Ochrona instalacji grzewczych

Skład wody grzewczej zależy od parametrów jej źródła oraz sposobów jej uzdatniania. Z uwagi na mnogość materiałów stosowanych w instalacjach i urządzeniach grzewczych każda instalacja powinna być obecnie traktowana indywidualnie pod względem uzdatniania wody instalacyjnej. Woda powinna być uzdatniona tak, by nie powodowała tworzenia się kamienia kotłowego i nie była korozyjna względem urządzeń, z którymi pozostaje w kontakcie, a także miała zredukowaną ilość tlenu, który korozję przyspiesza.

Instalacje centralnego ogrzewania podatne są na występowanie wielu rodzajów korozji. Ich obecność i przebieg zależy od zastosowanych materiałów i warunków eksploatacji. Decydujący wpływ ma tu skład wody grzewczej, która jest mieszaniną substancji rozpuszczonych, mogących wchodzić w reakcję ze sobą nawzajem oraz z elementami instalacji. Korozja powoduje takie problemy, jak:

• uszkodzenia lub awarie elementów instalacji – rur, wymienników, komponentów kotła,
• uszkodzenia pomp spowodowane zanieczyszczeniami,
• pogorszenie warunków przepływu w przewodach i wymiennikach spowodowane osadzaniem się kamienia kotłowego, co powoduje zmniejszoną wymianę ciepła i wtórne warunki korozji,
• nieprawidłowe działanie zaworów spowodowane zanieczyszczeniami i w konsekwencji problemy z regulacją.

Zanieczyszczenia pierwotne

Woda grzewcza może mieć różny skład chemiczny, a w zależności od tego, z jakich metali wykonano instalację, dochodzi do szybszej bądź wolniejszej korozji. Przykładem mogą być gazowe kotły kondensacyjne, w których wymienniki i armatura regulacyjna są wykonane z wielu materiałów, w tym aluminium i miedzi oraz niskostopowego żelaza, które bez zastosowania odpowiednich płynów instalacyjnych grożą ryzykiem szybkiej korozji.

Istotny wpływ na instalację ma zawartość tlenu w wodzie. Może on być wprowadzony wraz z wodą podczas napełniania i uzupełniania instalacji lub przenikać w czasie pracy instalacji w wyniku podciśnienia oraz przez jej elementy składowe, takie jak uszczelki, przepony czy odcinki przewodów bez bariery antydyfuzyjnej. Choć kontakt metalu z tlenem to prosta droga do powstania korozji, w małych instalacjach grzewczych systemu zamkniętego wystarczy kilka dni, aby zostały one odgazowane. Oznacza to, że jeśli instalacja jest szczelna i nie ma konieczności uzupełniania wody, niewielka ilość tlenu w instalacji nie wpływa znacząco na powstawanie korozji.

Woda powinna mieć też odpowiedni odczyn pH, a woda pitna nadaje się do napełniania i uzupełniania instalacji. Warto jednak pamiętać, że żywotność elementów aluminiowych jest wysoka w zakresie pH od 6,5 do 8,5 i woda zbyt kwaśna lub alkaiczna nie daje warstwy pasywacyjnej na tym metalu.

Do wody grzewczej dostają się także zanieczyszczenia pierwotne podczas montażu instalacji. Są to opiłki metali bądź drobne cząstki tworzyw sztucznych z cięcia i fazowania rur, pozostałości pasty lutowniczej oraz materiałów uszczelniających. Zdarza się, że zanieczyszczenia dostają się do rur niewłaściwie składowanych, np. niepodłączonych i niezaślepionych. Są one groźne dla podzespołów instalacji (np. pomp czy zaworów), powodując ich uszkodzenia mechaniczne, zatykanie, a nawet awarie.

Zanieczyszczenia wtórne

Korozja może być spowodowana także zanieczyszczeniami wtórnymi w instalacji, takimi jak osady pochodzenia mineralnego, czyli kamień kotłowy. Powstaje on w wyniku termicznego rozkładu wodorowęglanów wapnia i magnezu zawartych w wodzie, zwłaszcza gdy nie jest ona zmiękczona przed wprowadzeniem do instalacji. Składnikami osadu mogą być siarczany wapnia, wodorotlenek żelaza i krzemionka. Minerały te osadzają się na elementach instalacji, pogarszając ich jakość i powodując uszkodzenia. Obecność osadów sprzyja powstawaniu tzw. korozji wtórnej, która pojawia się pod osadami.

Zanieczyszczeniem wtórnym jest także szlam – miękki osad złożony z mieszaniny tlenków i drobnych cząstek stałych, czasem przybierający postać lepkiej, ciągnącej się substancji. Czarny szlam ma w swoim składzie mieszaninę tlenków żelaza – magnetyt (będący produktem korozji tlenowej) z dodatkiem innych zanieczyszczeń, w tym uwolnionych osadów mineralnych. Szlam przy niskich prędkościach przepływu ma tendencję do osadzania się w miejscach o wolniejszym przepływie (np. w dolnych częściach grzejników), ale cały czas jest obecny w wodzie grzewczej w postaci rozdrobnionych cząstek, przyspieszając zużycie pomp i zaworów oraz elementów kontrolno-pomiarowych.

