Betrieb von Aluminium- und Bimetallstrahlern

Der Autor des Artikels: Ph.D. G. A. Berschidski

Bis zum Ende des letzten Jahrhunderts waren gusseiserne Heizkörper die wichtigsten Heizgeräte in Russland. Dann kamen Konvektoren auf Basis dickwandiger Stahlrohre und Flachheizkörper. Andere Materialien zur Herstellung von Heizgeräten wurden praktisch nicht verwendet. Derzeit sind Stahlrohrleitungen, Kessel, Heizgeräte usw. noch weit verbreitet. Daher konzentrieren sich die Haupteigenschaften von Netzwasser für Wärmeversorgungssysteme auf die Verwendung von Stahl. Diese Eigenschaften werden durch die "Regeln für den technischen Betrieb von Kraftwerken und Netzen der Russischen Föderation" geregelt, nach denen der Wert pH-Wert des Säuregehalts Der pH-Wert des Netzwassers sollte im Bereich von 8,3 bis 9,5 für geschlossene Wärmeversorgungssysteme und 8,3 bis 9,0 für offene Wärmeversorgungssysteme liegen Systeme. Der Gehalt an gelöstem Sauerstoff sollte 20 µg/l nicht überschreiten.

Aluminium hat aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften seit langem die Aufmerksamkeit der Entwickler von Heizgeräten auf sich gezogen, wie z hohe Wärmeleitfähigkeit, Leichtigkeit, Plastizität, die Möglichkeit, Heizgeräte im Spritzguss herzustellen und Extrusion. Die Kombination dieser Eigenschaften ermöglicht es, Geräte zu erhalten, die sich durch einen hohen Wärmeübergang, eine hochwertige äußere Oberfläche und ein ästhetisches Erscheinungsbild auszeichnen, das modernen Innenräumen entspricht. Hohe Wärmeleitfähigkeit, 5 mal höher als die Wärmeleitfähigkeit von Stahl, kombiniert mit einer geringen Dichte von Aluminium (3 mal leichter als Stahl), ermöglichen einen leichten Heizkörper mit effizienten Lamellen.

Zwei wesentliche Nachteile schränken den Anwendungsbereich von Aluminiumstrahlern jedoch stark ein. Erstens erwiesen sich Aluminiumguss-Heizkörper als recht zerbrechlich, was zu Unfällen führte, insbesondere wenn die Mieter unbefugt durch mehr ersetzt wurden robuste Designheizgeräte (meist Stahlkonvektoren oder Gussheizkörper) bis hin zu optisch ansprechendem Aluminium Heizkörper. Später wurde dieser Nachteil überwunden: Jetzt werden Aluminiumkühler hergestellt, die dem Druck des Kühlmittels standhalten, viel Überschreiten des möglichen Arbeitsdrucks in Heizungsanlagen durch Optimierung der Gestaltung des Kolonnenquerschnitts und Erhöhung der Dicke Wände.

Der zweite Nachteil ist die erhöhte Genauigkeit von Aluminiumkühlern an die Qualität des Kühlmittels - vorerst zu überwinden schlägt fehl: Versuche, verschiedene Schutzbeschichtungen auf der Innenfläche aufzubringen, werden nicht vollständig erkannt erfolgreich. Die Korrosionsbeständigkeit von Aluminium und seinen Legierungen wird durch das Vorhandensein oder Fehlen eines dichten Films aus Aluminiumoxid Al. auf der Innenfläche bestimmt₂Ö_3. Dieser Film hat einen amphoteren Charakter, dh er löst sich sowohl in alkalischen als auch in sauren Medien auf. Abbildung 1 zeigt die Abhängigkeit der Korrosionsrate von Aluminium vom pH-Wert, die im Buch von T.M. Petrowa, V. N. Woronow und B. M. Larina "Technik und Organisation des wasserchemischen Regimes von Kernkraftwerken", M., 2012. Die Abbildung zeigt, dass diese Kurve ein ausgeprägtes Minimum aufweist. Mit einem Anstieg des pH-Wertes von 8,5 auf 9,5 steigt die Korrosionsrate von Aluminium um eine Größenordnung (von 0,1 auf 1 g / (m²h)). Das gleiche passiert, wenn der pH-Wert von 6,5 auf 4,2 sinkt, aber in den Heizungswasserversorgungssystemen gibt es praktisch keine solchen pH-Werte.

Somit widersteht der dichte Oxidschutzfilm erfolgreich der Korrosion im pH-Bereich von 6,5 bis 8,5. Bei pH-Werten außerhalb dieses Bereichs bricht der Oxidfilm zusammen und die Korrosion dringt bis in eine große Tiefe der Wand ein und verursacht sogar Durchgangslöcher. In diesem Fall treten in der Regel zuerst kleine Undichtigkeiten auf. Beachten Sie, dass, wenn Korrosion noch nicht zu einem Verlust der Kühlerdichtheit geführt hat, eine Verringerung der Wandstärke führt zu einer allmählichen Abnahme seiner Festigkeit und infolgedessen zu Unfällen bereits durch eine geringfügige Zunahme der Druck. Solche Unfälle können katastrophal sein, da ein durch Korrosion geschwächter Abschnitt in der Regel über die gesamte Höhe der Säule reißt und Wasser die Räume der darunter liegenden Stockwerke überflutet.

