Jakie stężenie ługu do czyszczenia wymiennika od strony płomiemia w kotle gazowym
Charakter zanieczyszczeń
• Strona płomieniowa wymiennika z aluminium: twardy biały nalot Al₂O₃, siarczany, sadza.
• Wymienniki stalowe/żeliwne: sadza, smółki, czasem kamień węglanowy.
Mechanizm działania NaOH
• Al₂O₃ + 2 NaOH + 3 H₂O → 2 Na[Al(OH)₄] – osad przechodzi w roztwór.
• Nadmierne stężenie powoduje korozję wżerową aluminium.
Optymalne stężenie
• 5 %: bezpieczne, czas reakcji ~30 min (serwisowe “mycie ręczne”).
• 7 – 10 %: grube naloty, wymagana ciągła kontrola wizualna.
• >10 %: tylko wymienniki stalowe o grubych ściankach w instalacjach przemysłowych (8–12 h w 80–100 °C) – dane patentowe online; nie zalecane dla kotłów domowych.
Proces serwisowy
Zalecane stężenie ługu sodowego do czyszczenia domowych kotłów gazowych od strony płomieniowej wynosi 5 – 10 % (względem masy), przy czasie kontaktu maks. 30 min i obowiązkowej późniejszej neutralizacji. Wyższe stężenia (>20 %) odnoszą się do dużych, stalowych instalacji przemysłowych i nie powinny być używane w kotłach mieszkaniowych. W praktyce coraz częściej korzysta się z dedykowanych preparatów o podobnej sile alkalicznej, ale z dodatkiem inhibitorów korozji, co zwiększa bezpieczeństwo i prostotę serwisu.
A jak przy wymienniku miedziowym
Kluczowe punkty
• Miedź w środowisku silnie alkalicznym tworzy rozpuszczalne kompleksy (\mathrm{[Cu(OH)_4]^{2-}}), co prowadzi do wżerów i perforacji.
• Łagodne kwasy skutecznie usuwają tlenki CuO/Cu₂O, siarczany i kamień CaCO₃ bez agresywnego trawienia metalu.
• Po zakończeniu czyszczenia wymagana jest neutralizacja (1-2 % NaHCO₃), płukanie wodą demineralizowaną i dokładne suszenie.
Mechanizm korozji miedzi w alkaliach
• Cu + 2 NaOH + ½ O₂ + H₂O → Na₂[Cu(OH)₄] ⇢ rozpuszczenie warstwy ochronnej
• Już przy pH > 9 pojawia się korozja wżerowa; w 40-60 °C szybkość procesu rośnie > 5-krotnie.
Charakter zanieczyszczeń po stronie płomieniowej
• Tlenki CuO, Cu₂O – czarny/czerwonawy nalot.
• Siarczan miedzi (CuSO₄) – zielonka niebieska patyna; powstaje przy spalaniu gazu z zanieczyszczeniami S.
• Sadza i niespalone węglowodory – luźny, grafitowy osad.
• Kamień kotłowy CaCO₃ – gdzie występuje kondensacja pary wodnej.
Skuteczność metod chemicznych
a) Kwas cytrynowy 5-8 %, 20-30 min, 25-40 °C
CuO + 2 H⁺ → Cu²⁺ + H₂O
CaCO₃ + 2 H⁺ → Ca²⁺ + H₂O + CO₂↑
b) Kwas fosforowy 5 % – analogiczne działanie, dodatkowo fosforany pasywują powierzchnię.
c) Kwas sulfamidowy 3-5 % – szybki, używany w preparatach przemysłowych z inhibitorami (np. triazolami).
d) Ługi ≤ 2 % NaOH – tylko do tłustych/smolistych zanieczyszczeń, bezzwłocznie spłukać i zakwasić powierzchnię.
Standardowa procedura serwisowa
Teoretyczne podstawy doboru środka
• Kwas musi mieć stałą, umiarkowaną szybkość reakcji (pKₐ≈3-4) ⇒ kontrolowane rozpuszczanie osadów bez pittingu metalu.
• Inhibitory (m-benzotriazol, tolyltriazol) adsorbują się na miedzi, ograniczając jej rozpuszczanie.
Praktyczne zastosowania
• Kotły gazowe niskotemperaturowe (Protherm, Junkers GB-H), wymienniki basenowe, parowniki pomp ciepła.
• Metoda kwasowa stosowana również od strony wodnej (odkamienianie).
• 2023-2024: Producenci kotłów (Buderus, Vaillant, Ferroli) w instrukcjach serwisowych jednoznacznie zakazują NaOH; podają gotowe koncentraty na bazie kwasu cytrynowego/fosforowego z inhibitorami.
• Preparaty żelowe (np. Goodway CoilShine-GEL) poprawiają przyleganie na wymiennikach pionowych.
• Pojawiają się zestawy CIP z recyrkulacją środka i monitorowaniem pH w czasie rzeczywistym (IoT).
• Trend ekologiczny: roztwory wielokrotnego użytku, neutralizacja on-line i odzysk miedzi z kąpieli (precipitacja siarczkiem).
Przyszłość: enzymatyczne środki zdolne usuwać mieszaniny sadza/olej przy pH 6-8 oraz pasywne powłoki nano-TiO₂ redukujące przywieranie osadów.
• Porównanie agresywności popularnych kwasów wobec Cu (korozja g/m² h-¹ w 25 °C):
– HCl 10 % ≈ 28; – H₂SO₄ 10 % ≈ 22;
– H₃PO₄ 5 % ≈ 4; – C₆H₈O₇ 8 % ≈ 2;
(dlatego HCl/H₂SO₄ nie używa się bez specjalnych inhibitorów).
• Dopuszczalne ubytki ścianki wg EN 12502-4: 0,1 mm/rok dla miedzi w instalacjach grzewczych; jednorazowe czyszczenie powinno generować < 1 % tej wartości.
• Analogia: czyszczenie miedzianego chłodnicy samochodowej – identyczne reagenty i procedura CIP.
• Odpady poprocesowe z Cu²⁺ klasyfikuje się w Polsce w grupie 11 01 (odpady z chemicznego przetwarzania metali) – wymagają przekazania firmie posiadającej pozwolenie na odzysk R4/R5.
• Rozlanie NaOH > 2 % lub kwasu < pH 2 podlega zgłoszeniu zgodnie z Rozp. REACH (substancje żrące).
• Środki czyszczące muszą posiadać kartę charakterystyki (SDS), a serwisant – szkolenie BHP na prace z substancjami żrącymi.
• Test punktowy: nanieś kroplę roztworu na niewidoczną część powierzchni, obserwuj zmianę barwy/pienienie ≤ 60 s.
• Narzędzia: szczotki PE/nylon; unikać stali nierdzewnej (Fe³⁺ katalizuje korozję Cu).
• Temperatura roztworu 30-40 °C przyspiesza reakcję ~2×, ale nie przekraczać 50 °C (zwiększone parowanie i ryzyko oparzeń).
• Minimalizuj czas ekspozycji – nadmierne wytrawianie miedzi zmniejsza grubość ścianki i wytrzymałość ciśnieniową.
Wyzwania: wymienniki lutowane miękko cyną (≤ 180 °C) – cyna reaguje zarówno z kwasami, jak i zasadami; konieczne środki z inhibitorami Sn.
• Jeśli osad tworzą głównie smoliste produkty kondensacji (kotły na LPG z wysoką zawartością parafin) – samo kwaśne czyszczenie może być niewystarczające; konieczny wstępny detergent neutralny pH 7-8 lub delikatna alkalia (KOH 1 %).
• Wielokrotne czyszczenie chemiczne skraca żywotność wymiennika – rozważ profilaktyczną regulację składu mieszanki gaz-powietrze i częstsze czyszczenie mechaniczne.
• Nie wszystkie preparaty „do wymienników” nadają się do miedzi – część jest dedykowana stalowym/AlSi wymiennikom (inne pH, inne inhibitory).
• Inhibitory korozji IV generacji oparte na zielonej chemii (np. ekstrakty roślinne – garbniki, lignina).
• Pokrycia powierzchni wymiennika cienką warstwą Cu-Ni-P (chemiczne niklowanie) w celu zwiększenia odporności na alkalia.
• Automatyczne systemy czyszczenia in-situ (pulsacyjny zastrzyk kwasu + przepłukanie) sterowane algorytmami predykcyjnymi na podstawie spadku ΔT.
• Analiza LCA – wpływ różnych chemikaliów czyszczących na środowisko i recykling miedzi.
Miedziany wymiennik ciepła wymaga kwaśnej, a nie zasadowej chemii serwisowej. Stosuj 5-8 % kwas cytrynowy (lub równoważny preparat z inhibitorami), przestrzegaj procedury: czyszczenie → płukanie → neutralizacja → suszenie. Zasady (NaOH) można rozważyć tylko punktowo w bardzo niskim stężeniu i krótkim kontakcie. Zapewnia to usunięcie osadów przy minimalnym ubytku materiału i zgodność z aktualnymi wytycznymi producentów oraz normami bezpieczeństwa.
A jak przy wymienniku miedziowym A urzycie kwasu ortofosforowego
Mechanizm działania
• Rozpuszczanie osadów:
[
\text{CaCO}{3}+2\;\text{H}{3}\text{PO}{4}\rightarrow \text{Ca(H}{2}\text{PO}{4}){2}+CO{2}\uparrow
]
[
3\,\text{CuO}+2\,\text{H}{3}\text{PO}{4}\rightarrow \text{Cu}{3}(\text{PO}{4}){2}\downarrow +3\,\text{H}_{2}O
]
• Pasywacja: warstwa Cu₃(PO₄)₂ ogranicza dalszą korozję.
Dobór stężenia i czasu
| Stopień zabrudzenia | Stężenie H₃PO₄ | Czas | Uwaga |
|--------------------|----------------|------|-------|
| Lekkie naloty | 3 % | 15 min | rutynowy serwis |
| Standardowe osady | 5 % | 20 – 25 min | praktyka serwisowa |
| Ciężki kamień | 7 – 8 % | 10 – 15 min | z inhibitorem, test punktowy |
Procedura krok-po-kroku (CIP lub kąpiel)
Porównanie z innymi kwasami
| Cecha | H₃PO₄ | HCl | Kwas cytrynowy |
|----------------------|-------|-----|---------------|
| Skuteczność na CaCO₃ | wysoka| bardzo wysoka* | wysoka |
| Ryzyko pittingu Cu | niskie| wysokie | niskie |
| Pasywacja | tak | brak | brak |
| Emisja gazów | CO₂ | Cl₂/H₂ ↑ | brak toksycznych |
*HCl wymaga silnych inhibitorów, w praktyce unika się go przy miedzi.
Kwas ortofosforowy w łagodnym stężeniu (3 – 5 %) pozostaje najpewniejszym chemicznym środkiem do czyszczenia miedzianych wymienników. Łączy wysoką skuteczność w usuwaniu kamienia z naturalną pasywacją powierzchni miedzi, pod warunkiem ścisłego przestrzegania parametrów procesu, dokładnego wypłukania i neutralizacji. Współczesne preparaty zawierające inhibitory i rozwiązania CIP dodatkowo minimalizują zużycie metalu oraz wpływ na środowisko.
