Funcționarea caloriferelor din aluminiu și bimetalice

Autorul articolului: Ph.D. G.A. Bershidsky

Până la sfârșitul secolului trecut, caloriferele din fontă erau principalele dispozitive de încălzire din Rusia. Apoi au venit convectoare pe bază de țevi de oțel cu pereți groși și radiatoare cu panou de oțel. Alte materiale pentru producerea dispozitivelor de încălzire nu au fost practic utilizate. În prezent, conductele de oțel, cazanele, dispozitivele de încălzire etc. sunt încă utilizate pe scară largă. Prin urmare, principalele caracteristici ale apei de rețea pentru sistemele de alimentare cu căldură sunt axate pe utilizarea oțelului. Aceste caracteristici sunt reglementate de „Regulile de funcționare tehnică a centralelor electrice și a rețelelor din Federația Rusă”, conform cărora valoarea pH-ul acidității pH-ul apei din rețea ar trebui să fie în intervalul 8,3-9,5 pentru sistemele închise de alimentare cu căldură și 8,3-9,0 pentru cele deschise sisteme. Conținutul de oxigen dizolvat nu trebuie să depășească 20 μg / l.

Aluminiul a atras mult timp atenția dezvoltatorilor de echipamente de încălzire datorită proprietăților sale unice, cum ar fi conductivitate termică ridicată, ușurință, plasticitate, capacitatea de a fabrica dispozitive de încălzire prin turnare prin injecție și extrudare. Combinarea acestor proprietăți face posibilă obținerea dispozitivelor care se disting prin transfer ridicat de căldură, suprafață exterioară de înaltă calitate și aspect estetic, corespunzător interioarelor moderne. Conductivitatea termică ridicată, de 5 ori mai mare decât conductivitatea termică a oțelului, combinată cu o densitate mică de aluminiu (de 3 ori mai ușoară decât oțelul), face posibilă obținerea unui radiator ușor cu aripioare eficiente.

Cu toate acestea, două dezavantaje semnificative limitează brusc domeniul de aplicare al radiatoarelor din aluminiu. În primul rând, caloriferele din aluminiu turnat s-au dovedit a fi destul de fragile, ceea ce a dus la accidente, mai ales atunci când chiriașii au fost înlocuiți neautorizat cu mai mulți dispozitive de încălzire de design robust (de obicei convectoare din oțel sau radiatoare din fontă) până la aluminiu atractiv din punct de vedere vizual radiatoare. Ulterior, acest dezavantaj a fost depășit: acum sunt produse radiatoare din aluminiu care pot rezista mult presiunii lichidului de răcire depășirea presiunii de lucru posibile în sistemele de încălzire prin optimizarea configurației secțiunii transversale a coloanei și creșterea grosimii acestora ziduri.

Al doilea dezavantaj este exigența crescută a radiatoarelor din aluminiu la calitatea lichidului de răcire - de depășit pentru moment eșuează: încercările de a aplica diferite acoperiri de protecție pe suprafața interioară nu pot fi recunoscute pe deplin de succes. Rezistența aluminiului și a aliajelor sale la coroziune este determinată de prezența sau absența pe suprafața interioară a unui film dens format din oxid de aluminiu Al₂O_3. Acest film are un caracter amfoter, adică se dizolvă atât în ​​mediu alcalin, cât și în mediu acid. Figura 1 arată dependența ratei de coroziune a aluminiului de pH, dată în carte de T.M. Petrova, V.N. Voronov și B.M. Larina „Tehnologia și organizarea regimului chimic al apei centralelor nucleare”, M., 2012. Figura arată că această curbă are un minim pronunțat. Cu o creștere a pH-ului de la 8,5 la 9,5, rata de coroziune a aluminiului crește cu un ordin de mărime (de la 0,1 la 1 g / (m²h)). La fel se întâmplă atunci când pH-ul scade de la 6,5 ​​la 4,2, dar practic nu există astfel de valori ale pH-ului în sistemele de alimentare cu apă de încălzire.

