Сепаратор повітря та шламу: очищення системи опалення

Вода та розчини на основі води – найбільш поширені різновиди теплоносія в гідравлічних системах опалення. Зрозуміло, що вода для теплоносія має бути очищеною та знесоленою, а в системі не має бути повітря. Але все одно – холодні радіатори, шум під час роботи, корозія металевих елементів, нашарування накипу, пришвидшений знос рухомих частин інші негаразди – все це результат наявності повітря у системі опалення. Чим його видалити?

Перед запуском системи опалення потрібно видалити повітря, яке залишилося там при заповненні системи водою. Для цього треба передбачити, правильно розташувати, та використати ручні клапани та автоматичні повітрявідводчики (рис. 1). Воду для великих систем опалення попередньо деаерують спеціальними пристроями. В малих системах цього не роблять.

Рис. 1. Розташування клапанів для видалення повітря у системі опалення

Але це не гарантує, що повітряні бульбашки не з’являться в системі під час експлуатації. Провина у цьому лежить на повітрі, що розчинене у воді. Повітря (що містить приблизно 20% кисню та декілька сотих відсотку вуглекислого газу, решта – азот та інертні гази) завжди розчинене у воді. Якщо деаеровану воду залишити в контакті з повітрям, то вона швидко всотає належну кількість повітря згідно з температурою та тиском. У воді за нормальних умов міститься приблизно 0,023 г повітря на 1 кг води. А при 6 барах у воді з температурою 25 °С може розчинитися 0,136 г повітря на 1 кг води. Розчинність зменшується з підвищенням температури та збільшується під тиском.

Але повітря може потрапляти у систему навіть під час її роботи. Деякі полімерні труби, наприклад, не пропускають воду, але можуть «транспортувати» кисень ззовні всередину труби, наче мембрана. Через негерметичність системи, що розташована у місці із зниженим тиском, повітря може засмоктуватися всередину потоку, таке інше. Повітря в системі також може з’являтися через низку інших факторів:

• розширювальний бак малий або несправний;
• неправильне місце встановлення розширювального баку;
• швидке заповнення системи водою;
• значна різниця тиску на арматурі, в регулюючих клапанах;
• помилки під час проектування чи монтажних робіт.

За умови циркуляції води з розчиненим у ньому повітрі, потік потрапляє у зони із збільшеним та зменшеним тиском. Деінде у гідросистемі взагалі можуть бути зони із від’ємним відносним тиском (вакуум) – наприклад, на всмоктуючих ділянках насосів, в деяких ділянках та порожнинах регулюючих та розподільчих пристроїв тощо. Зниження тиску провокує вивільнення розчиненого повітря. Це призводить до появи повітряних корків, що інколи повністю блокують проток води, або у радіаторах опалення з’являються заповнені повітрям «кишені», що порушує процес теплопередачі. Наявність розчиненого повітря у гідросистемі призводить до збільшення пружності води, а отже сприяє появі гідроударів. Вода із бульбашками у потоці рухається переривчасто, звідси виникає шум, вібрація, з внутрішньої поверхні труб та фітингів зриваються шматки накипу та іржі – і от, здавалося б, фільтрована чиста вода для теплоносія вже тече із великим вмістом часток шлама, який до того ж має абразивні властивості. Це призводить до пришвидшеного зносу елементів системи опалення та навіть до їх руйнації.

Відео. Як обрати професійного інсталятора для монтажу обладнання?

На рахунок виділення розчиненого повітря із теплоносія також частково відносять появу кавітації – вода із розчиненим повітрям раптово «закипає» у зонах місцевого розрідження ще до досягнення температури кипіння, а потім мікробульбашки «захлопуються», руйнуючи поверхню деталей. Дослідження останніх років довели, що провідну роль у появі кавітаційних бульбашок відіграють гази, що миттєво вивільняються і виділяються із рідини (води) в середину бульбашок та під впливом місцевого зниження тиску призводять до швидкого їх збільшення. Механічні удари при появі кавітації та хімічна агресивність середовища в умовах високої точкової температури швидко спричиняють ерозію та руйнування матеріалів, з якими контактує вода.

