Меню

Активный кислород в трубах

Диффузия кислорода в полимерных трубах

В.В. Крикотин, генеральный директор,
М.А. Попов, директор по развитию,
ООО «Экструзионные машины», г. Дубна

В последнее время разработчики полимерных трубопроводов увлеклись снижением температурного удлинения труб, и как-то начали забывать про второй важный параметр полимерных труб — диффузию кислорода (кислородопроницаемость). А между тем, по своей значимости кислородопроницаемость полимерных труб показатель, пожалуй, более важный, чем температурная стабильность. Влияние температурного расширения, в конце концов, можно уменьшить с помощью компенсаторов (это, правда, приводит к удорожанию трубопроводной системы), но устранить диффузию кислорода кроме как изменением конструкции самой трубы невозможно.

Потребители, практически, не имеют возможности получить данные о кислородопроницаемости. Кроме производителей абсолютно кислородонепроницаемых металлополимерных (металлопластиковых) труб мало кто представляет данные о диффузии кислорода. Мы восполним этот пробел (табл., рис. 1) и покажем негативные последствия кислородопроницае- мости для трубопроводных систем.

Как видно из таблицы и рис.1, все однослойные трубы имеют самую высокую степень кислородопроницаемости.

Таблица. Характеристики трубопроводных систем.

Абсолютной кислородонепроницаемостью обладают только металлополимерные трубы PERT-Al-PERT, PPR-Al-PPR.

В многослойных трубах с барьерным слоем из этиленвинилового спирта PEX-EVON-PE показатель диффузии кислорода имеет сравнительно невысокое значение, но показатель температурного расширения соответствует однослойным трубам.

В настоящий момент только многослойные трубы PERT-Al-PERT и PEX-EVON-PE соответствуют ГОСТ Р 53603-2009 «Трубы напорные многослойные для систем водоснабжения и отопления».

Модная новинка — полипропиленовые трубы армированные стекловолокном PPR/PPRFG/PPR приблизились по показателю температурного расширения к металлопластиковым трубам, но высокая кислородопроницаемость делает их непригодными для систем отопления, тем самым крайне сужается сегмент их потребления.

Теперь, разобравшись с показателями кислородопроницаемости наиболее популярных полимерных трубопроводов систем отопления и водоснабжения, обратимся к негативным последствиям для замкнутых систем отопления, которые порождает высокая диффузия кислорода.

Влияние диффузии кислорода в полимерных трубах на замкнутую высокотемпературную систему (радиаторное отопление) хорошо известно. Проникающий через стенки трубы кислород насыщает разогретый до высокой температуры теплоноситель пузырьками кислорода, порождая кавитационные процессы в насосах (рис. 2), вентилях (рис. 3), во всех других металлических элементах трубопроводной системы.

Процессы кавитации несколько усиливаются образованием слабых кислот в теплоносителе в результате повышения концентрации того же кислорода.

Высокая кислородопроницаемость полимерных труб может привести к разрушению металлических узлов в довольно короткие сроки: 3-5 лет.

Благодаря достижениям производителей полимеров современные полимерные трубы обрели высокую долговечность (50-100 лет), но применение полимерных труб с высокой диффузией кислорода в высокотемпературных системах отопления сокращает срок службы трубопроводной системы в целом в несколько раз.

Выводы

Трубы с высокой диффузией кислорода, применение которых недопустимо в высокотемпературных замкнутых системах отопления:

■ PEX (однослойные трубы из сшитого полиэтилена).

■ PPR (однослойные трубы из полипропилена).

■ PPR-FG-PPR (полипропиленовые трубы армированные стекловолокном).

Источник

Диффузия кислорода в полимерных трубах

Запись дневника создана пользователем evraz, 28.09.13
Просмотров: 19.630, Комментариев: 11

Кислородопроиницаемость однослойных и многослойных полимерных труб PEX, PPR, PEX-EVON, PPR-FG-PPR, PERT-AL-PERT, PPR-AL-PPR

Выдержки:
«.
ДИФФУЗИЯ КИСЛОРОДА В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СИСТЕМАХ РАДИАТОРНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Влияние диффузии кислорода в полимерных трубах на замкнутую высокотемпературную систему (радиаторное отопление) хорошо известно. Проникающий через стенки трубы кислород насыщает разогретый до высокой температуры теплоноситель пузырьками кислорода, порождая кавитационные процессы в насосах (Рис.2), вентилях (Рис.3), во всех других металлических элементах трубопроводной системы:

Рис. 2. Разрушение водяного насоса, и скан поверхности ротора насоса (Сканирующий мультмикроском СММ-2000) в результате насыщения теплоносителя кислородом

.
ДИФФУЗИЯ КИСЛОРОДА В ЗАМКНУТЫХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ (ТЕПЛЫЕ ПОЛЫ, ПАНЕЛЬНОЕ ОТОПЛЕНИЕ)

До недавнего времени считалось, что диффузия кислорода создает проблемы только в высокотемпературных системах, но в конце 2011 года авторитетная шведская лаборатория EXOVA (ранее Bodycote Polymer) завершила 12-ти летние испытания полимерных труб в замкнутых низкотемпературных системах отопления (теплых полах, панельном отоплении). Результаты оказались несколько неожиданными, Рис. 4.

Рис. 4. Заиливание стенок однослойной трубы в низкотемпературной системе отопления (Exova, 2011)

В низкотемпературных замкнутых системах отопления в кислородопроницаемых трубах (PEX, PPR, PPR-FG-PPR, PP-GF-PP, PPR-GF) проникающий через стенки трубы в теплоноситель кислород провоцирует развитие аэробных микроорганизмов, в результате стенки трубы заиливаются продуктами жизнедеятельности аэробных бактерий, и трубопроводная система со временем выходит их строя, теряя свою пропускную способность.

Читайте также:  Труба металл ростовская область

. Для того, что бы подорожавшая система отопления и водоснабжения не стала постоянной головной болью при выборе труб, будет необходимо учитывать все факторы влияющие на надежность системы: термостойкость, термостабильность, кислородопроницаемость, и разумеется, репутацию производителя. «

Дополнено
Еще одна статья, выдержки

Источник

Кислородопроницаемость труб

Последнее десятилетие стал очень популярен полипропилен (далее ППр) в качестве материала труб для отопления. Поэтому все чаще частного застройщика волнует, какие ППр трубы выбрать. На данный момент выпускаются три вида ППр труб. Неармированные трубы, армированные алюминиевой фольгой, или армированные стекловолокном.

ППр трубы, армированные стекловолокном, появились на рынке РФ относительно недавно. Не более 3-5 лет в массовой продаже. Монтажники систем отопления очень быстро оценили удобство и повышение производительности труда с такими трубами. Но, во многих случаях, либо не знают, либо сознательно умалчивают о том, что такие трубы нельзя применять в системах отопления.

В системах отопления СНИПом не разрешается применять пластиковые трубы, не имеющие кислородонепроницаемого барьера (антидиффузионного слоя).

Причем содержание растворенного кислорода в теплоносителе не должно превышать установленных норм —

Например, по норме DIN 4726 уровень кислородной герметичности не должен хуже, чем 0,1 г/м3xдень. Кислород, попадающий в систему отопления в местах труб без фольги, попадает в воду. Кислород, растворенный в воде, контактирует с металлическими компонентами. Это приводит к химической реакции – окиси железа, другими словами, образуется ржавчина. В случае постоянного проникновения кислорода образуется ржавчина, которая приводит к ускоренному износу радиаторов, котлов, нарушению работы насосов и потере энергии.

Антидиффузионный слой (он же «кислородный барьер») должен препятствовать проникновению кислорода из окружающей атмосферы в теплоноситель. Для того, чтобы растворенный в теплоносителе кислород, не приводил к ускорению коррозии и порче теплообменников котлов, насосов, арматуры и отопительных приборов.

Сейчас заслуженно пользуются популярностью стальные панельные радиаторы с толщиной стенки около 1,25 мм. Но так как они выполнены из стали, то являются подверженными кислородной коррозии при использовании труб без «кислородного барьера», в бОльшей степени, чем чугунные радиаторы. На практике, это приводит к значительному сокращению срока службы таких отопительных приборов. Справедливости ради, нужно сказать, что и чугунные радиаторы подвержены этой коррозии также, но из-за более толстых стенок могут выдерживать коррозию бОльшее время. Ведь дело вовсе не в стали или в чугуне, в содержании растворенного кислорода в теплоносителе. Хочу подчеркнуть, что воздух в системе (т.е пузырьки нерастворенных газов) и растворенный кислород – совершенно разные вещи.

Кислородонепроницаемым слоем в трубах может служить сплошная неперфорированная алюминиевая фольга (используется для армировки ППр труб для отопления) или специальный пластиковый слой, слабо проводящий кислород (например, полиэтилен EVOH), применяющийся при изготовлении некоторых марок металлопластиковых труб. Однако нельзя считать слой EVOH полностью газонепроницаемым, а только обеспечивающим газопроницаемость приблизительно действующим нормам.

Ниже «разрезы» трубы с применением слоя EVOH и армированной сплошной алюминиевой фольгой:

Нужно отличать, сплошным ли слоем алюминиевой фольги армирована труба, и не перфорирована ли (с дырками) алюминиевая фольга.

Фольга должна быть сплошная (неперфорированная) и очень желательно проваренная лазером встык.

