Нарушение герметичности водогрейных котлов при работе с водногликолевыми теплоносителями

Применение антизамораживающих средств в отопительных системах.

В качестве «незамерзающего» теплоносителя наиболее часто используется довольно широкий спектр водных смесей на основе моноэтиленгликоля с комплексными присадками, обеспечивающими стабильность свойств, низкую коррозионную активность, антивспенивающиеся, антиокислительные свойства и безнакипный режим работы системы. Вместе с тем гидравлические и тепловые расчеты инженерных систем здания выполняются для воды, а достаточно высокие концентрации моноэтиленгликоля в теплоносителе существенно изменяют его наиболее важные физические свойства: вязкость; теплоемкость; плотность; теплопроводность; коэффициент объемного расширения и др.

Нарушение гидравлического режима работы системы отопления потребитель начинает обнаруживать как по косвенным признакам – интенсивно забиваются сетчатые фильтры системы отопления, зарастает шламовыми отложениями крыльчатка циркуляционных насосов, так и по снижению теплоотдачи отдельных отопительных приборов из-за гидравлической разрегулировки и попадания воздуха в систему, по сбоям в работе теплогенератора, сопровождающимся падением его тепловой мощности или даже разрушением поверхностей нагрева вследствие образования внутренних отложений. Отдельные участки поверхностей нагрева в топке имеют весьма значительные удельные тепловые напряжения как со стороны дымовых газов (часто развитые оребренные поверхности), так и приведенные к внутренней поверхности, охлаждаемой теплоносителем.

Использование ВГТ (-30) вместо воды при идентичных условиях приводит к снижению коэффициента конвективной теплоотдачи более чем в два раза, что обуславливает рост температуры металла стенки и теплоносителя в пограничном, пристенном слое потока ВГТ.

Для достижения одинаковых условий теплоотдачи на поверхности, скорость потока ВГТ (-30) должна почти в 2,5 раза превосходить скорость движения воды. Столь существенный рост скорости движения теплоносителя вызывает увеличение гидравлического сопротивления системы (участка) в 5,8 раз. Смесь воды с гликолем (концентрация 30 %) по сравнению с водой имеет большее тепловое расширение. Увеличение при расширении составляет около 50 %.

Например, при замене в системе теплоснабжения и в теплогенераторе воды на водногликолевый теплоноситель (в данном примере ВГТ на основе моноэтиленгликоля, с температурой начала кристаллизации — 30 °C), для сохранения условий теплообмена в источнике теплоты расход теплоносителя через него должен быть увеличен в ~ 2,5 раза, что потребует питательный насос с напором, в ~ 8,7 раза превышающим напор, развиваемый аналогичным насосом при использовании воды.

Ухудшение теплообмена на поверхностях нагрева котлов приводит к перегреву стенки и росту температуры ВГТ в примыкающих к поверхности теплообмена слоях теплоносителя, что, несмотря на использование присадок в ВГТ, при температуре около 150 °C приводит к деструкции моноэтиленгликоля, сопровождающейся образованием отложений на поверхности нагрева и последующим частичным переносом их в объем теплоносителя. Начало процесса отложения продуктов деструкции моноэтиленгликоля вызывает еще больший перегрев стенки котла, сопровождающийся дальнейшей интенсификацией негативных процессов.

Для теплогенераторов невозможна простая замена воды на ВГТ. Особое внимание к условиям работы теплогенератора на ВГТ нужно уделять при эксплуатации чугунных котлов, очень чувствительных к перегреву металла и воздействиям термической деформации на секционную конструкцию. Для них наиболее «жесткими» оказываются режимы запуска системы из относительно холодного состояния при низких температурах теплоносителя, сопровождающиеся повышенной вязкостью ВГТ. Сравнение показывает, что если даже допустить турбулентное течение теплоносителя, коэффициент теплоотдачи на поверхности нагрева котла будет более чем в два раза ниже (как и для 80 °C) из-за пропорционального роста вязкости воды и ВГТ (-30). Однако более чем 3,5−кратный рост вязкости ВГТ (-30) при 20 °C существенно снижает подачу циркуляционного насоса, что не позволяет до прогрева системы обеспечить требуемый для надежного охлаждения поверхностей нагрева котла расход теплоносителя.

