Niekiedy to, co z pozoru błahe, może doprowadzić do poważnych i wieloobszarowych problemów, ujawniając się w najmniej niespodziewanym momencie.

Tak właśnie może zrujnować kieszeń i poczucie bezpieczeństwa zwykłe, bo pospolite, powietrze uwięzione w instalacji, którego (ze względu na nieprzezroczystość rurociągów) nie można przecież dostrzec, więc o jego tam obecności, bardzo długo można nie mieć pojęcia, ignorując lub przeoczając pierwsze symptomy, jak mniej uciążliwe hałasy czy nieznaczne niedomaganie emiterów ciepła lub chłodu.

Malaczek201rys1

Rys. 1. Wymagana prędkość przepływu do samoistnego usunięcia „korka gazowego” w zależności od średnicy rury, kąta jej nachylenia i temperatury medium.

Gaz w systemie powodować może irytujące szumy i bulgotania, wadliwe dostarczanie i odbieranie ciepła czy chłodu, a nawet zatrzymanie całej instalacji i jej nieodwracalne uszkodzenia. Uszkodzenia powstają tutaj głównie na skutek korozji, przeważnie drogich elementów, takich jak wymienniki ciepła, zawory przełączające czy pompy. Co ważne, z reguły rozpoczętej korozji już nie można zatrzymać. Niestety przy niekorzystnym, lecz dosyć prawdopodobnym zbiegu okoliczności, zniszczenia mogą rozszerzyć się na pozostałe elementy instalacji, jak choćby na elektronikę kotłowni lub węzła, wyposażenie budynku czy przechowywane w pobliżu przedmioty. Będzie to skutek wycieku części zładu przez powstały w wyniku korozji otwór. Wówczas instalacja nie tylko przestanie być wiarygodna co do wypełniania swojej funkcji, lecz zacznie być postrzegana jako podstępny wróg mogący błyskawicznie i skutecznie zniszczyć wszystko, co znajdzie w swoim zasięgu.

Malaczek201rys2

Rys. 2. Wpływ miejsca montażu odpowietrznika na efektywność usuwania gazów.

 

Rozłożenie w czasie skutków działania zapowietrzenia instalacji może nieco zaciemniać obraz narastających zniszczeń, których przecież można już na samym początku niewielkim nakładem uniknąć (o sposobach odpowietrzania w dalszej części). Jeśli więc, najczęściej już po okresie gwarancji, wymieniane są kolejno niedomagające elementy instalacji, takie jak zawory przełączające, pompy obiegowe, przeciekające nagle grzejniki, lub z nagła należy stawić czoła konieczności wymiany kotła z powodu perforacji jego wymiennika (taka naprawa naprawdę często jest nieopłacalna), wówczas te zdarzenia często wiązane są z domniemaną niską jakością lub skróconą trwałością dzisiaj oferowanych produktów. Ewentualnie, niecodzienna ilość awarii nazywana jest pechem, lub ostatecznie interpretowana jako naturalne, choć może nie tak szybko spodziewane starzeniowe zużycie podzespołów. Grono podejrzanych przy takim punkcie widzenia jest szerokie. Wymuszenie bezkosztowej wymiany uszkodzonego urządzenia po okresie gwarancji jest niemożliwe, więc frustracja w stosunku do marki, produktu, instalatora, lokalu czy losu narasta…

A początkiem tego pasma nieszczęść może być po prostu zbyt duża ilość powietrza w instalacji.

Malaczek201rys3

Rys. 3. Nasycenie gazowe wody w zależności od jej ciśnienia i temperatury – poziom bezpieczny 12,0 ml/l.

 

Dossier sprawcy

Nośnikiem ciepła lub chłodu w instalacjach jest w zasadzie woda. Przy czym zdarza się, że instalacja, a szczególnie instalacja chłodnicza, wypełniona będzie mieszanką glikolową. Innych mediów, jak choćby olej termalny, ze względu na ich marginalne stosowanie nie będziemy rozważać. Uogólniając więc, z reguły będziemy mieli do czynienia z wodą lub przynajmniej z roztworem wodnym. Jednak ciecz ta nigdy nie jest czysta i pozbawiona domieszek. W płynie zładu znajdować się będą gazy mogące występować w postaci dużych pęcherzy, mikropęcherzy oraz rozpuszczonej.

Gazy, jakie możemy tam znaleźć, to oprócz składników powietrza, czyli azotu, tlenu i niewielkiej ilości gazów szlachetnych, również produkty korozji i reakcji chemicznych, więc głównie wodór, metan oraz siarkowodór.

Woda jest świetnym nośnikiem ciepła, natomiast powietrze czy gaz bardzo dobrym izolatorem. Ale nie tylko niska przewodność i pojemność cieplna gazów jest problemem. Poza niebezpieczeństwem wystąpienia korozji, korek gazowy jaki łatwo może się utworzyć, skutecznie ograniczy, lub nawet całkowicie zablokuje przepływ w instalacji, odcinając całe sekcje systemu.

Malaczek201rys4

Rys. 4. Zdolność usuwania gazów przy użyciu różnych urządzeń odpowietrzających.

 

Jak wynika z załączonej grafiki, przy stałej prędkości przepływu zdolność do tworzenia korków gazowych jest, co oczywiste, wyższa wraz ze zwiększaniem kąta zmiany kierunku, ale zwiększa się także wraz z powiększaniem średnicy rury oraz ogrzewaniem medium.

Naturalna tendencja do wypierania w górę gazów, ze względu na ogromną różnicę w gęstości, potęguje efekt gromadzenia i utrzymywania się w określonych miejscach instalacji zatorów gazowych. Ten efekt wypierania świetnie wyjaśnia zasadę, dlaczego optymalnym miejscem na montaż odpowietrznika będzie miejsce, gdzie instalacja, a zatem i przepływ, rozpoczyna wędrówkę w dół.

Wędrujące przeciwnie do przepływu od dołu i dodatkowo napływające ze strumieniem i kumulowane w przywołanym miejscu pęcherzyki powietrza sprawią, że zamontowany tam odpowietrznik będzie miał najwyższą efektywność w ich usuwaniu.

Przestępca na miejscu zdarzenia

Powietrze i inne gazy mogą znaleźć się w naszej instalacji na cztery sposoby:

* powietrze jest w jej wnętrzu, zanim napełnimy instalację wodą,

* powietrze wnoszone jest wraz z wodą, w której jest ono zawieszone w postaci mikropęcherzyków oraz rozpuszczone, bo gazy rozpuszczają się w płynach, a zdolność do przyjęcia gazu zależy przede wszystkim od ciśnienia i temperatury – o tym za chwilę,

* powietrze dostaje się do środka w efekcie dyfuzji, na przykład w przypadku rur z tworzyw sztucznych bez zapewnionej szczelności gazowej,

* osobną grupą są gazy mogące powstawać w wyniku występującej pod wpływem czynników chemicznych, a wspomaganych wysoką temperaturą procesów korozji.

Malaczek201rys5

Rys. 5. Budowa odpowietrznika automatycznego (Flamco).

 

Aspekt „prawny”

Względem ilości absorbowanego gazu w cieczy, takiej jak woda czy roztwór glikolu, zastosowanie ma prawo Henry’ego. Ujmuje ono zjawiska, jakie możemy sami zaobserwować w najbliższym otoczeniu. Bo przykładowo rozszczelnienie butelki z gazowanym płynem, czyli obniżenie ciśnienia, pod jakim znajduje się zawarta w niej ciecz, wywołuje widoczne gwałtowne wydzielanie się pęcherzyków powstałych z dotychczas rozpuszczonego gazu. Co więcej, zjawisko wydzielania gazu przebiega tym intensywniej, im wyższa temperatura płynu.

