Дегазація і видалення шламу рецепт нормальної роботи

Дегазація і видалення шламу - рецепт нормальної роботи

К.т.н. С.А. Федоров, директор, ТОВ «Терма-СЕТ», м.Москва

Журнал «Новини теплопостачання» № 12, 2006, ntsn.ru

Ефективність роботи систем тепло- і водопостачання після запуску визначається якістю води, підтримкою необхідних параметрів експлуатації, своєчасністю сервісних робіт.

Найбільші проблеми при експлуатації, як правило, пов`язані з якістю води і наявністю газів всередині системи. Кавітація, освіта повітряних пробок, корозія і поява відкладень можуть швидко вивести з ладу навіть найсучасніші пристрої.

Однак розпізнати ці проблеми, особливо на початковому етапі досить складно. Більшість споживачів не має уявлення про склад води на вході і його зміни в процесі експлуатації. Крім того, наслідки порушень стають помітними тільки через деякий час. Завдання ускладнюється і тим, що концентрацію газів у системі досить складно визначити, оскільки після відбору проби склад газів в відібраної на аналіз воді змінюється, а для виведення системи з ладу досить невеликих по побутових мірках обсягів повітря.

Пошук причин, як правило, починається після появи непрямих ознак - зниження напору і температури, поява іржавої води, булькаючих звуків, течі і т.д. Проте, в більшості випадків досить дотримуватися простих правил під час проектування і експлуатації, щоб уникнути багатьох проблем. Нижче перераховані найбільш важливі, на наш погляд, з них.

1. У кожній точці системи повинно підтримуватися надлишковий тиск, достатній для усунення кавітації і можливості підсосу атмосферного повітря. У цьому випадку навіть при розгерметизації системи газ не буде надходити всередину. Потрібно враховувати взаємне розташування циркуляційних насосів і розширювальних напірних баків (або підвищувальних насосів). Необхідно забезпечити надлишковий тиск в відводом повітря, тому що при негативному тиску більшість цих приладів пропускає повітря всередину.

2. Система повинна бути напівпрозорої для газів, забезпечуючи дегазацію і герметичність, тобто не пропускати повітря всередину. Тут важлива наявність, розташування і технічний стан клапанів, пристроїв деаерації і розширювальних баків або систем підтримки тиску. У деяких напірних баках швидкість дифузії газів через мембрану з повітряної подушки в воду настільки велика, що через півроку - рік газ з подушки практично зникає, і бак перестає згладжувати тиск. В цьому випадку при кожному циклі стиснення-розширення свіжа вода закачується через блок підживлення або вода системи стравливается через клапан максимального тиску.

3. Велика кількість газу може надходити з водою підживлення в розчиненому стані. Тому в закритих системах необхідно контролювати обсяг що надходить свіжої води. Збільшені потоки можуть означати наявність течі або неякісний мембранний бак (див. Вище).

4. Потрібно звернути увагу на можливість застосування або сполучуваність матеріалів в одній системі або пристрої. Використання металів без належної корозійного захисту. Поєднання металів, що утворюють гальванічну пару (наприклад, мідь - залізо) призводить до інтенсивної електролітичної корозії. Використання пластика з високим коефіцієнтом дифузії для газів призведе до корозії металевих компонентів системи.

5. Оскільки швидкість корозії сильно залежить від температури, важливо дотримуватися потрібний температурний режим. Для систем гарячого водопостачання з великою кількістю води підживлення і високою концентрацією газів оптимальний діапазон - 50-60 ° С.

6. Необхідно забезпечити видалення механічних домішок. Присутність механічних частинок у воді може викликати:

q пошкодження насосів, радіаторних вентилів або іншої техніки;

q корозію під осілими великими частками або шаром шламу.

Наведені вище рецепти не вирішують усіх проблем, але можуть допомогти у багатьох випадках.

Грамотно спроектована і змонтована система, як правило, сама видаляє більшу частину повітря протягом кількох днів після запуску і забезпечує низькі концентрації повітря всередині в процесі роботи. Пристрої видалення газів є обов`язковими в сучасних системах опалення та водопостачання. Тільки ретельне видалення повітря при наповненні і ефективна дегазація в процесі роботи можуть забезпечити надійну і тривалу роботу системи. Це особливо відноситься до складних розгалуженим системам, системам з стельовим охолодженням і підігрівом підлоги. До найбільш поширених пристроїв дегазації відносяться воздухоотводчики, сепаратори і деаератори. Нижче ми розглянемо застосування клапанів і сепараторів.

Гази в системі

Будь-яка система містить в собі суміш теплоносія і газу, який потрапляє всередину як при наповненні системи, так і в процесі роботи з водою підживлення, через мембрани розширювальних баків, пластик або арматуру.

Гази можуть перебувати у воді у вигляді повітряних порожнин, бульбашок і мікропухирців і в розчиненому стані. В процесі заповнення системи гази збираються в верхніх зонах, витісняючи воду. Якщо видалення повітря не організовано як слід, там утворюються повітряні пробки (рис. 1).

Концентрація розчиненого у воді газу в рівновазі визначається законом Генрі і залежить від температури і тиску газу біля поверхні рідини. При зниженні тиску або збільшенні температури газ виходить з рідини у вигляді бульбашок. При збільшенні тиску або зниженні температури газ розчиняється в рідині. Так як вода циркулює всередині системи, потрапляючи по шляху в зони з різним тиском і температурою, повітря всередині неї може переходити з розчиненого стану в бульбашкової і навпаки. Бульбашки переносяться в потоці теплоносія. У більшості випадків турбулентний потік досить сильний і практично не дає можливості бульбашок спливати (рис. 2). Мікропухирці практично не помітні для ока окремо і здаються в масі молочною сумішшю. Бульбашки мають тенденцію прилипати і об`єднуватися один з одним на твердій поверхні.

Відвідники повітря

Для ефективного використання клапанів необхідно брати до уваги, що ці пристрої призначені в основному для стравлювання повітря при заповненні системи водою та для видалення накопичуються повітряних порожнин і пробок в процесі роботи. Вони не призначені для видалення повітря з потоку води (див. Нижче розділ «Оптимальна інсталяція») і розміщуються у верхніх точках системи, в місцях локального підвищення і на радіаторах.

Відвідники повітря поряд з розширювальними баками є найуразливішими елементами. У складних системах з великою кількістю клапанів, встановлених у важкодоступних для обслуговування та інспекції місцях, складно оцінити якість їх роботи.

Найпростішим елементом для видалення повітря є ручний повітровідвідник, що відкривається і закривається вручну. Низька ціна (і іноді якість) найчастіше не компенсує трудомісткість обслуговування, особливо при розташуванні в найбільш високих точках системи. Ці воздухоотводчики досить слабо захищені від блокування брудом і механічними частинками. Не видалені вчасно повітряні порожнини можуть знову поглинути водою при зміні режиму роботи системи, додатково стимулюючи корозію.

Автоматичні поплавкові воздухоотводчики видаляють повітряні пробки і бульбашки в міру їх появи в автоматичному режимі. Великі повітряні пробки здатні заблокувати циркуляцію в системі. Такі ситуації неможливі при використанні автоматичних клапанів, встановлених в точках можливого накопичення повітря. Відвідники повітря цього типу забезпечують кращу герметичність і захищені від попадання бруду.

На рис. 3 представлена ​​конструкція автоматичних поплавцевих клапанів (тут і далі наводяться характеристики клапанів і сепараторів одного із західних виробників - прим. Ред.). При утворенні і зростанні повітряної подушки у верхній частині камери 6 повітрявідводчика поплавок 7. з`єднаний ланцюжком з важелем клапана 2. починає опускатися. Клапан відкривається і підбурює повітря через Т-образне отвір 1 на виході 4. Поплавок піднімається і клапан закривається. Спеціальна конструкція гарантує відсутність течі. У разі, якщо це все ж станеться, вигвинтивши гвинт з флуоресцентним покриттям з гнізда 3 і укрутивши його в канал 1. можна заблокувати текти до усунення проблеми. Кольорова капелюшок гвинта буде сигналом неробочого режиму повітрявідводчика. Т-образне отвір 1 для виходу повітря не може бути заблоковано конденсатом, який зливається вниз через нижній канал. Прецизійний механізм клапана 2 з довгим важелем і надійним захистом дозволяє плавно регулювати швидкість скидання повітря. Велика конусна камера 6 знижує коливання поплавка при розриві повітряних бульбашок. Максимально можливий діаметр основи камери 10 полегшує випадання шламу із зони турбулентності. Пластина 8 з трьома отворами знижує турбулентність у верхній зоні. Спеціальна конструкція поплавця 7 з гнучкою підвіскою стійка і оптимальна для проходження бульбашок наверх. Великий діаметр вхідного отвору 9 знижує ризик капілярної блокування міхуром (рекомендується діаметр мінімум? `). Відбійник 5 перешкоджає попаданню бруду в механізм клапана.

