Woda kotłowa i instalacyjna

Woda grzewcza stanowi mieszaninę substancji rozpuszczonych, które mogą wchodzić w reakcję ze sobą nawzajem oraz z elementami instalacji, czemu dodatkowo sprzyjają wysokie wartości temperatury i ciśnienia. Wśród głównych problemów związanych z nieprawidłową jakością wody wymienia się:

• korozję prowadzącą do uszkodzenia lub awarii elementów instalacji – rur, wymienników, komponentów kotła;
• uszkodzenie pomp spowodowane zanieczyszczeniami – chodzi zarówno o osadzanie się zanieczyszczeń, jak i (w przypadku obecności jonów metali) korozję elektrochemiczną;
• pogorszenie warunków przepływu w przewodach i wymiennikach, na których ściankach osadza się kamień kotłowy – zmniejszenie przekroju i wzrost oporu przepływu, zmniejszona wymiana ciepła, wtórne warunki korozji;
• nieprawidłowe działanie zaworów, w których gromadzą się zanieczyszczenia, powodujące problemy z regulacją i przecieki.

Jakość wody i materiały instalacji

Skład wody grzewczej zależy od parametrów jej ujęcia oraz od sposobów uzdatniania. Zasadniczo każda instalacja powinna być traktowana indywidualnie pod względem odpowiedniego uzdatniania wody instalacyjnej. Dopuszczalne parametry wody grzewczej i sposoby ochrony instalacji wskazuje dokumentacja techniczna dla danego źródła ciepła, np. kotła grzewczego lub pompy ciepła, która jest przygotowywana przez producenta. Ogólnie rzecz ujmując, woda powinna być uzdatniona tak, by nie powodowała tworzenia się kamienia kotłowego i nie była korozyjna w stosunku do urządzeń, z którymi pozostaje w kontakcie, a także miała zredukowaną ilość tlenu, który przyspiesza korozję.

O jakości wody w instalacjach grzewczych mówią normy:

• PN-C-04607:1993 Woda w instalacjach ogrzewania. Wymagania i badania dotyczące jakości wody – ma ona co prawda status normy wycofanej, ale wciąż jest powołana w załączniku do rozporządzenia w sprawie warunków technicznych i tym samym jej stosowanie jest obowiązkowe.
• PN-85/C-04601 Woda do celów energetycznych. Wymagania i badania jakości wody dla kotłów wodnych i zamkniętych obiegów ciepłowniczych.
• PN-EN 12952-12 Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze. Część 12: Wymagania dotyczące jakości wody zasilającej i wody kotłowej.

Znajdują one zastosowanie nie tylko dla wody instalacyjnej (obiegowej), ale też przy eksploatacji instalacji ze źródłem, dla którego producent nie określił wymagań odnośnie do jakości wody zasilającej.

Na jakość wody zasilającej źródło ciepła i wody obiegowej ma wpływ także skład wody uzupełniającej straty w instalacjach. Parametry wody uzupełniającej w ilości powyżej 5 m³/h sformułowane są jednoznacznie w normie PN-85/C-04601 (tabela 1). Analizując wartości zawarte w normie, można uogólnić, że do kotłów wodnych oraz zamkniętych obiegów ciepłowniczych powinna być stosowana woda zdemineralizowana lub pozbawiona roztworów soli (odsolona).

Woda niespełniająca wymagań producenta lub normatywnych powinna być poddana procesom uzdatniania.

Zapobieganie korozji

Normatywnym wskaźnikiem korozyjności wody są jony siarczanowe (SO₄²) i chlorkowe (Cl^–). Jeśli przekroczona jest graniczna, wskazana w normie PN-C-04607:1993 zawartość tych wskaźników (tabela 2), zalecane jest stosowanie inhibitorów (blokerów) korozji – środków chemicznych aplikowanych do instalacji grzewczej celowo, by zdezaktywować substancje agresywne powodujące korozję. Zgodnie z normą muszą one być dopuszczone do stosowania przez upoważnioną instytucję – obecnie Instytut Techniki Budowlanej.

Rolą inhibitorów jest zapobieganie korozji, nie są one natomiast przeznaczone do czyszczenia czy „naprawiania” instalacji. Inhibitory aplikuje się według indywidualnych ustaleń, zgodnie z zaleceniami producenta dotyczącymi dawki. Ważne jest przestrzeganie zasady, że inhibitor musi być w instalacji stale obecny – konieczne jest więc jego stałe uzupełnianie. Zaleca się regularne badanie stężenia inhibitora w wodzie grzewczej za pomocą testera stężenia. Wartość stężenia inhibitora w wodzie kotłowej i obiegowej nie jest unormowana – oczekiwaną wartość wskazuje jego producent.

Na rynku dostępne są inhibitory działające według różnych mechanizmów (anodowe i katodowe). Często stosuje się inhibitory mieszane, dzięki czemu efekt antykorozyjny jest spotęgowany:

• anodowe (pasywacyjne) inhibitory korozji działają na powierzchni chronionego materiału. W reakcji z tlenem rozpuszczonym w wodzie tworzą na tej powierzchni pasywacyjną warstwę tlenków – jest to warstwa chroniąca przed korozyjnym działaniem wody. Stosuje się m.in. chromiany i dwuchromiany (do obiegów zamkniętych), azotany, polifosforany i krzemiany;
• katodowe (precypitacyjne) inhibitory korozji powodują wytrącenie substancji korozyjnych do nierozpuszczalnych osadów wodorotlenków lub węglanów. Stosuje się m.in. sole zawierające jony magnezu, wapnia, cynku lub manganu.

