen MIG/MAG-TIG- ja jauhekaarihitsaus
8. painos, 2013. A5-koko. 566 sivua. Hinta 252 €
Osa 13: Hitsausaineiden luokittelu.
Puikko- ja kaasuhitsaus sekä juotto
1. painos, 2013. A5-koko. 322 sivua. Hinta 233 €
Osa 7: Hitsausaineiden testaus
2. painos, 2014. A5-koko. 440 sivua. Hinta 208 €
Hintoihin lisätään arvonlisävero 10 % ja toimituskulut hinnastomme mukaisesti.
SUOMEN STANDARDISOIMISLIITTO SFS RY
Malminkatu 34, PL 130, 00101 Helsinki
Puh. 09 1499 3353 (myynti), faksi 09 146 4914
Internet www.sfs.fi, sähköposti [email protected]
44-47_Promaint_3-2014_ioninvaihto.indd 45
5/5/14 3:18 PM
ENNAKKOHUOLTO
poistettua normaalien regenerointien
yhteydessä tapahtuvilla vastavirtahuuhteluilla. Erillistä pesusäiliötä voi suositella kaikille prosesseille, mutta ehdottoman tärkeää se on prosesseille, joissa
vastavirtahuuhtelu ei ole mahdollista.
Hajonnut hartsi, kuten muukin kiintoaine, aiheuttaa painehäviön kasvua ja
kanavoitumista vaihtimessa heikentäen
prosessin toimintaa. Pesusäiliössä tehty
paineilmalla tehostettu vastavirtahuuhtelu mahdollistaa hajonneen hartsin
poiston.
Mittalaitteiden toiminta
on varmistettava
Vedenkäsittelyä ei voi hallita ilman mittalaitteita. Ioninvaihtoprosessia valvotaan ja ohjataan virtausmittauksien, painemittauksien, lämpötilamittauksien ja
veden puhtautta mittaavien mittalaitteiden sekä analysaattoreiden avulla.
Painetta ja erityisesti painehäviötä
vaihtimien yli mitataan hartsipatjan
ja itse vaihtimen fysikaalisen kunnon
seuraamiseksi. Lämpötilan mittauksella
on erityinen rooli anioninvaihtimen
regeneroinnissa, sillä siinä natriumhydroksidiliuoksen (NaOH) lämpötila nostetaan 40 asteeseen silikaatin liukoisuuden lisäämiseksi. Lämpötilamittauksessa oleva 20 – 25 prosentin virhe johtaisi
joko heikkoon regenerointitulokseen tai
virheen ollessa alaspäin hartsin eliniän
lyhenemiseen noin 10 – 8 vuodesta 6
vuoteen.
Virtausmittauksen rooli korostuu
prosesseissa, joissa hartsi pakataan
vaihtimen yläosaan ajojakson aikana.
Hartsipatjan pudotessa tai pyörähtäessä
vedenlaatu heikkenee välittömästi. Mi-
nimivirtausta pidetään tarvittaessa yllä
kiertopumpulla. Pumppu saa ohjaustietonsa virtausmittauksesta, joka vaikuttaa suoraan prosessin toimintaan.
Edellä esitellyille mittalaitteille
määräajoin tehtävä puhdistaminen
riittää ennakkohuolloksi, mutta veden
puhtautta mittaavien analysaattoreiden
ennakkohuolto on perinteisesti erittäin suunnitelmallista ja määrävälein
tapahtuvaa toimintaa. Ioninvaihdosta
mitataan jatkuvatoimisesti veden sähkönjohtokykyä sekä silikaatti- ja natriumpitoisuutta. Silikaatti- ja natriumanalysaattorihuollot voidaan ulkoistaa
laitetoimittajalle, mutta prosessin tärkeimpänä mittauksena toimiva sähkönjohtokyky jää yleensä vaille huomioita.
Veden sähkönjohtokyky kuvaa vedessä olevien liuenneiden aineiden kokonaispitoisuutta ja kertoo suoraan ioninvaihdon toiminnan. Sähkönjohtokyky
on luotettava mittaus. Mittaustulos riippuu lämpötilasta ja vaikka mittareissa
onkin sisäänrakennettu lämpötilakompensointi, lämpötila-anturi on se, jonka
toiminta tulee säännöllisesti tarkistaa.
Anturien puhdistaminen tulee kuulua
ennakkohuolto-ohjelmaan. Mikäli regeneroinnissa käytetään johtokykymittausta oikeiden elvytysliuosten pitoisuusprosenttien varmistamiseksi, nämä
mittarit tulee kalibroida vuosittain.
Yhteenveto prosessin
toiminnasta
Kuten muissakin vedenkäsittelyprosessissa, ioninvaihtoprosessissa on
venttiileitä, pumppuja ja toimilaitteita,
jotka varmistavat prosessin toiminnan.
Erityishuomio ioninvaihtoprosessissa
tulee kohdentaa mahdolliseen esisuodattimeen, minimikiertopumppuun,
vaihtimien sisäpuoliseen kuntoon,
hartsinpidättimiin sekä välipohjiin ja
suuttimiin.
Aina kun vaihdin on tyhjä, sinne
kannattaa kurkata. Tarkastettavia ja
huollettavia kohtia ovat mahdollinen
pinnoitus, näkölasit ja jakotukit. Jakotukkien kunnon voi todentaa ajamalla
vettä niistä läpi ja kumioidun vaihtimen
pinnoitusta voi ohentuneista kohdista
tarkistaa magneetilla. Vaihtimen sisältä
käsin tulee tarkistaa myös välipohjien
kannakoinnit sekä suuttimet ts. ”tatit”.
Erityyppisissä prosesseissa suuttimien
rakenteet vaihtelevat jonkin verran toisistaan.