Поэтому запуск чугунных котлов при использовании ВГТ необходимо производить на минимальной мощности топочного устройства с постепенным выходом на режим.

Процессы образования отложений продуктов термической деструкции моноэтиленгликоля на поверхностях нагрева котлов связаны с низкими рабочими скоростями движения в них теплоносителя (обусловленными большим живым сечением котла, что характерно как для стальных жаротрубных, так и для чугунных секционных котлов) – порядка 0,01–0,05 м/с, сопоставимыми с естественной конвекцией в стесненных условиях. В этом случае локальный перегрев возможен на участках с максимальными тепловыми потоками, т. е. в топке котла в зонах максимальных температур факела и повышенной турбулентности газового потока продуктов сгорания высокой температуры. Образование локальных отложений продуктов деструкции моноэтиленгликоля приводит не только к перегреву стенки котла, но и к смыванию потоком теплоносителя части отложений и переносу их в фильтры и грязевики систем теплоснабжения, зарастанию теплообменников, налипанию на крыльчатку циркуляционного насоса, приводящему к дальнейшему ухудшению циркуляции теплоносителя. Поэтому в ряде случаев весьма ограничена возможность применения теплоносителей на основе моноэтиленгликоля, а в случае их использования необходима регулярная замена теплоносителя (не реже одного раза в два года) в связи со «старением» и уменьшением активности пакета присадок.

Еще более осторожно необходимо подходить к применению незамерзающих жидкостей на основе пропиленгликоля – они экологически более безопасны, но имеют еще большую вязкость при меньшей теплопроводности по отношению к теплоносителям, содержащим моноэтиленгликоль.

В случае применения антизамораживающего средства (смеси воды с гликолем) в отопительных системах с котлами фирмы «Viessmann» при концентрации до 50%/50% никаких ограничений нет.

Для того, чтобы все другие детали не вышли раньше времени из строя, необходимо выдерживать следующие условия:

• Установка насоса: Графические характеристики в каталоге изготовителя построены с учетом того, что в качестве среды теплоносителя применяется вода. При изменении плотности и вязкости в результате добавления водногликолевого раствора меняются и требования к насосу. Таблицы с перерасчетом находятся у изготовителя. Консультация возможна в представительстве фирмы «Viessmann» в Москве.
• Расширительный бак: Мембранные расширительные баки должны соответствовать DIN 4807 часть 3. В этих сосудах установлена мембрана, которая является устойчивой к концентрации гликоля 50%. То есть при выборе бака необходимо обращать внимание на указание» соответствует требованиям DIN 4807″. При установке расширительных баков необходимо обращать внимание на изменяющееся давление пара и коэффициент расширения. Подробная информация у изготовителя или в представительстве фирмы «Viessmann» в Москве.
• Уплотнения / уплотняющие массы: бутилкаучук; полипропилен; поливинилхлорид; Политетрафторэтилен; полиэтилен; нитрилкаучук; полиамид; этилпропиленкаучук.

Требования к системам отопления:

1. Закрытая система, т.к. в результате взаимодействия с воздухом, попавший в водногликолевый раствор кислород ослабляет антизамораживающие свойства, кроме того возникает опасность коррозии
2. Паяные соединения при помощи медного или серебряного твердого припоя.
3. Не применять хлоридосодержащих жидких добавок. Все без исключения детали системы с диффузионным слоем (нет доступа кислорода).
4. Детали системы не должны быть оцинкованными (Смесь воды с гликолем растворяет цинк).
5. К частям системы, которые контактируют с водногликолевым раствором, нельзя подключать посторонние источники энергии.
6. Трубопроводы должны быть уложены так, чтобы не возникало помех для циркуляции.
7. Система отопления до самой верхней точки на продолжительное время должна быть заполнена теплопроводной жидкостью.

Генеральный директор ООО
«Виссманн» Й. Штанге

Руководитель технического отдела ООО «Виссманн»
Дурнов А. Л.