envelope redakcja@polskiinstalator.com.pl home ul. Wąski Jar 9
02-786 Warszawa











20W poprzednim artykule poruszyłem jeden z powszechnych problemów, jaki występuje w układach centralnego ogrzewania, czyli obecność powietrza w instalacji, co skutkuje nieprawidłowym działaniem takiego układu. Kolejny artykuł poświęcę zagadnieniu zanieczyszczeń w instalacjach grzewczych.

Nasze rozważania zacznijmy od odpowiedzi na pytanie, jakich form zanieczyszczeń można się spodziewać w pracującej instalacji c.o.? – Będą to niewątpliwie:

  • osady pochodzenia mineralnego (tzw. kamień kotłowy);
  • cząstki zawieszone (piasek, cząstki metalu, ciała obce) pochodzące z sieci wodociągowej, a także zanieczyszczenia, które przedostały się do instalacji w trakcie jej wykonywania lub konserwacji (resztki spawalnicze, konopie, smary);
  • produkty korozji tlenowej materiałów wykorzystanych do wykonania instalacji;
  • szlamy, które są efektem połączenia tlenków olei (użytych podczas produkcji elementów takich jak np. grzejniki) oraz osadów mineralnych.

21Objawy zanieczyszczenia instalacji
Przyjrzyjmy się teraz problemom, które mogą się ujawniać podczas pracy instalacji c.o. jako skutek występowania zanieczyszczeń w układzie.

Nieprawidłowe działanie zaworów przy grzejnikach. Jak pokazano na rys. 1, zanieczyszczenia znajdujące się w wodzie grzewczej, przepływając przez zawór przy grzejnikach, stopniowo gromadzą się w okolicy elementu zamykającego. Skutkiem takiego procesu będzie nieszczelność zaworu lub jego „zacięcie”.

22Obniżona sprawność wymiany ciepła w grzejnikach. Grzejniki są swego rodzaju „zbiornikami dla zanieczyszczeń” – cząsteczki zanieczyszczeń zawieszone w wodzie instalacyjnej opadają grawitacyjnie i gromadzone są w dolnej części grzejników (rys. 2). Wraz z upływem czasu, gromadzące się zanieczyszczenia mogą tworzyć bardzo trudną do usunięcia, gęstą substancję, która nie tylko obniża wydajność grzejną, ale również może być zalążkiem korozji wżerowej.

Obniżona sprawność wymienników ciepła. Podobnie jak w przypadku grzejników, zanieczyszczenia zawieszone w wodzie grzewczej mogą także gromadzić się w wymiennikach ciepła urządzeń grzewczych (w zależności od ich konstrukcji). Prowadzi to do ograniczenia przepływu czynnika i powierzchni wymiany ciepła. Ponadto wymienniki ciepła są niezwykle narażone na osadzanie się kamienia kotłowego, co przyspiesza proces obniżenia sprawności wymiany ciepła (rys. 3).

23Uszkodzenie pomp w instalacji c.o. Podczas procesów korozji w instalacji do wody uwalniane są zanieczyszczenia niemagnetyczne (rdza) i magnetyczne (w postaci małych płatków o silnych właściwościach magnetycznych). Pompy w instalacji c.o. generują pole magnetyczne, a to powoduje gromadzenie się na ich elementach cząsteczek magnetycznych zawieszonych w wodzie. W wyniku tego może dojść do uszkodzenia pompy.

24Zmniejszenie przekroju przepływu w rurociągach i natężenia przepływu czynnika. Od kilku lat na rynku instalacyjnym można zaobserwować trend do zmniejszania średnic przewodów (co jest podyktowane ograniczeniem zapotrzebowania na ciepło w budynkach). Zanieczyszczenia osadzające się w przewodach i złączkach o małych średnicach są dużym problemem, ponieważ mogą znacząco obniżać ich przepustowość i dzieje się to dużo szybciej niż kiedyś (rys. 4).

Korozja elektrochemiczna. Korozja elektrochemiczna pojawia się wówczas, gdy w obecności wody wytwarza się warstwa brudu na metalowej powierzchni elementów instalacji. Wewnątrz instalacji powstają wówczas dwie strefy o różnej zawartości tlenu: woda/brud oraz brud/ metal. Strefa woda/brud jest znacznie bogatsza w tlen niż strefa brud/metal. Z tego powodu dochodzi do reakcji anodowej (strefa bogata w tlen to katoda, strefy ubogie w tlen to anody), co prowadzi do korozji powierzchni metalowej (rys. 5).

25Uzdatnienie wody
Aby skutecznie chronić instalację grzewczą przed zanieczyszczeniami, w pierwszej kolejności powinno się oczywiście sprawdzić twardość wody, którą będzie napełniana instalacja. Odpowiednią twardość wody dla danego systemu można ustalić, posługując się np. tabelami zamieszczonymi w niemieckich wytycznych VDI 2035 (część 1 i 2). W przypadku, kiedy woda nie spełnia wymogów, należy poddać ją procesom zmiękczania lub demineralizacji. Obydwa procesy przeprowadzane są w specjalnie do tego celu polecanych urządzeniach wyposażonych w odpowiednie wkłady (rys. 6). Infografiki ilustrujące te procesy przedstawione są na rys. 7 i 8.

26Proces zmiękczania wody (rys. 7). Wkłady zmiękczające zawierają tylko jeden rodzaj żywicy z dodatnimi jonami sodu (Na+). Podczas procesu zmiękczania jony wapnia (Ca2+) i magnezu (Mg2+), znajdujące się w dostarczanej wodzie, wiążą się z żywicą i zastępowane są przez jony sodu uwalniane do wody. Woda uzdatniona nie zawiera już jonów wapnia i magnezu (nie będzie powodować tworzenia się kamienia w instalacji), ale są w niej obecne inne sole – pozostaje zatem możliwość korozji. Dlatego zawsze konieczne jest zaaplikowanie chemicznych dodatków do instalacji grzewczej, aby zminimalizować procesy korozji.

2728

Proces demineralizacji wody (rys. 8). Wkłady do demineralizacji wody zawierają dwa rodzaje żywic: żywice anionowe z jonami ujemnymi (OH) oraz żywice kationowe z jonami dodatnimi (H+). Podczas procesu demineralizacji, dodatnio naładowane sole (Na+, Ca2+, Mg2+), znajdujące się w dostarczanej wodzie, zastępowane są przez jony dodatnie H+. Ujemnie naładowane sole (SO4 2–, Cl, HCO3 ) zastępowane są przez jony ujemne (OH).

Urządzenia eliminujące zanieczyszczenia
Kolejnym krokiem do zabezpieczenia instalacji będzie zastosowanie odpowiednich urządzeń eliminujących zanieczyszczenia z systemu. Wersja minimum to zastosowanie filtrów siatkowych, natomiast optymalne zabezpieczenie zapewni dodatkowe wyposażenie układu w separatory zanieczyszczeń. Poniżej przedstawiono podstawowe informacje dotyczące tych rozwiązań.

Filtry siatkowe. Oddzielają one zanieczyszczenia w procesie fizyczno-mechanicznym. Korpus takiego filtra wyposażony jest w komorę, w której zamontowana jest metalowa siatka. Podstawowym parametrem charakteryzującym filtr jest średnica oczka siatki (lub pojemność filtracyjna) – wielkość ta definiuje rozmiar cząstek zanieczyszczeń, które mogą być przechwycone przez filtr. Przykładowe siatki stosowane dla danej średnicy filtra przedstawione są w tabeli 1. 29
Jak wygląda skuteczność oczyszczania wody przez filtr siatkowy? – Otóż podczas pierwszego uruchomienia instalacji filtr przechwytuje z wody cząsteczki o średnicy większej niż średnica oczka siatki, jednak nie jest w stanie skutecznie usunąć z niej cząsteczek piasku, rdzy oraz cząstek magnetycznych (w przypadku standardowych filtrów bez dodatkowego elementu magnetycznego). Ilustruje to rys. 10 – niebieskie pole. 30
Filtry siatkowe mogą być zamontowane w instalacji na przewodach pionowych lub poziomych, oczywiście – zgodnie z kierunkiem przepływu wskazanym na korpusie urządzenia. W przypadku montażu poziomego, osadnik zanieczyszczeń z wkładem filtracyjnym powinien być skierowany w dół, a w przypadku montażu na przewodach pionowych osadnik bezwzględnie musi być skierowany do dołu. Ponadto podczas montażu filtrów konieczne jest zastosowanie zaworów odcinających w celach konserwacyjnych. Trzeba też pamiętać, że ze względu na sposób działania filtrów siatkowych, strata ciśnienia wody wzrasta wraz z ilością gromadzących się zanieczyszczeń na siatce filtra. Przykładowo: strata ciśnienia (czystego filtra) dla filtra o średnicy 1” z siatką o średnicy oczka 400 μm wynosi ok. 180 mm sł.w. przy przepływie 1500 l/h. Strata ciśnienia wody, gdy filtr ten jest zanieczyszczony w 70%, wzrasta czterokrotnie: do wartości ok. 810 mm sł.w. Dlatego niezwykle ważna jest okresowa kontrola stanu zabrudzenia filtra.

31Separatory zanieczyszczeń*. Separacja zanieczyszczeń jest procesem bardziej efektywnym niż ich filtracja (z punktu widzenia wielkości separowanych cząstek). Dzięki wykorzystaniu zjawiska wytrącania zanieczyszczeń z wody pod wpływem grawitacji, możliwa jest separacja cząstek o średnicy do 0,005 mm (5 μm). Separatory mogą być wykonane z mosiądzu z przyłączami gwintowanymi, jak również ze stali z powłoką epoksydową z przyłączami kołnierzowymi oraz z technopolimeru (rys. 11). Zasada działania tych urządzeń opiera się na połączeniu kilku zjawisk fizycznych:

  • zmniejszenie prędkości medium sprzyja grawitacyjnemu opadaniu zanieczyszczeń w komorze gromadzenia;
  • wewnętrzny element powoduje wytrącenie się z przepływającego medium zanieczyszczeń, które opadają do komory zlokalizowanej w dolnej części urządzenia. 

32Na rys. 12 przedstawiono sposób pracy separatora zanieczyszczeń do montażu na przewodach poziomych wyposażonego w dodatkowy pierścień magnetyczny. W tej wersji specjalny pierścień zamontowany jest na zewnątrz, w miejscu gromadzenia się zanieczyszczeń. Zanieczyszczenia ferromagnetyczne są zatrzymywane w komorze gromadzenia zanieczyszczeń. Taka lokalizacja elementu magnetycznego wspomaga usuwanie zanieczyszczeń, a jednocześnie nie ma wpływu na hydraulikę samego urządzenia.

Budowa separatorów zanieczyszczeń pozwala na oddzielenie z wody instalacyjnej cząsteczek o wielkości kilku mikrometrów. Separacja następuje w sposób ciągły, a całkowite usunięcie zanieczyszczeń wymaga kilkudziesięciu cykli pracy instalacji. Przykładowo: badania przeprowadzone w specjalistycznym laboratorium (TNO – Nauka i Przemysł) dotyczące szybkości separacji zanieczyszczeń wykazały, że separatory zanieczyszczeń firmy Caleffi są w stanie po 50 cyklach recyrkulacji (w przybliżeniu jeden dzień pracy instalacji) usunąć z układu grzewczego większość zanieczyszczeń. 100% cząstek o wielkości wyższej niż 100 μm i średnio 80% cząstek o mniejszych wymiarach zostało usunięte (rys. 13). Na rys. 14 przedstawiono przykłady zanieczyszczeń, które mogą być usunięte za pomocą separatorów (zielone pole). Gdy porówna się ten wykres z wykresem na rys. 10, wyraźnie widać, jak ogromną przewagę w usuwaniu zanieczyszczeń mają separatory nad filtrami siatkowymi. Ponadto straty ciśnienia separatorów są niższe niż filtrów, a gromadzące się zanieczyszczenia nie mają na nie wpływu, ponieważ znajdują się w komorze w dolnej części urządzenia.

