Obsługa grzejników aluminiowych i bimetalicznych

Autor artykułu: dr hab. G.A. Berszydzki

Do końca ubiegłego wieku grzejniki żeliwne były głównymi urządzeniami grzewczymi w Rosji. Potem pojawiły się konwektory oparte na grubościennych rurach stalowych i stalowych grzejnikach płytowych. Inne materiały do ​​produkcji urządzeń grzewczych praktycznie nie były używane. Obecnie nadal szeroko stosowane są rurociągi stalowe, kotły, urządzenia grzewcze itp. Dlatego główne cechy wody sieciowej do systemów zaopatrzenia w ciepło koncentrują się na zastosowaniu stali. Charakterystyki te są regulowane przez „Zasady eksploatacji technicznej elektrowni i sieci Federacji Rosyjskiej”, zgodnie z którymi wartość pH kwasowości pH wody sieciowej powinno mieścić się w zakresie 8,3-9,5 dla zamkniętych systemów ciepłowniczych i 8,3-9,0 dla otwartych systemy. Zawartość rozpuszczonego tlenu nie powinna przekraczać 20 μg/l.

Aluminium od dawna przyciąga uwagę twórców urządzeń grzewczych ze względu na swoje unikalne właściwości, takie jak wysoka przewodność cieplna, lekkość, plastyczność, możliwość wytwarzania urządzeń grzewczych metodą wtrysku oraz wyrzucenie. Połączenie tych właściwości pozwala na uzyskanie urządzeń, które wyróżniają się wysoką przepuszczalnością ciepła, wysokiej jakości powierzchnią zewnętrzną oraz estetycznym wyglądem, odpowiadającym nowoczesnym wnętrzom. Wysoka przewodność cieplna, 5-krotnie wyższa niż przewodność cieplna stali, w połączeniu z niską gęstością aluminium (3-krotnie lżejszego od stali), pozwalają na uzyskanie lekkiego radiatora o wydajnych żebrach.

Jednak dwie istotne wady znacznie ograniczają zakres zastosowania grzejników aluminiowych. Po pierwsze, grzejniki z odlewu aluminiowego okazały się dość kruche, co prowadziło do wypadków, zwłaszcza gdy lokatorzy zostali nieuprawnieni wymienieni na więcej solidna konstrukcja urządzeń grzewczych (najczęściej konwektory stalowe lub grzejniki żeliwne) po atrakcyjne wizualnie aluminium grzejniki. Następnie ta wada została przezwyciężona: teraz produkowane są grzejniki aluminiowe, które mogą znacznie wytrzymać ciśnienie płynu chłodzącego przekroczenie możliwego ciśnienia roboczego w układach grzewczych poprzez optymalizację konfiguracji przekroju słupów i zwiększenie ich grubości ściany.

Druga wada to zwiększona dokładność grzejników aluminiowych do jakości płynu chłodzącego - na razie do pokonania zawodzi: próby nałożenia różnych powłok ochronnych na wewnętrzną powierzchnię nie mogą być w pełni rozpoznane udany. Odporność aluminium i jego stopów na korozję zależy od obecności lub braku na wewnętrznej powierzchni gęstej warstwy składającej się z tlenku glinu Al₂O_3. Film ten ma charakter amfoteryczny, to znaczy rozpuszcza się zarówno w środowisku zasadowym, jak i kwaśnym. Na rysunku 1 przedstawiono zależność szybkości korozji aluminium od pH, podaną w książce T.M. Pietrowa, V.N. Woronow i B.M. Larina „Technologia i organizacja reżimu wodno-chemicznego elektrowni jądrowych”, M., 2012. Rysunek pokazuje, że ta krzywa ma wyraźne minimum. Wraz ze wzrostem pH z 8,5 do 9,5 szybkość korozji aluminium wzrasta o rząd wielkości (od 0,1 do 1 g / (m²h)). To samo dzieje się, gdy pH spada z 6,5 do 4,2, ale praktycznie nie ma takich wartości pH w systemach zaopatrzenia w wodę grzewczą.

Dzięki temu gęsta ochronna warstwa tlenku skutecznie zapobiega korozji w zakresie pH od 6,5 do 8,5. Przy wartościach pH poza tym zakresem warstwa tlenków załamuje się, a korozja wnika na dużą głębokość ściany, powodując nawet dziury. W takim przypadku z reguły najpierw pojawiają się małe przecieki. Należy pamiętać, że jeśli korozja nie doprowadziła jeszcze do utraty szczelności grzejnika, zmniejszenie grubości ścianek prowadzi do stopniowego spadku jego wytrzymałości, a w konsekwencji do wypadków z powodu nawet niewielkiego wzrostu nacisk. Takie wypadki mogą być katastrofalne, ponieważ odcinek osłabiony korozją zwykle pęka na całej wysokości kolumny, a woda zalewa pomieszczenia znajdujących się poniżej podłóg.

W związku z tym, całkiem naturalnie, pojawił się pomysł połączenia aluminium i stali w jedną konstrukcję, aby wykorzystać ich zalety. Ogólnie bimetale są szeroko stosowane w różnych dziedzinach techniki. Zwykle jedna warstwa jest wykonana z niedrogiej stali, a druga z metali kolorowych, w tym przypadku z aluminium. Pierwsze grzejniki bimetaliczne pojawiły się w Europie w połowie ubiegłego wieku. W takich grzejnikach bimetaliczne były tylko pionowe kolumny: w formie wtryskowej umieszczono stalowe rury do przepuszczania chłodziwa. W kolektorach poziomych chłodziwo miało bezpośredni kontakt z aluminium.

Takie grzejniki hybrydowe (powszechne określenie to „półmetaliczne”) są nadal produkowane, chociaż nie można ich uznać za logiczne konstrukcja, w której do jednej części chłodnicy (kolumny), a do drugiej (kolektory) wymagany jest płyn chłodzący o pH = 8,3-9,5 - 6,5-8,5. Oznacza to, że grzejniki „półmetaliczne” mogą normalnie pracować tylko w wąskim zakresie pH od 8,3 do 8,5. Wyklucza to możliwość ich zastosowania w najpopularniejszych w Rosji systemach grzewczych z zależnym podłączeniem do sieci ciepłowniczych, wyposażonych w systemy uzdatniania wody uzupełniającej.

W związku z powyższym grzejniki „półmetaliczne” należy przypisać nie grzejnikom bimetalicznym, ale aluminiowym. Aby potwierdzić lub odrzucić tę propozycję, konieczne jest przeprowadzenie testów w celu określenia szybkości korozji, gdy pH płynu chłodzącego zmienia się w szerokim zakresie.

Ponadto współczynnik rozszerzalności cieplnej aluminium jest dwukrotnie wyższy niż stali. Z tego powodu, gdy zmienia się temperatura chłodziwa, między stalową rurą a aluminiowymi żebrami kolumny powstaje napięcie. Wzajemne przemieszczanie się tych warstw prowadzi do rozluźnienia styku między nimi, zwiększenia oporu cieplnego styku, a w konsekwencji do zmniejszenia wymiany ciepła takich grzejników podczas pracy. Aby ocenić tę redukcję, należy przeprowadzić przyspieszony test wydajności, naprzemiennie przepuszczając przez chłodnicę wodę o temperaturze 20 ° C.⁰C i 90⁰C (co najmniej 250 cykli) i porównanie strumienia ciepła przed i po tym „nagromadzeniu”.

Obecnie największe zapotrzebowanie na ulepszone grzejniki bimetaliczne, których osadzone części są spawaną konstrukcją ze stalowych rur w kształcie litery H, jest zasłużenie. Tak więc kanały poziome i pionowe są wykonane ze stali, a kontakt aluminium z wodą jest wykluczony. Takie promienniki zachowują się jak stal i mogą być stosowane w konwencjonalnych układach przy znormalizowanych wartościach pH = 8,3-9,5. Mają zwiększoną wytrzymałość, dlatego przy ich stosowaniu praktycznie wykluczone są wypadki związane z przekroczeniem dopuszczalnego ciśnienia, w tym wstrząsy hydrauliczne.

Należy zauważyć, że chociaż grzejniki bimetaliczne są cięższe niż aluminium i „półmetaliczne”, zużycie stopu aluminium jest minimalne, ponieważ wykonane są z niego tylko cienkościenne żebra.

Grzejniki bimetaliczne można odróżnić od „półbimetalicznych” za pomocą magnesu przyłożonego do otworów łączących.

wnioski

1. Grzejniki bimetaliczne, w którym wykluczony jest kontakt chłodziwa z aluminium, może być stosowany w prawie wszystkich systemach podgrzewania wody.
2. Aluminiowe, w tym grzejniki „półmetalowe”, mogą być stosowane w instalacjach grzewczych z niezależnym podłączeniem do sieci ciepłowniczych oraz w instalacjach indywidualnych ze stałym czynnikiem chłodzącym.

Przydatne wideo na ten temat: