* KÖLDBÄRARLAGET * Utgåva 4 (Draft) ABS Temper Tech. FLYGT GRUNDFOS HYDRO Kylma MBS-nordic WILO Slutna kylsystem, korrosion och kontroll & skötsel. Policy Köldbärarlaget är en ideell sammanslutning som skall Verka för ökad förståelse för köldbärarsystem. Verka för energi- och miljöriktiga köldbärarsystem. Vara oberoende av kommersiella intressen. Vara drivande för optimala lösningar (t.ex. med hjälp av LCC) i samverkan med extern sakkunskap.
Innehåll Slutet, avluftat köldbärarsystem. 3 Korrosion i köldbärarsystem... 6 Kontroll & Skötsel :... 9 Denna publikation från * KÖLDBÄRARLAGET * belyses i huvudsak vikten av slutna och väl avluftade indirekta kylsystem, korrosion samt kontroll och skötsel av köldbärarsystem. För att på ett sakligt och korrekt sätt kunna belysa området korrosion har följande företag bistått med kompetens och rådgivning i ämnet. Från * KÖLDBÄRARLAGET * vill vi tacka: - Energiteknik SP Borås - 2 -
Slutet, avluftat köldbärarsystem Slutet system I tidigare publikationer har vi berört behovet av att avlufta systemet för att bl.a. förhindra korrosion och för att erhålla rätt systemfunktion. Ett system som befriats från syre(o 2 ) enligt våra rekommendationer är att betrakta som, ett på syre undermättat system med lägre korrosionsrisk. Naturen strävar efter jämvikt med likartad syrenivå (O 2 ) såväl inne som utanför systemet. Genom att hålla ett högre tryck i det slutna systemet än utanför, får vi ett system där luft ej kan läcka in och minskar därmed risken att vätskan mättas med syre (O 2 ). Statiskt tryck När vi fyllt upp systemet med köldbärarvätska, kommer vätskepelarens höjd och vätskans densitet att utgöra ett tryck som kan avläsas på en manometer. Exempel: Totala höjden från systemets lägsta punkt till dess högsta är 10 meter. Vätskan består av en blandning av organiskt salt och avjoniserat vatten. Vätskans densitet anges av tillverkaren till 1200 kg/m 3. Manometern P1 placerad i systemets lägsta punkt kommer då att visa: 1,18 bar Trycket i systemets högsta punkt P2 blir då: 0 bar Om vi däremot önskar ett övertryck i systemet på 0,5 bar, även vid högpunkt P2 kommer manometern P1 att visa: 1,18 + 0,5 dvs. 1,68 bar. Ovanstående värden gäller när cirkulationspumpen är avstängd. - 3 -
Expansionskärl Enligt ovan önskar vi hålla ett övertryck i hela systemet vid drifttillstånd. Vanligen startas systemet vid rumstemperatur och temperatursänks successivt. Vätskan kommer av naturen att minska i volym. Denna volymminskning måste kompenseras genom påfyllning av ytterligare vätska. För att kunna hålla ett konstant övertryck vid varierande temperaturer samt när gas lämnar systemet (avluftning) installeras ett expansionskärl. Detta kan vara av sluten, förtryckt typ, försedd med ett membran eller en bälg av syntetiskt gummi. Kärlet består av två kammare, varav den ena är avsedd för systemvätskan och den andra kammaren innehåller komprimerad kvävgas, alternativt luft. Trycksatta kärl, skall av säkerhetsskäl, besiktigas periodvis. I större system kan trycket i kärlet upprätthållas av en kompressor eller en pump. Ett kompressorkärl med gummibälg har en ännu större möjlighet att upprätthålla ett övertryck, tack vare kompressorn. Ett öppet system med tryckhållningspump är en lösning som automatiskt håller systemtrycket. Risk för luftsättning av vätskan kan förekomma, men kan förhindras med trycklöst membran. Vi rekommenderar att expansionskärl i köldbärarsystem överdimensioneras i de fall man inte har kontinuerlig tillsyn av systemet. Vid uppstart och när systemet håller rumstemperatur, skall kärlet innehålla maximal volym vätska för att kunna tillföra systemet vätska när temperaturen sänks. I ett system med förtryckt expansionskärl är det viktigt att kärlets förtryck kontrolleras och justeras regelbundet. Kontroll och justering kan bara göras när kärlet är tomt på vätska. Ändamålsriktig avstängnings- och avtappningsventil skall därför monteras i anslutning till expansionskärlet. Därmed kan justering av förtryck göras utan att man behöver göra större nertappning av köldbäraren. För dimensionering av expansionskärlets volym och materialval mm, kontakta leverantören. (Vid beräkning av storleken på ett slutet expansionskärl, beräknas först systemets expansionsvolym. Denna beror på vätskemängd, volymutvidgningskoefficienten (varierar starkt med typen av vätska) och temperaturområde. Därefter tas hänsyn till lägsta respektive högsta tillåtna tryck i systemet, vilket avgör hur stor volym gaskudden skall ha. Denna volym ger tillsammans med expansionsvolymen, kärlets totala volym). - 4 -
Förtryck i expansionskärlet Som installatör är det viktigt att Du känner till förtryckets betydelse för rätt anläggningsfunktion. Köldbärarlaget har i tidigare publikationer rekommenderat låg placering av cirkulationspumpar och att expansionskärlet bör placeras i anslutning till pumpens sugsida. Om expansionskärlet placeras enligt denna rekommendation i tidigare exempel där vi önskar ett övertryck i högsta punkt P2 på 0,5 bar, blir erfodligt förtryck i kärlet P3 1,68 bar eller mer praktiskt: 1,7 bar. Vanligen levereras membrankärl med ett påfyllt förtryck av 0,5 bar. Driftstörningar I ett trycksatt och avluftat (avgasat) system med stängda högpunktsavluftare kan i princip ingen luft ta sig in. Dock är det så att vid ingrepp / service av systemet, kan luft ta sig in. Om vätskans strömningshastighet i någon del av systemet är för hög (över 1,2 m/s), kommer det statiska trycket i denna punkt att sjunka drastiskt. Så sker också vid tvära dimensionsövergångar. I värsta fall kan vakuum uppträda i dessa punkter under drift och här kan luft ta sig in i systemet. Om cirkulationspumpen placeras högt i systemet, finns risk för att luft fälls ut i skovelhjulet. Detta har till följd att pumpens kapacitet minskar, oljud och pumphaveri kan uppstå. Dessutom kommer inte anläggningens avluftare att fungera på rätt sätt. Viktigt Kontrollera att expansionskärlet är anslutet till pumpens sugsida,höj systemtrycket och förtrycket tills luften och driftstörningen försvinner. Kontrollera under drift, att manometern (P1) vid pumpens sugsida visar erforderligt tilloppstryck. Detta tryck kan hämtas från pumpens manual/ driftinstruktion. - 5 -
Korrosion i köldbärarsystem Det finns alltid risk för att någon form av korrosion sker i system med vattenbaserade köldbärare. Korrosion kan i värsta fall leda till att det går hål på rörväggar och liknande, men restprodukter från korrosion kan även leda till åverkan på exempelvis pumphjul och tätningar. Genom att utforma systemen så att de passar ihop med den valda köldbäraren kan korrosionsrisken dock minimeras eller så kan korrosionshastigheten göras försumbart liten. Korrosionsprocesserna är av elektrokemisk natur, vilket betyder att reaktionerna sker under avgivande (oxidation) eller upptagna (reduktion) elektroner. För att korrosion ska kunna förekomma krävs att elektroner lätt kan vandra i mellan de ställen där dessa reaktioner äger rum. Metaller är som bekant bra elektriska ledare, vilket även är anledningen till att metaller har stor benägenhet att korrodera. Dessutom krävs det att det korroderande materialet är i kontakt med en ledande vätska. Vätskor som innehåller joner i lösning är ledande, vilket alla vattenbaserade köldbärare gör i större eller mindre utsträckning. Köldbärare som består av vattenblandningar av metanol eller etanol är minst ledande. Därefter kommer vattenblandningar av glykoler, glycerin eller urea. Mest ledande är köldbärare som består av vattenlösningar av oorganiska (t.ex. kalciumklorid) eller organiska salter (t.ex. kaliumformat eller kaliumacetat). Det krävs även att ett oxidationsmedel finns närvarande för att korrosion ska kunna äga rum. I köldbärarsystem är det nästan uteslutande syre löst i vätskan som är oxidationsmedel. Koppar kan till exempel inte korrodera alls om inte syre finns närvarande och även när det gäller stål kan korrosionshastigheten minskas mycket kraftigt genom att avlägsna syre från systemet. Därför är det väldigt viktigt att avlägsna syre från köldbärarvätskan. Först och främst handlar det om att få bort den fria syrgasen som finns i eventuella luftbubblor i vätskan. Detta görs efter fyllning via högpunktsavluftare eller mikrobubbelavskiljare. Dessutom är det viktigt att det bundna syret, det vill säga det syre som finns löst i vätskan avlägsnas. Ju högre temperatur och ju lägre tryck vätskan har ju mindre syre kan vara löst i den. Det bundna syret kan därför avlägsnas via undertrycksavgasare och genom att höja vätskans temperatur efter fyllning så att den bundna syrgasen avgår från vätskan. Det är även viktigt att systemet har ett visst övertryck så att inte ny luft sugs in via packningar i pumpar eller liknande. Vanliga typer av korrosion som kan förekomma i köldbärarsystem är allmän korrosion, galvanisk korrosion, lokal korrosion, exempelvis spalt- eller avlagringskorrosion och strömnings- eller erosionskorrosion. - 6 -
Allmän korrosion Allmän korrosion sker jämnt över hela den yta som utsätts för den ledande vätskan. I vissa fall stannar korrosionen upp efter ett tag eftersom det bildas ett skyddande lager av korrosionsprodukter på ytan, vilket skyddar metallen från vidare korrosion metallen passiveras. Olika metaller passiveras i olika miljöer (typ av vätska, ph etc) och ibland kan metallens förmåga att passiveras förbättras genom att ett legeringselement tillsätts till metallen, exempelvis rostfritt stål. Exempel på andra material som ofta passiveras är titan, aluminium och koppar. Eftersom köldbärarvätskans ph (surhetsgrad) kan vara avgörande för om ett material passiveras eller inte är det viktigt att se till att köldbärarvätskan har rätt ph för de olika material som finns i systemet eller tvärtom. Allmän korrosion kan även förhindras eller bromsas upp genom att justera vätskemiljön. Detta kan dels göras genom att tillsätta ämnen så att ph korrigeras till en lämplig nivå eller genom att tillsätta så kallade passivatorer eller inhibitorer. Passivatorer fungerar på så sätt att de reagerar med metallytan så att denna passiveras. Inhibitorer hämmar korrosionsförloppet genom att bromsa upp antingen reduktions- eller oxidationsreaktionen. Galvanisk korrosion Denna typ av korrosion uppkommer då två metaller av olika ädelhet är förbundna med varandra i en ledande vätska. Man ska därför inte koppla samman material som har stor skillnad i självkorrosionspotential. Denna beror dock till viss del på vätskan. I system med koppar som är en ädel metall bör därför oädla metaller såsom zink, magnesium och aluminium undvikas. Särskilt gäller detta för vätskor med extra hög ledningsförmåga. Galvanisk korrosion kan också förekomma i en legering som består av två metaller med olika ädelhet. Ett vanligt exempel är avzinkning av mässing, vilket innebär selektiv utlösning av zink ur legeringen. Kvar blir en porös rest av koppar med dålig hållfasthet. Mässing används exempelvis i armaturer och pumphjul. Avzinkning av mässing kan dock undvikas om zinkhalten inte är för hög (<34 %) och legeringen dessutom innehåller små mängder av andra ämnen (arsenik, antimon, bly aluminium och kisel). I köldbärarsystem ska alltså enbart så kallade avzinkade mässingskomponenter användas. Vid lödning i koppar i köldbärarsystem ska så kallad hårlödning med silverlod användas och inte mjuklod då detta innehåller tenn. Man bör därför se upp med vissa microbubbelavskiljare och manometrar (tryckgivare), eftersom dessa kan innehålla mjuklod. - 7 -
Lokal korrosion Exempel på lokal korrosion som kan förekomma i köldbärarsystem är så kallad spaltkorrosion eller avlagringskorrosion. Båda dessa korrosionstyper uppkommer där oxidationsmedlets (syrets) koncentration skiljer från ställe till ställe. I spalter är vätskan ofta stillastående och när syret har förbrukats där bli dess koncentration lägre jämfört med det övriga vätskesystemet. Anledningen är att potentialskillnaden mellan de två ställena ökar och metallen i kontakt med den syrefattiga vätskan korroderar. De passiverbara metaller, som har ett skyddande lager av korrosionsprodukter på ytan, är särskilt känsliga. Lagret, som består av olika metalloxider, löses upp och korrosion uppstår. Samma fenomen uppkommer under avlagringar av smutspartiklar som kan förekomma i dåligt rengjorda system. Vid metallytan under avlagringen blir syrekoncentrationen låg, vilket leder till att potentialskillnaden ökar och korrosion uppstår. Det är därför viktigt att man efter montering av köldbärarsystemet rengör det ordentligt innan det fylls. Strömnings- och erosionkorrosion En del material är känsliga för strömmande medier. Detta gäller särskilt för koppar, vilket är ett vanligt material i köldbärarsystem. Anledningen är att de korrosionsprodukter som bildas på ytan och skyddar metallen mot korrosion är vattenlösliga. Ökas flödeshastigheten kommer dessa forslas bort, metallytan blottläggas och korrosionshastigheten öka. Om vätskan har hög ledningsförmåga, vilket många köldbärarvätskor har, blir det skyddande oxidskiktet (korrosionsprodukterna) porösare och får sämre vidhäftning på ytan, vilket medför att risken för strömningskorrosion ökar. Kolstål och gjutjärn är också känsliga för strömningskorrosion medan titan och rostfritt är helt okänsliga. Strömningskorrosion och erosionskorrosion används ofta synonymt, men i strikt mening förutsätter erosionskorrosion förekomst av fasta partiklar i vätskan. Dessa partiklar slipar på mekanisk väg metallen eller dess skyddande skikt av korrosionsprodukter så att korrosionshastigheten ökar. Även fria luftbubblor kan leda till erosion och risken för erosionskorrosion ökar i takt med att vätskans flödeshastighet ökar. Strömnings- och erosionskorrosion förekommer ofta samtidigt eftersom den första korrosionstypen leder till att det finns fasta partiklar i vätskan. För att undvika strömnings- och erosionskorrosion är det viktigt att köldbärarsystemen är väl rengjorda och avluftade samt att flödeshastigheten inte är för hög. Särskilt gäller detta för värmeväxlare som har kopparrör med små dimensioner och 180 rörböjar på kortsidorna. För att hålla halten partiklar i vätskan låg kan en delström av vätskan ledas genom ett filter där dessa filtreras bort. - 8 -
Kontroll & Skötsel Först och främst skall material och komponenter som är kompatibla med köldbäraren i fråga användas. Uppgifter om detta finns att inhämta av respektive leverantör. Om inte anläggningen är i rätt balans kan det bli kostsamt i form av hög energiförbrukning eller andra driftproblem i anläggningen. Kontinuerlig kontroll och skötsel av anläggningen innebär att livslängden ökas då eventuella fel och läckage upptäcks tidigt. Vätskan Kontrollera regelbundet vätskan enligt leverantörens anvisningar. Antingen genom självkontroll eller genom att skicka prov till leverantören eller dennes representant för analys. Provet på ca. ½ liter sändes i väl paketerad i okrossbar, företrädesvis, plastförpackning. Provet märkes med företagsnamn, köldbärarvariant, provtagningsdatum samt kontaktperson etc. eller enligt leverantörens anvisningar. Följ transportörens försändelseregler. För att kunna dra rätt slutsatser av analysresultaten är det viktigt att även bifoga information om anläggningen som kan vara av betydelse för en korrekt slutsats av analysen. Ju tydligare beskrivning desto entydigare slutsatser kan dras. Analys av: ph vätskans ph-värde (surhetsgrad). Rätt värde erhålls av leverantören. Densitet/Brytningsindex ger ett mått på vätskans frysskydd. Rätt värde erhålls av leverantören. Färg Jämför med referensprov som alltid bör sparas vid fyllning. Lukt - Jämför med referensprov som alltid bör sparas vid fyllning. Korrosionsprodukter eller rostprodukter kräver vanligtvis avancerad utrustning. Lämpligen skickas prov till leverantör eller dennes representant. Korrosionsskydd/inhibitor - kräver vanligtvis avancerad utrustning. Lämpligen skickas prov till leverantör eller dennes representant. - 9 -