Треба враховувати, що кисень розчиняється у воді краще азоту, тобто повітря всередині системи опалення хімічно агресивніше порівняно з атмосферним повітрям. Це призводить до окислення (до реакції) багатьох зазвичай інертних та стійких до корозії матеріалів.

За оцінкою німецьких фахівців, до 50% експлуатаційних проблем, що виникають в гідравлічних системах опалення, та поява у теплоносії великої кількості механічних часток шлама та інших контамінантів, особливо відразу після запуску системи та після сервісних пауз, слід віднести до наявності розчинених газів.

Отже, повітря в воді може бути в трьох формах: у вигляді вільного повітря (великих бульбашок), мікробульбашок та у розчиненому стані. Слід знати, що автоматичний повітрявідводчик (як і «кран Маєвського») видаляє лише вільне повітря, яке збирається у верхній частині опалювальної системи, накопичується в опалювальних приладах і т.д. На відміну від вивільненого або залишкового повітря мікробульбашки та розчинені гази не збираються у верхній частині системи, а присутні просто у потоці воді, що рухається. Часто-густо це призводить до поламки насосів та регулюючої арматури, блокуванню пластинчастих теплообмінників, суттєвому та різкому зниженню характеристик котлів, появі місцевих відкладень в трубопроводах та фітингах та появі під ними осереддя корозії.

Звичайно, воду треба готувати перед наповненням нею системи опалення. Але деаератори не впливають на процеси вивільнення газів у циркуляційному контурі під час роботи системи. Отже, потрібні пристрої, які можуть видаляти повітря та викликаний ним шлам в процесі роботи системи опалювання. За умов зниження тиску та підвищення температури, згідно з законом Генрі, повітря може вивільнитися із води. На цьому принципі працюють сепаратори повітря та вакуумні деаератори, що спроможні видалити розчинене у воді повітря.

Універсальний сепаратор являє собою металевий циліндр з повітрявідводчиком наверху, вентилем для видалення шламу внизу, та сепаруючим елементом всередині. На відміну від ручних клапанів та автоматичних повітрявідводчиків, що можуть випустити тільки залишкове або вивільнене повітря, сепаратори повітря самі створюють зони розрідження та активного перемішування. Тобто вони утворюють умови для того, щоби розчинене повітря відокремилося від води, мікропухирці перетворилися в більші бульбашки, а вже ті зібралися в спеціальній порожнині, звідки вони автоматично видаляються через вбудований клапан-повітрявідводчик. Шлам видаляється періодично через вентиль знизу.

Наявні на ринку теплотехнічного спорядження сепаратори можна віднести до трьох типів (рис. 2): а) Pneumatex (Швейцарія), б) Spirotech (Нідерланди), в) Flamco (Нідерланди). Сепаруючи елементи в них виконані, відповідно: а) з пелюстковою спіраллю; б) з дротяною решіткою (т.з. трубки Spiro); в) із коротких циліндрів з прорізами (т.з. «кільця Полла»).

Рис. 2. Сепаратори для видалення розчиненого повітря:
а) з пелюстковою спіраллю; б) з дротяною решіткою (трубка Spiro); в) із коротких циліндрів з прорізами (кільця Полла)

В якості основних механізмів роботи сепараторів повітря та шламу можна виокремити:

– за зниження швидкості потоку води (а, б, в);
– за рахунок ламінаризації потоку та створення т.з. «зон спокою» (а, в);
– абсорбцією мікробульбашок на поверхні з великою площею, об’єднання їх скупчень та підйом наверх (а, б, в);
– з турбулізацією потоку (б);

• з ефектом відцентрового прискорення часток шламу, що притискаються до стінки сепаратору та осідають донизу, а мікробульбашки, навпаки, концентруються в центрі та піднімаються догори впродовж центрального каналу (а, в);
• магнітні пастки та захисні електроди для знесолення (а).

