Luft. Problem - Orsaker - Teknik. Kunskap och nytänkande inom värme, kyla och process.

Transkript

1 Luft Problem - Orsaker - Teknik Kunskap och nytänkande inom värme, kyla och process.

2 Christer Johansson Marknads- och Produktansvarig

3 Hur kan luft och andra gaser tränga in i ett värme- och kylsystem? På vilka sätt kommer man till rätta med luftproblemen? Denna handbok har ambitionen att försöka förklara varför problemen uppträder men också presentera möjliga bra tekniska lösningar. Enheter: Tryck, i denna handbok, anges alltid som bar övertryck. Gasinnehållet i vattnet anges i ml gas per liter vatten, ml/l och gäller vid temperaturen 0 o C och trycket 0 bar. Kvävgas N2: Syrgas O2: 1 ml/l = 1,25046 mg/l 1 ml/l = 1,42895 mg/l 3

4 INTRODUKTION Om luft och gas i värme- och kylsystem. Vad händer egentligen? Luft och gas finns alltid i någon grad löst i systemvattnet. Mängden varierar dock beroende på systemets driftsituation, temperatur och tryck. Gas orsakar en mängd problem i värme- och kylsystem korrosion, smuts, slam, oljud, cirkulationsproblem och nedsatt värmeöverföring. Vad menar vi med gaser i detta sammanhang och varifrån kommer den? Den absolut största delen är luft, men även andra gaser som koldioxid, metangas och vätgas förekommer. Under den första påfyllningen av systemet, absorberar vattnet luft från atmosfären. Denna innehåller ca 78% kvävgas, 21% syrgas och 1% andra spårbara gaser, t.ex. ädelgaser. Angivna procentsatser avser volymprocent. Ungefär 22,1 ml luft ( 14,3 ml/l kvävgas och 7,8 ml/l syrgas ) per 1 liter vatten tillsammans med små kvantiteter koldioxid, allt löst i vattnet, strömmar då in i systemet. Luft kan också tränga in i systemet ge- nom olika typer av plast- och gummimaterial, kallas för diffusion. Luftinträngning kan också ske om det uppstår undertryck i delar av systemet, beroende på t.ex. felaktig anslutning av tryckhållningssystemet. Kvävgasen byggs upp som en s.k. inert gas efter systemets påfyllning och under drift. Detta uppstår ofta när instängda mängder av restluft löser sig i vätskan vid stigande tryck. Upp till 40 ml/l vatten har uppmätts i vissa system. Detta är tre gånger mer än den naturliga koncentrationen. Vattnets möjlighet att hålla gasen löst minskar nu i takt med temperaturhöjningen som sker under uppvärmningsfasen. 4

5 INTRODUKTION Som en konsekvens bildas därför fria kvävgasbubblor. Detta är bevisligen en av huvudorsakerna till det klassiska luftproblemet. Syrgas är en högreaktiv gas. I system med en hög andel stålrör reduceras syreinnehållet bara efter några timmar efter påfyllningen, genom korrosionen och det bildas rostpartiklar. Detta innebär att syreinnehållet hastigt sjunker från ca 7,8 ml/l till ca 0,07 ml/l på mycket kort tid. Gränsvärdet för korrosion är ca 0,07 ml/l och motsvarar ca 0,1 mg syrgas per liter vatten, vilket tydligt påvisar syrets riskfyllda egenskaper, men också fördelarna med att välja slutna system. Förhöjda halter av andra gaser, som metangas och vätgas kan också uppträda i vissa system. Blandning av olika material i kombination med inhibitorer, kan framkalla dessa gaser och som en konsekvens, korrosion. Efter luft är metangas och vätgas de mest vanliga orsakerna till problem. Gasproblematiken illustreras väl i nedanstående mättnadsdiagram. Visar tydligt hur kvävgas är orsak till bubbelproblemen, medan syret ger korrosionsproblemen. 5

6 SYMTOMER Gas kan finnas i vattnet som fria bubblor eller i molekylärt löst form. Diagrammet Henry s lag beskriver lösligheten vid varierande tryck och temperatur. En vätska, här vatten, som är övermättad på gas syns i diagrammets övre del och betyder att löst gas då framträder som fria gasbubblor. När vätskan är omättad är gasen helt löst i vattnet, inga fria gasbubblor, syns i diagrammets nedre del. Luftansamlingar - stillastående vatten i högpunkter. Under påfyllningen av systemet undanträngs den lättare luften av vattnet, stiger uppåt och ställer sig i högpunkterna. Om det inte sker en effektiv avgasning kommer luftansamlingar att bildas i systemets högpunkter. Medstigande tryck kommer en del av gasen att lösas i vätskan. Detta innebär att vätskan blir övermättad. I uppvärmningsfasen kommer vattnets löslighet, p.g.a. temperaturen, att minska och fria bubblor kommer därför att cirkulera i flödet. Gasbubblor i vätskeflödet. De fria gasbubblorna cirkulerar med flödet i rörsystemet. För att kunna separera bubblorna behövs speciella lösningar, typ avskiljare. 6

7 SYMTOMER Mikrobubblor är mycket små och finns i stora antal. Är knappast synliga för blotta ögat. Vattnet uppfattas som mjölkvitt. Dessa mycket små bubblor kan enkelt följa med flödet i rörsystemet och kan bara fångas med speciella avskiljare. Vid kontakt med fast material, som finns i flödet, tenderar bubblorna att växa. Att vilja fastna på olika ytor kan också innebära problem vid separeringen i avskiljaren. Gas löst i vätskan är helt osynlig. Gasmolekylerna sitter vidhäftade mellan vätskemolekylerna på ett sådant sätt att endast en trycksänkning eller temperaturhöjning kan påverka och frigöra bindningen. Därför har tryck- och temperaturdifferensen stor betydelse för hur mycket gas som frigörs från vätskan och bildar bubblor. 7

8 EFFEKTIVT SKYDD Luftavledare Luftavledare avleder automatiskt innesluten gas till atmosfären. Detta sker bäst när vätskan är stillastående. Vid flöde riskerar bubblorna annars att passera förbi avledaren. Därför är det inte lämpligt att montera en avledare direkt på ett rör med fullflöde. En luftavledare är bäst som automatisk toppluftare vid den första påfyllningen och när lufttillträde krävs vid nedtappning av systemet. Luftavskiljare i klassiskt utförande En vanlig avskiljare reducerar flödeshastigheten. Existerande gasbubblor når dess högsta del, där vattnet är lugnare, och kan där avskiljas. En automatisk luftavledare på toppen släpper gasen ut till atmosfären. Dessa enklare avskiljare är normalt inte speciellt effektiva. Luftavskiljare - inkl separering av mikrobubblor. Avskiljare för luft inkl. mikrobubblor kan utformas mycket kompakt och anpassade för konstant verksam avgasning. Genom att kombinera olika avskiljningsprinciper nås stor effektivitet. Följande principer utnyttjas: Sänkning av hastigheten genom separeringsdelen. Mekanism som underlättar för bubblorna att snabbt stiga. Utrustning som hjälper mikrobubblorna att anrikas för att därmed påskynda uppstigningen. 8

9 EFFEKTIVT SKYDD Avgasare Avgasare avlägsnar löst gas från vätskan under drift. Det finns i princip två olika metoder för avgasning: Termisk avgasning hög temperatur reducerar lösligheten. Denna metod används i huvudsak för hetvatten- och ångsystem. I normala värme- och kylsystem, i byggnader, är temperaturen ofta inte tillräckligt hög för att denna metod skall fungera. Den termiska avgasningseffekten som uppträder på en varmvattenpannas konvektionsväggar kan dock utnyttjas om en luftavskiljare monteras direkt efter i pannans tilloppsledning. Undertrycksavgasare lågt tryck reducerar lösligheten. Undertrycksavgasare har, på senare tid, används i både värme- och kylsystem med mycket goda resultat. Denna metod är helt klart bäst i dagens lågtemperatursystem. Principen är: Tar ett delflöde av den gasmättade vätskan från systemet, därefter sker en trycksänkning mot vakuum löst gas framträder som fria gasbubblor. Gasbubblorna avledes till atmosfären. Det avgasade delflödet återförs till systemet. Denna process upprepas kontinuerligt och leder till att hela systemet blir väl avgasat och fritt från fria gasbubblor. 9

