Застосування сепараторів для ефективного очищення теплоносія
Застосування сепараторів для ефективного очищення теплоносія
Федоров Сергій Анатолійович, директор ТОВ «Терма-СЕТ»
Вступ
Відомо, що при запуску систем опалення великі проблеми викликають залишаються всередині повітряні порожнини і циркулюючі в потоці тверді частинки або шлам. Наявність повітряних порожнин і пробок автоматично означає високу концентрацію розчинених газів у воді, що може викликати посилення процесів корозії і ерозії, проблеми з кавітацією, зниження ефективності роботи насосів, арматури і теплообмінників. Наявність газів в свою чергу стимулює появу твердих частинок в теплоносії. Осідаючи в місцях з найменшою швидкістю, шари частинок різко знижують ефективність теплопередачі. Потрапляючи в насоси і регулюючу арматуру, вони швидко виводять обладнання з ладу. Процеси корозії під шаром відклався шламу важко загальмувати. Якщо врахувати, що при періодичної зупинки систем на профілактику на дні трубопроводів осідають тонни частинок, цей процес щоразу створює нові джерела виразкової корозії.
Існуючі в даний час методи і обладнання спрямовані більшою мірою на обробку води, що надходить в систему / 1 /. При цьому іноді не береться до уваги, що системи не можуть бути ідеально герметичними, газові потоки всередину систем можуть бути досить великими навіть в закритих системах, а дегазація великих і складних систем може займати тривалий час. У цьому випадку, як і в разі запуску, проблеми можуть виникати і при нормальній якості води підживлення. Можна відзначити також, що в разі помилок при проектуванні або налаштування, в деяких областях систем можуть з`являтися ділянки негативних тисків. У цьому випадку створюються умови для виникнення стійких потоків газу в систему.
Прийнято вважати, що в більшості випадків установка достатньої кількості клапанів забезпечить дегазацію систем в процесі роботи. Щоб оцінити ефективність їх застосування нагадаємо, що гази в системі знаходяться в трьох станах: у вигляді порожнин, бульбашок і мікропухирців і в розчиненому стані / 2 /. Робота клапанів пов`язана в основному з першою формою, тому що тільки поява у верхній частині повітрявідводчика значного обсягу газу пускає в хід механізм його видалення. Основна маса бульбашок і мікропухирців йде в потоці просто не встигає підніматися в камеру повітрявідводчика. Тому воздухоотводчики повинні розміщуватися в верхніх точках системи, в місцях локальних підвищень і на радіаторах. У складних системах необхідно встановлювати велику кількість цих приладів. При цьому відведення повітря поряд з розширювальним баком є одним з найбільш вразливих елементів. Практично всі відмінності в конструкціях і цінах пов`язані з різним ступенем надійності і захищеності клапанів від блокування їх бульбашками або розгерметизації при попаданні всередину спускового механізму частинок бруду.
У складних системах з великою кількістю клапанів, встановлених у важкодоступних місцях важко перевірити якість їх роботи. Низька ціна (і іноді якість) клапанів часто не компенсує трудомісткість обслуговування і втрати від виникаючих проблем. Не видалені вчасно повітряні порожнини можуть знову поглинути водою при зміні режиму роботи системи, додатково стимулюючи корозію. Витікання води або потрапляння повітря всередину при розгерметизації повітрявідводчика може швидко вивести з ладу будь-яку систему. Автоматичні поплавкові воздухоотводчики видаляють повітряні пробки і бульбашки в міру їх появи в автоматичному режимі / 3 /. Відвідники повітря цього типу забезпечують кращу герметичність і краще захищені від блокування і розгерметизації при попаданні в них бруду.
Встановлюються всередині контуру системи грязевики, як правило, оснащені сітками з великими вічками. В іншому випадку вони швидко забиваються, і циркуляційний потік може бути повністю блокований. Таким чином, можна вважати, що всередині системи, як правило, відсутні пристрої, які виконують процеси тонкого очищення теплоносія від шламу і його кількість може зростати в результаті хімічних реакцій або відшарування відкладень.
Сепаратори для дегазації і видалення шламу
рис.1 Сепаратор
З`явилися в останні роки в РФ сепаратори почали проводитися в Європі більше 30 років тому і стали стандартним елементом для дегазації і видалення шламу з систем опалення та водопостачання. Крім видалення пробок, сепаратори витягають мікропухирці і частки шламу з потоку води і об`єднують в собі функції клапанів, фільтрів і деаераторів. Сепаратори не вимагають витратних матеріалів, енергії та сервісного обслуговування, 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 (Рис.1). Елемент всередині сепаратора забезпечує швидке транспортування мікропухирців наверх і осадження нерозчинних частинок внизу при проходженні потоку води через сепаратор. 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. Сепаратори встановлюються вертикально.
Сепаратори різних фірм, як правило, відрізняються різним типом сепаруючих елементів. У сепараторах Пневматекс (Швейцарія) в якості такого елемента використовуються пелюсткова спіраль (спіралі) з профільованою поверхнею з нержавіючої сталі, встановлена вертикально уздовж осі сепаратора (Рис.1). Різними можуть бути і механізми вилучення газів і твердих частинок. Як правило, при цьому використовується гравітаційний механізм осадження частинок і сублімації бульбашок. Для посилення ефекту знижується швидкість потоку всередині сепаратора (збільшення поперечного перерізу), проводиться ламинаризации потоку. У деяких моделях використовується відцентровий ефект при розкручуванні потоку всередині сепаратора. При використанні робочих елементів з великою площею включається механізм сорбції мікропухирців на поверхні з подальшим їх злиттям в більші бульбашки і випливанням.
Діапазон застосування сепараторів досить широкий.
Наприклад, промислові сепаратори Пневматекс (типорозміри DN 50 - 600 mm) здатні обробляти потоки в діапазоні 5 - 2000 м 3 / год. Корпуси промислових сепараторів виготовляються зі сталі.
Латунні сепаратори для невеликих об`єктів (типорозміри DU 20 - 40 mm) обробляють потоки до 5 м 3 / ч. Все сепаратори з латуні збираються з базових елементів і легко трансформуються.
Відео: Аеродинамічний сепаратор МАКО - відео очищення зерна
Сепаратори з магнітними пастками
Сепаратори Пневматекс з магнітними пастками (DN 20 - DN 400 мм) вловлюють нерозчинні домішки заліза у воді набагато ефективніше, ніж звичайні сепаратори. Стрижень (стрижні) 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 магнітні частинки швидко осідають вниз і потім шлам змивається через вентиль. Для ефективного вимивання вентиль зміщений від центру (створення вихрового ефекту). Сепаратори з магнітними пастками містять також звичайні сепаруючі елементи і мають всі властивості дегазації і видалення немагнітних частинок, як і у звичайних моделей сепараторів.
Ефективність застосування і монтаж сепараторів
Для оптимальної роботи сепараторів як пристрої дегазації необхідно враховувати, що сепаратори, володіючи функціями клапанів, вловлюють також мікропухирці і механічні частинки безпосередньо з потоку і видаляють їх з системи. Швидкість дегазації сепараторів на порядки перевищує відповідні показники клапанів (Рис.2). Оскільки при достатній швидкості циркуляції потік води може захоплювати повітря з пробок і переносити його в вигляді мікропухирців по всій системі, установка в оптимальному місці навіть одного сепаратора може забезпечити швидку дегазацію системи.
Рис.2 Залежність змісту газу в воді від часу при роботі клапанів в різних точках системи і сепаратора (воздухоотводчики: 1 - на висхідному вертикальному потоці, 2 - на низхідному, 3 - на горизонталі, 4 - сепаратор)
Відео: Очищення льону сепаратором ІСМ
Ефект глибокого очищення від шламу і дегазації системи за допомогою сепараторів досягається за рахунок кількаразового проходження рідини через сепаратор при циркуляції. Таким чином, сепаратори використовуються тільки в циркуляційних схемах. Їх гідравлічне опір невелике і в процесі роботи практично не змінюється тому при переповненні брудом нижній частині сепаратора частки просто перестають осідати і несуться потоком.
