Menu

Separatory powietrza

Wstęp

         W  zładach centralnego ogrzewania zasilanych wodą z sieci wodociągowej,  ilość powietrza przedostająca się do układu w formie gazowej (pęcherzyki) i rozpuszczonej, dochodzi do kilkudziesięciu litrów na każdy m3. Przy zładach o objętości wielu m3 , nawet przy  zaprojektowaniu odpowietrzników miejscowych automatycznych, tak duża ilość gazu będzie sprawiać problemy w instalacji. Korzystniejszym rozwiązaniem jest w tym wypadku zastosowanie centralnej separacji powietrza, bezpośrednio za kotłem lub wymiennikiem ciepła.
Separator powietrza a odpowietrznik
            Odpowietrzniki miejscowe automatyczne usuwają gaz z instalacji wykorzystując różnicę gęstości fazy gazowej i ciekłej. Zamontowany w nich pływak  przy braku powietrza w układzie, utrzymuje odpowietrznik w pozycji zamkniętej. Przy pojawieniu się powietrza, pływak opada pod własnym ciężarem otwierając zawór wydmuchowy, a tym samym usuwa  powietrze z instalacji.
Zasada działania odpowietrzników miejscowych wymusza ich montaż  w pozycji pionowej, w najwyższych punktach zładu c.o., do których gaz naturalnie migruje i gdzie natychmiast jest wydmuchiwany. Rozwiązanie takie, choć skuteczne, ma jednak swoje wady. Faza gazowa usuwana jest bowiem dopiero w końcowych odcinkach zładu, po praktycznie bezkarnym przejściu przez całą instalację. A może przy tym powodować hałas, uszkadzać pompy jak i wpływać na zwiększenie korozyjności przewodów.
Separator powietrza likwiduje fazę gazową bezpośrednio za kotłem centralnego ogrzewania lub za wymiennikiem ciepła, a więc już na samym początku układu grzewczego.  Tak wczesne usunięcie powietrza nie tylko chroni pompę (w układach z pompą na zasileniu), ale też nie dopuszcza do powstania fazy gazowej w dalszej części instalacji.
 
 Zgodnie z prawem Henry’ego rozpuszczalność powietrza w wodzie jest wprost proporcjonalna do ciśnienia i odwrotnie proporcjonalna do temperatury wody (zob. Wykres 1). W praktyce nawet w bardzo wysokich temperaturach, przy odpowiednio wysokim ciśnieniu, woda ma zdolność do rozpuszczania w sobie (absorpcji) powietrza. Usunięcie fazy gazowej na początku instalacji (odgazowanie wody) spowoduje więc, że woda taka będzie miała zdolność do pochłaniania napotkanego w dalszej części zładu powietrza.  Poprawi się tym samym wydajność grzejników (szczególnie ogrzewania podłogowego), spadnie poziom szumów w instalacji i zagrożenie korozyjne przewodów. 
odpow13.jpg
Wykres prawa Henry'ego
 
Jak działa separator? 
            Woda ogrzewana w kotle centralnego ogrzewania poddawana jest bardzo „surowym” warunkom, temperatura  w warstwie przyściennej może wzrastać tutaj nawet do ponad 100°C. Przy wodzie surowej, nie odgazowanej, powoduje to wydzielanie się dużych ilości pęcherzyków powietrza, które najpierw przyklejają się do ścianek kotła (zmniejszając tym wymianę ciepła), a następnie porywane przez przepływającą wodę przedostają się do dalszych części instalacji. Wielkość pęcherzyków jest bardzo różna, od mikropęcherzy niewidocznych gołym okiem, po drobne pęcherze powietrzne o średnicy 0,1 – 1,0 mm i większej. Tak małe wymiary powodują, że podczas przepływu przez instalację pęcherzyki dość łatwo osadzają się na powierzchni przewodów i dopiero po agregacji zaczynają migrować do najwyżej położonych punktów. Część pęcherzyków może też w warunkach obniżonej temperatury ponownie ulec rozpuszczeniu i cały proces się powtarza. 
             Usuwanie fazy gazowej w instalacji należy więc przeprowadzać możliwie wcześnie, w warunkach wysokiej temperatury, w której rozpuszczalność gazów w wodzie jest mała, a tym samym powietrze będzie występować w niej w stanie wolnym.  W praktyce, warunki takie napotkamy bezpośrednio za kotłem, jednak w miejscu tym panuje także wysokie ciśnienie  (kotły to najczęściej najniżej posadowione elementy instalacji). Na szczęście wpływ temperatury na rozpuszczalność gazów w wodzie jest znacznie większy niż wpływ ciśnienia, dlatego można przyjąć, że najdogodniejszym miejscem dla montażu separatora będzie przewód zasilający  za kotłem.
            Pojawienie się w wodzie fazy gazowej w postaci drobnych pęcherzyków to za mało aby skutecznie i szybko usunąć gaz, dlatego w separatorach powietrza korzysta się dodatkowo z dwóch zjawisk fizycznych sprzyjających oddzielaniu powietrza od wody : koalescencji i  centryfugi.
Zjawisko koalescencji (w odniesieniu do powietrza) polega na łączeniu się małych pęcherzyków powietrza w większe bąble zdolne do szybkiego przemieszczania się w wodzie. Warunkiem koniecznym do jego spełnienia jest spowolnienie przepływu wody i umieszczenie na drodze strumienia dodatkowej powierzchni absorpcyjnej na której będzie gromadzić się gaz.
Centryfuga to inna nazwa wirówki. W przemyśle spożywczym w urządzeniu tym separuje się  na zasadzie siły odśrodkowej frakcje o różnej gęstości (np. oddziela się w ten sposób śmietanę od mleka). Separatory powietrza wykorzystujące zjawisko centryfugi wprawiają wodę w ruch wirowy, podczas którego powietrze jako frakcja lżejsza  oddziela się od wody i   przedostaje do górnych, wentylowanych części urządzenia.
Poniżej omówione zostaną separatory wykorzystujące oba zjawiska fizyczne.

SEPARATORY  ODŚRODKOWE

 
                 Wykorzystują zjawisko centryfugi, dzięki stycznie położonym przyłączom (Rys. 2).  Woda wpadając do separatora wprawiana jest w ruch wirowy i wskutek siły odśrodkowej, jako medium cięższe, dociskana do ścianek urządzenia. Jednocześnie zawarte w niej powietrze, jako medium lżejsze zbiera się w osi separatora.
Stosunkowo duża średnica separatora w stosunku do średnicy instalacji powoduje, że w środkowej jego części następuje znaczne spowolnienie przepływu wody. Sprzyja to migracji pęcherzyków powietrza do górnych partii urządzenia, gdzie usuwane są następnie poprzez zwykły zawór odpowietrzający pływakowy do atmosfery.
Wydajność separatorów odśrodkowych jest ściśle związana z prędkością przepływu wody w króćcu dolotowym. Wysoką sprawność uzyskuje się tutaj dopiero przy prędkości rzędu 1,5 m/s. W praktyce, ze względu na straty ciśnienia, prędkości te są mniejsze, do 1,0 m/s.  Separatory odśrodkowe są więc skuteczne głównie przy usuwaniu z wody większych pęcherzy powietrza, w mniejszym natomiast stopniu radzą sobie z mikropęcherzami. Ogólnie jednak, ich zdolność odpowietrzająca jest wystarczająca dla typowych instalacji c.o..
 