Warto pamiętać, że separator zanieczyszczeń powinien być zainstalowany na przewodzie powrotnym, przed źródłem ciepła. Pozwala to na usuwanie zanieczyszczeń zanim dotrą one do źródła ciepła. Dostępne są wersje do montażu na rurociągach pionowych i poziomych. Komora gromadzenia się zanieczyszczeń jest wyposażona w zawór spustowy, który może być użyty do usunięcia zanieczyszczeń nawet w czasie normalnej pracy instalacji.

33Uzupełnienie ochrony – środki chemiczne
Jako uzupełnienie zabezpieczenia instalacji powinno się stosować środki chemiczne wspomagające usunięcie zanieczyszczeń (tzw. cleaner) oraz zabezpieczające elementy instalacji (tzw. inhibitor).
Wśród szerokiej gamy środków chemicznych przeznaczonych do eliminacji zanieczyszczeń generalnie są dostępne trzy kategorie substancji:

  • kwasy – przywracają instalację do pełnej sprawności w krótkim czasie, ale nie należy ich stosować w układach z elementami metalowymi i galwanizowanymi, ponieważ są silnie korozyjne;
  • sekwestranty – nie są to produkty agresywne i nie mają wpływu na metale; usuwają cząstki zanieczyszczeń z wody, zapobiegając ich łączeniu się; wyłapują również bardzo małe cząstki molekularne, ale w tym przypadku konieczne jest całkowite opróżnienie instalacji po przepłukaniu, aby całkowicie się ich pozbyć;
  • środki dyspergujące – przylegają do dowolnych cząstek zawartych w wodzie i tworzą swoiste odpychanie między nimi, zapobiegając ich łączeniu się; dzięki temu cząstki te można zatrzymać i usunąć za pomocą separatorów; preparaty te mają właściwości antykorozyjne i działają w stałej temperaturze, dlatego nie ma konieczności opróżniania instalacji po przepłukaniu. Z kolei inhibitory (zabezpieczające elementy instalacji) mogą działać na zasadzie:
  • adsorpcji – kiedy wchodzą w reakcję chemiczno-fizyczną z metalem;
  • osadzania się – gdy tworzą warstwę ochronną na po- wierzchni rur i elementów instalacji, nie dopuszczając do osadzania się zanieczyszczeń. 

Inhibitory zawierają składniki, które regulują pH wody.

34Pozorne oszczędności
Podsumowując nasz mini przegląd sposobów ochrony instalacji, można zadać pytanie, dlaczego tak często instalacje grzewcze/chłodnicze narażone są na problemy związane z zanieczyszczeniami, skoro rynek oferuje tak szeroką gamę specjalistycznych produktów w tym zakresie? – Zapewne wpływa na to kilka czynników. Jednym z nich jest brak rzetelnej informacji/wiedzy dotyczącej poszczególnych produktów. Drugim, niestety, błędnie pojmowana ekonomia. Przy wykonaniu instalacji nadal bierze się pod uwagę tylko nakłady inwestycyjne, a kompletnie pomija późniejsze jej funkcjonowanie i koszty utrzymania. Zarówno dla inwestorów, jak i wykonawców z pewnością dużo bardziej opłacalne byłoby zapobieganie problemom niż późniejsze naprawianie ich skutków.
35Zastosowanie opisanych w artykule elementów zapewni długotrwałą, bezproblemową pracę instalacji i co najważniejsze – zapewni jej najwyższą sprawność, co bezpośrednio przełoży się na oszczędności w opłatach za ogrzewanie.

* Zasadę działania i budowę separatorów przedstawiono na przykładzie produktów firmy Caleffi. Poszczególne rozwiązania konstrukcyjne oraz sprawność urządzeń mogą się różnić w przypadku innych producentów.


 

pi