Если для армирования трубы был применен слой алюминиевой (неперфорированной) фольги, со стыком, проваренным продольно трубе встык или внахлест, то можно считать такую трубу газонепроницаемой (почти как металлические трубы из стали и меди). Это некоторые марки ППр трубы, и трубы из металлопластика.

В соответствии с действующими в настоящее время нормами [1, 2] на качество подпиточной воды тепловых сетей в ней должно содержаться строго ограниченное количество кислорода — не более 50 мкг/л. В сырой (необработанной) воде, поступающей в систему очистки, кислорода содержится в сто раз выше нормы. Даже незначительное превышение нормы приводит к существенному загрязнению сетевой воды окислами железа, а также к интенсивной коррозии металла водогрейных котлов и трубопроводов тепловой сети.

Читайте также:  Квадрат труба в минске

Кислородная коррозия, это природное явление – окисление металла. В случае с элементами оборудования системы отопления (далее СО), они «впитывают» кислород не только из пузырьков воздуха, но из воздуха растворенного в самой воде. Получается, что сталь при контакте с теплоносителем, «впитывает» кислород, содержащийся в воде, образуя оксид железа 4Fe + 3O2 = 2Fe2O3 (ржавчину), имеющую красновато-коричневый цвет. При постоянном притоке кислорода в теплоноситель (воду) процесс коррозии протекает постоянно, вплоть до образования дыр. Кислород проникает в воду при подпитке системы неподготовленной водой и сквозь стенки труб (диффузия газов сквозь стенки кислородопроницаемых пластиковых труб).

Коррозия образует на стальной поверхности язвы круглой формы, т.е. происходит не по всей поверхности равномерно. Когда такая «язва» «прорастает» насквозь, её часто называют свищами. Которые частенько «затыкают» с помощью установки хомута с резиновой прокладкой. Что мы и видим на фото ниже:

Если же в системе применены кислородоНЕпроницаемые трубы, и не производится постоянная подпитка неподготовленной водой, содержание растворенного в воде кислорода уменьшается в прогрессии, и происходит «частичное» «недоокисление» с образование магнитного железняка (Fe3O4) чёрного цвета, который покрывает изнутри систему отопления тонкой плёнкой (могущей защищать системы от разрушительной коррозии). 3Fe + 2O2 = Fe3O4 (четырехокись железа, магнитный железняк).

Возможно, некоторым будет непонятно, за счет чего газы из атмосферы при давлении в 0 Атмосфер могут проникать в СО, в которой давление 1,5 Атм и выше. Дело в том, что речь идет не об абсолютном давлении, а о парциальном. Абсолютное давление впрямую не зависит от парциального. И наоборот.

И если парциальное давление растворенного газа в теплоносителе ниже, чем в окружающем атмосфере, то молекулы кислорода (газа) будут проникать сквозь стенки кислородопроницаемой (не имеющей антидиффузного слоя или металлической трубы) трубы из окружающего пространства. Современная наука много чего еще не знает, но физику процесса проникновения газов сквозь пластиковые стенки объясняет так. Атомы кислорода, имеют размеры намного меньше, чем молекулы пластика и могут диффундировать (проникать) сквозь пластик.

Вот так, на рисунке ниже,примерно, с точки зрения современной науки выглядит молекула полипропилена и кислорода. Между цепочками молекулы полипропилена и диффундирует (проникает) кислород. При этом молекулы воды, образуя макроцепочки и кластеры из молекул воды, не могут проникать сквозь стенки пластиковых труб.

— это фрагмент молекулы полипропилена.

Это молекула кислорода (О2).

Далее молекулы уже растворенного кислорода в теплоносителе входят в химическую реакцию с железом, образую ту же ржавчину 4Fe + 3O2 = 2Fe2O3 , количество молекул кислорода, соответственно уменьшается, а значит, уменьшается и парциальное давление растворенного в теплоносителе кислорода. А раз парциальное давление кислорода в теплоносителе стало меньше, то сквозь стенки трубы проникает новая порция кислорода. Которая в свою очередь, также химически реагирует с молекулами железа и превращает их в ржавчину. На деле, такой процесс происходит непрерывно, и постепенно в нашей системе отопления появляются сквозные свищи забитые ржавчиной. Потом труба или радиатор начинают подкапывать, или если из свища выбивает «пробку» из ржавчины, то вода начинает бежать струйкой.

Так это или по-другому, оставим разбираться учёным. Но на практике все знают, что например лимонад и пиво теряют свою газированность (насыщенность газом), т.е. газы диффундируют сквозь стенки ПЭТ бутылок. Многие обращали внимание, что упаковка типа ТетраПак (параллепипед или «кирпич») для соков и многих других продуктов, имеет в составе своей бумажной стенки изнутри тонкую алюминиевую фольгу. Делается это как раз с целью, уменьшить диффузное проникновение кислорода из окружающей среды вовнутрь упаковки, и уменьшить окисление (порчу) продукта питания. Т.е. увеличить срок хранения.