Komponenter Funktion Pumpar kontrollera regelbundet att pumpen med heltäckande dropplåt och stänkskydd är väl fungerande. Skölj omgående bort eventuellt spill. Ventiler kontrollera regelbundet att ventilen är fungerande och tät. Skölj omgående bort eventuellt spill. Avluftningsanordningar kontrollera regelbundet att anordningen är väl fungerande och läckfri vilket är viktigt för tillfredställande drift. Luft bidrar inte bara till sämre värmeöverföring och försämrad pumpkapacitet i systemet utan ökar också risken för korrosion och läckage. Avluftningsventiler skall vid behov demonteras och rengöras, lämpligen med vatten. Avluftning sker effektivast vid varmt system. Se även Köldbärarlaget tidigare publicering. Expansionskärlets förtryck skall kontrolleras för att tillförsäkra pumpen tillräckligt högt statiskt tryck. Tillse att anordningen har rätt inställt förtryck i tryckisolerat tillstånd. Självklart skall utrustningen vara läckfri. Systemets tryck skall kontrolleras regelbundet. Filter placeras på pumpens trycksida. Välj lämplig maskstorlek samt rengör filtret regelbundet. Mätdon, manometrar etc. - kontrollera att utrustningen fungerar samt är läckfri. Läckage Svetsskarvar kontrollera att skarvarna är läckfria. Åtgärda eventuellt läckage. Lödskarvar - kontrollera att skarvarna är läckfria. Åtgärda eventuellt läckage. (Använd hårdlod.) Flänsförband - kontrollera att flänsarna är läckfria. Efterdragning kan behövas. Kopplingar - kontrollera att kopplingarna är läckfria. Efterdragning kan behövas. Kylbatterier och värmeväxlare - kontrollera att apparaterna är rena och läckfria. Åtgärda eventuella läckage. - 10 -
Spill och läckage skall alltid samlas upp och därefter renspolas med vatten - för att undvika t.ex. utvändiga korrosionsproblem. OBS! Använd köldbärare får ej slås i avlopp. Var uppmärksam på läckage genom isolering. Håll jämna serviceintervaller och dokumentera utförd service. Åtgärda inte enbart ett fel utan att ta reda på orsaken till problemet, annars är risken stor att problemet återkommer. Byt inte enbart en viss komponent och hoppas att det fungerar i fortsättningen utan ta reda på varför problemet uppkommit och använd om så krävs en annan typ eller variant av en viss komponent. - 11 -
Publikationer från * KÖLDBÄRARLAGET * 1: Publikation 1999 Allmänna råd och anvisningar för köldbärarsystem. 2: Publikation 2000 Avluftningsteknik och pumpar i köldbärarsystem. 3: Publikation 2001 Kylsystem, köldbärare och miljöaspekter 4: Publikation 2003 Slutna kylsystem, korrosion och kontroll & skötsel. Köldbärarlagets publikationer får ej kopieras utan vårt medgivande (Copyright) * KÖLDBÄRARLAGET * ABS Pump AB Temper Technology AB ITT Flygt Pumpar Box 1 Iberovägen 2 Box 1335 431 21 MÖLNDAL 430 63 HINDÅS 172 26 SUNDBYBERG Telefon 031-7061600 Telefon 0301-230000 Telefon 08-4756700 Telefax 031-272920 Telefax 0301-230099 Telefax 08-4756970 Grundfos AB Hydro Chemicals AB AB Kylmateriel Box 63 Box 516 Box 4026 424 22 ANGERED 731 29 KÖPING 171 04 SOLNA Telefon 0771-322300 Telefon 0221-27800 Telefon 08-59890800 Telefax 031-3319460 Telefax 0221-27960 Telefax 08-59890891 MB-Sveda AB WILO Sverige AB Box 48 Box 3024 401 20 GÖTEBORG 350 33 VÄXJÖ Telefon 031-838000 Telefon 0470-727600 Telefax 031-843980 Telefax 0470-727644 Rätt till ändringar förbehålls. - 12 -