Dabei entstand natürlich die Idee, Aluminium und Stahl in einer Konstruktion zu kombinieren, um deren Vorteile zu nutzen. Im Allgemeinen werden Bimetalle in verschiedenen Bereichen der Technik weit verbreitet verwendet. Normalerweise besteht eine Schicht aus billigem Stahl und die andere aus Nichteisenmetallen, in diesem Fall Aluminium. Die ersten Bimetallstrahler tauchten Mitte des letzten Jahrhunderts in Europa auf. Bei solchen Heizkörpern waren nur vertikale Säulen aus Bimetall: Stahlrohre wurden in die Spritzgussform zum Durchleiten des Kühlmittels eingelegt. Bei horizontalen Kollektoren stand das Kühlmittel in direktem Kontakt mit Aluminium.

Solche Hybridstrahler (der gebräuchliche Begriff ist "halbmetallisch") werden immer noch hergestellt, obwohl dies nicht als logisch angesehen werden kann eine Konstruktion, bei der für einen Teil des Kühlers (Säule) und für den anderen (Kollektoren) ein Kühlmittel mit pH = 8,3-9,5 erforderlich ist - 6,5-8,5. Dies bedeutet, dass "halbmetallische" Heizkörper normalerweise nur in einem engen pH-Bereich von 8,3 bis 8,5 arbeiten können. Dies schließt die Möglichkeit ihres Einsatzes in den in Russland gängigsten Heizungssystemen mit abhängigem Anschluss an Heizungsnetze, die mit Nachspeisewasseraufbereitungssystemen ausgestattet sind, aus.

Basierend auf dem Vorstehenden sollten "halbmetallische" Heizkörper nicht Bimetall-, sondern Aluminiumheizkörpern zugeordnet werden. Um diesen Vorschlag zu bestätigen oder zu widerlegen, müssen Versuche durchgeführt werden, um die Korrosionsrate zu bestimmen, wenn sich der pH-Wert des Kühlmittels über einen weiten Bereich ändert.

Außerdem ist der Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminium doppelt so hoch wie der von Stahl. Dadurch entsteht bei einer Temperaturänderung des Kühlmittels eine Spannung zwischen dem Stahlrohr und den Aluminiumrippen der Säule. Die gegenseitige Verschiebung dieser Schichten führt zu einer Lockerung des Kontakts zwischen ihnen, zu einer Erhöhung des Wärmewiderstands des Kontakts und folglich zu einer Verringerung des Wärmeübergangs solcher Strahler im Betrieb. Um diese Reduzierung zu beurteilen, sollte ein beschleunigter Leistungstest durchgeführt werden, indem abwechselnd 20°C heißes Wasser durch den Kühler geleitet wird.⁰C und 90⁰C (mindestens 250 Zyklen) und vergleicht seinen Wärmefluss vor und nach diesem "Aufbau".

Derzeit besteht zu Recht die größte Nachfrage nach verbesserten Bimetallheizkörpern, deren eingebettete Teile eine geschweißte H-förmige Struktur aus Stahlrohren sind. Somit sind die horizontalen und vertikalen Kanäle aus Stahl und der Kontakt von Aluminium mit Wasser ist ausgeschlossen. Solche Heizkörper verhalten sich wie Stahl und können in herkömmlichen Systemen bei normalisiertem pH = 8,3-9,5 verwendet werden. Sie haben eine erhöhte Festigkeit, daher sind bei ihrer Verwendung Unfälle mit Überschreitung des zulässigen Drucks, einschließlich hydraulischer Stöße, praktisch ausgeschlossen.

Es ist zu beachten, dass Bimetall-Strahler zwar schwerer sind als Aluminium- und "Halb-Bimetall"-Radiatoren, der Verbrauch an Aluminiumlegierung hier jedoch minimal ist, da nur dünnwandige Rippen daraus hergestellt werden.

Es ist möglich, Bimetallstrahler von "halbbimetallischen" Strahlern durch einen an den Anschlusslöchern angebrachten Magneten zu unterscheiden.

Schlussfolgerungen

1. Bimetall-Heizkörper, bei dem der Kontakt des Kühlmittels mit Aluminium ausgeschlossen ist, kann in nahezu allen Wassererwärmungsanlagen eingesetzt werden.
2. Aluminium, einschließlich "Halbmetall"-Heizkörper, kann in Heizungssystemen mit unabhängigem Anschluss an Heizungsnetze und in Einzelsystemen mit einem permanenten Kühlmittel verwendet werden.

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