Сепаратори повітря і шламу

За більш ніж 30 років з початку промислового виробництва сепаратори для видалення повітря і шламу стали стандартним елементом в котельних і теплових мережах. Сепаратори забезпечують видалення мікропухирців повітря і шламу з потоку води. Сепаратори не вимагають витратних матеріалів, енергії та сервісного обслуговування, вони працюють кілька десятків років, мають просту і надійну конструкцію без рухомих частин.

Універсальний сепаратор являє собою металевий циліндр з відводом повітря нагорі, вентилем для скидання шламу внизу і нерухомим механічним сепарується елементом всередині. Елемент всередині сепаратора забезпечує швидке транспортування мікропухирців наверх і осадження нерозчинних частинок внизу при проходженні потоку води через сепаратор. Сепаратори різних фірм, як правило, відрізняються різним типом сепаруючих елементів. У розглянутих сепараторах як такого елемента використовується пелюсткова спіраль з профільованою поверхнею з нержавіючої сталі, встановленої вертикально уздовж осі сепаратора (рис. 4).

Конструкція сепараторів цього типу забезпечує:

q зниження швидкості потоку води і створення зон спокою, тим самим створюється можливість бульбашок повітря підніматися нагору, а частинкам шламу осідати під дією сили тяжіння вниз.

q відцентровий ефект - частинки шламу віджимаються до зовнішньої стінки сепаратора й осідають на дно, мікропухирці концентруються в центрі і піднімаються вгору уздовж центрального каналу.

q абсорбція мікропухирців на поверхні великої площі, їх об`єднання та підйом вгору.

q невеликий і незмінний перепад тиску (близько 0,02 бар).

Автоматичний поплавковий повітровідвідник сепаратора виводить накопичується нагорі повітря, а періодичне видалення шламу здійснюється вручну за допомогою кульового вентиля внизу сепаратора. В обох випадках система не розгерметизується. При початковому заповненні системи водою великі повітряні бульбашки швидко видаляються за допомогою спеціального вентиля в корпусі повітрявідводчика. Сепаратор встановлюється вертикально. На рис. 5 представлена ​​залежність вмісту кисню в воді від часу роботи найбільш ефективного, за даними дрезденського енерготехнічного інституту (Німеччина), апарату в тестованої системі.

Відповідно до функцій існують три типи сепараторів (рис. 6).

1. Сепаратори повітря забезпечують видалення мікропухирців з рідини-встановлюються в точках системи з максимальною температурою і мінімальним тиском.

2. Сепаратори шламу забезпечують видалення нерозчинних частинок (шламу) з рідини-встановлюються на початку контуру циркуляції або перед пристроями, які потрібно захистити від шламу.

3. Комбіновані сепаратори повітря і шламу забезпечують одночасне видалення повітря і шламу (видалення повітря має пріоритет в порівнянні з функцією видалення шламу).

Основним параметром при виборі типорозміру є величина потоку через сепаратор. Наприклад, ефективна обробка потоку 30 м 3 / год забезпечується сепаратором Ду 100 мм (при швидкості потоку 1 м / с). При збільшенні швидкості потоку і тому ж обсязі потоку умовний діаметр сепаратора повинен бути збільшений.

Ефект глибокого очищення і дегазації досягається за рахунок кількаразового проходження рідини через сепаратор при циркуляції. Таким чином, сепаратори вимагають циркуляційної схеми включення, на відміну від однопрохідної в разі використання механічних фільтрів. За допомогою сепараторів можна домогтися практично повного видалення шламу з розміром частинок до 10 мкм. Їх гідравлічне опір в процесі роботи близько до нуля і практично не змінюється.

Ефект застосування сепараторів для дегазації системи залежить від грамотного вибору місця установки.

Оптимальні схеми установки

Для оптимальної роботи клапанів і сепараторів як пристрої дегазації необхідно враховувати, що воздухоотводчики призначені для видалення повітряних бульбашок і пробок, а сепаратори крім цього вловлюють мікропухирці безпосередньо з потоку і видаляють їх із системи, тобто виробляють активну дегазацію системи.

На рис. 7 представлені швидкості дегазації з потоку при інсталяції клапанів в різних зонах системи в порівнянні з сепаратором. Розташування приладів вказано на схемі рис. 8.