Astfel, filmul dens de oxid de protecție rezistă cu succes la coroziune în domeniul pH-ului de la 6,5 ​​la 8,5. La valori de pH în afara acestui interval, filmul de oxid se descompune și coroziunea pătrunde la o adâncime mare a peretelui, provocând chiar și găuri. În acest caz, de regulă, scurgerile mici apar mai întâi. Rețineți că, dacă coroziunea nu a condus încă la o pierdere a etanșeității radiatorului, o scădere a grosimii peretelui duce la o scădere treptată a forței sale și, în consecință, la accidente datorate chiar unei ușoare creșteri presiune. Astfel de accidente pot fi catastrofale, deoarece o secțiune slăbită de coroziune se rupe de obicei pe toată înălțimea coloanei, iar apa inundă încăperile etajelor subiacente.

În acest sens, în mod firesc, a apărut ideea de a combina aluminiu și oțel într-o singură structură pentru a le folosi avantajele. În general, bimetalele sunt utilizate pe scară largă în diverse domenii ale tehnologiei. De obicei, un strat este fabricat din oțel ieftin, iar celălalt este realizat din metale neferoase, în acest caz din aluminiu. Primii calorifere bimetalice au apărut în Europa la mijlocul secolului trecut. Numai coloanele verticale erau bimetalice în astfel de radiatoare: țevi de oțel erau plasate în matrița de injecție pentru trecerea lichidului de răcire. În colectoarele orizontale, lichidul de răcire era în contact direct cu aluminiu.

Astfel de radiatoare hibride (termenul comun este „semi-metalic”) sunt încă în curs de producție, deși nu pot fi considerate logice un design în care este necesar un lichid de răcire cu pH = 8,3-9,5 pentru o parte a radiatorului (coloană) și pentru cealaltă (colectoare) - 6,5-8,5. Aceasta înseamnă că radiatoarele „semi-metalice” pot funcționa normal doar într-un interval îngust de pH de la 8,3 la 8,5. Aceasta exclude posibilitatea utilizării acestora în cele mai frecvente sisteme de încălzire din Rusia cu conexiune dependentă la rețelele de încălzire, echipate cu sisteme de tratare a apei.

Pe baza celor de mai sus, radiatoarele „semi-metalice” trebuie atribuite nu radiatoarelor bimetalice, ci radiatoarelor din aluminiu. Pentru a confirma sau respinge această propunere, este necesar să se efectueze teste pentru a determina rata de coroziune atunci când pH-ul lichidului de răcire se schimbă pe o gamă largă.

În plus, coeficientul de expansiune termică al aluminiului este de două ori mai mare decât cel al oțelului. Din această cauză, când temperatura lichidului de răcire se schimbă, apare o tensiune între tubul de oțel și aripioarele din aluminiu ale coloanei. Deplasarea reciprocă a acestor straturi duce la slăbirea contactului dintre ele, la o creștere a rezistenței termice a contactului și, în consecință, la o scădere a transferului de căldură al acestor radiatoare în timpul funcționării. Pentru a evalua această reducere, ar trebui efectuat un test de performanță accelerat prin trecerea alternativă a apei la temperatura de 20⁰C și 90⁰C (cel puțin 250 de cicluri) și compararea fluxului său de căldură înainte și după această „acumulare”.

În prezent, radiatoarele bimetalice îmbunătățite, ale căror părți încorporate sunt o structură sudată în formă de H a țevilor de oțel, sunt meritate la cea mai mare cerere. Astfel, canalele orizontale și verticale sunt realizate din oțel, iar contactul aluminiului cu apa este exclus. Astfel de radiatoare se comportă ca oțelul și pot fi utilizate în sistemele convenționale la valori normalizate ale pH-ului = 8,3-9,5. Au o rezistență crescută, prin urmare, la utilizarea acestora, accidentele asociate cu depășirea presiunii admise, inclusiv șocurile hidraulice, sunt practic excluse.

Trebuie remarcat faptul că, deși radiatoarele bimetalice sunt mai grele decât aluminiul și cele „semi-bimetalice”, consumul de aliaj de aluminiu este minim aici, deoarece numai din aripioare cu pereți subțiri sunt făcute din acesta.

Este posibil să se distingă radiatoarele bimetalice de cele „semi-bimetalice” prin intermediul unui magnet aplicat orificiilor de conectare.

concluzii

1. Radiatoare bimetalice, în care este exclus contactul lichidului de răcire cu aluminiu, poate fi utilizat în aproape orice sisteme de încălzire a apei.
2. Aluminiul, inclusiv radiatoarele „semi-metalice”, poate fi utilizat în sistemele de încălzire cu conexiune independentă la rețelele de încălzire și în sistemele individuale cu lichid de răcire permanent.

Videoclip util pe tema: