сепаратор грязи что это
Сепаратор грязи что это
Для каких целей в систему отопления дома встраивают сепаратор шлама и сепараторы-деаэраторы
Владельцы загородных домов, мечтающие об автономных системах горячего водоснабжения и отопления, не всегда готовы поручить создание таких систем специалистам. Мотивы понятны, кто-то экономит, кто-то считает, что сам в состоянии смонтировать отопление, мол что там такого, нагреватель да трубы с батареями. Вот такие горе-умельцы и получают впоследствии дополнительные проблемы, связанные с заменой труб, выхода из строя нагревательных элементов и так далее. Ладно бы денег не было! А ведь просто игнорировались нормы, не произведен расчет системы отопления дома, не учитывались дополнительные факторы, такие как водоподготовка. Опять же, не все даже представляют себе значение непонятных слов сепаратор, шлам, деаэратор. Этим важным элементам системы отопления частного дома мы и посвятим эту статью.
Содержание
Автономная система отопления частного дома
Никаких серьезных премудростей в монтаже автономной системы отопления частного дома на самом деле нет, простейшая схема предполагает действительно только нагреватель (электрический или котел на различных видах топлива), трубы и радиаторы.
По виду система отопления может быть:
Но вот дополнительные устройства, позволяющие очистить теплоноситель (воду), представляют собой аппараты и приспособления уже значительно сложнее. Но без них никак не обойтись и встраивание их в общую систему будет являться надежной гарантией долгого срока службы всех узлов. Можно подумать, что пластиковым трубам не грозит коррозия. Да, коррозия не грозит, но они могут элементарно засориться. А металлические элементы нагревателя? Им как раз очень повредят отложения нерастворяемых частиц. В обычной воде также присутствуют различные газы, которые разъедают не только металл и создают другие негативные процессы, мешающие нормальной циркуляции жидкости. Одним словом, установка в систему отопления и горячего водоснабжения устройств дополнительной очистки – мера необходимая.
Сепаратор шлама
Само понятие сепаратор – это аппарат для отделения различных субстанций друг от друга. В нашем случае это выделение из воды ненужных примесей. Шламом называют отложения примесей, существующих в виде осадка нерастворяемых водой частиц. Запомнить легко – слово похоже на комбинацию двух видов ненужных отходов, хлама и шлака. В промышленных установках (паровых котлах и пр.) очистка от шлама происходит сложным термическим способом, а также при помощи химикатов. В небольшой системе отопления частного дома достаточно относительно маленького прибора – сепаратора шлама, устанавливаемого на трубопровод.
Прибор состоит из емкости, которая устроена таким образом, чтобы без применения фильтров частички шлама оседали внизу и удалялись при открытие специального крана. Воздух, который образуется при процессе выходит через дополнительное выпускное отверстие в верхней части сепаратора. Преимуществом сепаратора является то, что систему не нужно останавливать для чистки, а также нет необходимости в дополнительных обходных трубопроводах (байпасах). Процесс очистки происходит прямо во время работы. И фильтров никаких нет! Сепаратор шлама удаляет самые мельчайшие частицы грязи (по замерам до 30 микрон). Существуют сепараторы шлама магнитного типа, в которых отделение частиц происходит с помощью магнита.
Установка сепаратора шлама
Для сепаратора шлама важно выбрать место его правильной установки. Поскольку удаления требуют частицы грязи, попавшие в систему, устанавливать сепаратор шлама необходимо на обратном трубопроводе, непосредственно перед входом в нагреватель.
Таким образом ликвидируются все загрязнения воды, образовавшиеся на всем протяжении ее маршрута по системе. Сепаратор имеет нужные отверстия для установки, достаточно лишь грамотно соединить их с трубой с помощью фитингов или муфт.
Сепаратор-деаэратор
Деаэратор является более сложным прибором и выполняет функцию удаления из воды вредных газов, отрицательно влияющих на процесс движения теплоносителя и состояние материалов, из которых изготовлены элементы системы отопления, как вихревым способом, так и путем дополнительного нагрева для образования пара, который, соединяясь с жидкостью, вытесняет газы за счет разницы в давлении. Принцип работы заключается в выведении микропузырьков воздуха без остановки системы, не повышая при этом давления в трубопроводах.
Различают несколько типов бытовых деаэраторов, отличных по рабочему давлению и количеству ступеней. Наиболее применимы в частном домостроении одноступенчатые деаэраторы. Работа деаэратора происходит независимо от функционирования системы отопления, а удаление ненужных газов производится естественным образом через специальные отверстия.
Установка сепаратора-деаэратора
В отличие от сепаратора шлама деаэратор необходимо устанавливать сразу после нагревателя, так как в этот точке из-за максимального нагрева в воде образуется наибольшее количество микропузырьков и расход энергии на дополнительный нагрев воды будет значительно ниже.
Установка аналогична другим встраиваемым в систему дополнительным устройствам – с помощью имеющихся установочных отверстий.
Профилактика устройств водоподготовки
Хотя сепараторы для удаления шлама и деаэрации работают без отключения всей системы отопления, периодически нужно производить очистку внутренних поверхностей ( в емкостях даже при правильном естественном процессе удаления загрязнений остается небольшое количество грязи и илистых отложений).
Для этого сепараторы изготавливаются с возможностью доступа к внутренним частям. Если установлен необслуживаемый сепаратор, то периодически всю систему промывают специальными растворами для очистки от различных загрязнений.
Сепаратор воздуха и шлама для систем отопления
Воздушные пробки, микроскопические пузырьки и различные загрязнения могут значительно нарушить функционирование системы отопления, а также снизить ее эффективность. Сепаратор воздуха и шлама позволяет устранить все вышеперечисленные факторы, затрудняющие работу отопительной системы.
Сепаратор микропузырьков и шлама Flamcovent Clean 22 мм — 2» (Нидерланды).
Наличие воздуха и воздушных пробок в системе отопления создает следующие проблемы для работы ее элементов:
Единственным прибором, способным полностью решить проблему воздушных пробок является сепаратор воздуха.
Модель Flamcovent 3/4″ без шламоуловителя. Стоимость около 2 000 руб.
Теплоноситель на основе обычной водопроводной воды содержит в своем составе большое количество растворенного воздуха, который при нагревании высвобождается и превращается в множество мелких пузырьков. Наибольшее количество пузырьков образуется в месте нагрева теплоносителя, т.е. в котле отопления. После этого, пузырьки распространяются по отопительному контуру, где и растворяются в теплоносителе при его остывании.
Установив сепаратор воздуха и шлама на подаче, сразу после котла, можно удалять образованные в котле пузырьки. Таким образом теплоноситель, поступающий в отопительный контур становится полностью очищенным от кислорода.
Помимо этого, обезвоздушенный теплоноситель будет поглощать кислород в тех местах системы отопления, где он присутствует. Например, если стенки полимерных труб не имеют антидиффузионного покрытия, они в любом случае будут пропускать в систему кислород в малых количествах. Этот кислород поглощается обезвоздушенным теплоносителем и доставляется в сепаратор, где и удаляется. Таким образом, можно полностью развоздушить систему отопления.
К недостаткам сепаратора воздуха относится тот факт, что он, создавая сопротивление потоку теплоносителя, влияет на гидравлику всей отопительной системы.
Принцип работы сепаратора воздуха
Сепараторы Flamcovent (Нидерланды)
Конструкция сепаратора воздуха Flamcovent.
Основу конструкции сепараторов от голландской компании Flamcovent составляют PALL-кольца из нержавеющей стали. Проходя через корпус сепаратора, поток теплоносителя замедляет свой ход, при этом мелкие пузырьки воздуха «приклеиваются» к стенкам PALL-колец. Далее мелкие пузырьки собираются в более крупные и поднимаются в воздушную камеру конической формы, где выпускаются наружу через спускной клапан. Снижение скорости потока теплоносителя позволяет крупным пузырькам легко всплывать наверх.
Внешний вид и принцип работы PALL-колец. Один сепаратор в зависимости от модели может содержать от 115 до 4 000 таких колец.
Сепараторы Reflex Exair (Германия)
Основу конструкции немецкого сепаратора Reflex Exair составляет особая сетка, которая расположена на пути следования потока теплоносителя. Конструкция сетки не влияет на гидравлические показатели системы, т.к. практически не создает потери давления в продольном направлении. Сетка уменьшает турбулентность, что позволяет микропузырькам подниматься наверх в воздушную камеру.
Конструкция сепаратора Reflex Exair (Германия).
Объемная воздушная камера создает своего рода барьер между теплоносителем и воздухоотводным клапаном. Камера предотвращает попадание в клапан частиц различных загрязнений. Возможны различные способы подсоединения к системе: резьба, фланец, сварка (от ¾ до DN 300).
Сепараторы SpiroVent (Нидерланды)
Основу конструкции голландского сепаратора SpiroVent составляет медная трубка с медной сеткой. Сетка уменьшает турбулентность, что позволяет остановить микропузырьки любого размера. Далее пузырьки поднимаются вверх и отводятся из системы через автоматический воздухоотводчик.
Конструкция сепаратора микропузырьков Spirovent.
Рекомендации по монтажу
Требования к установке сепаратора в отопительной системе.
Сепаратор воздуха и шлама устанавливается на подаче сразу после котла. Как уже было отмечено выше, наибольшее количество пузырьков высвобождаются из воды при ее нагреве в котле. Если их не удалить сразу, они растворяться в остывающей воде.
Прибор устанавливается перед циркуляционным насосом. Таким образом исключается попадание пузырьков воздуха в корпус насоса, что в свою очередь снижает износ деталей насоса.
Видео
Применение сепараторов для эффективной очистки теплоносителя
Федоров Сергей Анатольевич, директор ООО «Терма-СЕТ»
Введение
Известно, что при запуске систем отопления большие проблемы вызывают остающиеся внутри воздушные полости и циркулирующие в потоке твердые частицы или шлам. Наличие воздушных полостей и пробок автоматически означает высокую концентрацию растворенных газов в воде, что может вызвать усиление процессов коррозии и эрозии, проблемы с кавитацией, снижение эффективности работы насосов, арматуры и теплообменников. Наличие газов в свою очередь стимулирует появление твердых частиц в теплоносителе. Оседая в местах с наименьшей скоростью, слои частиц резко снижают эффективность теплопередачи. Попадая в насосы и регулирующую арматуру, они быстро выводят оборудование из строя. Процессы коррозии под слоем отложившегося шлама трудно затормозить. Если учесть, что при периодической остановке систем на профилактику на дне трубопроводов оседают тонны частиц, этот процесс каждый раз создает новые источники язвенной коррозии.
Существующие в настоящее время методы и оборудование направлены в большей степени на обработку воды, поступающей в систему /1/. При этом иногда не принимается во внимание, что системы не могут быть идеально герметичными, газовые потоки внутрь систем могут быть достаточно большими даже в закрытых системах, а дегазация крупных и сложных систем может занимать продолжительное время. В этом случае, как и в случае запуска, проблемы могут возникать и при нормальном качестве воды подпитки. Можно отметить также, что в случае ошибок при проектировании или настройке, в некоторых областях систем могут появляться участки отрицательных давлений. В этом случае создаются условия для возникновения устойчивых потоков газа в систему.
Принято считать, что в большинстве случаев установка достаточного количества воздухоотводчиков обеспечит дегазацию систем в процессе работы. Чтобы оценить эффективность их применения напомним, что газы в системе находятся в трех состояниях: в виде полостей, пузырьков и микропузырьков и в растворенном состоянии /2/. Работа воздухоотводчиков связана в основном с первой формой, т.к. только появление в верхней части воздухоотводчика значительного объема газа приводит в действие механизм его удаления. Основная масса пузырьков и микропузырьков идущая в потоке просто не успевает подниматься в камеру воздухоотводчика. Поэтому воздухоотводчики должны размещаться в верхних точках системы, в местах локальных возвышений и на радиаторах. В сложных системах необходимо устанавливать большое количество этих приборов. При этом воздухоотводчик наряду с расширительным баком является одним из самых уязвимых элементов. Практически все различия в конструкциях и ценах связаны с разной степенью надежности и защищенности воздухоотводчиков от блокирования их пузырьками или разгерметизации при попадании внутрь спускового механизма частиц грязи.
В сложных системах с большим количеством воздухоотводчиков, установленных в труднодоступных местах трудно проверить качество их работы. Низкая цена (и иногда качество) воздухоотводчиков зачастую не компенсирует трудоемкость обслуживания и потери от возникающих проблем. Не удаленные вовремя воздушные полости могут снова поглотиться водой при изменении режима работы системы, дополнительно стимулируя коррозию. Вытекание воды или попадание воздуха внутрь при разгерметизации воздухоотводчика может быстро вывести из строя любую систему. Автоматические поплавковые воздухоотводчики удаляют воздушные пробки и пузыри по мере их появления в автоматическом режиме /3/. Воздухоотводчики этого типа обеспечивают лучшую герметичность и лучше защищены от блокировки и разгерметизации при попадании в них грязи.
Устанавливаемые внутри контура системы грязевики, как правило, оснащены сетками с крупными ячейками. В противном случае они быстро забиваются, и циркуляционный поток может быть полностью блокирован. Таким образом, можно считать, что внутри системы, как правило, отсутствуют устройства, которые выполняют процессы тонкой очистки теплоносителя от шлама и его количество может расти в результате химических реакций или отслоения отложений.
Сепараторы для дегазации и удаления шлама
Рис.1 Сепаратор
Появившиеся в последние годы в РФ сепараторы начали производиться в Европе более 30 лет назад и стали стандартным элементом для дегазации и удаления шлама из систем отопления и водоснабжения. Кроме удаления пробок, сепараторы извлекают микропузырьки и частицы шлама из потока воды и объединяют в себе функции воздухоотводчиков, фильтров и деаэраторов. Сепараторы не требуют расходных материалов, энергии и сервисного обслуживания, работают несколько десятков лет, имеют простую и надежную конструкцию без движущихся частей.
Универсальный сепаратор представляет собой металлический цилиндр с воздухоотводчиком наверху, вентилем для сброса шлама внизу и неподвижным механическим сепарирующим элементом внутри (Рис.1). Элемент внутри сепаратора обеспечивает быструю транспортировку микропузырьков наверх и осаждение нерастворимых частиц внизу при прохождении потока воды через сепаратор. Автоматический поплавковый воздухоотводчик сепаратора выводит накапливающийся наверху воздух, а периодическое удаление шлама осуществляется вручную с помощью шарового вентиля внизу сепаратора. В обоих случаях система не разгерметизируется. При начальном заполнении системы водой большие воздушные пузыри быстро удаляются с помощью специального вентиля в корпусе воздухоотводчика. Сепараторы устанавливаются вертикально.
Сепараторы разных фирм, как правило, отличаются разным типом сепарирующих элементов. В сепараторах Пневматекс (Швейцария) в качестве такого элемента используются лепестковая спираль (спирали) с профилированной поверхностью из нержавеющей стали, установленная вертикально вдоль оси сепаратора ( Рис.1). Разными могут быть и механизмы извлечения газов и твердых частиц. Как правило, при этом используется гравитационный механизм осаждения частиц и возгонки пузырьков. Для усиления эффекта снижается скорость потока внутри сепаратора (увеличение поперечного сечения), производится ламинаризация потока. В некоторых моделях используется центробежный эффект при раскручивании потока внутри сепаратора. При использовании рабочих элементов с большой площадью включается механизм сорбции микропузырьков на поверхности с дальнейшим их слиянием в более крупные пузырьки и всплытием.
Диапазон применения сепараторов достаточно широк.
Например, промышленные сепараторы Пневматекс (типоразмеры DN 50 – 600 mm) способны обрабатывать потоки в диапазоне 5 – 2000 м 3 /ч. Корпуса промышленных сепараторов изготовляются из стали.
Латунные сепараторы для небольших объектов (типоразмеры DU 20 – 40 mm) обрабатывают потоки до 5 м 3 /ч. Все сепараторы из латуни собираются из базовых элементов и легко трансформируются.
Сепараторы с магнитными ловушками
Сепараторы Пневматекс с магнитными ловушками (DN 20 – DN 400 мм) улавливают нерастворимые примеси железа в воде намного эффективней, чем обычные сепараторы. Стержень (стержни) с мощным магнитом вставляется снизу снаружи в гильзу сепаратора и вынимается перед операцией вымывания шлама без нарушения герметичности системы. Магнитный стержень отделен стенками гильзы от воды и не требует очистки или защиты от коррозии. Гильза сделана из немагнитного материала, поэтому магнитные частицы быстро оседают вниз и затем шлам смывается через вентиль. Для эффективного вымывания вентиль смещен от центра (создание вихревого эффекта). Сепараторы с магнитными ловушками содержат также обычные сепарирующие элементы и обладают всеми свойствами дегазации и удаления немагнитных частиц, как и у обычных моделей сепараторов.
Эффективность применения и монтаж сепараторов
Для оптимальной работы сепараторов в качестве устройств дегазации необходимо учитывать, что сепараторы, обладая функциями воздухоотводчиков, улавливают также микропузырьки и механические частицы непосредственно из потока и удаляют их из системы. Скорость дегазации сепараторов на порядки превышает соответствующие характеристики воздухоотводчиков (Рис.2). Поскольку при достаточной скорости циркуляции поток воды может захватывать воздух из пробок и переносить его в виде микропузырьков по всей системе, установка в оптимальном месте даже одного сепаратора может обеспечить быструю дегазацию системы.
Рис.2 Зависимость содержания газа в воде от времени при работе воздухоотводчиков в разных точках системы и сепаратора (воздухоотводчики: 1 – на восходящем вертикальном потоке, 2 – на нисходящем, 3 – на горизонтали, 4 – сепаратор)
Эффект глубокой очистки от шлама и дегазации системы с помощью сепараторов достигается за счет неоднократного прохождения жидкости через сепаратор при циркуляции. Таким образом, сепараторы используются только в циркуляционных схемах. Их гидравлическое сопротивление невелико и в процессе работы практически не меняется т.к. при переполнении грязью нижней части сепаратора частицы просто перестают оседать и уносятся потоком.
Глубина дегазации зависит от грамотного выбора места инсталляции сепараторов /4, 5/. Эффективность применения сепараторов для дегазации увеличивается при снижении давления и увеличении температуры в точках их размещения. Сепараторы для дегазации рекомендуется устанавливать после источников тепла в системах отопления либо в нагретом обратном потоке в системах охлаждения в наиболее высоких точках (Рис.3 сепаратор ZIO.S справа). Так как сепараторы удаляют воздух, находящийся в микропузырьковом состоянии, для дегазации системы их необходимо устанавливать только в тех зонах, где возможно образование микропузырьков. Таким образом, сепараторами полностью решается проблема завоздушивания и шумов, снижается скорость коррозии. Если скорость коррозии невелика, сепараторы могут удалять значительный объем кислорода.
Конечная концентрация газов в системе будет близка к величине равновесной концентрации газов в точке установки сепаратора при данных температуре и давлении. Нужно отметить, что из-за универсальных механизмов своей работы сепараторы удаляют все свободные газы, независимо от их химических свойств.
Сепараторы шлама обычно устанавливаются перед прибором, который надо защитить от грязи или в начале контура циркуляции (Рис.3, сепаратор ZIO слева от котла).
При достаточной скорости циркуляции, когда большая часть нерастворимых частиц переносится в потоке, можно добиться быстрой и практически полной очистки от шлама всей системы. Удаление шлама также снижает скорость коррозии, т.к. исключаются очаги ее образования.
Рис.3 Оптимальное расположение сепараторов в закрытой системе отопления
При использовании различных средств защиты от коррозии и образования отложений или в процессе работы системы старые слои могут отслаиваться, или образовываться новые частицы. В этом случае установка в циркуляционном контуре любых фильтров связана с риском быстрой и неожиданной блокировки циркуляционного потока, даже если используются дорогостоящие промывные фильтры с автоматическим контролем.
Рис. 4 Степень очистки от механических частиц сепаратором (скорость потока 1 м/c, 0,5 м/c) в зависимости от количества циклов прохождения потока через контур
На Рис.5 представлен сепаратор ZIO 300 S (DN 300) для защиты котельной 12 МВт от шлама (Томск). На Рис.6 представлен сепаратор ZIK 400 F (DN 400) установленный в ЦТП университета г. Абердин (Великобритания).
Рис.5 Сепаратор шлама ZIO 300 S
Рис.6 Комбинированный сепаратор ZIK 400 F
Таким образом, сепараторы на сегодняшний день являются наиболее простым и эффективным устройством, удаляющим газы и шлам из циркуляционных контуров без разгерметизации систем и риска блокировки циркуляционного потока.
Литература
1. Слепченок В.С. “Пути борьбы с кислородной внутренней коррозией”, Новости Теплоснабжения, №4 (апрель), 2005
2. Федоров С.А. “Пути попадания газов в системы отопления и некоторые особенности деаэрации”, СОК, №4, 2007
3. John Siegenthaler «Modern Hydronic Heating“, 1995, p.437
4. Федоров С.А. “Дегазация и удаление шлама – рецепт нормальной работы систем теплоснабжения”, Новости Теплоснабжения, №12, 2006
5. Федоров С.А. “Дегазация и удаление шлама с помощью сепараторов”, АВОК, №7, 2006