10 SYSTEMVAL Avluftnings- och avgasningssystem är oumbärliga i moderna värme- och kylsystem. Bara noggrann avluftning i uppstartskedet i kombination med effektiv avgasning under drift säkerställer ett väl fungerande och driftsäkert system. Speciellt viktigt när anläggningen består av långa horisontella rörstråk i kombination med många vertikala stammar där det finns både ventilationsaggregat och kyltak. Undertrycksavgasare eller luftavskiljare? Systemets parametrar avgör valet. En undertrycksavgasare sänker trycket mot vakuum med hjälp av sin inbyggda pump. Där igenom är det möjligt att få fram den lösta gasen som fria gasbubblor, som sedan kan avledas till atmosfären. Denna typ av avgasning är oberoende systemets olika parametrar och fungerar därför alltid. Luftavskiljare är passiv utrustning. Dessa kan bara avskilja gasbubblor som redan finns fria i systemet. Den bästa placeringen är där systemtrycket är lågt och/eller där temperaturen är hög. Här bildas de fria gasbubblorna naturligt. Men med stigande statisk höjd finns gasen delvis kvar i löst form och kan därför inte effektivt avskiljas. Nedanstående diagram visar tydligt att luftavskiljare är mera effektiva ju lägre den statiska höjden är och även ju högre temperaturen är. 10

11 SYSTEMVAL Hur påverkas systemet när vätskan är omättad på gas och vilken roll spelar hastigheten vid avgasning? Ett system helt fritt från gasbubblor är bara möjligt om vätskan inte är mättad på gas i någon del av systemet. Om fria gasbubblor förekommer, kan dessa absorberas av vattnet så länge som vattnet är omättat. Detta kallas för absorbtionsavgasning. Inflöde av gas, vid spädmatning eller påfyllning efter reparation, kan därför mycket väl ske utan att det därför uppstår fria gasbubblor. Luftavskiljare En luftavskiljare kan aldrig skapa en driftsituation som leder till att vätskan blir omättad. Andra delar av systemet kan dock absorbera gas om drifttrycket där är högre. Undertrycksavgasare Genom att utnyttja tryckdifferensen kan en undertrycksavgasare framkalla och avskilja gas från vätskan. Innebär också att vätskan blir något omättad i alla delar av systemet. I fullt vakuum är det teoretiskt möjligt att framkalla en 100%ig omättnad hos vätskan. Undertrycksavgasare som trycksänker ner till atmosfärtryck eller något lägre, kommer ner till ett partiellt vakuum om ca 15 till 25%. Avgasningseffekten är därför klart högre med en undertrycksavgasare i jämförelse med en motsvarande luftavskiljare. Fördelar: Reduktionen av syreinnehållet till ca 20% av utgångsvärdet begränsas av påfyllningsmängden via avgasarens automatik. På grund av den höga reaktionshastigheten hinner syret reagera med stålet innan det är möjligt att avskilja det från vätskan. Den kvarstående omättnaden hos vätskan bildar en buffert mot ytterligare gasinträngning motsvarande 10 ml gas / liter vatten. Detta betyder t.ex. att ett system med vatteninnehållet 5000 liter skulle kunna absorbera 50 liter luft utan att några bubblor skulle bildas. Om målet är ett omättad systemvatten genom snabb och effektiv avgasning, samt skapa ett korrosionskydd, då är en undertrycksavgasare det absolut bästa valet. 11