Глибина дегазації залежить від грамотного вибору місця інсталяції сепараторів / 4, 5 /. Ефективність застосування сепараторів для дегазації збільшується при зниженні тиску і збільшенні температури в точках їх розміщення. Сепаратори для дегазації рекомендується встановлювати після джерел тепла в системах опалення або в нагрітому зворотному потоці в системах охолодження в найбільш високих точках (Рис.3 сепаратор ZIO.S праворуч). Так як сепаратори видаляють повітря, що знаходиться в мікропузирьковом стані, для дегазації системи їх необхідно встановлювати тільки в тих зонах, де можливе утворення мікропухирців. Таким чином, сепараторами повністю вирішується проблема завоздушіванія і шумів, знижується швидкість корозії. Якщо швидкість корозії невелика, сепаратори можуть видаляти значний обсяг кисню.
Кінцева концентрація газів в системі буде близька до величини рівноважної концентрації газів в точці установки сепаратора при даних температурі і тиску. Потрібно відзначити, що через універсальних механізмів своєї роботи сепаратори видаляють всі вільні гази, незалежно від їх хімічних властивостей.
Сепаратори шламу зазвичай встановлюються перед приладом, який треба захистити від бруду або на початку контуру циркуляції (Рис.3, сепаратор ZIO зліва від котла).
При достатній швидкості циркуляції, коли велика частина нерозчинних частинок переноситься в потоці, можна домогтися швидкої і практично повного очищення від шламу всієї системи. Видалення шламу також знижує швидкість корозії, тому що виключаються осередки її освіти.
Рис.3 Оптимальне розташування сепараторів в закритій системі опалення
При використанні різних засобів захисту від корозії і утворення відкладень або в процесі роботи системи старі шари можуть відшаровуватися, або утворюватися нові частинки. У цьому випадку установка в циркуляційному контурі будь-яких фільтрів пов`язана з ризиком швидкої і несподіваної блокування циркуляційного потоку, навіть якщо використовуються дорогі промивні фільтри з автоматичним контролем.
За допомогою сепараторів можна домогтися видалення шламу з розміром частинок до 5 - 10 мкм. Швидкість і глибина очищення зростає зі зменшенням швидкості потоку теплоносія, збільшенням розміру часток і їх щільності. На Рис.4 представлені криві ступеня очищення теплоносія від твердих частинок (оксиди заліза) від кількості циклів для двох швидкостей потоків. Видно, що для очищення системи на 90 або більше відсотків досить 15-20 циклів (при швидкості 1 м / c). При швидкості потоку 0,5 м / c швидкість і глибина очищення істотно вище.
Мал. 4 Ступінь очищення від механічних частинок сепаратором (швидкість потоку 1 м / c, 0,5 м / c) в залежності від кількості циклів проходження потоку через контур
На Рис.5 представлений сепаратор ZIO 300 S (DN 300) для захисту котельні 12 МВт від шламу (Томськ). На Рис.6 представлений сепаратор ZIK 400 F (DN 400) встановлений в ЦТП університету м Абердін (Великобританія).
Відео: Аеродинамічні сепаратори МАКО - очищення зерна гороху
Рис.5 Сепаратор шламу ZIO 300 S
Рис.6 Комбінований сепаратор ZIK 400 F
Таким чином, сепаратори на сьогоднішній день є найбільш простим і ефективним пристроєм, що видаляє гази та шлам з циркуляційних контурів без розгерметизації систем і ризику блокування циркуляційного потоку.
1. Слепченок В.С. "Шляхи боротьби з кисневою внутрішньою корозією", Новини Теплопостачання, №4 (квітень), 2005
2. Федоров С.А. "Шляхи потрапляння газів в системи опалення та деякі особливості деаерації", СОК, №4, 2007
3. John Siegenthaler "Modern Hydronic Heating", 1995, p.437
4. Федоров С.А. "Дегазація і видалення шламу - рецепт нормальної роботи систем теплопостачання", Новини Теплопостачання, №12, 2006
5. Федоров С.А. "Дегазація і видалення шламу за допомогою сепараторів", АВОК, №7, 2006
