Polski Instalator - Zanieczyszczenia stałe w instalacji ogrzewczej

18 12 Zapewne część czytelników pamięta reklamę telewizyjną sprzed 30 lat, w której padają słowa: Ojciec, prać? – pytają synowie. Prać, ale tylko w proszku Pollena 2000 – odpowiada ojciec. Parafrazując te słowa, można zapytać w odniesieniu do cieczy znajdującej się w instalacji ogrzewczej – Majster, filtrować? Filtrować, ale tylko... No właśnie, jak filtrować? I o tym w niniejszym artykule.

Na początek można zadać pytanie, skąd biorą się zanieczyszczenia w instalacji, skoro uzupełniana jest ona czystą, z punktu widzenia użytkownika, wodą sieciową? Źródła ich pochodzenia są różne – mamy więc pozostałości prac monterskich (elementy metalowe, tworzywa sztuczne, włókna itp.), ale też produkty erozji i korozji oraz innych reakcji chemicznych, jakie zachodzą w wodzie instalacyjnej, zwłaszcza przy wysokiej zawartości powietrza i łączeniu ze sobą różnych materiałów konstrukcyjnych (miedź, aluminium, stal, mosiądz itd.). Zatem już sama „czysta” woda sieciowa ma skłonność do tworzenia zanieczyszczeń i osadów. Ponadto czasem, w przypadku dużych instalacji, do rury przedostanie się innego rodzaju zanieczyszczenie, np. rękawiczka robocza (i nie jest to żart) – słowem: szwedzki stół. Z założenia zaś czynnikiem roboczym powinna być tylko użyta ciecz – najczęściej woda, wodny roztwór glikolu lub woda z odpowiednim w danym przypadku płynem instalacyjnym.

! W instalacji, z uwagi na ciągle zachodzące procesy chemiczne związane przede wszystkim z obecnością powietrza w wodzie (lub innym czynniku) i powolnym wymywaniem (erozją) ścianek elementów, zanieczyszczenia stałe są produkowane w sposób ciągły. W sposób ciągły muszą więc być też usuwane, aby nie rosła ich koncentracja.

Oczywista rola filtrów
Do tego, że filtry są potrzebnym i nieodzownym elementem instalacji ogrzewczych nie trzeba specjalnie przekonywać. Wyłapując cząstki stałe z wody, chronią w ten sposób pozostałe elementy instalacji, jak np. zawory regulacyjne, pompy, wodomierze itp., zapobiegając ich zatykaniu lub zarastaniu. Zapewniają także ochronę grzejnikom i kotłom, minimalizując zjawisko odkładania się np. kamienia kotłowego, które negatywnie wpływa na wymianę ciepła między czynnikiem a ścianką takiego elementu i może prowadzić nie tylko do obniżenia efektywności energetycznej, ale także do uszkodzenia urządzeń grzewczych. Mówiąc krótko – filtry sprzyjają osiąganiu korzystnych wskaźników energetycznych i eksploatacyjnych instalacji.

Filtry siatkowe
Najczęściej stosowanym rodzajem filtra jest filtr siatkowy, nazywany też filtrem skośnym, pokazany na rys. 1. Zasada jego pracy jest bardzo prosta: woda przepływa przez wkład z siatki z odpowiednio małymi oczkami, na której zatrzymują się zanieczyszczenia o rozmiarze większym niż wielkość oczka.

Pamiętajmy o ograniczeniach. Ta prostota działania filtra jest, niestety, jednocześnie wadą – skoro siatka wyłapuje zanieczyszczenia, to „zarasta” ona i filtr taki stopniowo zatyka się, stawiając coraz większy opór hydrauliczny i utrudniając przepływ czynnikowi. Skutkować to może zarówno pogorszeniem parametrów hydraulicznych instalacji, jak i pogorszeniem warunków komfortu cieplnego w obsługiwanych pomieszczeniach i wzrostem kosztów eksploatacyjnych. Dodatkowo utrudnia to płukanie instalacji z zanieczyszczeń, gdyż redukuje maksymalną prędkość, z jaką czynnik może płynąć, a podwyższona prędkość przepływu czynnika jest w tym procesie niezbędna, aby – mówiąc obrazowo – porwać ze sobą zanieczyszczenia z rur i urządzeń. Jedynym rozwiązaniem w takiej sytuacji jest wyczyszczenie siatki, czyli w praktyce wykonanie szeregu czynności:

zatrzymanie krążenia czynnika w rurze, na której zamontowany jest filtr,
wykręcenie wkładu z siatką filtracyjną,
wyczyszczenie jej,
wkręcenie wkładu z powrotem i wreszcie...
wznowienie przepływu.

Pół biedy, jeśli równolegle do filtra zamontowane jest obejście, przez które czynnik może płynąć w czasie serwisu filtra – czasem bowiem przestój w pracy instalacji albo jest niemożliwy z powodów technologicznych, albo wiąże się z nieakceptowalnymi stratami ekonomicznymi. Nawet jednak w takim przypadku wyczyszczenie filtra bywa problematyczne, ponieważ trzeba na to poświęcić czas, a w praktyce często także pieniądze, gdyż dokonać tego musi odpowiednio przeszkolony fachowiec. Trudno sobie bowiem wyobrazić, że zwykły użytkownik wymienia np. wkład filtra z przyłączem kołnierzowym (rys. 1c), w urządzeniu o średnicy nominalnej rzędu DN100. Ponadto woda, która płynie obejściem, nie jest filtrowana i zaniefią na filtr po jego powrotnym zamontowaniu i... znowu go zatkają. Element taki jest więc, de facto, urządzeniem o działaniu okresowym, a nie ciągłym. Tymczasem filtrowanie powinno mieć charakter ciągły.

Jak sprawić, żeby filtrowanie przebiegło w sposoób ciągły? Może dać równolegle drugi filtr, działający w czasie, w którym pierwszy jest serwisowany? Tak, jest to jakiś sposób i byłby on bardzo dobry, gdyby jeszcze tylko rozwiązać problem konieczności serwisowania.

Zalecenia odnośnie do stosowania filtrów można znaleźćw wytycznych branżowych. Stosowanie filtrów jest także często zalecane przez producentów urządzeń i elementów do urządzeń ogrzewczych – zaworów, pomp, wodomierzy, grzejników itd. W tym przypadku można jednak spotkać (aczkolwiek coraz rzadziej) zalecenia dotyczą-ce stosowania konkretnie filtrów siatkowych. Bierze się to oczywiście nie stąd, iż taki rodzaj filtra jest najbardziej korzystny i powinien być zastosowany, ale m.in. stąd, że akurat filtr siatkowy rozpowszechnił się przez lata, a wiedza o innych, bardziej specjalistycznych rozwiązaniach nie jest powszechna. W praktyce dostępne są jednak lepsze rozwiązania – skuteczniejsze zarówno co do efektów działania, jak i niewymagające tak kłopo-tliwego serwisowania. Mają one słabą reklamę i głównie dlatego są tak mało popularne.

! Miejmy nadzieję, że ten artykuł będzie co najmniej jednym wyświetleniem więcej ich reklamy, bo przez 30 lat wiele się zmieniło w tym temacie i filtrować – ale z głową – warto.

Separatory sedymentacyjne
Separatory mają za zadanie oddzielić cząstki stałe z czynnika, wytrącić je. Mają istotne przewagi nad klasycznymi filtrami siatkowymi – mogą wyłapywać cząstki stałe o znacznie mniejszym rozmiarze (jak pokazano na rys. 7), charakteryzują się mniejszymi oporami hydraulicznymi i nie „zarastają”, czyli nie blokują przepływu.

Zjawisko separacji może być wymuszane na różne sposoby, ale najczęściej jest to sedymentacja oraz siła odśrodkowa. W przypadku separatorów sedymentacyjnych czynnik wpływa przewodem o określonej średnicy do komory urządzenia, która ma znacznie większą średnicę. W wyniki tego gwałtowanie spada prędkość przepływu czynnika. Siła ciążenia zaczyna przeważać nad siłami bezwładności i cząstki stałe, z zasady ciężkie od czynnika, zaczynają opadać grawitacyjnie do części osadczej.

Często we wnętrzu tego urządzenia montuje się dodatkowe elementy i przegrody, wspomagające sedymentację i wytrącanie cząstek oraz kierowanie ich w dół, do części osadczej. Ponadto najczęściej fabrycznie wyposażane są w dodatkowe nakładki magnetyczne albo konstruowane są w taki sposób, aby dedykowaną nakładkę można było założyć (rys. 6).

Z uwagi na zasadę pracy i wykorzystywanie siły grawitacyjnej, separatory tego typu powinny być montowane spustem w dół, czyli tylko w jednej płaszczyźnie.

Separatory cyklonowe
Separatory cyklonowe działają poprzez wytrącanie (odseparowywanie) cząstek stałych z czynnika na zasadzie siły odśrodkowej wirującego medium (cyklon), nie zaś samej sedymentacji. Podobnie jak poprzednio, odseparowane zanieczyszczenia opadają do komory osadczej, ale nie na zasadzie grawitacyjnej, lecz przy wykorzystaniu siły odśrodkowej. Dzięki temu urządzenia takie mogą być zainstalowane zarówno w płaszczyźnie poziomej, jak i pionowej, a także w każdej innej i nie tylko spustem w dół, bez dużego wpływu na skuteczność działania. Urządzenie tego typu pokazano na rys. 2.

Efektywność separatora cyklonowego jest wyższa niż separatora sedymentacyjnego, co ilustrują rys. 3 i 4. Wykres na rys. 3 należy jednak czytać w odpowiednim kontekście. Immanentną cechą separatora cyklonowego jest to, że efektywność jego działania rośnie wraz ze wzrostem prędkości przepływu czynnika – rys. 5. Wspomaga to proces oczyszczania instalacji przy płukaniu, kiedy z zasady stosuje się zwiększone prędkości przepływu czynnika. W przypadku separatora sedymentacyjnego jest odwrotnie – jego efektywność maleje wraz ze wzrostem prędkości przepływu czynnika. Niemniej dla natężeń i prędkości przepływu czynnika mieszczących się w zakresie normalnej pracy większości instalacji – czyli znacznie mniejszych niż na rys. 3 – różnice w efektywności nie są aż tak duże.

W przypadku obu typów separatorów czyszczenie odbywa się przez otwarcie zaworu spustowego zamontowanego na spodzie urządzenia i bez konieczności wykonywania dodatkowych prac – szlam po prostu wypływa, wypychany ciśnieniem czynnika w instalacji. Nie ma konieczności wykręcania wkładu, manualnego czyszczenia go i ponownego wkręcania, jak to ma miejsce w przypadku filtrów siatkowych.

Separatory magnetyczne
Jak wspomniano wcześniej, w czynniku mogą znajdować się cząstki stałe różnego pochodzenia, także cząstki będące efektem utleniania elementów stalowych, tj. zawierających żelazo. Mogą one mieć bardzo małe rozmiary, mniejsze niż te, dla których separatory – zarówno sedymentacyjne, jak i cyklonowe – wykazują zauważalną skuteczność działania. Aby zwiększyć efektywność wyłapywania tego typu zanieczyszczeń, stosuje się separatory z dodatkowymi wkładami magnetycznymi. Wkład może być instalowany do wnętrza urządzenia w sposób wymienny, ale może być też montowany w postaci demontowalnej opaski lub otuliny na urządzeniu, pełniąc dodatkowo funkcję izolacji cieplnej. Przykłady takich urządzeń pokazano na rys. 6.

Wkłady magnetyczne stosuje się też w klasycznych filtrach siatkowych, jak pokazano na rys. 1b. W tym jednak przypadku pierwotną ułomność tego urządzenia, opisaną wcześniej, dodatkowo się powiększa – zastosowanie wkładu pozwalającego wyłapywać dodatkowo także cząstki (ferro)magnetyczne o rozmiarach mniejszych od rozmiarów oczek siatki powoduje jeszcze szybsze zatykanie się filtra i konieczność częstszego serwisowania.

W przypadku separatora także ma miejsce gromadzenie się materiału (ferro)magnetycznego – na ściance urządzenia, w sąsiedztwie zamocowania elementów magnetycznych. Jednak w tym przypadku, aby oczyścić z nich separator, wystarczy ściągnąć opaskę/otulinę magnetyczną – wówczas zanieczyszczenia opadają do części osadczej.

Metody chemiczne
Opisane powyżej metody usuwania zanieczyszczeń należy zaklasyfikować do metod mechanicznych. Istnieją także metody chemiczne pozwalające zmniejszyć stężenie zanieczyszczeń. Jak wspomniałem na początku, w instalacji mogą pojawić się zanieczyszczenia będące efektem reakcji chemicznej pomiędzy składnikami powietrza rozpuszczonego w wodzie – głównie tlenu, a elementami metalowymi zawierającymi żelazo – głównie stalą. Te najdrobniejsze frakcje stałe, o najmniejszych rozmiarach i najtrudniejsze w odseparowaniu z czynnika, są zwykle efektem właśnie tych reakcji. Problemem może być też wykonywanie instalacji z użyciem urządzeń i elementów wytworzonych z różnych materiałów – miedzi i jej stopów, aluminium i jego stopów, stali itp. – tj. materiałów mogących mieć znacząco różne potencjały elektrochemiczne, co sprzyja zjawisku korozji elektrochemicznej i galwanicznej, której produktaczenia stałe.

Powszechnym sposobem na uniknięcie tych problemów jest dodawanie do wody płynów instalacyjnych, często na bazie glikolu propylenowego lub etylenowego. W skład takich płynów wchodzą zwykle m.in. inhibitory (blokecje nieorganiczne, jak krzemiany sodowe. Substancje te wchodzą w reakcję z tlenem z powietrza rozpuszczonego w wodzie i eliminują ogniska korozji, a także regulują pH wody – zbyt kwaśny lub zbyt zasadowy odczyn przyspiesza korozję, a optymalna wartość pH wody zawiera się w przestrukcyjnych, [5]). Pomaga to przeciwdziałać powstawaniu rdzy, kamienia i innych osadów.

Oprócz tego w skład płynu instalacyjnego zazwyczaj wchoniu już powstałych osadów, ale głównie na zapobieganiu ich powstawaniu. Końcowy efekt jest jednak taki sam jak w przypadku metod mechanicznych – mniejsze stężenie osadów w czynniku.

Dostępne są również środki chemiczne służące do czysznie w celu wstępnego oczyszczenia elementów instalacji i czynnika, przed użyciem płynów instalacyjnych.