12 SYSTEMVAL Luftavledare eller luftavskiljare? Nedanstående diagram visar tydligt att man skall välja en luftavskiljare om kriteriet är kontinuerlig avgasning. Luftavledare bör bara monteras i högpunkter för att fungera vid påfyllning resp. avtappning av systemet. Kvarvarande luftfickor upplöses delvis av vätskan när trycket stiger vid driftsättning, samtidigt som flödet ökar när cirkulationspumpen startar. Genom att värmesystemet värms upp kan återigen fria gasbubblor bildas i systemets varmaste delar och därmed skapa nya problem. Slutna kvarvarande luftmängder kan skapa cirkulationsstörningar och utan flöde är en luftavskiljare inte speciellt effektiv. För kontinuerlig drift, välj luftavskiljare eller undertrycksavgasare! Efter en effektiv avluftning vid uppstarten har cirkulationen kommit igång i alla delar av systemet. För att säkra en fortsatt trygg drift bör anläggningen dock vara utrustad med undertrycksavgasare eller luftavskiljare. Rekommendationer Vid uppstart och påfyllning av systemet, välj automatiska luftavledare! Manuell avluftning kan vara svårt, speciellt i komplexa system och kan inte rekommenderas. För många luftfickor finns fortfarande kvar i systemet. Automatiska luftavledare, vilka monteras i systemets högpunkter, säkerställer en effektiv avgasning vid uppstart. Detta är mycket viktigt av följande skäl: Undertrycksavgasare i kombination med luftavskiljare, rekommenderas ej! Om valet blir en luftavskiljare, mest p.g.a. att den statiska höjden är låg, finns det ingen anledning att dessutom montera en undertrycksavgasare i samma system. Även omvänt, om förstahandsvalet är en undertrycksavgasare innebär ytterligare montering av en luftavskiljare absolut ingen fördel, oberoende vilka parametrar som gäller för anläggningen. 12

13 SYSTEMVAL Den perfekta kombinationen: Luftavledare på toppen av stammarna för effektiv avluftning vid påfyllningen, samt undertrycksavgasare för kontinuerlig avgasning under drift. 13

14 14

15 RÄTT SYSTEMVAL Automatiska luftavledare Automatiska luftavledare utgör gränsen mellan systemet och atmosfären. Pålitlig funktion och säker drift är därför ytterst viktigt. Dessa egenskaper i kombination med höga prestanda, inkl läcksäkerheten, kännetecknar Zeparo automatiska luftavledare. Säker läckfri avgasning. Stabil flottörstyrning och en stor flödesbalanserad kammare. Smuts och vätska kan inte nå den viktiga precisionsventilen även om systemtrycket är högt. Fördelar Inget läckage, inga avlagringar stör den känsliga precisionsventilen. Inga drift- och underhållskostnader för utbyte p.g.a. läckage. Pålitlig, inget vätskeläckage, även om drifttrycket är högt. AT 8060A15-25 Automatisk luftavledare Zeparo, för värmeoch kylsystem. AT 8060AS15 Automatisk luftavledare Zeparo, för solvärmesystem. AT 8060AV25 Automatisk luftavledare Zeparo, med inbyggd trevägsventil för avstängning och manuell avluftning/renblåsning. 15

16 RÄTT SYSTEMVAL Luftavskiljare Samtliga Zeparo avskiljare är utrustade med en helistill avskiljningsdel, vilken säkerställer en mycket effektiv avskiljning av bubblorna från vätskan. Vad betyder helistill? Heli kommer av det engelska ordet helicoidal som betyder spiralformad, vilket är den rörelse flödet tvingas göra enom avskiljaren. Still står för stillhet d.v.s. vätskans flödeshastighet sänks rejält i kammaren. 16

17 RÄTT SYSTEMVAL Luftavskiljare AT 8072A20-40 Luftavskiljare Zeparo, av mässing, för värme- och kylsystem. AT Luft- och partikelavskiljare Zeparo, inkl. magnet, som magnetitfälla. AT 8070A Luft- alt. partikelavskiljare Zeparo, av stål, vändbar, med svetsändar. AT 8070AF Luft- alt. partikelavskiljare Zeparo, av stål, vändbar, med flänsar. AT 8078A Luft- och partikelavskiljare Zeparo, inkl. magnet, som magnetitfälla. AT 8078AF Luft- och partikelavskiljare Zeparo, inkl. magnet, som magnetitfälla. AT 8070AK Luft- och partikelavskiljare Zeparo, av stål, med svetsändar. AT 8070AKF Luft- och partikelavskiljare Zeparo, av stål, med flänsar. 17