Konstrukcje
 
            Przykładem powyższego rozwiązania jest separator odśrodkowy Flexair firmy FLAMCO (Fot. 1). W modelach o średnicy przyłącznej DN25 do DN50, separatory Flexair posiadają automatyczny odpowietrznik pływakowy Flexvent. Większe konstrukcje, od DN65 do DN150 wyposażone są w bardziej wydajny odpowietrznik Flexvent Super ( Fot. 1). 
            Separatory odśrodkowe Flexair produkowane są z przyłączem:
-          gwintowym: 1”-2”
-          spawanym: 25-150 mm
-          kołnierzowym: 65-150 mm
 Zanieczyszczenia, takie jak: piasek, zgorzele spawalnicze, produkty korozji, itp., zbierają się w dolnej części w misie separatora i po odkręceniu mosiężnego korka mogą być usunięte na zewnątrz.
odpow19.jpg
Rys. Separator powietrza odśrodkowy
 
 
SEPARATORY KOALESCENCYJNE (absorpcyjne)
 
            Wykorzystują zjawisko koalescencji pęcherzyków powietrza zachodzącej na powierzchni absorbera. Z uwagi na odmienność konstrukcji różnych producentów urządzenia powyższe zostaną omówione oddzielnie.
 
Separatory absorpcyjne firmy FLAMCO.
 
            Dla usuwania z wody powietrza w formie pęcherzy i mikropęcherzy firma FLAMCO opracowała separator absorpcyjny Flamcovent, wykorzystujący efekt pierścieniowy PALL-a. Wnętrze separatora Flamcovent wypełnione jest wykonanymi ze stali nierdzewnej, specjalnie ukształtowanymi pierścieniami , o dużej powierzchni czynnej w stosunku do zajmowanej objętości. Podczas przepływu wody przez separator duże pęcherzyki powietrza, wskutek spowolnienia prędkości przepływu, od razu unoszą się do górnych części separatora, gdzie usuwane są do atmosfery przez automatyczny odpowietrznik. Małe pęcherzyki i mikropęcherze, niezdolne do samodzielnego wypłynięcia, natrafiają na swej drodze na pierścienie PALL-a i osadzają się na ich powierzchni. Istnieje przy tym duże prawdopodobieństwo, że w te same miejsca w krótkim czasie trafi wiele mikropęcherzy i dojdzie do zjawiska koalescencji. Stopniowy wzrost objętości pęcherzy powoduje automatycznie zwiększanie się siły ich wyporu. W pewnym momencie siła ta okaże się większa od siły przyciągania, co pozwoli na ich oderwanie od pierścieni i swobodne wypłynięcie do górnej części urządzenia.
                W odróżnieniu do separatorów odśrodkowych, separatory absorpcyjne wymagają stosunkowo małej prędkości przepływu . W praktyce prędkość ta nie powinna przekraczać w króćcu dolotowym 1,5 m/s, a przy braku możliwości zapewnienia wysokiej temperatury wody  < 1,0 m/s. Na (Wykresie 2) przedstawiono spadki ciśnienia w separatorze Flamcovent dla urządzeń o różnej średnicy przyłączeniowej.
            Separatory Flamcovent wykonywane są jako:
-          mosiężne, przystosowane do połączenia gwintowego o średnicy ¾”, 1”, 5/4”, 6/4” oraz 22 mm (wersja zaciskowa),
-          stalowe o średnicy nominalnej DN50 do DN400 w wersji kołnierzowej lub spawanej.
Niezależnie od wersji wszystkie separatory Flamcovent mogą pracować w temperaturach do 120°C i przy ciśnieniu roboczym do 10 bar.
Od niedawna firma FLAMCO oferuje też zmodyfikowaną wersję powyższego urządzenia o nazwie Flamcovent Clean (Fot. 2). Urządzenie, oprócz separacji powietrza umożliwia  usuwanie z wody zanieczyszczeń i szlamu. Separator Flamcovent Clean ma bardziej rozbudowaną dolna część kadłuba, w której utworzono miniosadnik opróżniany okresowo przez zawór spustowy. Flamcovent Clean zaleca się stosować wszędzie tam, gdzie woda instalacyjna jest silnie zanieczyszczona.
odpow14.jpg
   Rys. Separator flamcovent, w środku widoczne pierścienie Palla.
 
odpow15.jpg
Fot. Pierścienie Palla
 
Separatory absorpcyjne firmy SPIROTECH
 
 
            Firma holenderska SPIROTECH oferuje urządzenia o nazwie Spirovent, w których odpowietrzanie uzyskuje się dzięki spiralnie ukształtowanej siatce z drutu miedzianego, połączonej z wewnętrznym rdzeniem, tzw. spirotuby (Rys. 5). Strumień wody przepływając przez separator uderza w spirotubę powodując zaburzenie (turbulencję). Dzięki temu, że spirotuba charakteryzuje się stosunkowo małymi oporami przepływu w kierunku poziomym a dużymi w kierunku pionowym, wznosząca się woda zostaje silnie wyhamowana, dając czas pęcherzykom na możliwość uniesienia się do komory powietrznej. Mikropęcherze osadzające się w tym czasie na siatce, dzięki zjawisku koalescencji stopniowo zwiększają swoją objętość,  odrywają się od siatki i również migrują do komory, skąd usuwane są następnie do atmosfery przez odpowietrznik pływakowy.
            Urządzenia Spirovent dostępne są w kilku wykonaniach, jako:
-          Sprirovent Junior, w wersji mosiężnej  , z przyłączem gwintowym średnicy ¾-6/4” oraz w wersji zaciskowej 22 mm,
-          Spirovent Senior, w wersji stalowej , z przyłączem spawanym lub kołnierzowym o średnicy 50-300 mm,
-          Spirovent DirtSpirovent Drain, urządzenia te oprócz funkcji separatora powietrza posiadają funkcję odmulacza. Posiadają wydłużoną dolną część, stanowiącą osadnik zanieczyszczeń. Okresowe odszlamianie umożliwia zawór spustowy. Wersja Drain wyposażona jest w osadnik ze złączem kołnierzowym, co znacznie ułatwia okresową konserwację separatora.
Wszystkie modele separatorów Spirovent mogą pracować w temperaturze do 130°C, przy ciśnieniu roboczym do 10 bar.  
               odpow17.jpg
Fot. Separatory spirovent junior po lewej i dirt po prawej.
 
odpow18.jpg
Spirotuba
 
odpow21.jpg
 
MONTAŻ SEPARATORÓW POWIETRZA
 
 
            Prawidłowe, a tym samym skuteczne działanie separatora wymaga spełnienia dwóch warunków w miejscu jego montażu:
1.      wysokiej temperatury
2.      niskiego ciśnienia.
Pierwszy z powyższych warunków determinuje montaż separatorów w bezpośredniej bliskości kotła. W praktyce montaż odbywa się tutaj najczęściej na przewodzie zasilającym, bezpośrednio za kotłem, ale:
-          przed pompą obiegową (jeśli pompa jest na zasileniu),
-          za zaworem mieszającym .
Zapewnienie niskiego ciśnienia w instalacji ma sens głównie w układach chłodzących, gdzie ciśnienie czynnika ma większy wpływ na rozpuszczalność powietrza w wodzie niż temperatura.  W instalacjach chłodniczych separatory powietrza należy umieszczać zawsze przed pompą obiegową i wężownicą chłodnicy, bowiem tam panuje najwyższa temperatura.  Maksymalna wysokość ciśnienia statycznego w miejscu podłączenia separatora zależy od jego budowy i wynosi:
-          15 m dla separatorów Spirovent 
-          30 m dla separatorów Flamcovent .
W budynkach o większej wysokości zaleca się umieszczać chłodnicę na ostatniej kondygnacji lub stosować dodatkowe, pośrednie odpowietrzanie na wszystkich kondygnacjach nie spełniających ww. wymogów.
 
 
 

 

 

 

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});