To dlatego znacznie bezpieczniej odkorkowywać napój „bąbelkowy”, gdy zawartość butelki zastanie schłodzona w lodówce. To ostatnie zachowanie gazu w cieczy tłumaczy problemy, jakie napotykamy przy próbie usuwania gazów z instalacji chłodniczych ze względu na właśnie tam występujące niskie temperatury.

Na podstawie prawa Henry’ego i autopsji wiemy, że celowe zmniejszanie ciśnienia i/lub zwiększanie temperatury umożliwia znacznie skuteczniejsze pozbawienie cieczy zawartych w niej gazów. Co ciekawe, odgazowana w sprzyjających warunkach ciecz, gdy powróci do mniej korzystnych odgazowywaniu warunków (wzrośnie ciśnienie i/lub spadnie temperatura), staje się nienasycona gazowo i może absorbować powietrze uwięzione w instalacji. Tę prawidłowość wykorzystują urządzenia odgazowujące „centralnie”, usuwając nawet zalegające w dalszej części instalacji wolne pęcherze gazu, te bowiem nie muszą być dostarczone do miejsca ich usuwania silnym strumieniem, lecz mogą zostać z wolna rozpuszczone w nienasyconej gazowo cieczy.

Malaczek201rys6

Rys. 6. Idea odgazowywania próżniowego.

 

Prewencja

Co do sposobu i efektywności usuwania gazów z instalacji możemy mówić o trzech podstawowych sposobach.

* Usuwanie za pomocą prostych odpowietrzników umieszczonych w tych miejscach instalacji, gdzie powietrze gromadzić się będzie samoczynnie. Są to zazwyczaj górne końcówki pionów i wszelkie odcinki rurociągów prowadzonych wyżej od sąsiadujących części instalacji oraz górne części korpusów wymienników ciepła. Mogą temu zadaniu służyć odpowietrzniki ręczne. W ich przypadku wyłącznie inicjatywa obsługi może uwolnić nagromadzone powietrze, a jego brak sygnalizowany jest dopiero płynnym strumieniem niekoniecznie czystej cieczy.

Mogą również, i to raczej znacznie lepiej, roli odpowietrzania sprostać odpowietrzniki automatyczne, gdzie pływak z zaworem zapewnia samoczynne odpowietrzanie, w momencie gdy tylko w komorze odpowietrznika nagromadzone zostaną gazy. A więc odpowietrzanie instalacji następuje z ich użyciem w sposób ciągły.

* Sposób drugi to usuwanie powietrza za pomocą separatorów. Pojawia się inna nazwa urządzenia, ponieważ przyrząd ma dodatkowo zdolność wychwytywania i łączenia się ze sobą mikropęcherzyków gazu niesionych w strumieniu.

Stopień oczyszczenia strumienia jest tutaj znacznie wyższy, a i sposób montażu również odmienny, bo urządzenie umiejscawiamy na drodze strumienia, o ile to możliwe zbiorczego lub największego z dostępnych, tak aby oczyścić maksymalną ilość zładu. Z tego właśnie powodu często lepiej jest umieścić urządzenie już za sprzęgłem hydraulicznym czy zaworem mieszającym, pomimo pewnego spadku parametrów temperaturowych. Ponadto na miejsce montażu separatora ma też wpływ potrzeba uzyskania możliwie dogodnych warunków pracy, jakie znamy przecież z prawa Henry’ego. Jeśli więc, im wyższa temperatura, a niższe ciśnienie pracy, tym skuteczniejsze odgazowanie, to dogodne miejsca znajdziemy tuż za źródłem ciepła, ale przed agregatem chłodu, oraz przed pompami obiegowymi, a także w górnej części wysokiej „statycznie” instalacji. Gdy w instalacji dogodne miejsca nie spotykają się w tym samym punkcie, należy ocenić, które z nich mają większe znaczenie i tam umiejscowić separator.

