Об эксплуатации алюминиевых и биметаллических радиаторов

Автор статьи: кандидат технических наук Г.А. Бершидский

До конца прошлого века в России основными отопительными приборами были чугунные радиаторы. Затем появились конвекторы на основе стальных толстостенных труб и стальные панельные радиаторы. Другие материалы при изготовлении радиаторов почти не использовались. В наши дни все еще широко используются стальные трубы, котлы, обогреватели и т. Д. Поэтому основные характеристики сетевой воды для систем отопления ориентированы на использование стали. Эти свойства регулируются «Правилами технической эксплуатации электростанций и сетей РФ», согласно которым значение pH сетевой воды должно быть в пределах 8,3-9,5 для закрытых систем отопления и 8,3-9,0 для открытых систем. . Содержание растворенного кислорода не должно превышать 20 мкг / л.

Алюминий давно привлекает внимание разработчиков нагревательных устройств благодаря своим уникальным свойствам, таким как высокая теплопроводность, легкость, пластичность, возможность изготовления нагревательных устройств методом впрыска и экструзии. Сочетание этих свойств позволяет получать устройства, отличающиеся высоким тепловыделением, качественной внешней поверхностью и эстетичным внешним видом, соответствующим современным интерьерам. Высокая теплопроводность в 5 раз больше, чем у стали, в сочетании с низкой плотностью алюминия (в 3 раза легче стали) позволяет получить легкий охладитель с эффективными ребрами.

Однако два существенных недостатка резко ограничивают сферу применения алюминиевых радиаторов. Во-первых, литые алюминиевые радиаторы оказались довольно хрупкими, что приводило к несчастным случаям, особенно когда жильцы произвольно заменяли более прочные декоративные радиаторы (обычно стальные конвекторы или чугунные радиаторы) на внешне привлекательные алюминиевые радиаторы. Позже этот недостаток был преодолен: в настоящее время производятся алюминиевые охладители, способные выдерживать давление теплоносителя, намного превышающее возможное рабочее давление в системах отопления, за счет оптимизации конфигурации поперечного сечения колонны и увеличения толщины их стенок.

Второй недостаток — повышенные требования к алюминиевым радиаторам по отношению к качеству теплоносителя — преодолеть пока невозможно: попытки нанести различные защитные покрытия на внутреннюю поверхность нельзя считать полностью успешными. Коррозионная стойкость алюминия и его сплавов определяется наличием или отсутствием на внутренней поверхности плотного слоя, состоящего из оксида алюминия Al

2

ОКОЛО

3.

Эта фольга амфотерная, то есть растворяется как в щелочной, так и в кислой среде. На рис.1 показана зависимость скорости коррозии алюминия от pH, приведенная в книге Т.М. Петров, В. Воронов, Б. Ларина «Технология и организация гидрохимического режима атомных станций», Москва, 2012. На рисунке видно, что эта кривая имеет четкий минимум. При увеличении pH от 8,5 до 9,5 скорость коррозии алюминия увеличивается на порядок (от 0,1 до 1 г / (м2 · ч)). То же самое происходит при понижении pH с 6,5 до 4,2, но такие значения pH практически отсутствуют в водопроводной воде тепловых сетей.

Зависимость скорости коррозии алюминия от pH окружающей среды.

В результате плотный защитный оксидный слой надежно противостоит коррозии в диапазоне pH от 6,5 до 8,5. При значениях pH за пределами этого диапазона оксидный слой разрушается, и коррозия проникает глубоко в стену, даже вызывая трещины. В этом случае обычно сначала появляются небольшие протечки. Следует помнить, что если коррозия еще не привела к потере герметичности радиатора, уменьшение толщины стенки приводит к постепенному снижению его прочности и, как следствие, к несчастным случаям, вызванным даже небольшим повышением давления. Подобные аварии могут иметь катастрофические последствия, так как ослабленный коррозией участок обычно трескается по всей высоте колонны, и вода заливает помещения этажами ниже.

Поэтому естественно, что возникла идея объединить алюминий и сталь в одном.структура, чтобы воспользоваться их преимуществами. В целом биметаллы достаточно широко используются в различных областях техники. Обычно один слой изготавливается из недорогой стали, а другой — из цветных металлов, в данном случае алюминия. Первые биметаллические обогреватели появились в Европе в середине прошлого века. В таких нагревателях биметаллическими были только вертикальные колонны: в литейной форме, стальные трубы для теплоносителя прокладывались под давлением. В горизонтальных коллекторах теплоноситель непосредственно контактировал с алюминием.

Такие гибридные охладители (термин «полуметаллический») производятся и сегодня, хотя логично рассматривать конструкцию, в которой одна часть охладителя (колонна) требует охлаждающей жидкости с pH = 8,3-9,5, а другая часть (коллекторы) требует охлаждающей жидкости. pH = 6,5-8,5. Это означает, что «полуметаллические» нагреватели обычно могут работать только в узком диапазоне pH от 8,3 до 8,5. Это исключает возможность их использования в наиболее распространенных в России системах отопления с зависимым подключением к тепловой сети, оборудованных системами очистки подпиточной воды.

Исходя из вышесказанного, «полуметаллические» нагреватели следует отнести не к биметаллическим, а к алюминиевым. Чтобы подтвердить или опровергнуть это предположение, следует провести испытания для определения скорости коррозии, когда pH охлаждающей жидкости изменяется в широком диапазоне.

Более того, коэффициент теплового расширения алюминия вдвое больше, чем у стали. По этой причине при изменении температуры охлаждающей жидкости между стальной трубой и алюминиевыми ребрами колонны возникают напряжения. Взаимное движение этих слоев приводит к ослаблению контакта между ними, увеличению теплового сопротивления контакта и, как следствие, снижению тепловой мощности таких нагревателей в процессе эксплуатации. Для оценки этого снижения необходимо провести ускоренное эксплуатационное испытание, заключающееся в попеременном пропускании воды через охладитель при температуре 20 ° C и 90 ° C (не менее 250 циклов) и сравнении ее теплового потока до и после этого «отражения».

В настоящее время большой интерес вызывают усовершенствованные биметаллические нагреватели, в состав которых входит сварная Н-образная конструкция из стальных труб. В результате горизонтальный и вертикальный каналы выполнены из стали, и контакт алюминия с водой исключен. Эти охладители ведут себя как стальные охладители и могут использоваться в обычных системах со стандартными значениями pH 8,3–9,5. Они очень долговечны, и поэтому несчастные случаи, вызванные избыточным давлением, включая гидравлический удар, практически исключаются при их применении.

Стоит отметить, что хотя биметаллические кулеры тяжелее алюминиевых и «полуметаллических» кулеров, расход алюминиевого сплава здесь минимален, так как из него изготавливаются только тонкостенные ребра.

Биметаллические нагреватели можно отличить от «полуметаллических» нагревателей по магниту, помещенному на соединительные отверстия.

  1. Биметаллические нагреватели, в которых отсутствует контакт хладагента с алюминием, можно использовать практически в любой системе водяного отопления.
  2. Алюминиевые радиаторы, в том числе радиаторы «полуметаллические», могут применяться в отопительных установках с автономным подключением к тепловой сети и в индивидуальных установках с несменным теплоносителем.

Полезное видео по теме: