Adalékanyagok kisteljesítményű meleg vizes fűtési rendszerekben
2003/11. lapszám | Jeckel János | 14 686 |
Figylem! Ez a cikk 21 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Az utóbbi időben egyre több olyan adalékanyag jelenik meg a piacon, amely a fűtővízbe adagolva fejti ki hatását. A ma már elterjedt adalékanyagok a következő főbb célokat szolgálják: fűtési rendszerek tisztítása, a fűtési rendszer kismérvű tömítetlenségének megszüntetése, a rendszer korróziós károk, illetve elfagyás elleni védelme.
A fűtővíz tulajdonságai
A kisteljesítményű fűtési rendszerekben kezeletlen, vagyis lágyítatlan ivóvíz minőségi vizet használunk. A víz a különböző ásványi anyagok mellett jelentős mennyiségű levegőt, ezen belül oxigént is tartalmaz. A víz elektrolitként funkcionál a fűtési rendszerben lévő különböző fémek között, így kémiai és elektrokémiai korróziót okoz. A víz kémhatása befolyásolja a korróziós folyamatokat, egyes esetekben igen jelentős mértékben megnöveli a korróziós károkat. Az adalékanyagok vízbe való juttatásával megváltoznak a fűtővíz kémiai, fizikai és hőtechnikai tulajdonságai. Ezekkel a megváltozott tulajdonságokkal a fűtési rendszer tervezése, kivitelezése és működtetése során számolni kell, az adalékanyagok kiválasztásánál, mennyiségük meghatározásánál ezt figyelembe kell venni. Az alábbiakban – a teljesség igénye nélkül - röviden összefoglalom, hogy a fűtési rendszerekben leggyakrabban alkalmazott anyagoknál milyen korróziós hatásokkal kell számolni.
Vasalapú anyagok (acél, öntöttvas)
Vasoxidok és vaskarbonátok keletkeznek, amelyek nem tömör anyagok, és leválnak a fémfelületről, a fűtővízbe kerülnek, és iszapot képeznek. Az így kialakult réteg nem védi a fémet, a víz továbbra is érintkezik vele, és akadálytalanul folytatódik a korrózió. A vas nem saválló, a korróziós folyamat pedig savas közegben is zajlik. Viszont lúgos környezetben (pH7) nincs korrózió, azaz a vas lúgálló.
Réz és rézötvözetek
Erős oxigéntartalmú vízben, gyengén savas és lúgos környezetben nagyon jó korrózióállóságot mutatnak.
Alumínium
Nem lúgálló, állandó lúgos környezetben igen korlátozott ill. nem ajánlott az alkalmazása. A reakció során hidrogén-, azaz gázképződéssel kell számolni, amely üzemzavarokhoz is vezethet. Semleges, oxigénszegény környezetben korrózióálló az alumínium, alkalmazása nem jelent problémát.
Műanyag és gumi termékek általában
Savállók, de csak közepesen lúgállók. Lúgos környezetben szilárdságcsökkenéssel és esetleg alakváltozással kell számolni. A korrózió mennyiségi és időbeli folyamat. A korrózióállóság megítélésénél azt adják meg, hogy a szerkezeti anyagból készített minta az adott folyadékban bizonyos idő után mennyi anyagot veszít. Mértékegysége általában g/m2/év, lemezek esetében szokásos mértékegység a mm/év. Ez utóbbinál azt adják meg, hogy egy év alatt mennyivel lesz vékonyabb a lemez. A korrózió viszonylag lassú folyamat, amely alatt elhasználódik a károsító ágens, folyamatosan csökken annak mennyisége, ill. teljesen elhasználódik, ha nincs megfelelő utánpótlása.
A víz levegővel való telítettség esetén mintegy 10 mg/liter oxigént tartalmaz. Ha vasoxid (magnetit) keletkezik, akkor az 1 m3 vízben lévő oxigén 26 g vasat tud lebontani. Ha olyan fűtési rendszert alakítunk ki, ahol nincs meg a folyamatos oxigénutánpótlás, akkor az első feltöltésből a fentinél kisebb korróziós kár keletkezik, ami jelentéktelen. Az így keletkező iszap sem okozhat semmilyen problémát. A folyamatos oxigénutánpótlási lehetőség leggyakrabban előforduló két tipikus esete a nyitott tágulási tartály, illetve az oxigénáteresztő műanyagcsövekből épített padlófűtési rendszer. A műanyagcsöveknél a cső falán keresztül oxigén diffundál a vízbe egészen addig, amíg a víz telítetté válik. A cső anyagának gyári kezelésével ill. záró réteg felvitelével az oxigéndiffúzió a töredékére, ún. ötrétegű műanyag csöveknél gyakorlatilag nullára csökkenthető.
A DIN német szabvány oxigéndiffúzió-mentesnek és így korrózió szempontjából veszélytelennek nyilvánítja a műanyagcsöveket, ha a diffúzió mértéke a 0,1 mg/liter/nap érték alatt van. Megjegyzem, hogy amennyiben már van a rendszerben egy korábban kialakult helyi (lokális) korróziós pont, akkor a korrózió fenntartásához, és esetleg hosszabb idő után lyukkorrózió létrejöttéhez a fenti határértéknél valamivel kisebb oxigénmennyiség is elégséges lehet. Az 1. ábra a hőmérséklet függvényében adja meg az oxigéndiffúzió mértékét. A korróziós károk jó tervezéssel és kivitelezéssel kivédhetők. Jól megválasztott szerkezeti anyagok ill. berendezések, zárt tágulási tartályos fűtési rendszer és műanyagcsövek esetében ötrétegű, oxigéndiffúzió-mentes csövek megválasztásával a korrózió elleni védelem biztosított.
Régebben, amikor tisztán acél, ill. öntöttvas rendszerek voltak használatban, a fűtővíz lúgossá tételével, pl. trisó adagolásával (8,3-10 pH-érték) oldották meg a korrózióvédelmet és, akadályozták meg az iszapképződést. Ez ma már a szerkezeti anyagok sokfélesége miatt is csak korlátozottan alkalmazható. Manapság sokféle korróziógátló adalékanyag létezik. Ezek a vízben lévő oxigén lekötésével, vagy a szerkezeti anyagon felületi fedő-védő réteg kialakításával fejtik ki hatásukat. Itt tulajdonképpen arra kell figyelni, hogy alumíniumszerkezeteket (pl. aluradiátorok) tartalmazó fűtési rendszerekben lúgos kémhatást előidéző adalékanyagokat ne alkalmazzunk. Vegyes, alumíniumot is tartalmazó rendszerben lehetőleg semleges kémhatású szereket válasszunk.
A korróziógátló adalékanyagok idővel elhasználódnak. Célszerű a gyártó előírásában megadott időszakokban az anyag jelenlétét megvizsgálni, ill. pótolni. A fűtési rendszerek tisztítására és tömítetlenségének megszüntetésére szolgáló adalékanyagok csak rövid ideig, néhány óráig, esetleg néhány napig vannak a fűtési rendszerben. Az általuk kifejtett korróziós hatás így nem lehet jelentős mérvű. Ennek ellenére alumíniumszerkezeteket is tartalmazó fűtési rendszerekben ne alkalmazzunk lúgos kémhatású anyagokat. A szerek használata után tanácsos átmosni a rendszert.
Fagyásgátló adalékanyagok
Fagyásgátló közegként etilénglikolt vagy propilénglikolt alkalmazunk. Az etilénglikol alapú keveréknél egyrészt kevesebb adalékanyag felhasználásával lehet ugyanolyan fagyállósági határértéket előállítani, másrészt a fűtési rendszer szempontjából előnyösebbek a fizikai és hőtechnikai tulajdonságai. Ugyanakkor az etilénglikol-keverék jóval mérgezőbb, mint a propilénglikol. Ha a fűtési rendszerben oxigén van jelen, akkor a glikol szerves savakká oxidálódik, és ez a víznél sokkal agresszívabb, azaz nagyobb korróziós károkat okozó keveréket alkot. Ezért a fagyálló keverékhez korróziógátló adalékanyagokat is kevernek. Mindig csak a fűtési rendszerekhez kifejlesztett korróziógátló adalékanyagokat is tartalmazó fagyálló keveréket szabad használni! A gépkocsikhoz használt fagyálló keverékek nem tartalmaznak korróziógátló adalékokat.