Malaczek201rys7

Rys. 7. Automat pompowy utrzymania ciśnienia Flamcomat z funkcją odgazowywania skokowociśnieniowego.

Niezwykle rzadko zdarza się sytuacja, o której jednak warto pamiętać, że – wynikające przecież ze słusznej chęci obniżenia ciśnienia odgazowywanej cieczy – umieszczanie separatora ekstremalnie blisko strony ssawnej pompy może skutkować natrafieniem na taki punkt w instalacji, gdzie ciśnienie dynamiczne będzie osiągało wartości zerowe lub nawet ujemne. W tym zakresie pracy może znaleźć się strona ssawna pompy obiegowej, lecz wówczas separator nie tyle będzie odpowietrzał, co niestety posłuży wręcz do posysania powietrza z atmosfery. Odpowiednie zwiększenie odstępu od pompy „uzdrowi” taką sytuację.

* Ostatnim urządzeniem do wyjątkowo intensywnej separacji gazów, nie tylko tych w postaci wolnych pęcherzy i mikropęcherzy gazu, ale również rozpuszczonych w cieczy, jest odgazowywacz próżniowy.

W tym urządzeniu w sposób aktywny, bo własną pompą, doprowadza się do obniżenia ciśnienia w odgazowywanej porcji zładu, aż do wartości ujemnych względem ciśnienia atmosferycznego – stąd przywołanie w nazwie próżni. Tak odgazowana i wprowadzona ponownie do instalacji woda jest niezwykle silnie nienasycona gazowo i mieszając się z resztą zładu, będzie zmniejszać w nim zawartość rozpuszczonych gazów.

Z uwagi na wspomnianą wysoką skuteczność odgazowania (porównaj punkt „ENA” na wykresie Henry’ego) warto zadbać tutaj o osiąganą relatywnie prostym czujnikiem gazu, możliwość automatycznego wyłączania urządzenia, gdy tylko osiągnięta zostanie zadowalająca i bezpieczna ilość rozpuszczonych gazów.

Pewną nieco mniej skuteczną odmianą tego ostatniego sposobu odgazowywania jest również skokowociśnieniowe odgazowywanie, gdzie porcja zładu poddawana jest celowej zmianie ciśnienia , jednak wyłącznie do ciśnienia otoczenia, czyli atmosferycznego. Zadanie takie często wypełnia pompowy automat wyrównawczy, a wyprowadzona z jego zbiornika odgazowana ciecz, trafiając ponownie do zładu, również może wchłaniać nie tylko wolne drobiny gazu, ale i część gazów rozpuszczonych.

Sentencja

Mimo, wydawałoby się, banalności problemu, czasem powszechne i zgubne wydaje się bagatelizowanie obecności powietrza i innych gazów w instalacji. Praktyka pokazuje jednak, że skutki wynikające z takiego zaniechania są kosztowne i daleko idące. Nie zawsze jednak bez specjalistycznych badań następuje powiązanie usterek i awarii wprost z destrukcyjnym działaniem powietrza. Co istotne – koszt elementów eliminujących problem jest niewielki w porównaniu z całą inwestycją i możliwymi stratami, a stosowanie bardziej zaawansowanych, więc i kosztowniejszych, urządzeń odgazowujących dotyczy zazwyczaj układów dużych, skomplikowanych, a przez to adekwatnie droższych. Urządzenia do odpowietrzania to nie są zbędne produkty, jakie usiłuje nam wmusić ich producent, lecz elementy, które powstały wprost jako odpowiedź na potrzebę eliminacji przyczyn awarii, do których należy powietrze w instalacji. Wysoki poziom wiedzy inżynieryjnej narzuca wymóg świadomego i odpowiedzialnego stosowania urządzeń odpowietrzających zgodnie z rzeczywistymi warunkami pracy instalacji.

Robert Małaczek

 

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