pdf
Temat zanieczyszczeń w instalacjach hydraulicznych jest szeroki i wielowątkowy, dlatego warto przyjrzeć się mu bliżej. Jako firma specjalizująca się w produkcji urządzeń do usuwania zanieczyszczeń, postanowiliśmy poświęcić ten artykuł właśnie temu zagadnieniu - wyjaśnić jego najważniejsze aspekty i pokazać, dlaczego ma ono tak duże znaczenie w praktyce.
Instalacje hydrauliczne są narażone na występowanie, różnego rodzaju zanieczyszczeń zawartych w wodzie, takich jak np. cząstki stałe, rdza, osady czy zanieczyszczenia ferromagnetyczne. Obecność tych zanieczyszczeń może wpływać na uszkodzenie m.in. pomp obiegowych, ograniczenie przepływu w zaworach czy np. spadek sprawności wymienników ciepła.
Zapewnienie czystości w instalacji grzewczej i chłodniczej to kluczowy czynnik wpływający na wydajność i niezawodność źródła ciepła, jak i całego układu.
Artykuł został podzielony na dwie części:
- pierwsza będzie dotyczyć zanieczyszczeń, jakie mogą znaleźć się w instalacjach, sposobu ich powstawania i szkód jakie mogą powodować
- w drugiej części przeanalizowane zostaną najważniejsze urządzenia pozwalające na usuwanie zanieczyszczeń, ze wskazaniem ich głównych cech, a także zostaną zaprezentowane schematy mniejszych układów z urządzeniem do usuwania zanieczyszczeń.
Substancje obecne w wodzie
Substancje obecne w wodzie
Zanieczyszczenia obecne w wodzie instalacyjnej mogą mieć różne pochodzenie:
- zawarte w wodzie, którą napełniana jest instalacja, w zależności np. czy jest to woda wodociągowa czy może z ujęcia lokalnego
- pozostałości powstałe w wyniku montażu i serwisowania instalacji, jak np. opiłki metalu lub resztki uszczelnień
- zanieczyszczenia powstałe w trakcie eksploatacji instalacji, tj.: produkty utleniania i korozji, kamień kotłowy, rozwój bakterii.
Problemy wynikające z obecności tych substancji są nie tylko mechaniczne, ale również chemiczne i elektrochemiczne. Najbardziej niebezpiecznymi dla instalacji, są substancje powstałe w trakcie pracy instalacji i to one mogą poważnie ograniczyć ich wydajność.
Poniżej omówione będą typowe i najczęstsze rodzaje zanieczyszczeń, oraz związane z nimi problemy występujące w instalacji.
Typowe rodzaje zanieczyszczeń w instalacjach i problemy związane z ich występowaniem
Kamień kotłowy
Kamień kotłowy
Kamień kotłowy, czyli inaczej osad wapienny, jest wynikiem odkładania się wapnia i magnezu (soli decydujących o twardości) na ściankach rur, powierzchniach wymiany oraz elementach regulacyjnych i sterujących. Ilość osadu zależy od: temperatury, twardości wody, objętości zużytej wody.
W przeciwieństwie do innych soli, sole wapnia i magnezu stają się mniej rozpuszczalne wraz ze wzrostem temperatury. Z tego powodu wszystkie instalacje, w których woda jest podgrzewana, są narażone na ryzyko powstawania kamienia.
Kamień kotłowy tworzy się m.in. w kotłach, w obiegu ciepłej wody użytkowej, w wymiennikach, w rurach oraz na punktach czerpalnych. W instalacjach grzewczych powstanie osadu wapiennego odbywa się tylko w fazie początkowej: wapień zawarty w wodzie instalacyjnej odkłada się w najgorętszych strefach instalacji – z reguły w kotle. Zaraz po utworzeniu się kamienia nie można się go pozbyć poprzez zrzucenie wody z instalacji. Dlatego też, jeśli woda zostanie częściowo spuszczona, a następnie uzupełniona, do instalacji przedostają się dodatkowe sole wapnia, co powoduje dalsze gromadzenie się kamienia.
Finalnie może to prowadzić do: stopniowego zmniejszania przekroju rur, aż do całkowitej niedrożności, zmniejszania wymiany ciepła na powierzchni wymiennika lub hałasu w kotle na skutek miejscowego przegrzania wody w obiegu, które prowadzi do powstania pary.
Aby zapobiec osadzaniu się kamienia, woda może być uzdatniana: wewnętrznie poprzez dodanie specjalnych środków chemicznych, zewnętrznie poprzez zmiękczenie lub demineralizację wody instalacyjnej.
