W galwanizerni temperatura kąpieli decyduje o tym, czy powłoka wyjdzie równa, dobrze przyczepna i w kolorze, którego oczekuje klient. Prąd płynący przez wanny podgrzewa elektrolit przez cały czas pracy linii, a przy kilku zmianach dziennie bez sprawnego chłodzenia kąpiel szybko wychodzi poza okno procesu. Chłodzenie kąpieli galwanicznych wymaga innego podejścia niż chłodzenie wody w zwykłej instalacji, bo medium jest agresywne chemicznie, a otoczenie hali niszczy urządzenia szybciej niż w innych branżach. Poniżej opisujemy, jak w CoolingFlow projektujemy i serwisujemy układy chłodzenia dla linii galwanicznych i anodowania.
Spis treści:
Skąd ciepło w kąpieli galwanicznej i dlaczego temperatura ma znaczenie
Głównym źródłem ciepła w wannie jest sam proces elektrolizy. Większość energii elektrycznej dostarczanej przez prostownik zamienia się w kąpieli w ciepło. Do tego dochodzi ciepło z mieszania, z pomp filtracyjnych, z detali wprowadzanych po wcześniejszych operacjach oraz z otoczenia hali latem.
Każdy proces ma swoje okno temperaturowe podawane przez dostawcę chemii. Zbyt wysoka temperatura kąpieli może powodować:
- przypalenia i chropowatość powłoki na krawędziach detali,
- zmianę barwy i połysku, szczególnie przy chromowaniu dekoracyjnym i anodowaniu,
- szybszy rozkład dodatków, a więc częstsze korekty kąpieli,
- przy anodowaniu twardym miękką, porowatą warstwę tlenku o gorszej odporności na ścieranie,
- więcej oparów nad wanną i większe obciążenie wentylacji.
Stabilna temperatura to więc nie tylko jakość, ale też mniejsze zużycie chemii i mniej reklamacji.
Układ pośredni: dlaczego kąpiel nie powinna płynąć przez chiller
Elektrolity galwaniczne zawierają kwasy, zasady, sole metali i dodatki, które niszczą typowe wymienniki chillera. Dlatego w niemal każdej galwanizerni chłodzenie kąpieli galwanicznych opieramy na układzie pośrednim. Chiller schładza czysty obieg wody lub glikolu, a ten obieg odbiera ciepło z kąpieli przez wymiennik wykonany z materiału odpornego na daną chemię.
Taki układ ma kilka zalet:
- chiller pracuje na czystym medium i nie jest narażony na korozję parownika,
- jeden chiller może obsłużyć kilka wanien o różnej temperaturze, każdą przez osobny wymiennik i zawór regulacyjny,
- w razie nieszczelności wymiennika do kąpieli trafia niewielka ilość wody, a nie czynnik chłodniczy lub olej,
- serwis chillera nie wymaga zatrzymywania i opróżniania wanien.
Obieg pośredni projektujemy z buforem, filtrem i automatyką, podobnie jak w innych instalacjach procesowych, które opisujemy w artykule chłodzenie hali produkcyjnej. Rurociągi i armaturę wykonujemy zgodnie z zasadami opisanymi w tekście o instalacjach hydraulicznych.
Wymienniki do kąpieli: materiały i konstrukcje
Dobór wymiennika zaczynamy od karty kąpieli. Materiał musi być odporny na skład elektrolitu, jego temperaturę i stężenie, a także na środki do czyszczenia wanny.
W galwanizerniach najczęściej stosuje się:
- wężownice zanurzeniowe z tytanu, odporne na wiele kąpieli kwaśnych, ale wymagające sprawdzenia przy obecności fluorków,
- wężownice z tworzyw fluorowych lub polipropylenu, odporne na szeroki zakres chemii, o mniejszej przewodności cieplnej, więc większej powierzchni,
- wymienniki płytowe z płytami tytanowymi montowane poza wanną, przez które kąpiel przepływa w obiegu pompy filtracyjnej,
- płaszcze chłodzące na ścianach wanny w mniejszych instalacjach.
Wymiennik poza wanną daje lepszą wymianę ciepła i łatwiejszy dostęp, ale wymaga pompy odpornej na kąpiel i dobrej filtracji, żeby szlam nie zatykał kanałów. Przykłady wymienników płytowych z płytami tytanowymi oferuje producent Alfa Laval. Wężownica zanurzeniowa jest prostsza, ale zajmuje miejsce w wannie i trzeba ją chronić przed uszkodzeniem przez zawieszki.
Jak policzyć moc potrzebną do chłodzenia kąpieli galwanicznych
Punktem wyjścia jest moc prostowników. Mnożymy napięcie robocze przez prąd, z jakim faktycznie pracuje każda wanna, a nie przez wartości z tabliczki prostownika. Do tego dodajemy ciepło z pomp i mieszania oraz zyski z otoczenia, a następnie uwzględniamy, ile wanien pracuje jednocześnie.
W praktyce dobrze sprawdza się zebranie danych z kilku dni pracy linii: zapis prądów z prostowników i temperatur kąpieli. Pokazuje to rzeczywiste obciążenie, a nie teoretyczne maksimum. Na tej podstawie dobieramy:
- moc chillera z zapasem na lato i rozbudowę linii,
- temperaturę obiegu pośredniego, możliwie wysoką, bo każdy stopień mniej to większe zużycie energii,
- pojemność bufora, która wygładza skoki obciążenia przy włączaniu kolejnych wanien,
- powierzchnię i materiał wymienników dla każdej wanny osobno.