A fagyálló adalékanyagokkal és azok hatásával azért kell külön foglalkozni, mert ezeket jelentős arányban adagoljuk a fűtővízhez (20-30%) és az előállított keverék fizikai és hőtechnikai tulajdonságai nagymértékben eltérnek a víz tulajdonságaitól. Az eltérések negatívan hatnak a fűtési rendszerre, és ezt a tervezésnél, kivitelezésnél és üzemeltetésnél figyelembe kell venni. E negatív hatások a vízhez adagolt fagyálló folyadék mennyiségével nőnek, ezért csak az indokolt mértékig adagoljuk ezt, max. 30 tf% legyen. A vízhez viszonyított fő negatív hatások, amivel a tervezőnek számolnia kell: csökken a hőközvetítő folyadék fajhője; nő a folyadék viszkozitása, és vele a fűtési rendszer hidraulikus ellenállása; nő a folyadék hőtágulási együtthatója; csökken a hővezető képesség; csökken a hőcserélőknél a hőátadás a folyadékoldalon.
A 2., 3. és 4. ábra relatív számokban, a vízhez viszonyítottan adja meg az egyes etilénglikol-víz keverékek paramétereinek a változását.
A 2. ábrán a köbös tágulási együttható növekedésének mértéke látható Ez nagyobb tágulási tartály kiválasztását követeli meg a tervezés, ill. kivitelezés során. Ha ezt nem vették figyelembe, kicsinek bizonyulhat a tágulási tartály. A keverékek nagyobb viszkozitása és sűrűsége révén nőnek a nyomásveszteségek (lásd 3. ábra), és ezt a tervezésnél is figyelembe kell venni. A nagyobb nyomásveszteség azt eredményezi, hogy zajosabb lesz a fűtési rendszer. Többfokozatú szivattyú esetében a nagyobb fokozatot kell választani fagyálló keverék esetében, de lehetséges, hogy ez sem elégséges.
A 4. ábra azt mutatja meg, hogy mennyire csökken a fagyálló keverék estében a fémfelület és a keverék között a hőátadási tényező. Az ábra szerint 30%-os keveréknél a hőátadási tényező körülbelül a felére csökken. Mit eredményez ez a fűtési rendszerben? A hőcserélő falán (kazántest, radiátor) átszármaztatott hő(q) a hőcserélő-felület két oldalán lévő hőmérséklet különbséggel (t1-t2) arányos
q =k(t1-t2)
k= ---------1----------
1 δ 1
α1 λ α2
α1 és α2 a hőcserélő fal két oldalának hőátadási tényezője,
δ a hőcserélő falának vastagsága,
λ a hőcserélő fal anyagának hővezetési tényezője.
Mivel a hőcserélő fala nagyon vékony, és a fém hővezetési tényezője nagyon nagy, a két szám hányadosa elhanyagolhatóan kicsi. A kazántestnél a hőátadó oldalon lévő füstgáznak kicsi a hőátadási tényezője, azaz rossz a hőátadás, míg a vízoldalon nagyon jó. A vízoldali hőátadási tényező legalább tízszerese a gázoldalinak. A hő-átszármaztatásnál tehát a gázoldali hőátadási tényező dominál, a vízoldali tényező 50%-os csökkenése legfeljebb 5%-kal csökkenti a kazán fűtőteljesítményét. Hasonló a helyzet a radiátoroknál. A domináló levegőoldali hőátadási tényező nem változik, így a hőleadásnál nem kell 5%-nál nagyobb csökkenéssel számolni.
Más a helyzet a HMV-előállításnál. Itt a hőcserélő mindkét oldalán víz van, a hőátadási tényezők közel azonosak. Ebben az esetben az ajánlott max. 30%-os fagyálló keverék alkalmazásával bekövetkezett teljesítménycsökkenés mintegy 20-25%-os lesz. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy átfolyós rendszerű kombi kazánoknál akár 25%-kal is csökkenhet az átfolyó víz mennyisége, természetesen ugyanolyan hőmérséklet különbséggel számolva. Az indirekt fűtésű tárolóknál pedig közelítően ilyen arányban megnő a tároló felfűtési ideje.
Összefoglalóan megállapíthatjuk, hogy csak akkor alkalmazzunk a fűtővízben adalékanyagokat, ha az feltétlenül indokolt, hiszen annak negatív hatásai is vannak. Az adalékanyag idővel elhasználódik, ezért rendszeres ellenőrzést, ill. utánpótlást igényelnek. Meglévő rendszer esetében úgy is gondolkodhatunk, hogy ez átmeneti megoldás. Valamilyen ok miatt most nem nyúlok a fűtési rendszerhez, de amint lehetőség lesz rá, úgy módosítom azt, hogy adalékanyagra ne legyen szükség.