Korozja
Korozja jest niewątpliwie zjawiskiem, którego należy się najbardziej obawiać w instalacji grzewczej. Ma ona także największy wpływ na powstawanie osadów w instalacji m.in. magnetytu i rdzy. Jest to bardzo złożone zjawisko, które na ogół ma tendencję do oddziaływania na całą instalację, a nie tylko na jej poszczególne części. Korozja jest wynikiem działania wielu czynników, takich jak rodzaj obecnych metali, właściwości fizyko-chemiczne wody oraz dynamika płynu (temperatura, prędkość i ciśnienie).
Korozję można podzielić na dwie główne kategorie:
• ogólną - która zachodzi równomiernie na całej metalowej powierzchni
• miejscową - która zachodzi w pobliżu określonych obszarów metali.
Przyczyny korozji są różne:
• prądy błądzące
• tlen rozpuszczony w wodzie
• elektroliza
• erozja
• kawitacja
• osady
• pęknięcia w materiałach.
Najbardziej sprzyjającym warunkiem powstawania korozji jest jednoczesne występowanie osadów na metalowych powierzchniach.
W instalacjach grzewczych korozja podosadowa stanowi spory odsetek zjawisk korozyjnych, które mogą wystąpić w obiegu zamkniętym. W obecności wody, warstwa zanieczyszczeń na metalowej powierzchni (np. osady tlenku żelaza) prowadzi do powstania dwóch stref (woda/zanieczyszczenia i zanieczyszczenia/metal) o różnej zawartości tlenu (zob. rysunek poniżej).
Strefa woda/zanieczyszczenia, czyli strefa katodowa jest znacznie bogatsza w tlen niż strefa zanieczyszczenia/metal, czyli strefa anodowa. W ten sposób powstaje miejscowy efekt „ogniwa” z przepływem prądu, który prowadzi do korozji powierzchni metalowych. Występuje w miejscach, gdzie prędkości przepływu cieczy są bardzo małe, a więc tam, gdzie z łatwością tworzą się osady.
Wpływ korozji na materiały stosowane w instalacjach grzewczych
Materiały żelazne
Materiały żelazne w obecności tlenu i osadów są bardziej narażone na korozję ogólną.
W wyniku korozji ogólnej powstaje magnetyt, typowy ciemnoszary szlam, często spotykany w instalacjach grzewczych oraz w starych żeliwnych i żelaznych grzejnikach.
Powstawanie magnetytu jest samonapędzającym się procesem, a osady magnetytu mogą powodować dodatkową korozję podosadową. Magnetyt jest tlenkiem żelaza o istotnych właściwościach magnetycznych. Z tego powodu można go usunąć za pomocą urządzeń wyposażonych w magnes. Jeśli w instalacji nadal występuje tlen, magnetyt kontynuuje swoją reakcję chemiczną i przekształca się w hematyt, co powoduje korozję wżerową w obrębie instalacji.
Miedź
Miedź jest metalem szlachetnym, więc charakteryzuje się dobrą odpornością na korozję. Pomimo tego jednak może ulegać lekkiej korozji: równomiernej w obecności tlenu lub miejscowej w przypadku występowania osadów na powierzchniach. Kiedy miedź jest skorodowana, ulega rozpuszczeniu w wodzie, co może z kolei dać początek korozji w połączeniu z innymi metalami w instalacji, takimi jak stal miękka lub aluminium.
Niektóre stopy miedzi zawierające cynk - czyli mosiądz, jeśli są złej jakości, są narażone na taką reakcję, jak odcynkowanie, tj. rozpuszczanie mosiądzu z utworzeniem jonów cynku i jonów miedzi.
Odcynkowanie to specyficzny rodzaj korozji którą wywołują głównie następujące czynniki: kwaśne pH wody, obecność chlorków i siarczków w wodzie, wysoka zawartość tlenu w wodzie, wysoka temperatura wody (przyspiesza ten proces) oraz skład mosiądzu (o niższej zawartości miedzi jest bardziej podatny na odcynkowanie). Proces ten, oprócz tego że, powoduje tworzenie ewentualnych osadów, to również bardzo pogarsza właściwości mechaniczne mosiądzu. Mosiądz staje się kruchy, porowaty i traci wytrzymałość mechaniczną, co może prowadzić do nieszczelności instalacji, pękania kształtek i zanieczyszczenia wody pitnej.
Aluminium
Aluminium może samodzielnie obronić się przed korozją, tworząc warstwę ochronną, kiedy pH wody wynosi od 7 do 8,5. Warstwa ta jednak może zostać uszkodzona w pewnych warunkach na skutek: zmian pH, wysokiego stężenia chlorków lub obecności miedzi w obiegu, która może powodować korozję miejscową. Ponieważ aluminium jest wrażliwe na zmiany pH, należy zachować szczególną ostrożność przy stosowaniu wody zmiękczonej lub demineralizowanej, która jest uboga w sól. Sole rozpuszczone w wodzie mają działanie „buforowe”, tzn. ograniczają zmiany wartości pH.