З даних рис. 7 видно, що швидкість дегазації сепаратора на порядки перевищує швидкості дегазації клапанів в різних позиціях. Відвідники повітря повинні встановлюватися в місцях можливого скупчення повітря у верхніх точках (рис. 9). Але вони не можуть повністю вирішити задачу дегазації, особливо в разі складної геометрії системи.

Так як сепаратори видаляють повітря знаходиться тільки в мікропузирьковом стані і з повітряних порожнин, для дегазації системи їх необхідно встановлювати в тих зонах, де можливе утворення мікропухирців.

Оскільки тиск і температура в різних точках системи різні, необхідно попередньо визначити зони, де можуть утворюватися бульбашки, як правило, це місця з найвищою температурою і мінімальним тиском. У цих точках мікропухирці можуть генеруватися природним чином. Тільки в цих зонах сепаратори можуть ефективно видаляти гази. Таким чином, ефективність застосування мікропузирькових сепараторів збільшується при зниженні статичної висоти і збільшенні температури в точках їх розміщення. Якщо тиск перевищує порогове і повітря не переходить в мікропузирьковую форму навіть при підвищенні температури, застосування сепараторів для дегазації в цих зонах неефективно.

Сепаратори повітря рекомендується встановлювати після нагрівальних елементів (наприклад, котлів) в системах опалення або в нагрітому зворотному потоці в системах охолодження в найбільш високих точках.

При установці сепараторів повітря бажано, щоб статичний тиск в зоні установки не перевищувало зазначені в таблиці значення при даній температурі.

При установці сепаратора повітря в оптимальній точці через деякий час після початку роботи концентрація мікропухирців в даній точці теоретично прагне до нуля (рис. 7). При цьому вода в інших частинах системи стає ненасиченим і поглинає повітря в зонах, де він знаходиться або з`являється у вільному стані, наприклад з пробок. При циркуляції, коли ця порція води потрапляє в зону розташування сепаратора, нові мікропухирці знову видаляються сепаратором. Таким чином, за допомогою одного сепаратора повітря, встановленого в оптимальному місці, можна видалити повітряні порожнини з усього контуру і провести його дегазацію. Кінцева концентрація газів буде дорівнює величині рівноважної концентрації в точці установки сепаратора при даних температурі і тиску.

Сепаратори шламу зазвичай встановлюються перед приладом, який треба захистити від бруду або на початку контуру циркуляції (рис. 10, сепаратор зліва від котла).

При достатній швидкості циркуляції (але не вище оптимальної для сепарації), коли більша частина нерозчинних частинок переноситься в потоці, можна домогтися практично повного очищення від шламу всієї системи.

Сепаратори даної конструкції дозволяють використовувати їх або для видалення шламу, або, помінявши місцями відведення повітря і кульової вентиль, для дегазації.

Сепаратори з магнітними пастками

Сепаратори з магнітними пастками (рис. 11) вловлюють нерозчинні домішки заліза у воді набагато ефективніше, ніж звичайні сепаратори. Стрижень з потужним магнітом вставляється знизу зовні в гільзу сепаратора і виймається перед операцією вимивання шламу без порушення герметичності системи. Магнітний стрижень відділений стінками гільзи від води і не вимагає очищення або захисту від корозії. Гільза зроблена з немагнітного матеріалу, тому магнетит осідає вниз і потім шлам змивається через вентиль. Для ефективного вимивання вентиль зміщений від центру (створення вихрового ефекту).

замість висновку

Діапазон вироблених моделей сепараторів дозволяє використовувати їх як для невеликих об`єктів, наприклад котеджів, так і для захисту об`єктів потужністю кілька мегават і величин потоків кілька сотень кубометрів на годину, наприклад, великих котелень та систем водопідготовки. На рис. 12 наведені приклади установки сепараторів.

У системах гарячого водопостачання, як правило, необхідно використовувати додаткові системи захисту від корозії. Застосування сепараторів для дегазації (у верхній точці системи) і видалення шламу (внизу перед циркуляційними насосами або теплообмінниками) дозволяє досить просто і надійно позбутися свищів, іржавої води і інших проблем.

1. Gase in kleinen und mittleren Wasserheiznetzen. Technische Universitat Dresden, Institut fur Energietechnik, koordinierter Schlussbericht, AiF Forschungsthema Nr. 11103 B, November 1998.

2. Vermeidung von Schaden in Warmwasserheizungsanlagen, wasserseitige Korrosion. До VDI 2035 Bl. 2, Beuth Verlag GmbH, September 1998.

3. Modern hydronic heating for residential and light commercial buildings / by John Siegentaler, 1995.