Dla małych linii często wystarcza jeden chiller procesowy. Przy większych instalacjach rozważamy dwa mniejsze urządzenia pracujące naprzemiennie, co daje rezerwę na czas serwisu.
Warto też pamiętać, że obciążenie cieplne galwanizerni zmienia się w ciągu zmiany. Rano, po nocnym postoju, kąpiele bywają chłodne i wymagają raczej podgrzania. Po kilku godzinach pracy z pełnym prądem potrzebne jest już intensywne chłodzenie. Układ musi płynnie przechodzić między tymi stanami bez przeregulowań.
Regulacja temperatury i automatyka
Każda wanna ma własny czujnik temperatury i własny zawór regulacyjny na obiegu pośrednim. Chiller utrzymuje stałą temperaturę wody, a zawory dozują chłód tam, gdzie jest potrzebny. Dzięki temu wanna o niskim obciążeniu nie jest przechładzana, a wanna o dużym obciążeniu dostaje tyle chłodu, ile trzeba.
Do automatyki dodajemy alarmy przekroczenia temperatury, kontrolę przepływu przez wymienniki i sygnał awarii chillera wysyłany do systemu nadzoru linii. Czujniki i obudowy elementów w hali dobieramy pod kątem odporności na opary. W wybranych procesach, szczególnie przy kąpielach pracujących w podwyższonej temperaturze, ten sam obieg może zarówno chłodzić, jak i podgrzewać, podobnie jak w urządzeniach opisanych w tekście termostat do form wtryskowych.
Najczęstsze błędy, gdy projektowane jest chłodzenie kąpieli galwanicznych
- Chiller ustawiony w hali galwanicznej. Opary kwasów korodują lamele skraplacza, połączenia elektryczne i elektronikę. Chiller stawiamy na zewnątrz lub w osobnym pomieszczeniu z czystym powietrzem.
- Kąpiel przepuszczana bezpośrednio przez parownik. Kończy się korozją wymiennika i często przedostaniem się chemii do obiegu chłodniczego.
- Wymiennik dobrany bez karty kąpieli. Materiał odporny na jedną kąpiel może szybko ulec zniszczeniu w innej.
- Brak filtracji przed wymiennikiem płytowym. Szlam i drobne części zatykają kanały, wydajność spada w ciągu tygodni.
- Zbyt niska temperatura obiegu pośredniego. Rośnie zużycie energii, a na rurach w hali skrapla się woda.
- Brak rezerwy. Jedno urządzenie bez zastępstwa oznacza zatrzymanie całej linii przy awarii.
Serwis układu chłodzenia w agresywnym otoczeniu
Chiller, który zapewnia chłodzenie kąpieli galwanicznych, wymaga częstszego przeglądu niż urządzenie w czystej hali. Przy każdej wizycie sprawdzamy stan lamel skraplacza i powłok ochronnych, połączenia elektryczne w szafie, szczelność wymienników przy wannach, stan filtrów i jakość wody w obiegu pośrednim. Kontrolujemy też stężenie glikolu, jeśli obieg pracuje poniżej temperatury otoczenia zimą. Wyniki zapisujemy w protokole, który pozwala zaplanować wymianę zużytych elementów przed sezonem największego obciążenia, tak jak robimy to w innych instalacjach procesowych w przemyśle spożywczym i metalowym.
Osobną sprawą jest woda w obiegu pośrednim. Gdy wymiennik przy wannie zaczyna przeciekać, do obiegu może trafić kąpiel, która zmienia odczyn wody i atakuje rurociągi oraz parownik chillera. Dlatego przy każdym przeglądzie mierzymy przewodność i odczyn wody w obiegu. Nagła zmiana tych wartości to sygnał do sprawdzenia szczelności wymienników, zanim uszkodzenie obejmie chiller. W obiegach z glikolem kontrolujemy dodatkowo stężenie i stan inhibitorów korozji, które z czasem się zużywają.
Najczęściej zadawane pytania
Czy jeden chiller może chłodzić kilka wanien galwanicznych?
Tak. Chiller schładza obieg pośredni, a każda wanna ma własny wymiennik i zawór regulacyjny. Dzięki temu każda kąpiel ma swoją temperaturę zadaną, niezależnie od pozostałych.
Jaki materiał wymiennika wybrać do kąpieli galwanicznej?
To zależy od składu kąpieli. Tytan sprawdza się w wielu kąpielach kwaśnych, ale nie w obecności fluorków. Tworzywa fluorowe i polipropylen są odporne na szerszy zakres chemii. Dobór zawsze opieramy na karcie kąpieli od dostawcy chemii.
Czy chiller może stać w hali galwanicznej?
Nie zalecamy tego. Opary z wanien korodują skraplacz i elektronikę. Najlepiej ustawić chiller na zewnątrz lub w osobnym pomieszczeniu i doprowadzić do hali tylko obieg pośredni.
Jak ustalić potrzebną moc chłodniczą?
Na podstawie rzeczywistej mocy prostowników, ciepła z pomp i mieszania oraz zysków z otoczenia. Najdokładniejsze dane daje kilkudniowy zapis prądów i temperatur z pracującej linii.
Czy serwisujecie istniejące układy chłodzenia galwanizerni?
Tak. Przeglądamy chillery, wymienniki, pompy i automatykę, a jeśli układ nie nadąża za produkcją, przygotowujemy plan modernizacji.
Planujesz nową linię galwaniczną albo obecne chłodzenie nie trzyma temperatury kąpieli? Przeanalizujemy obciążenie, dobierzemy chiller, wymienniki i automatykę, a potem zajmiemy się serwisem całego układu. Zadzwoń do CoolingFlow: +48 501 179 381.