Stal nierdzewna
Stal nierdzewna generalnie jest odporna na korozję. W niektórych przypadkach jednak może wystąpić korozja miejscowa w obecności jonów chlorkowych.
Zanieczyszczenie mikrobiologiczne
W skład tego rodzaju zanieczyszczenia wchodzą wszystkie formy życia takie jak bakterie, grzyby, glony i drożdże, którym sprzyja światło, ciepło, obecność tlenu i osadów, różne inne zanieczyszczenia oraz niekorzystne warunki panujące w instalacji. Mikroorganizmy te żyją w resztkach pozostawionych w instalacji po montażu lub są obecne w wodzie którą napełniany jest układ.
Warunki jakie sprzyjają rozwojowi mikroorganizmów to:
• obecność tlenu
• niskie temperatury około 37-38 °C
• obecność substancji organicznych
• produkty biobójcze do uzdatniania wody, które po utracie swojego działania ochronnego mogą stać się pożywką dla rozwoju bakterii
• stagnacja wody
• osady wapienne
Najbardziej narażone na tego typu zanieczyszczenia są oczywiście instalacje niskotemperaturowe, gdzie m.in. znajdują się okresowo nie używane odcinki wodne. Rozwój bakterii prowadzi do osadzania się na ściankach rur szlamu organicznego (biofilmu). Jeżeli nie jest odpowiednio zwalczany, ogranicza wymianę ciepła i przepływ wody. Biofilm jest słabo przepuszczalny i można go usunąć tylko przy użyciu specjalnych produktów (biobójczych) lub środków czyszczących.
Należałoby jeszcze wspomnieć, że wszelkie pozostałości po wykonywaniu instalacji jak np. smary, oleje, resztki uszczelnień również są niepożądanymi zanieczyszczeniami w układzie.
Jakie szkody w instalacji mogą powodować zanieczyszczenia?
Nieprawidłowa praca zaworów
Zanieczyszczenia przyklejone do gniazd zaworów mogą powodować ich niedomykanie się, sklejenie lub trudności z regulacją.
Zablokowanie pomp obiegowych
Najczęściej pompy generują pole magnetyczne przez co przyciągają zanieczyszczenia ferromagnetyczne.
Obniżenie sprawności wymienników ciepła
Obecność cząstek zawieszonych i pozostałości korozji, wytrącające się na wymienniku powodują: zmniejszenie przekroju przepływu i stanowią izolację termiczną przez co wydajność wymiennika znacznie spada. Ponadto kamień i osady mogą powodować miejscowe przegrzanie metalu wymienników, co może powodować miejscowe odparowanie wody i gwałtowny hałas, a nawet pęknięcie wymienników. Kamień kotłowy może również zwiększyć opór cieplny wymiennika, np. jeden milimetr kamienia kotłowego może zwiększyć opór cieplny wymiennika o około 45 %. Aby skompensować większy opór przy wymianie ciepła i utrzymać na stałym poziomie moc wymienianą (tzn. moc dostarczaną do instalacji), systemy sterowania kotłów zwiększają moc palnika.
Przekłada się to na:
• wzrost temperatury gazów spalinowych;
• większą ilość ciepła odpadowego (z gazów spalinowych i ścian kotła);
• mniejszą kondensację gazów spalinowych.
Wszystko to prowadzi do obniżenia mocy kotła i wzrostu kosztów energii. W kotłach kondensacyjnych zjawisko to jest jeszcze bardziej nasilone, dlatego też na wydajność kotłów kondensacyjnych duży wpływ mają osady zanieczyszczeń.
Spadek mocy elementów grzejnych
Nagromadzenie osadów i magnetytu w dolnej części grzejników powoduje zaburzenia równowagi cieplnej, niewystarczający poziom komfortu cieplnego i tym samym wyższe koszty eksploatacji. Ewentualna niedrożność może uniemożliwić cyrkulację gorącej wody. W związku z powyższym, powstają zimne strefy.
Ograniczenie lub całkowite zablokowanie przepływu
W rurze może powstać zator spowodowany zanieczyszczeniami, zwłaszcza w miejscu gdzie jest zagięcie rury lub kiedy mamy zmianę średnicy. W instalacjach wysokotemperaturowych zablokowanie przepływu tworzy się z biegiem czasu kiedy zanieczyszczenia odkładają się na rurze w szczególności w okresie przestoju w porze letniej. W instalacjach niskotemperaturowych taki zator może stworzyć się głównie przez obecność zanieczyszczenia mikrobiologicznego tzw. biofilmu.
Przejdź do części 2, aby dowiedzieć się, jak skutecznie usuwać zanieczyszczenia z instalacji oraz jakie rozwiązania Caleffi rekomenduje w tym obszarze.
W kolejnym punkcie omawiamy szczegółowo proces oczyszczania układu.
