Immer schön cool bleiben

Autor Dr. Werner Arts Vorstand, LAR Process Analysers

Kühlwasser wird in nahezu allen Branchen der Industrie eingesetzt. Den größten Bedarf hat dabei neben den Energieversorgungsunternehmen und der Eisen- und Stahlindustrie die chemische Industrie. Dabei kommen verschiedene Kühlverfahren zum Einsatz, die im Allgemeinen alle eines gemeinsam haben, das Kühlmedium Wasser. Kühlverfahren können sich u. a. in ihrem Aufbau und der Zusammensetzung des Kühlmediums stark unterscheiden. Die am häufigsten verwendeten Verfahren in Kraftwerken und Energieversorgungsbetrieben, neben Misch- und Sonderformen, sind die Durchlaufkühlung, die offene Umlaufkühlung sowie die geschlossene Umlaufkühlung. In Deutschland wird der mengenmäßig größte Teil an verwendetem Kühlwasser zur Durchlaufkühlung verwendet. Dabei wird Wasser aus einem Vorfluter zum einmaligen Durchlauf durch einen oder mehrere Wärmetauscher genutzt. Anschließend wird das erwärmte Wasser zurück in den Vorfluter oder die Kanalisation abgeleitet bzw. für andere Prozesse verwendet. Um die Wärmebelastung des Vorfluters zu reduzieren, kann eine dem Wärmetauscher nachgeschaltete Ablaufkühlung über einen Kühlturm erfolgen. Offene Kühlsysteme sind mit einem Kühlturm ausgestattet und arbeiten nach dem Prinzip der Verdunstungskühlung. Ziel ist es, den Wärmeeintrag in Gewässer zu vermeiden und/ oder den Wasserverbrauch zu minimieren. Offene Systeme benötigen aufbereitetes Zusatzwasser, das eine ungewollte Aufsalzung des Wassers im Kühlsystem vermeiden soll. In einem geschlossenen Umlaufkühlsystem wird der Kontakt des Kühlwassers mit der Luft vermieden. Die Wärme des zirkulierenden Kühlwassers wird an Luft oder Wasser abgeführt. Je nach Kühlwasserqualität muss dieses behandelt werden, um Ablagerungen, Korrosionen und/oder biologischen Bewuchs zu vermeiden.

Kühlwasser wird dann zum Abwasser, wenn es aufbereitet und durch Chemikalienzusatz, Produkteinbrüche oder Eindickung in seiner Eigenschaft verändert wurde. Die Überprüfung des Kühlsystems und dessen Ablauf ist daher notwendig. Diverse Gesetze und branchenrelevante Richtlinien definieren verschiedene Überwachungsparameter wie pH-Wert, Leitfähigkeit und den Chloridgehalt. Der TOC (Total Organic Carbon) wird zur Überwachung auf organische Verunreinigungen empfohlen.

Unabhängig vom Kühlsystem wird das Wasser zur Minderung des biologischen Bewuchses oftmals mit toxischen Mikrobioziden wie Chlor oder Brom behandelt. Weiterhin können Konditionierungsmittel zur Stabilisierung der Härte, um Feststoffe in Schwebe zu halten und um Korrosionen zu minimieren, zugesetzt werden. Es gilt jedoch zu hohe Einleitungen dieser Stoffe in den Vorfluter zu vermeiden. Die Grenzwerte sind gesetzlich vorgeschrieben und die Nichteinhaltung kann zu hohen Strafen führen. Ferner können produktspezifische Kontaminationen z. B. durch eine Leckage im Wärmetauscher verursacht werden. In diesem Fall beeinflusst das Kühlwasser die Produktqualität und umgekehrt. Eine Verschlechterung des Wirkungsgrades der Wärmeableitung durch eine Leckage sowie die kostspielige Entsorgung des kontaminierten Kühlwassers gilt es zu vermeiden. Um organische Belastungen im Vorfeld zu erkennen, sollte der Zulauf des Wassers sowie eine den Wärmetauschern nachgeschaltete Online-Messung des TOC erfolgen. So kann durch das frühzeitige Erkennen verunreinigtes Wasser umgeleitet und nachfolgende Abschnitte des Kühlsystems vor Verunreinigungen geschützt werden. Die Sicherung der Produktion kann so gewährleistet werden.

Eine weitere Abwasserquelle stellt die Reinigung der Kühlsysteme dar. Je nach Bedarf werden Laugen, Säuren, Desinfektionsmittel und grenzflächenaktive Substanzen (Tenside, Dispergatoren) eingesetzt, um Ablagerungen, Biofilme oder Korrosionsprodukte zu entfernen. Zur Vermeidung einer kostenintensiven Abwasserentsorgung ist die kontinuierliche Überwachung des Kühlwasserablaufs unumgänglich. Abhilfe schafft eine Online-Überwachung auf bestimmte Parameter wie z. B. des TOC sowie der Toxizität, um die Flora und Fauna der Gewässer zu schützen.

Die Überwachung des Kühlsystems ist essentiell für eine effiziente Produktion. Die proaktive Wartung beginnt daher bei der Überwachung des Zulaufs. Eventuelle Verunreinigungen werden so frühzeitig erkannt, sodass nachgeschaltete Wärmetauscher geschützt werden können.

Um im Fall einer Stoßbelastung, z. B. durch eine Leckage, schnell Gegenmaßnahmen einleiten zu können, müssen die Messergebnisse zudem zeitnah vorliegen. Es empfehlen sich daher Online-Messgeräte, die minutenschnelle Ergebnisse liefern. Die Auswahl eines geeigneten Messsystems sowie die Berücksichtigung bei der Bauplanung ist ausschlaggebend für die zeitnahe Ermittlung der Messergebnisse. Die Installation des Messgeräts direkt am Probenahmepunkt ist zu empfehlen. Laufzeiten oder Vermischungen innerhalb der Probenahmeleitungen, die die Ergebnisse verfälschen könnten, werden so vermieden.

LAR liefert mit der Quick-TOC-ultra-Serie für jede Kühlwasserherausforderung das geeignete Messgerät. Das robotergestützte Injektionsmodul entnimmt über eine horizontal und vertikal bewegliche Nadel eine genau dosierte Probenmenge, führt sie zum Ofen und injiziert sie durch ein Schleusenventil. Nach jedem Injektionsvorgang wird die Nadel in einem Spülgefäß gereinigt. Verstopfungen oder Verschleppungseffekte durch z. B. adhäsive Zusatzstoffe werden so vermieden. Im katalysatorfreien Ofen werden bei +1200 °C alle Kohlenstoffverbindungen aufgelöst und vollständig zu CO2 oxidiert. Anschließend ermittelt ein Detektor die CO2-Konzentration und bestimmt den TOC. Die Prozessführung der Ultra-Serie ermöglicht die Bestimmung des TOC in unter drei Minuten. Selbst kurze Messwertspitzen werden so sicher erfasst. Zudem ermöglicht das modulare System bis zu sechs Probenströme in einem einzigen Messgerät zu messen. So können der Zu- und Ablauf des Kühlwassersystems in einem Gerät überwacht werden, sodass Differenzen im TOC, die z. B. aufgrund einer Leckage entstehen, schnell erkannt werden.

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