Магнітні пастки, що видаляють частинки заліза та іржі, та захисні електроди для пом’якшення води в одному пристрої з сепаратором зараз пропонує тільки компанія Pneumatex (рис. 2, а).

Докладніше розглянемо принцип дії абсорбційних сепараторів Spirovent, що виробляє компанія Spirotech (Нідерланди) (рис. 3). Ці сепаратори призначені для видалення повітря та шламу з тепло- та холодоносія в системах опалення і кондиціювання. На відміну від звичайного картриджного фільтра для механічного очищення води, робота сепараторів заснована на властивостях трубки «Spiro», що здатна турбулізувати ламінарний потік. Трубка (спіраль) «Spiro» – це запатентована конструкція, з особливим чином напаяним мідним дротом навколо мідної трубки.

Рис. 3. Трубка Spiro сепаратора повітря Spirovent ‘Air

Принцип дії сепаратора повітря Spirovent ‘Air від фірми Spirotech наступний. Коли потік води проходить через сепаратор, в його корпусі ламінарний режим течії змінюється на турбулентний. В вертикальній частині сепаратора теплоносій інтенсивно перемішується. Завдяки розвиненій поверхні трубки «Spiro» на ній збираються виділені з води бульбашки повітря, які потім видаляються через повітрявідводчик у верхній частині сепаратора.

Наведений спосіб деаерації води у Spirovent ‘Air розроблений для циркуляційних контурів, а не для деаерації робочої рідини, наприклад, для парових котлів. Це пов’язане з тим, що видалення повітря відбувається за декілька циклів. Після 20 циклів ефективність роботи сепаратора повітря становить близько 80% від усього первинно розчиненого у воді повітря.

Сепаратори Spirovent ‘Air мають бути змонтовані в найгарячішому місці системи. В системі опалення це місце одразу після котла (рис. 1), в системі кондиціонування – безпосередньо перед охолоджувачем. Саме в цих місцях найбільш інтенсивно звільняються мікробульбашки – тобто де власне зменшується розчинність повітря при підвищенні температури та/або зниженні тиску. Правильно встановлений сепаратор повітря Spirovent ‘Air здійснює абсорбційну деаерацію всієї системи.

Переваги Spirovent ‘Air в тому, що немає необхідності в примусовій деаерації (вручну) після запуску системи в роботу. Автоматична деаерація забезпечує оптимальне функціонування системи, оптимальний теплообмін, збільшення терміну експлуатації всієї системи, відсутність кавітації та зменшення корозії. Сепаратори Spirovent ‘Air мають малий гідравлічний спротив. Їх використання стає запорукою відсутності шумів в трубопроводах та опалювальних приладах. Строк служби сепараторів Spirovent ‘Air – 30 років, гарантія – 20 років.

За допомогою технології з трубкою Spiro можна також видаляти шлам із системи, що може потрапити туди при проведенні монтажних робіт при експлуатації. «Монтажний» шлам – це пісок, частинки монтажних матеріалів, ожарини від зварювальних робіт та інше. «Експлуатаційний» шлам може з’явитися в системі разом з забрудненою водою, а також у вигляді часток від накипу та зносу рухомих деталей, часток від зруйнованих кавітацією компонентів, залишку забруднень після промивки системи.

Відео. Як пряцює сепаратор шламу

Присутність шлама в системі – це функціональні порушення, передчасний вихід обладнання з ладу, умови для появи корозії. Тому фільтри є обов’язковим елементом циркуляційної системи. Обслуговування фільтрів із змінними картриджами означає додаткові експлуатаційні витрати. Але є і інший шлях – використання сепараторів шламу Spirotrap. Трубка Spiro в цих виробах також є головним компонентом. Завдяки своїй особливій конструкції вона сприяє відділенню із потоку та осіданню найменших частинок бруду – до 5 мкм.

