Kazánrepedés, kazánlyukadás
2013/4. lapszám | Vinkler Károly Vörös Szilárd | 6706 |
Figylem! Ez a cikk 13 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Az elmúlt néhány évben kollégáimmal gyakran találkoztunk azzal a jelenséggel, hogy új, néhány éve működő, jó minőségű kazánok hőcserélői kilyukadnak, megrepednek. Ezen hibák mögött szinte kivétel nélkül a nem megfelelő vízminőség, a hibás nyomástartás és üzemeltetés állt. Az alábbi cikkben a fűtési rendszerek megfelelő vízminőségének fontosságára és a megfelelő nyomástartás jelentőségére szeretném felhívni a figyelmet.
Kazánrepedés
A kazánrepedés okozója rendszerint a termikus kavitáció, amit a kazánhőcserélő belső felületén lerakódó szennyeződés vált ki. A hőcserélő belső felületén kialakuló vízkő és a korrózió során lerakódó iszapréteg jelentősen rontja a kazán hatásfokát, a hőátbocsátási tényező értékét: 1 mm lerakódás akár 9%-kal is ronthatja a kazán éves hatásfokát (1. ábra).
Azzal, hogy a kazánok belső, leggyakrabban a „meleg”, tűztér-oldali felületén megtapadt szennyeződés rontja a kazán hőátbocsátási tényezőjét, a kazán-hőcserélők felületi hőmérséklete megemelkedik, és a hőcserélőkben lévő vízben gőzbuborékok jelennek meg, melyek kavitációt, végül kazánrepedést okoznak (2. ábra).
Kazánlyukadás
A kazánlyukadás legtöbbször az elektrokémiai korrózió eredménye. Az elektrokémiai korróziónak három szükséges és elégséges feltétele van. Ha a három feltételből akár egy is hiányzik, az elektrokémiai korrózió nem megy végbe. Az elektrokémiai korrózió három feltétele:
- legyen két, különböző potenciálú hely egymással fémes összeköttetésben,
- a két különböző potenciálú helyet kösse össze jól vezető elektrolit,
- redukciós (elektronfelvevő) folyamat lehetősége, depolarizátor jelenléte.
Az épületgépészeti fűtési rendszerekben az elektrolit a fűtővíz, a depolarizátor pedig az oxigén. Eltérő potenciálú hely keletkezik két különböző fém, vagy két azonos, de eltérő kristályszerkezettel (pl. hajlítás, hegesztés) rendelkező fém esetében. Látható, hogy az első két feltételt lehetetlen megszüntetni, hiszen ezek minden fűtési rendszerben jelen vannak. A harmadik feltételt, vagyis a fűtővíz oxigénnel való telítettségét azonban egy jól működő, zárt nyomástartó berendezés meg tudja akadályozni.
Vízkőképződés
A vízkő a vízből kivált és lerakódott anyagok, főként sók összessége. A sima csapvíz nem csak vizet tartalmaz, hanem különböző oldott ásványi anyagokat is, leggyakrabban kalcium- és magnézium-karbonátokat. A vízzel együtt áramló szén-dioxid a vízzel hidrogén-karbonátot alkotva tartja oldott állapotban az ásványi anyagokat:
CaCO3 + H2CO3 < > Ca(HCO3)2
MgCO3 + H2CO3 < > Mg(HCO3)2
Amikor a szén-dioxid eltávozik, például nyomáscsökkenéskor vagy hőmérsékletnövekedéskor, a hidrogén-karbonáttal oldottan tartott karbonátok kiválnak, és lerakódást hagynak maguk után. A kazánok üzemeltetésekor használt vízminőségről, többek között a vízben oldott sók koncentrációjáról a VDI 2035/2 rendelkezik. Az üzemeltetés során a kazánban keletkező vízkő-kiválás a nem megfelelő minőségű fűtővíz következménye, aminek több oka is lehet:
- a vízkezelés teljes hiánya,
- a nem megfelelő vízkezelő kapacitás,
- a rendszer nem megfelelő vízzel történő gyakori ürítése és töltése, hibás nyomástartás.
Hibás nyomástartó berendezés – hibás méretezés, átszakadt membrán, nem megfelelő előfeszítési nyomás – esetében a berendezés nem tudja magába fogadni a táguló vízmennyiséget, ezért a lefúvató szelep a rendszer felmelegítésekor vizet enged a csatornába. A rendszer lehűlésekor viszont vízhiány lép fel, amit a gyakori utántöltés miatt kezeletlen vízzel oldanak meg. Találkoztunk olyan rendszerrel is, ahol a hűtési és fűtési hálózat egy fatális hiba folytán összenyitásra került. A hűtési rendszerben „túltöltés”, a fűtési rendszerben pedig állandó vízhiány keletkezett, amit havonta több köbméter kezeletlen víz bevezetésével pótoltak. A kazánrepedés ebben az esetben sajnos kódolva volt.
Elektrokémiai korrózió
Az elektrokémiai korróziót legkönnyebben úgy lehet megszüntetni, ha megakadályozzuk az oxigén bejutását a fűtővízbe, illetve a hidraulikai rendszert megfelelő teljesítményű gáztalanítóval látjuk el. A rendszer feltöltésekor, a töltővízzel bejuttatott oxigén – az elektrokémiai korrózió depolarizátora – öt óra múlva eltűnik a rendszerből (3. ábra). Amennyiben a fűtési rendszer egy helyesen méretezett, jól beüzemelt, zárt rendszerű nyomástartó berendezéssel rendelkezik, amelynek tartályában a fűtővíz egy megfelelő membránnal vagy zsákkal el van választva a környező levegőtől, ezzel meggátolható oxigén bejutása az oxigénben szegény fűtővízbe.
A megfelelő minőségű nyomástartó berendezés a kazánok üzemeltetése szempontjából igen fontos. Az egyik neves kazángyártó cég a tervezési segédletében a következőket írja:
„Figyelembe kell venni továbbá, hogy csak korrózió szempontjából zárt, szivattyú által vezérelt nyomástartó rendszerek alkalmazandók, amelyek védettek az oxigénnel dúsított fűtővízzel szemben. Ellenkező esetben az oxigénkorrózió kárt okozhat a rendszerben. A ciklikus nyomáscsökkentés általi atmoszférikus gáztalanítással működő, szivattyúval vezérelt nyomástartó rendszerek ugyan a fűtési rendszer utólagos központi légtelenítését eredményezik, viszont a VDI 2035.2 lapja szerinti korrózióvédelemhez szükséges oxigénmentesítést nem biztosítják.”
A tervezési segédlet világosan megjelöli, hogy szivattyús nyomástartás esetében csak korrózió szempontjából zárt rendszereket lehet alkalmazni. Azon szivattyús nyomástartó berendezések (4. ábra), melyeknek tartályai nyitottak, vagyis a tartályban lévő víz közvet-lenül érintkezik a környezeti levegővel, nem képesek a VDI 2035/2 pontja szerinti oxigénmentesítést biztosítani.
A fűtővízben lévő nitrogén az oxigénnel szemben stabil, a korróziós folyamatban nem résztvevő gáz, amely a ciklikus légtelenítés során, a nyomáscsökkenés hatására a levegőbe távozik (Henry-Dalton törvény) a nyitott tágulási tartályon keresztül, így koncentrációja fokozatosan csökken a fűtővízben.
Az oxigén esetében viszont teljesen más a helyzet. A fűtési rendszer feltöltése után öt órával a töltővízben lévő oxigén koncentrációja – az elektrokémiai korróziónak köszönhetően – 0,07 ml/l alá csökken. A nyomástartó berendezés a ciklikus gáztalanítás során oxigénben szegény vizet „vesz ki” a rendszerből, amely – nyitott tágulási tartály esetében – oxigént fog a légkörből megkötni, ezzel „biztosítva” a fűtővíz oxigénellátását az elektrokémiai korrózióhoz.
A fenti cikkben a kazánok biztonságos üzemeltetése szempontjából igen fontos, helyes vízminőségre szerettem volna a figyelmet felhívni. A megfelelő vízminőség elsősorban a helyesen kiválasztott vízkezelő berendezéstől, valamint a megfelelő minőségű nyomástartástól és üzemeltetéstől függ.
