VDI 2035
VDI 2035 серии из руководств описывает состояние техники для качества воды в системах водяного отопления и предназначен , чтобы помочь свести к минимуму ущерба от коррозии и образования камней в этих системах. Лист 3 также касается коррозии металлических материалов со стороны выхлопных газов в системах водяного отопления, системах водяного отопления с прямым нагревом и связанных с ними выхлопных системах. Серия директив VDI 2035 была впервые опубликована в 1979 году и с тех пор является одним из важнейших технических правил в области отопления / отопительной техники.
Содержание
Структура серии руководств
| Фамилия | Дата выпуска |
|---|---|
| VDI 2035 лист 1 Предотвращение повреждений в системах водяного отопления — камнеобразование в системах водяного отопления и водяного отопления | 2005-12 |
| VDI 2035 лист 1 Устранение повреждений в системах водяного отопления — камнеобразование в системах водяного отопления и водяного отопления — поправка к руководству VDI 2035, лист 1: 2005-12 | 2006-12 |
| VDI 2035 лист 2 Предотвращение повреждений в системах водяного отопления — коррозия со стороны воды | 2009-08 |
| VDI 2035 лист 3 Предотвращение повреждений в системах водяного отопления — коррозия на стороне выхлопных газов | 2014-07 |
Основы
Пресная вода проблематична в системах отопления: она приносит щелочноземельные элементы в качестве компонентов жесткости и кислород. Добавки твердости могут привести к образованию отложений и камней, кислород к коррозии. Современные системы не только более энергоэффективны, чем старые, но и часто бывают очень компактными и тонкостенными. Это делает их значительно более подверженными указанным выше проблемам.
Поэтому серия руководящих указаний VDI 2035 определяет требования к воде для наполнения и подпитки в системах отопления. Для небольших систем, таких как в частных домах, воду для наполнения и подпитки не нужно обрабатывать. Однако в более крупных системах должны соблюдаться требования к значению pH , проводимости (содержанию соли) и содержанию щелочноземельных металлов (жесткости).
Для обслуживания системы отопления рекомендуется сливать воду только из тех частей системы, для которых это необходимо, и доливать только недостающее количество воды. Если необходимо пополнить или заменить отопительную воду, следует использовать для этого смягченную воду. В качестве эмпирического значения VDI 2035 Часть 1 предполагает, что вся вода в хорошо обслуживаемой системе отопления не должна заменяться более чем в три раза в течение срока ее службы.
По гигиеническим причинам установки питьевого водоснабжения нельзя подключать к установкам непитьевого водоснабжения без предохранительного устройства. Шланг, подсоединенный для удобства и оставленный подсоединенным после заправки водонагревателя между краном и обогревателем, является незаконным, потому что он может стать рассадником микробов, которые могут поставить под угрозу гигиену всей системы питьевой воды, несмотря на закрытый клапан.
Области применения
Лист 1 — каменное образование
Директива VDI 2035, часть 1 применяется к системам водяного отопления согласно DIN 4753 и к системам водяного отопления согласно DIN EN 12828 внутри здания, если температура подачи не превышает 100 ° C, как предполагалось. Это руководство также применимо к системам подрядчиков тепла, в которые поставляются строительные комплексы, если обеспечивается, что дополнительный объем воды не более чем в два раза превышает объем воды для заполнения в течение срока службы системы. В противном случае, что касается промышленных систем и систем централизованного теплоснабжения, необходимо учитывать рабочий лист AGFW FW 510 или информационный лист VdTÜV TCh 1466.
Лист 2 — Водная коррозия
Директива VDI 2035, часть 2 применяется к системам водяного отопления в соответствии с EN 12828 внутри здания, если температура подачи не превышает 100 ° C, как предполагалось. Кроме того, это руководство применяется к системам подрядчиков теплоснабжения, в которые поставляются строительные комплексы, если обеспечивается, что объем подпиточной воды не более чем в два раза превышает объем наполняющей воды в течение срока службы системы. В противном случае, что касается промышленных систем и систем централизованного теплоснабжения, необходимо соблюдать рабочий лист AGFW FW 510 или инструкцию VdTÜV MB TECH 1466. В данном руководстве представлена информация и в отдельных случаях сформулированы требования по снижению вероятности коррозии на стороне нагрева воды в системах водяного отопления.
Лист 3 — Коррозия выхлопных газов
В данном руководстве рассматривается коррозия металлических материалов со стороны выхлопных газов в системах водяного отопления с прямым нагревом в системах водяного отопления и в связанных с ними выхлопных системах. Применение руководства позволяет свести к минимуму вероятность отказа компонентов или функциональных нарушений за счет надлежащего планирования, выполнения и эксплуатации. Это руководство предназначено для производителей, проектировщиков, специализированных компаний и системных операторов. Коррозия в диапазоне высоких температур, такая как образование накипи, не является предметом данного руководства.
Поддержание давления, удаление воздуха и дегазация
Вопросы поддержания давления, вентиляции и дегазации подробно рассматриваются в серии рекомендаций VDI 4708. Это руководство применимо к жидкостным контурам в системах отопления, для которых прерывание нагрева или циркуляции (например, летом или ночью) является обычным явлением. Он используется для проектирования систем поддержания давления и их проверки при эксплуатации и техническом обслуживании. Защита от давления и защитное оборудование не входят в данное руководство. Руководство дополняет настоящее руководство по проектированию, производству и испытаниям систем поддержания давления, вентиляции и дегазации или их системных компонентов в отношении теплогидравлической интеграции в контуры жидкости посредством рекомендаций и руководств по проектированию.
Тренировка
Из-за возрастающей сложности современных систем водяного отопления необходимо гарантировать соблюдение положений серии руководящих указаний VDI 2035 и VDI 4708 для обеспечения функциональности и соблюдения требований к энергоэффективности и сроку службы. В директиве VDI 4704 рассматриваются эти важные вопросы и предлагается концепция обучения, предназначенная для всех специалистов, участвующих в планировании, строительстве, эксплуатации и обслуживании систем водяного отопления. Представлены категории обучения для различных целевых групп с вступительными требованиями, содержанием обучения и рамочными условиями. За счет повышения квалификации в области качества воды, образования камней, коррозии со стороны воды, поддержания давления, вентиляции и дегазации следует снизить вероятность повреждения компонентов системы, а также неисправностей.
Источник
Деионизация воды для защиты от коррозии систем отопления
Опубликовано: 06 июля 2018 г.
Ханс-Юрген Ведемейер (Hans-Jürgen Wedemeyer), менеджер по техническому маркетингу в бизнес-подразделении технологий очистки жидкостей (Liquid Purification Technologies) концерна Lanxess
Особенности подготовки воды для контуров теплообмена с помощью ионообменника смешанного типа в целях надежной защиты от коррозии.
Сегодня в радиаторах и трубах систем отопления уже не циркулирует темная, мутная жидкость, во всяком случае, – в современных водонагревательных системах с мощными компактными бойлерами, оптимизированными для обеспечения высокой энергоэффективности. Свойства воды играют ключевую роль в том, как долго оборудование для отопления будет работать эффективно и без ошибок, не требуя при этом высоких затрат на обслуживание в долгосрочной перспективе.
О собенно важно учитывать два следующих свойства воды: жесткость и способность вызывать коррозию металлов.
Жесткость воды определяется, главным образом, содержанием в ней солей кальция и магния, которые и способствуют тенденции к образованию накипи, особенно в элементах, осуществляющих нагрев воды, например, в первичных теплообменниках. Образование накипи значительно ухудшает передачу тепла из-за плохой теплопроводности известняка (примерно 2,2 Вт/мК в сравнении с 401 Вт/мК для чистой меди) и постепенного уменьшения сечений труб , а стало быть, и снижения скорости течения жидкости – из-за образующихся отложений.
Металлические детали системы отопления, находящиеся в контакте с водой, подвержены коррозии. Электропроводность и, очевидно, кислотность, играют важную роль в тенденции к образованию коррозии (1).
Еще одним важным фактором, осложняющим работу подобных современных систем отопления, является то, что в них нередко используют компоненты, созданные из различных металлов и сплавов. Помимо традиционного чугуна и меди, сегодня все чаще используется алюминий, который требует более технологичной защиты от коррозии. Алюминий подвержен воздействию как кислых, так и щелочных сред, и имеет относительно узкий диапазон значений pH в котором металл остается в пассивном состоянии (2).
Что эффективнее – умягчение или деионизация?
Умягчение воды (3, 4), используемой для первоначальной заправки системы и для подпитки, способно противодействовать образованию накипи. Обычно умягчение достигается за счет ионного обмена, который подразумевает использование сильнокислотных катионообменных смол, позволяющих заменить ионы кальция и магния в исходной воде ионами натрия. Соли натрия растворяются в воде намного лучше и не выпадают в осадок даже при изменении температуры раствора. Электропроводность воды и баланс pH остаются более или менее постоянными в течение всего ионообменного процесса, так как общая концентрация растворенных ионов не меняется.
В случае деионизации ситуация выглядит совсем иначе. В частности, катионы щелочных и щелочноземельных металлов в исходной воде заменяются протонами, а анионы (главным образом, гидрокарбонаты, а также хлориды, сультфаты и нитраты) – гидроксильными ионами (OH-). Недиссоциированные молекулы воды образуются из протонов и гидроксильных OH- ионов, а это означает, что проводимость воды снижается по мере деионизации. В частности, можно добиться конечной электропроводимости на уровне ниже 1 µСм/см – уровня, при котором даже при наличии кислорода окислительно-восстановительные реакции коррозии практически полностью останавливаются. Для специального применения, в том числе в электронной промышленности и для фармацевтических нужд, можно получать ультрачистую воду со значительно меньшей проводимостью – на уровне всего 0,05-0,1 µСм/см.
Полная деионизация, зачастую совмещенная с постобработкой воды с помощью аминов или гидразина для повышения щелочности, что также ингибирует коррозию, широко используется для воды, подвергаемой нагреву, а также для воды, используемой в водно-паровых контурах электростанций. Однако применение ингибиторов коррозии требует тщательных измерений и регулярного или даже постоянного мониторинга их концентрации. Подобный мониторинг невозможно осуществить с должной точностью и экономической эффективностью, во всяком случае, в системах отопления. Более того, подобная подготовка воды требует особых процедур с точки зрения экологического законодательства, например, в отношении ее утилизации.
Таким образом, в большинстве случаев предпочтительнее использовать другие меры для соблюдения уровня pH, необходимого для оптимальной защиты металлических деталей. В этой связи, соответствующие стандарты рекомендуют (5), чтобы уровень pH находился в диапазоне от 8,2 до 9,5, или от 8,2 до 8,5 в случае, если используются детали из алюминия.
Грамотная деионизация
С технической точки зрения, самый простой способ деионизации заключается в ионном обмене с помощью ионообменников смешанного типа, состоящих из смеси катионо- и анионообменных смол и образующих систему фильтрации, через которую вода протекает в контейнере цилиндрической формы. Зачастую используемая сырая вода обладает проводимостью на уровне приблизительно 500 µСм/см. Однако, как и степень жесткости воды, эта величина может заметно изменяться (от 250 до 2100 µСм/см) в зависимости от региона.
Рис. 1. Изменение проводимости и уровня pH в ходе обессоливания воды с помощью готовой смеси, состоящей на 55% из катионита и на 45% из анионита
Не существует универсальных готовых смесей ионообменных смол и универсального соотношения компонентов. Это можно продемонстрировать на примере коммерчески доступных фильтров смешанного типа, состоящих на 55% из сильнокислой катионообменной смолы и на 45% из сильнощелочной анионообменной смолы. Мы использовали подобную смесь для обработки сырой воды с солесодержанием 5,3 мг-экв/л, карбонатной жесткостью 2,5 мг-экв/л и электрической проводимостью приблизительно 500 µСм/см. Первоначально (рис. 1) – при пропуске через смесь воды в количестве приблизительно до 70 объемов загрузки (OЗ) – достигаются весьма неплохие результаты (проводимость Рис. 2. Влияние концентрации углекислого газа (CO2) в деминерализованной воде на значение pH
Только значения, полученные при более высокой проводимости обеспечивают реалистичную картину и свидетельствуют о существенном снижении уровня pH – до значений ниже 4. Таким образом, стандартный метод деионизации с использованием ионообменного фильтра смешанного типа, подобного этому, приведет к тому, что соответствующая система отопления будет подвержена существенному риску коррозии.
Оптимальная емкость ионообменной смолы
Поскольку общая обменная емкость и используемая емкость анионита всегда меньше, чем у катионита, концерн Lanxess разработал новую готовую смесь Lewatit NM 3367, которая специально предназначена для подобных проектов обессоливания. Две трети этой смеси составляет сильноосновный анионит, при этом благодаря особому процессу регенерации степень конверсии анионита в рабочую OH форму не менее чем 90%. Достичь подобной конверсии анионита возможно только в заводских условиях, в связи с этим мы не рекомендуем регенерировать эту смесь. Это приведет к значительным потерям в производительности при многократном использовании данной смеси.
В связи с высокой конверсией в OH форму, новая ионообменная смесь выдает увеличение проводимости после пропуска приблизительно 90 ОЗ (рис. 3), сырая вода с солесодержанием 5,3 мг-экв/л, карбонатная жесткость 2,5 мг-экв/л). Однако в отличие от ситуации, рассмотренной выше, это связано не со снижением уровня pH, а с постепенным его увеличением до 9,5 и более, до точки отключения фильтра при проводимости 100 µСм/см и количестве обработанной воды 120 ОЗ. Только после достижения точки отключения уровень pH вновь начинает падать, что обусловлено образованием кислот.