18 RÄTT SYSTEMVAL Undertrycksavgasare Undertrycksavgasning är den bästa och effektivaste metoden för kontinuerlig avgasning av värme- och kylsystem. Delflöden leds in i enheten och avgasas, därefter i retur till systemet och pågår konstant. Standardprodukterna är framtagna för att kunna användas för systemvolymer upp till 200 m 3. Drifttryck, gasinnehåll och ev. automatisk påfyllning via avgasaren styrs av den mikroprocessor baserade styrenheten BrainCube. Följande typer av undertrycksavgasare, med olika metoder, förekommer: 1. Undertrycksavgasare som uppnår nästan vakuum, kan teoretiskt omätta vätskan ned till -100%. 2. Undertrycksavgasare som når partiellt vakuum, kan skapa en omättnad ned till -25%. 3. Undertrycksavgasare som trycksänker ned till atmosfärstryck, kan nå -15% omättnad. I Pneumatex produktprogram ingår undertrycksavgasare av både typ 1 och 2. AT 8345 Tryck- och avgasningsenhet Transfero arbetar med partiellt vakuum, typ 2. En smart kombinerad lösning, med avgasningskapacitet tillräcklig för normala värmesystem. Rekommenderas ej för kylsystem. AT 8080V Undertrycksavgasare Vento, som finns i fem olika storlekar, arbetar med vakuum, typ 1, har optimal funktion och är alltid den bästa metoden för alla typer av system. Nedanst. funktionsschemor visar hur resp. utrustning fungerar. För ytterligare detaljer och information, se respektive produktblad och bruksanvisning. AT 8345 Transfero 18

19 RÄTT SYSTEMVAL Undertrycksavgasare AT 8345 Pneumatex Transfero - effektiv avgasning genom partiellt vakuum. Avgasning av delflödet från systemet och påfyllt vatten sker i ett speciellt kärl och når strax under atmosfärstrycket. Detta säkerställer absolut bubbelfri vätska. Vätskan omättas på gas ned till -25%. Vid automatisk påfyllning av värmesystem reduceras syrgashalten med ca 10% innan vätskan trycks in i systemet. AT 8080V Pneumatex Vento - mest effektiva sprayavgasning genom vakuum. Avgasning av delflödet från systemet och påfyllt vatten sker i ett vakuumkärl med hjälp av ett speciellt dataprogram via styrenheten BrainCube. Programmet avkänner automatiskt gasmängden och kör kontinuerlig drift eller intervalldrift beroende på indikerad gasmängd. Vätskan kan omättas på gas ned till nästan-100%. Vid automatisk påfyllning reduceras syrgashalten med ca 80% innan vätskan trycks in i systemet. AT 8080V Vento 19

20 DETTA ÄR ARMATEC Kunskap, nytänkande och engagemang. Det är vad som krävs för att leda utvecklingen inom värme, kyla och process. Kunskap baseras på erfarenhet. Nytänkande handlar om att se och göra saker som ingen annan ser och gör. Engagemang innebär att överträffa det förväntade. Trycksaksnummer T ex. Rätten till ändringar utan föregående meddelande förbehålls. Armatec ansvarar inte för eventuella tryckfel eller missförstånd. Samtidigt vet vi att det är våra kunder som avgör om vi verkligen lever som vi lär. Det är ni som är måttstocken på vår kunskap, vårt nytänkande och engagemang. Det är ni som verkligen avgör om vi leder utvecklingen. Välkommen att testa oss. Armatec AB (headoffice) Armatec AS Armatec A/S Oy Armatec Finland AB Box 9047 SE Gothenburg Sweden Postbox 26 Økern NO-0508 Oslo Norway Mjølnersvej 4-8 Sinikalliontie 18A Visiting address A. Odhners gata Västra Frölunda Visiting address Ulvenveien 87 DK-2600 Glostrup Denmark FI Espoo Finland Phone +46 (0) Fax +46 (0) Phone Fax Phone Fax Phone +358 (0) Fax +358 (0) info@armatec.se firmapost@armatec.no armatec@armatec.dk info@armatec.com