Особливі конструкції сепараторів шламу Spirotrap дозволяють видаляти контамінанти в працюючій системі і не потребують зупинки або часткового зливу води з системи, як у випадку використання звичайних сітчастих чи картриджних фільтрів. Сепаратор шламу збирає бруд в нижній частині пристрою, а його видалення відбувається при відкритті крану. Таким чином, злив шлама відбувається за лічені секунди під тиском самої системі прямо в процесі її роботи.

Сепаратори шламу Spirotrap виробництва Spirotech (рис. 4, а) були розроблені для циркуляційних контурів і не використовуються для очищення води у системах побутового водопостачання. Це пояснюється тим, що видалення бруду відбувається за декілька циклів. Після десяти циклів ефективність роботи сепаратора шламу складає близько 80% (рис. 4, б).

Рис. 4. Сепаратор шламу (а) та діаграма ефективності видалення бруду (б)

Важливою перевагою сепаратора шламу Spirotrap є те, що необхідність технічного обслуговування зведена до мінімуму (не потрібна заміна або очищення фільтрів), а для видалення бруду не треба зупиняти систему. Також не потрібна обвідна лінія для чищення та обслуговування. Технологія Spiro видаляє мікроскопічні частинки від 5 мкм, сепаратори мають низький гідравлічний опір. Термін експлуатації – до 30 років, гарантія – 20 років. Компанія Spirotech виробляє також і комбіновані моделі сепараторів Spirocombi із трубкою Spiro, що дозволяють одночасно видаляти із системи розчинене повітря та шлам, та гідравлічну стрілку SpiroCross з інтегрованою сепарацією повітря і шламу.

Очищена та деаерована вода автоматичними сепараторами в системі опалення – це запорука стабільної та тривалої роботи всіх компонентів системи без зайвих витрат та несподіваних поламок, це, врешті, економія часу та грошей.

Читайте статьи и новости в Telegram-канале AW-Therm. Подписывайтесь на YouTube-канал.

Як вигнати повітря з системи опалення: способи позбутися від повітряної пробки і поради фахівців

Експлуатація водяних систем опалення з розгалуженими трубопроводами супроводжується численними проблемами, пов’язаними з необхідністю технічного обслуговування комунікацій. Користувачеві доводиться відслідковувати якість герметичності, тримати під контролем цілісність сполук, фіксувати порушення в роботі вимірювальних апаратів і т. д. Зрозуміло, попередження негативних чинників експлуатації теплової мережі – це більш розумний підхід, ніж боротьба з їх наслідками. І одне з головних питань профілактичного обслуговування полягає в наступному: як з системи опалення вигнати повітря, який скупчився в трубопроводі і суміжних комунікаціях?

Причини завоздушивания системи опалення

Строго кажучи, сама по собі наявність повітря в трубопроводах – це явище нормальне і природне. Питання лише в причинах його надходження в контури нагріву і обсягах. Про те, як визначити межу норми, буде розказано нижче, а поки що слід розібратися в умовах, при яких в принципі можливе надмірне повітря в системі. По-перше, повітря присутня в каналах розподілу теплоносія спочатку. Грамотна бригада монтажників вже перед пуском в роботу системи повинна правильно організувати первинну операцію стравлювання, в ході якої буде забезпечений необхідний баланс вмісту газів у воді. Як видалити повітря з системи опалення на першому етапі? Це робиться по спеціальних каналах в колекторах, систем регулювання потоків і через деякі моделі циркуляційних насосів. По-друге, вже в ході експлуатації повітря природно надходить в контури розподілу теплоносія через технологічне обладнання – розширювальний бак, котельне обладнання, опалювальні прилади, пристрої вимірювання показників теплоносія і т. д.

Але навіть якщо всі з’єднання, прокладки та ущільнювачі перебувають у нормальному стані, певний об’єм повітря все одно буде проникати в систему, вимагаючи періодичного або постійного развоздушіванія. Тепер варто звернутися до випадків, коли на цю проблему має бути звернуто особливу увагу.