ABC ogrzewania. Wymienniki w kotłach (2)

Zobacz artykuł w wersji pdf  pdf pdf               

 Natomiast stal kotłowa to jest po prostu stal węglowa modyfikowana tak, że ma wyższą wytrzymałość (przede wszystkim zwiększoną odporność na działanie naprężeń termicznych) w wysokich temperaturach.
Stale kotłowe wykazują swoją wyższość nad stalami konstrukcyjnymi dopiero w temperaturach przekraczających 400oC (patrz: Rudnik S., „Metaloznawstwo”, PWN, Warszawa, 1983). Przeznaczone są one dla kotłów parowych oraz elementów urządzeń pracujących w tak wysokich temperaturach.

W kotle wodnym na powierzchni ścianki wymiennika nie mogą wystąpić temperatury wyższe niż 150°C, gdyż z drugiej strony ścianki jest przecież woda o temperaturze poniżej 100°C. Nie jest to poziom wartości, przy których parametry wytrzymałościowe (granica pełzania, wytrzymałość na pełzanie, granica plastyczności) stali węglowej konstrukcyjnej i stali węglowej przeznaczonej do pracy w podwyższonych temperaturach (stali kotłowej) różnią się w sposób pozwalający na jednoznaczne określenie wyższości jednego rodzaju materiału nad drugim. W takich warunkach walory stali kotłowej są bezużyteczne.

Stale kotłowe są droższe i wymagają utrzymania ostrzejszych reżimów w technologii ich spawania, co w sposób znaczący podwyższa koszty produkcji (patrz: Jakubiec M., Lesiński K., Czajkowski H., „Technologia konstrukcji spawanych”, WNT, Warszawa, 1987). Konkurentem materiałowym stali węglowej może być w takim przypadku tylko żeliwo, które wykazuje istotnie lepsze własności w tych warunkach (patrz: „Wymienniki ciepła w kotłach małej mocy zasilanych paliwem stałym – Stal czy żeliwo”, Magazyn Instalatora, nr 1(125)/2009, s.32-34).

W dyskusjach porównujących wymienniki stalowe i żeliwne często krytykuje się żeliwo jako materiał mało odporny na szoki termiczne – błędnie twierdząc, że nagły dopływ zimnej wody może spowodować jego pęknięcie. W rzeczywistości odlewy żeliwne nie tracą swoich właściwości, dopóki temperatura ich pracy nie przekroczy 400ºC. W warunkach pracy wymiennika w kotle wodnym nie ma możliwości, aby temperatura jego ścianki przekroczyła tę wartość (pod warunkiem, że w wymienniku jest woda). Przy grubości ścianki żeliwnej 5-6 mm, różnica temperatur po obu jej stronach nie przekracza 60ºC – nie ma więc możliwości, aby temperatura ścianki od strony spalin osiągnęła 400ºC. Nagły dopływ zimnej wody niczym w takim przypadku nie grozi. Co innego, jeśli kocioł „pracowałby” bez wody – wtedy rzeczywiście przekroczenie temperatury 400ºC na powierzchni ścianki wymiennika jest możliwe. Podwyższona temperatura na ściance wymiennika może też wystąpić w przypadku silnego zanieczyszczenia przestrzeni wodnych złogami osadów – wtedy po drugiej stronie ścianki nie ma wody, która mogłaby odebrać od niej ciepło.

Mocno przesadzone są również argumenty o mniejszych kosztach i większej łatwości remontu uszkodzonych wymienników stalowych od żeliwnych. Remonty wymienników stalowych nie są ani tanie, ani łatwe. W przypadku potrzeby naruszenia powłok kotła wykonanego ze stali – najczęściej należy go zdemontować i przetransportować do miejsca naprawy. Aby usunąć uszkodzony fragment powłok wewnętrznych, niezbędne jest wycięcie odpowiedniego kształtu i wielkości otworu w powłoce zewnętrznej, usunięcie nalotów korozyjnych i wspawanie tzw. łaty, a następnie zamknięcie powłoki zewnętrznej nakładką blaszaną przyspawaną do istniejących powłok. W trakcie prowadzenia takich prac bardzo często okazuje się, że nie ma możliwości wykonania prawidłowej spoiny, ponieważ warstwa skorodowana jest zbyt rozległa. Całkowity koszt naprawy przekracza często realną wartość kotła.

W wymiennikach stalowych niezbędne są elementy zwiększające odporność powłok płaszcza wodnego na jego odkształcenia spowodowane ciśnieniem wody – tzw. ankry (prawidłowa nazwa to elementy stężające lub kotwy profilowe), czyli łączniki leżących naprzeciw siebie powłok (blach). Aby można je było zastosować zgodnie z prawidłami dobrej techniki, trzeba nimi trwale połączyć oba płaszcze. Wymaga to najczęściej wykonania wielu otworów i położenia wielu spoin. Każde takie miejsce to potencjalne źródło korozji wywołanej niejednorodnością materiału, zwiększonym naprężeniem mechanicznym itp. Aby powłoki kotła wodnego wykonanego z blach stalowych wytrzymały normatywne ciśnienie badawcze 4 barów, stężenia te muszą być wykonane co ok. 150-250 mm, w zależności od grubości blachy. Nakłady pracy na taką konstrukcję i poziom jej korozyjności są znaczne, a każda dodatkowa spoina jest jej realnym źródłem.

Wymiennik ciepła prawidłowo wykonany z członów żeliwnych jest wytrzymalszy od stalowego spawanego (musi wytrzymać normatywną próbę ciśnieniową 8 barów), a jego rzetelna naprawa przez fachowca kosztuje mniej. W przypadku wystąpienia uszkodzenia powłoki przestrzeni wodnych kotła, wykonanego w technice odlewanych członów żeliwnych, wymienia się uszkodzone elementy na nowe, tego samego typu. Prace te można bez problemu wykonać w miejscu posadowienia kotła.

Forum dyskusyjne, które doskonale służy wymianie informacji i doświadczeń użytkowników, nie zawsze jest – jak widać – dobrym miejscem do zdobywania wiedzy technologicznej. Polecamy raczej poradniki popularno-techniczne, np. internetowy poradnik „kotły co – poradnik użytkownika”. Dyskusje na forum na temat konstrukcji wymienników ciepła są zresztą – z punktu widzenia użytkownika – mało przydatne. Najważniejszą dla użytkownika informacją jest – czy kocioł rzeczywiście posiada podaną przez producenta moc (musi to być udokumentowane stosownym świadectwem z badań) oraz czy konstrukcja wymiennika zapewnia możliwość łatwego czyszczenia (nieczyszczony wymiennik już po kilku tygodniach może stracić kilkadziesiąt procent nominalnej wydajności cieplnej). Żywotność kotła natomiast w znacznie większym stopniu zależy od użytych materiałów i jakości wykonania przez producenta oraz jakości eksploatacji przez użytkownika niż od przyjętych rozwiązań konstrukcyjnych.

dr inż. Jacek Zawistowski, Sławomir Janiszewski

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij