СБОР И УДАЛЕНИЕ ВОЗДУХА ИЗ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

В системах центрального отопления, особенно водяного, скопления воздуха (точнее газов) нарушают циркуляцию теплоносителя, вызывают шум в арматуре и коррозию стали. Воздух в системы отопления попадает различными путями: частично остается в свободном состоянии при заполнении их теплоносителем; подсасывается в процессе эксплуатации неправильно сконструированной системы; вносится водой при заполнении и эксплуатации в растворенном (точнее, в поглощенном, абсорбированном) виде.

Количество свободного воздуха, остающегося в трубах и приборах при их заполнении, не поддается учету, но этот воздух в правильно сконструированных системах удаляется в течение нескольких дней эксплуатации.

Подсоса воздуха можно избежать путем создания избыточного давления в неблагоприятных точках системы.

Количество растворенного воздуха, вводимого в системы при периодических добавках воды в процессе эксплуатации, определяется в зависимости от содержания воздуха в подпиточной воде. В 1 т холодной водопроводной воды может содержаться свыше 30 г воздуха, в подпиточной деаэрированной воде из теплофикационной сети — менее 1 г, поэтому всегда следует стремиться к заполнению и подпитке систем отопления деаэрированной водой.

Количество растворенного воздуха, переходящего в свободное состояние, зависит от температуры и давления в системах отопления.

Повышение температуры воды и понижение гидростатического давления сопровождаются переходом абсорбированного воздуха в свободное состояние. Следовательно, в верхних частях систем водяного отопления, где горячая вода находится под пониженным давлением, должно выделяться наибольшее количество воздуха. В нижних частях систем при высоком гидростатическом давлении воздух содержится только в растворенном виде.

Воздух в свободном состоянии занимает в системах отопления значительный объем. Например, в системе, заполненной 7 м3 водопроводной воды, воздух, выделяющийся при нагревании воды от 5 до 95°С, имеет объем 0, 22 м3. Такой объем воздуха может образовать в трубе диаметром 50 мм «пробку» длиной около 100 м, которая полностью нарушит циркуляцию воды в системе.

При эксплуатации систем отопления, заполненных деаэрированной водой, в течение отопительного сезона могут появиться значительные скопления водорода. В воде происходит медленная ионная химическая реакция с образованием гидрата закиси железа Fe(OH)2, который затем превращается в окалину — магнетит Fe3О4 (осадок, имеющий вид черных частичек) с выделением водорода. При коррозии, например, 1 см3 железа выделяется 1 л водорода.

Эти примеры подтверждают необходимость удаления газов из систем водяного отопления. Следует, кроме того, отметить, что растворенный в воде воздух содержит около 33 % кислорода, поэтому «водяной» воздух более опасен в коррозионном отношении для стальных труб, чем атмосферный, в котором содержится около 21 % кислорода.

В вертикальных водяных трубах пузырьки воздуха могут всплывать, находиться во взвешенном состоянии — «витать» (скорость движения воды при этом называют скоростью витания) и, наконец, увлекаться потоком воды вниз.

В горизонтальных и наклонных водяных трубах пузырьки воздуха занимают верхнее положение. Мельчайшие пузырьки задерживаются в нишах шероховатой поверхности труб. Более крупные пузырьки (объемом 0, 1 см3 и более) в зависимости от уклона труб и скорости движения воды как бы катятся вдоль «потолочной» поверхности труб в виде прерывистой ленты. С увеличением скорости движения воды до 0, 6 м/с начинается дробление воздушных скоплений; пузырьки воздуха в верхней части труб, отрываясь от их поверхности, двигаются по криволинейным траекториям. При скорости движения воды более 1 м/с мелкие пузырьки постепенно распространяются по всему сечению труб — возникает водовоздушная эмульсия.

Скорость витания в системах водяного отопления; в вертикальных трубах 0, 20-0, 25 м/с, в наклонных и горизонтальных трубах 0, 10-0, 15 м/с. Скорость всплывания пузырьков воздуха в воде не превышает скорости витания.

Проследим за состоянием воздуха и образованием воздушных скоплений в вертикальных системах водяного отопления.

Воздух переходит из растворенного состояния в свободное по мере уменьшения гидростатического давления в верхних частях систем отопления: в главном стояке — при верхней разводке, в отдельных стояках—при нижней. Свободный воздух движется по течению или против течения в зависимости от скорости потока воды и уклона труб. Воздух собирается в высших точках систем. При высокой скорости движения воды воздух захватывается потоком и по мере понижения температуры и повышения гидростатического давления в нижних частях систем вновь абсорбируется водой.

Теперь можно установить совокупность мероприятий для сбора воздуха в системах водяного отопления. При верхней разводке обеспечивают движение свободного воздуха к точкам его сбора. Точки сбора воздуха (и удаления его в атмосферу) выбирают в наиболее высоко расположенных местах систем. Предусматривают снижение скорости движения воды в точках сбора воздуха до значений менее 0, 10 м/с. При движении воды с пониженной скоростью пузырьки воздуха всплывают и скапливаются для последующего его удаления.

К таким мероприятиям относятся прокладка труб с определенным уклоном в желательном направлении и установка проточных воздухосборников: вертикальных или горизонтальных.

Длина горизонтальных воздухосборников должна в 2—2, 5 раза превышать их диаметр. Из воздухосборников воздух удаляется в атмосферу периодически с помощью ручных кранов или автоматических воздухоотводчиков.

В большинстве известных конструкций автоматических воздухоотводчиков поплавково-клапанного типа используется внутреннее гидростатическое давление для закрывания клапана (прижимания золотника клапана к седлу воздушной трубки) и вес поплавка для его открывания. Поступающая в корпус вода поднимает поплавок и с помощью пружины клапан закрывается.

При нижней разводке воздух, собирающийся в радиаторах или в греющих трубах конвекторов, находящихся в верхней части систем, удаляется в атмосферу периодически с помощью ручных и автоматических воздушных кранов или централизованно через специальную воздушную трубу.

При централизованном воздухоудалении воздушные трубы стояков объединяются горизонтальной воздушной линией с воздушной петлей для устранения циркуляции воды в воздушной линии. Для периодического выпуска воздуха в воздушной петле помещают вертикальный воздухосборник. Для непрерывного удаления воздуха воздушную петлю присоединяют к одной из соединительных труб открытого расширительного бака.

Особенно важны мероприятия по сбору и удалению воздуха при восполнении потерь воды в системах отопления водопроводной водой. В этом случае при нижнем расположении магистралей радиаторы на верхнем этаже следует присоединять по схеме снизу — вниз, или применять централизованное удаление воздуха.

При подпитке систем отопления деаэрированной водой можно добиться уноса воздуха из приборов и труб путем повышения скорости движения воды до 0, 30 м/с и более. Это осуществимо в однотрубных системах с присоединением труб к отопительным приборам на верхнем этаже по схеме сверху — вниз. Поглощение воздуха водой протекает сравнительно быстро в отопительных приборах на нижних этажах зданий, где растворимость воздуха возрастает благодаря увеличению гидростатического давления. По наблюдениям процесс обезвоздушивания радиаторов, присоединенных к трубам по схеме снизу — вниз, при значительном гидростатическом давлении практически заканчивается в течение 2—3 сут без открывания воздушных кранов. Поэтому при обеспечении достаточной растворимости воздуха трубы можно присоединять к приборам по схеме, способствующей повышению плотности теплового потока приборов.

В вертикальных однотрубных системах многоэтажных зданий с П-образными и бифилярными стояками наверху каждого стояка можно устанавливать только один воздушный кран и пользоваться им только при спуске воды из стояка. При наполнении же системы воздух можно удалять в основании нисходящей части стояков путем выдавливания его водой.

В системах парового отопления воздух находится в свободном состоянии. В паропроводах пар вытесняет воздух в нижние части систем к конденсатным трубам. Удельный вес воздуха приблизительно в 1, 6 раза больше, чем удельный вес пара: при температуре 100 °С соотношение составляет 9 Н/м3 (0, 92 кгс/м3) к 5, 7 Н/м3 (0, 58 кгс/м3), чем объясняется скопление воздуха над поверхностью конденсата. Так как растворимость воздуха в конденсате незначительная из-за высокой температуры конденсата, воздух остается в свободном состоянии.

В горизонтальных и наклонных самотечных конденсатных трубах воздух перемещается над уровнем конденсата, в напорных конденсатных трубах — в виде пузырьков и водовоздушной эмульсии. В паровых системах низкого давления воздух удаляют в атмосферу через специальные воздушные трубы.

В паровых системах высокого давления воздух захватывается конденсатом, движущимся с высокой скоростью. Водовоздушная эмульсия по трубам попадает в закрытый конденсатный бак, где воздух отделяется от конденсата и периодически отводится в атмосферу через специальную воздушную трубу.