Рис. 3. Изменение проводимости и pH в ходе обессоливания воды с помощью Lewatit NM 3367
Если в системе отопления для пропуска воды используются алюминиевые детали, конечная точка должна быть установлена раньше, при достижении проводимости на уровне 5µСм/см, чтобы не превышать верхнюю границу pH на уровне 8,5. В данном случае, это соответствует пропуску воды в количестве приблизительно 100 ОЗ. Для других типов сырой воды, при использовании этой готовой смеси щелочной коррозии алюминия также наблюдаться не будет, если проводимость фильтрата станет не более 5 µСм/см.
Поскольку даже небольшие количества примесей способны привести к значительным изменениям уровня pH в глубокообессоленной воде, не обладающей свойством буферного раствора (как это было показано на примере растворения углекислого газа), мы считаем необходимым после изначальной заправки системы обессоленной водой использовать только обессоленную воду для последующей дозаправки.
Правильное обращение с фильтрами
Практически полная конверсия анионита в ОН форму в составе готовой смеси Lewatit NM 3367 способствует высокой обменной емкости, длительному сроку службы фильтра и, соответственно, высокой эффективности подобной системы. Однако перед началом эксплуатации необходимо убедиться в том, что данная готовая смесь не утратила своих исходных характеристик в ходе поставки и хранения на складе. Наши исследования показали, что реакция с углекислым газом, содержащимся в окружающей среде, приводит к ухудшению характеристик смеси. При взаимодействии с углекислым газом анионообменные группы переходят из ОН в карбонатную. В дальнейшем эти гидрокарбонаты выделяются из смолы в ходе ионообменного процесса и приводят к преждевременному образованию угольной кислоты и, стало быть, к подкислению фильтрата.
Наши измерения показали, что изменившиеся таким образом форма и характер кривых pH и проводимости фильтрата незначительно отличаются от кривых, представленных на рис. 1 на первоначальных этапах. Однако теперь проводимость фильтрата в 5 µСм/см достигается уже после обработки сырой воды в количестве всего лишь 60 ОЗ, что связано со снижением уровня pH и его уходом в кислую область. Это эквивалентно снижению емкости смолы примерно на 30% от исходной.
Чтобы не допустить подобного эффекта, необходимо ограничить контакт смолы с окружающим воздухом во время ее хранения и транспортировки. Упаковка со слоем алюминиевой фольги идеально подходит для существенного снижения диффузии углекислого газа через упаковку. Возможно использование и других материалов, или даже вакуумная упаковка смолы, но последний способ является наиболее дорогостоящим. Все эти подходы обеспечат сохранение исходной емкости смол, если период их хранения не превышает двух лет.
В течение нескольких дней после вскрытия смола должна быть помещена в герметичную, газонепроницаемую емкость – то есть либо в небольшие картриджи, либо в большие ионообменные колонны, чтобы таким образом предотвратить потерю ее свойств из-за реакции с углекислым газом, содержащимся в воздухе. Подобное обращение можно обеспечить, если использовать упаковку подходящего размера. На наш взгляд, идеальной является упаковка емкостью 12,5 и 25 л. В таких емкостях смолу можно легко полностью переместить непосредственно к стационарной емкости или мобильным ионообменным установкам.
Подводя итоги
Хотя умягчение воды, используемой для первоначальной заправки и последующей дозаправки систем отопления, является эффективным способом для предотвращения образования накипи в контурах отопления, необходимы дополнительные меры для защиты систем, в частности, от коррозии.
Полная деионизация воды является одним из методов, при котором отсутствие ионов и обеспечение крайне низкой проводимости воды позволяет предотвратить коррозию. Ионообменные фильтры смешанного действия обеспечивают определенные преимущества при реализации подобных систем обессоливания.
Недавно разработанная готовая ионообменная смесь со значительным избытком анионообменной смолы с высокой степенью конверсии в ОН форму, а также специальная газонепроницаемая упаковка обеспечивают высокую обменную емкость и в равной мере высокую эффективность. Это гарантирует надежную защиту металлических частей отопительной системы от кислотно-коррозионных процессов, обеспечивая электропроводность среды не выше 100 µСм/см.
Использованная литература
1. M. Hannemann, TGA-Fachplaner 2010 (3), 48-53.
2. D. Ende, SBZ – Sanitär Heizung Klima 2008 (9) 50-53.
3. A. Kämpf, IKZ-Fachplaner 2006, 12-15.
4. Руководство VDI 2035, часть 1, Предотвращение повреждений систем отопления – Образование накипи в домашних системах горячего водоснабжения и системах водяного отопления, VDI-Verlag, Düsseldorf 2005, p.
5. Руководство VDI 2035, часть 2, Предотвращение повреждений систем отопления – Внутренняя коррозия поверхностей нагрева, VDI-Verlag, Düsseldorf 2009, p. 9, 12.
Статья из журнала «Аква-Терм», № 3/2018 . Рубрика «Водоснабжение и водоподготовка»
Источник