Yhteistä näille kaikille on se, että
mikäli ne on kiinnitetty kierteillä itse
välipohjaan tai vastakappaleeseen, ne
tulevat löystymään jollain aikavälillä.
Tattien kiristys takaa sen, että hartsia ei
karkaa pois vaihtimesta. Hartsinpidätin
on erityinen putkeen asennettava suodatinverkko, joka estää karanneen hartsin kulkeutumisen eteenpäin prosessissa toiseen vaihtimeen tai käsiteltyyn
veteen. Hartsinpidättimet tulee huoltaa
vuosittain. Puhdistus ja silmäkoon
tarkistus tulee kuulua perustoimenpiteisiin.
Sekavaihdin on erityinen osa ioninvaihdon suolanpoistoprosessissa. Tässä
vaihtimessa kationi- ja anionihartsi
sijoitetaan samaan vaihtimeen. Ajojakson aikana hartsit ovat sekoitettuna
optimaalisen käsittelytuloksen aikaansaamiseksi, mutta regenerointia varten
hartsit tulee erottaa toisistaan. Hartsit
erotetaan toisistaan oikein mitoitetun
M
k
Hartseihin saadaan pieni väriero
esimerkiksi suolahappopesulla, jolloin
alhaalla oleva kationihartsi tulee H+
muotoon ja anionihartsi vaalenee.
Tarkastettavia kohteita ovat yhteet,
materiaalipaksuudet ja kosteuden tai
huurujen poistoon käytetyt laitteet.
46
M
w
w
promaint 3/2014
44-47_Promaint_3-2014_ioninvaihto.indd 46
K
m
5/5/14 3:18 PM
KÄYTTÖVARMUUS
vastavirtahuuhtelun avulla. Erotuksen
tuloksena kationihartsi jää vaihtimen
alaosaan ja anionihartsi kerrostuu yläosaan.
Oikein mitoitetussa sekavaihtimessa
hartsien rajapinta asettuu elvytyskemikaalien keräilytukin kohdalle. Käsitellyn
veden laatu heikkenee samassa suhteessa, missä hartsit ylittävät keräilytukin.
Perinteisesti sekavaihtimeen tarkoitetut
hartsit erotetaan toisistaan hartseihin
lisättävän värikomponentin ansioista.
Tällöin rajapinta on helppo tarkistaa
vaikka jokaisen elvytyksen yhteydessä.
Erityisiä toimenpiteitä tarvitaan, jos
haluaa lähes samanväristen hartsien
rajapinnan näkyviin. Tällaisessa tapauksessa hartseihin saadaan pieni väriero
esimerkiksi suolahappopesulla, jolloin
alhaalla oleva kationihartsi tulee H+
muotoon ja anionihartsi vaalenee, kun
OH- ryhmät poistuvat siitä.
Elvytyskeskuksessa on muistettava kemikaaliturvallisuus
Kemikaaliturvallisuuden korostuminen
on lisännyt huomiota kemikaalienkäsittelyyn liittyvissä toimenpiteissä
sekä prosessien käytössä ja huollossa.
Ioninvaihtoprosessin toiminnan kannalta regenerointi tai kotoisasti elvytys
on vaihe, jossa prosessin toiminta lähes
aina ratkaistaan. Usein ioninvaihtoon
liittyvät toimintaongelmat liittyvät ongelmiin elvytyksessä.
Elvytyskeskus koostuu useimmiten
kemikaalien varastosäiliöistä, sulkuventtiileistä, annostelupumpuista,
virtausmittauksista, laimennusveden
putkistosta venttiileineen ja toimilaitteineen sekä sekoittimesta. Virtausmittauksista ja laimennusveden eli elvytysliuoksen lämmittämisestä on mainittu
jo aikaisemmin. Muita erityishuomion
arvoisia ja siten ennakkohuolto-ohjel-
maan mukaan otettavia kohteita ovat
annostelupumput, varastosäiliöt ja sulkuventtiilit.
Annostelupumput saavat harvoin
sen huomion, minkä ne ansaitsisivat.
Isompien siirto-, paineenkorotus- tai
syöttöpumppujen tavoin niille tulee
rakentaa huolto-ohjelma, jossa annostelupäät ja mahdolliset kalvot tai männät
tarkistetaan. Varastosäiliöiden kuntoa
valvotaan yleensä riittävästi kemikaaliturvallisuusohjelmien puitteissa. Tarkastettavia kohteita ovat yhteet, materiaalipaksuudet ja kosteuden tai huurujen
poistoon käytetyt laitteet. Sulkuventtiilien vuodot ovat erityisen vahingollisia
elvytyskemikaalilinjoissa. Käytännössä
kemikaalit ovat aina kahden venttiilin
takana itse vedenkäsittelyprosessista.
On kuitenkin hyvä muistaa, että jo pienikin kemikaalivuoto saattaa sekoittaa
ioninvaihdon ajojakson toiminnan. n
Kun vuokraat trukin jää rahaa
muuhunkin käyttöön!
• Vuokratrukki on turvallinen, tehokas ja tuottava
• Mahdollistaa suurenkin kaluston uusinnan
kerralla ilman isoja investointeja
• Trukit on räätälöity tarpeesi mukaan
• Kulujen ennustettavuus helppoa
• Ratkaisu nopeaan tarpeeseen
• Päiväksi, kuukausiksi tai vuosiksi
• Ei aina vaadi pitkäaikaista sitoutumista
Meiltä myös käytettyjen trukkien vaivaton vuokraus ja leasing;
kysy lisää myynnistämme!
Myynti 010 575 700
www.toyota-forklifts.fi
www.toyota-hyllyt.fi
44-47_Promaint_3-2014_ioninvaihto.indd 47
5/5/14 3:18 PM