Нам же с вами, интересно увеличить срок службы отопительных приборов, отопительного котла и регулирующе-запорной арматуры. Понятное дело, что сделать вечной нашу систему отопления не получиться. Но увеличить срок её службы, например, с 5 до 50 лет, никому не помешает. Ибо систему отопления, как и дом, все стараются сделать (построить) на всю жизнь.

Читайте также:  Как самому сделать арку из профильной трубы своими руками

Возможно, некоторые монтажники (по незнанию или по желанию получить побольше комиссионных от перепродажи оборудования) будут предлагать Вам установить в Вашу систему так называемые дэаэраторы. Скажу, что чаще всего, их установка – беЗсмысленная трата денег. Ибо это можно понять даже по второму русскому названию дэаэратора – сепаратор пузырьков. Т.е. такой дэаэратор (далее сепаратор), никаким образом не может удалить из теплоносителя растворенный в нём кислород. Он может только «сепарировать», т.е. «разделять», улавливать (и далее удалять) микропузырьки газов в теплоносителе. Но растворенные газы этот сепаратор никаким образом удалить не может. А растворенный газ в теплоносителе и пузырьки газов в теплоносителе – это совершенно разные вещи.

Приведу пример. Вы можете удалить крупные нерастворившиеся кристаллики поваренной соли из воды, пропустив воду через мелкое сито (фильтр-сетку). Но, после того, как кристаллы соли полностью растворились в воде, удалить соль из воды с помощью самого мелкого сита (фильтра-сетки) будет совершенно невозможно.

Уменьшить количество растворенных газов (в том числе кислорода) теплоносителе можно единственным способом. Это прокипятить (или нагреть до максимально допустимой температуры) теплоноситель. А затем, не остужая, укупорить в стеклянные банки, так же как мы консервируем овощи и фрукты. Ниже для понимания приведу таблицу растворимости кислорода в воде.

В реальной же практике, такую процедуру делать практически нет смысла. Но вот после монтажа прогреть всю систему отопления до максимально возможной (для типа используемых труб и котла) температуры– очень полезно. Ведь при этом, растворимость кислорода в теплоносителе станет минимальной, и кислород почти весь выделится в виде пузырьков нерастворенного кислорода. А эти пузырьки частично будут выведены из системы автоматическим воздухоотводчиком котла, а частично накопятся в верхних частях радиаторов, откуда их нужно будет удалить посредством кранов Маевского.

В дальнейшем же, весь оставшийся в системе отопления кислород, прореагировав с железом, превратится в крайне незначительное количество ржавчины. И еще и покроет стальные поверхности изнутри пассировочной (защитной) плёнкой магнитного железняка (о чем писал в начале статьи).

Намного бОльший вред и усиленную коррозию вызывает постоянная подпитка системы неподготовленной водой . Так как в ней много растворенного кислорода. С каждой новой подпиткой, процесс коррозии будет возобновляться с новой силой. Путь борьбы с этим очень простой – делать системы отопления не являющиеся худыми. Т.е. хорошо смонтированная система не требует подпитки теплоносителем много лет. Также как и система охлаждения новой автоиномарки. И многие автолюбители, еще помнят, какой вред приносит системе охлаждения автомобиля постоянная подпитка (подлив) обычной водопроводной водой. Это и в плане растворенного кислорода, и в плане появления в системе сильной накипи.

О накипи в системе отопления, поговорим в другой статье. Здесь же напишу, что если Вы заботитесь о системе отопления не меньше, чем о своем автомобиле, то и заливайте в систему отопления не обычную «жесткую» водопроводную воду, а дистиллированную воду. Если уж возникла необходимость дополнить объем системы отопления водой, то дополняйте её дистиллированной же водой (как и в авто).

Также можно посмотреть поясняющее видео —

1. Правила устройства и безопасности эксплуатации паровых и водогрейных котлов. — М.: НПО ОБТ. — 1993 г. — Табл.9. Нормы качества сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов.

2. . РД 24.031.120-91. Нормы качества сетевой и подпиточной воды водогрейных котлов, организация вводно-химического режима и химического контроля.

3. Урок на тему «Молекулы и атомы» С.В. Громов, И.А. Родина, учителя физики.

4. Урок на тему «Строение вещества» Фонин Илья Александрович, Камзеева Елена Евгеньевна, учитель физики, МОУ Гимназия №8, г.Казань.

5. Г. Остер. Физика. Задачник. Ненаглядное пособие.- М.: Росмэн, 1998.

6. Мейяни А. Большая книга экспериментов для школьников. М.: «Росмен». 2004 г.

7. Global Physics «Атомы и молекулы».

Автор Инчин Владимир Владимирович

Перепечатка не возбраняется,
при указании авторства и ссылки на этот сайт.

Источник

Adblock
detector