Filtry i odmulniki

Istnieje szereg urządzeń poprawiających jakość wody kotłowej i jednocześnie, w odpowiedzi na wymagania postawione przez producentów, chroniących kotły, pompy i zawory.

Pierwszą linią ochrony instalacji są filtry siatkowe. Zatrzymują one na metalowym filtrze siatkowym średnie i drobne cząstki o średnicy większej niż 0,5 mm, czyli piasek, muł oraz drobiny rdzy i oderwanych osadów – co może się okazać niewystarczające do usunięcia z wody wszystkich zanieczyszczeń. Filtr siatkowy powinien być czyszczony, gdyż zatkany powoduje problemy z przepływem. Następuje wtedy zwiększenie strat ciśnienia generowanych przez filtr, co może skutkować np. niedostatecznym dogrzaniem pomieszczeń.

Dobierając filtr siatkowy do instalacji, należy się kierować jego wydajnością dostosowaną do przepływu wody oraz wielkością zatrzymywanej cząstki (np. większej niż 90 µm). Filtry siatkowe oferowane są w różnych wykonaniach i średnicach. Dostępne są urządzenia z żeliwa sferoidalnego z przyłączem kołnierzowym (przede wszystkim większe średnice) oraz przyłączem gwintowanym mosiężnym (średnice DN 15–32 mm) lub żeliwnym (średnice DN 15–50 mm). Stalowa siatka filtra może mieć różną gęstość oczek (np. 230 lub 600). Na wyposażeniu filtra siatkowego może się też znajdować zawór spustowy. Producenci oferują wersję magnetyczną – w korpusie filtra oprócz stalowej siatki znajduje się stos z magnesów stałych zwiększający zdolności filtracyjne zanieczyszczeń ferromagnetycznych.

Zanieczyszczenia, które mają duże rozmiary i łatwo opadają, można usuwać na zasadzie spowalniania przepływu wody lub wprawiania jej w ruch obrotowy (efekt centryfugi), stosując dodatkowe filtrowanie na siatkach lub stosach magnetycznych. Zjawiska te wykorzystywane są w odmulaczach, filtroodmulnikach lub magnetoodmulaczach.

Filtroodmulniki stosowane są do zatrzymywania zanieczyszczeń w postaci stałej, unoszonych przez wodę w sieciach ciepłowniczych, węzłach cieplnych i kotłowniach. Umożliwiają prawidłowe działanie automatyki regulacyjnej, aparatury kontrolno--pomiarowej, wymienników ciepła, pomp oraz pozostałych elementów instalacji. Działają poprzez spowolnienie przepływu wody i skierowanie jej w dół lub po stycznej zbiornika. Następuje dzięki temu sedymentacja cięższych zawiesin na dnie. Mniejsze zanieczyszczenia unoszące się z wodą zatrzymywane są przez filtr siatkowy umieszczony w górnej części korpusu. W filtroodmulnikach zachodzi też częściowo proces odpowietrzenia wody.

Z kolei magnetoodmulniki to połączenie magnetyzera z filtrem siatkowym i odmulaczem inercyjno-sedymentacyjnym. Od filtroodmulników różni je to, że woda, przepływając przez urządzenie, natrafia na stos magnetyczny wykonany z magnesów stałych o dużej gęstości pola, co powoduje zwiększenie efektu usuwania z niej zanieczyszczeń ferromagnetycznych, pochodzących z korozji i stanowiących składnik szlamu.

Do ochrony wody przed kamieniem kotłowym stosuje się także magnetyzery – obejmy na rury wytwarzające pole magnetyczne. Pod jego wpływem zmienia się aktywność jonów w wodzie, nie wytwarzają się osady kamienia kotłowego (węglany wapnia i magnezu), ponieważ magnez i wapń są absorbowane przez również obecną w wodzie krzemionkę. Efektem jest bezpostaciowy koagulat, który unosi się w wodzie, nie osadzając się na częściach instalacji i nie wpływając na jej jakość.

Bardzo popularnymi urządzeniami są również separatory zanieczyszczeń z wkładkami magnetycznymi. Zaleca się ich montaż pomiędzy dwoma zaworami odcinającymi, co ułatwi późniejszą konserwację czy ewentualną wymianę.

Urządzenia do usuwania tlenu

Wśród urządzeń do usuwania tlenu najbardziej popularne są odpowietrzniki grzejnikowe oraz separatory powietrza. Odpowietrzniki grzejnikowe mogą być ręczne lub automatyczne. Usuwają nadmiar powietrza z grzejników i tym samym odpowietrzają instalację c.o.

Z kolei separatory powietrza montowane są w instalacji c.o. i służą do usuwania powietrza i zanieczyszczeń stałych, które mogą powodować uszkodzenie elementów instalacji bezpośrednio za kotłem lub wymiennikiem ciepła. Ta lokalizacja ma dwie zalety – po pierwsze, wysoka temperatura umożliwia skuteczne usunięcie pęcherzyków powietrza, po drugie usunięcie powietrza następuje już na początku instalacji, co zwiększa skuteczność ochrony.

Jakość wody kotłowej i instalacyjnej według norm

O jakości wody w instalacjach grzewczych mówią normy PN-C-04607:1993 Woda w instalacjach ogrzewania. Wymagania i badania dotyczące jakości wody oraz PN-85/C-04601 Woda do celów energetycznych. Wymagania i badania jakości wody dla kotłów wodnych i zamkniętych obiegów ciepłowniczych. Dotyczą one zarówno wody instalacyjnej, jak i samej eksploatacji instalacji, w przypadku gdy producent urządzenia nie określił parametrów wody zasilającej.

Inhibitory korozji

Normatywnym wskaźnikiem korozyjności wody są jony siarczanowe (SO42–) i chlorkowe (Cl–). Jeśli graniczne stężenia tych związków w wodzie instalacyjnej, określone w normie PN-C-04607:1993, zostaną przekroczone, należy zastosować inhibitory (blokery) korozji. Są to preparaty chemiczne, które aplikuje się do instalacji grzewczej w celu zdezaktywowania substancji agresywnych odpowiedzialnych za powstawanie korozji. Na rynku oferowane są inhibitory anodowe, katodowe oraz mieszane, które synergicznie wzmacniają efekt antykorozyjny. Inhibitory nie są przeznaczone do czyszczenia lub renowacji już zanieczyszczonej albo uszkodzonej instalacji.

Biocydy i płyny instalacyjne

W niektórych instalacjach zastosowanie znajdą także biocydy. Są to chemiczne preparaty biobójcze, w których składzie znajduje się co najmniej jedna substancja czynna umożliwiająca zniszczenie, unieszkodliwienie lub kontrolę wzrostu organizmów szkodliwych. Biocydy usuwają tzw. biofilm (błonę biologiczną) – trudny do usunięcia innymi metodami osad mikroorganizmów na wewnętrznej powierzchni rur, będący problemem szczególnie w instalacjach niskotemperaturowych (35–40°C), zwiększający tarcie w instalacji, zmniejszający przepływ wody i ułatwiający bytowanie bakteriom Legionella. Biocyd należy regularnie dozować do instalacji w celu ochrony przed narastaniem biofilmu. W stosunkowo niewielkich dawkach biocydy dozuje się proporcjonalnie do ilości wody zasilającej układ, wlewając je bezpośrednio do wody uzupełniającej za pomocą pompki.

Do ochrony instalacji grzewczej najlepiej zastosować tzw. płyny instalacyjne. Są one najczęściej oparte na roztworach glikolowych (zapobiegających zamarzaniu wody grzewczej) i stanowią mieszaninę substancji chemicznych, których celem jest również zabezpieczenie przed korozją, zapobieganie powstawaniu osadów (a do pewnego stopnia także ich usuwanie), przeciwdziałanie blokowaniu się armatury oraz zapobieganie rozwojowi mikroorganizmów. W skład płynu instalacyjnego oprócz niskozamarzającego roztworu glikolu etylenowego lub propylenowego mogą wchodzić inhibitory (blokery) korozji, biocydy i fosforany powodujące wytrącanie się z wody substancji odpowiedzialnych za wytwarzanie kamienia kotłowego. Płyny tego typu należy wprowadzić do instalacji na początku jej użytkowania i na bieżąco zasilać, zapewniając prawidłową pracę układu dla zakresu temperatury od –35 do 105°C.

Zmiękczacze wody

Usunięcie jonów wapnia i magnesu, powodujących twardość wody, może zapewnić lokalna stacja uzdatniania wody wykorzystująca proces wymiany jonowej. Instaluje się ją przy głównym zaworze, dzięki czemu do domowej instalacji trafia woda już zmiękczona, redukując ryzyko powstawania kamienia kotłowego. Na rynku dostępne są zmiękczacze jedno- i dwuczęściowe. Pierwsze z nich to urządzenia kompaktowe – wszystkie podzespoły umieszczone są w jednej obudowie. Walorem tego rozwiązania są małe wymiary, pozwalające na zabudowę w niewielkich przestrzeniach. Zazwyczaj stosowane są przy zmiękczaczach wody do ok. 35 l żywicy jonowymiennej. Zmiękczacze dwuczęściowe zawierają butlę ciśnieniową z głowicą sterującą jako jeden element i zasobnik na sól. Dzięki temu zmiękczacz może mieć większą wydajność przepływu.  

Artykuł ukazał się w Rynku Instalacyjnym nr 6/2022