Zapobieganie tworzeniu kamienia kotłowego

Kamień kotłowy jest osadzoną na elementach instalacji grzewczej warstwą nierozpuszczalnych osadów soli powstających głównie z wodorowęglanów i jonów, których zawartość ma wpływ na wartość twardości ogólnej: Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺ i Mn²⁺. Dlatego w normach dotyczących wody grzewczej twardość jest jednym z najważniejszych wskaźników jej jakości.

Osad powoduje zmniejszenie przekroju i wzrost oporów przepływu, pogorszenie własności elementów wymieniających ciepło oraz sprawności zaworów. Aby zapobiegać kamieniowi kotłowemu, stosuje się różne metody zmiękczania bądź demineralizacji wody, prowadzące do eliminacji z wody substancji składających się na twardość wody (jonów metali) oraz jonów węglowodorowych, które wraz z nimi tworzą nierozpuszczalne osady.

Metodą chętnie stosowaną jest fizyczne oddziaływanie pola magnetycznego na jony metali. Stosuje się tzw. magnetyzery – są to odcinki rur wyposażone w stos magnetyczny magnesów stałych, który powoduje naładowanie elektryczne cząsteczek wody. Ujemnie naładowane cząsteczki wody przyciągają jony Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺ i Mn²⁺. Ponieważ mają one dość dużą siłę elektrostatyczną, do pewnego stopnia wypłukują jony także z już istniejących złogów kamienia.

Jeśli chodzi o metody chemiczne, stosowana jest dekarbonizacja (usuwanie twardości węglanowej) za pomocą dawki wapna zależnej od faktycznego wskaźnika twardości; skuteczne, choć dość kosztowne strącanie fosforanowe, którego produktem jest zawiesina w postaci mułu wymagająca usunięcia w odmulniku; w procesie wymiany jonowej, w której istotna jest wymiana na odpowiednim kationicie jonów wapnia i magnezu na jony sodu lub w procesie wymiany membranowej (dwie ostatnie metody są stosowane raczej w przypadku większych instalacji kotłowych). Na rynku dostępne są gotowe preparaty zapobiegające powstawaniu kamienia kotłowego, w tym łączące metody dekarbonizacyjne i strąceniowe.

Separacja zawiesin

Istotnym wskaźnikiem jakości wody są również zawiesiny, które mogą być obecne w wodzie surowej, a także powstawać w wyniku usuwania niepożądanych substancji. Muszą zostać one usunięte na przewodzie powrotnym przed źródłem ciepła, żeby nie uszkodzić wymiennika ciepła czy pompy obiegowej. Zawiesiny usuwa się metodami mechanicznymi, wspomaganymi przez dodatkowe procesy fizyczne, takie jak oddziaływanie pola magnetycznego. Stosowane są filtry siatkowe o odpowiednim oczku siatki do zatrzymywania większych zanieczyszczeń oraz separatory zanieczyszczeń.

Separatory przeznaczone są do usuwania zanieczyszczeń mechanicznych, takich jak drobne cząstki piasku czy produkty korozji, w tym zanieczyszczenia ferromagnetyczne. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu pierścienia magnetycznego z wykorzystaniem magnesu neodymowego. Dzięki połączeniu filtracji, osadzania grawitacyjnego i oddziaływania pola magnetycznego zawiesiny gromadzone są w komorze, z której usuwa się je poprzez zawór spustowy, do którego podłącza się wąż upustowy.

Do usuwania zawiesin producenci proponują także rozwiązania kompaktowe, przeznaczone przede wszystkim do zastosowań domowych i bezpośredniej ochrony kotła. Takie urządzenia nie wymagają dużej przestrzeni montażowej, są estetyczne (dzięki czemu mogą być zamontowane w pomieszczeniach ogólnodostępnych) oraz łatwe w montażu i obsłudze.

Możliwości rynkowe

Aktualna oferta rynkowa zarówno środków chemicznych, jak i urządzeń wykorzystujących procesy fizyczne pozwala na skuteczne oczyszczenie wody nawet o stosunkowo niekorzystnych parametrach. Rozwiązanie powinno być odpowiednio dobrane do wyjściowej jakości wody, a także prawidłowo zastosowane (zamontowane lub aplikowane) i eksploatowane, tak by zapewniało odpowiednią jakość wody w sposób ciągły.

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75, poz. 690, z późn. zm.).
2. PN-C-04607:1993 Woda w instalacjach ogrzewania. Wymagania i badania dotyczące jakości wody.
3. PN-85/C-04601 Woda do celów energetycznych. Wymagania i badania jakości wody dla kotłów wodnych i zamkniętych obiegów ciepłowniczych.
4. PN-EN 12952-12 Kotły wodnorurowe i urządzenia pomocnicze. Część 12: Wymagania dotyczące jakości wody zasilającej i wody kotłowej.
5. Górecki Andrzej, Korozyjność wody wodociągowej a materiał instalacji, „Rynek Instalacyjny” nr 9/2011, www.rynekinstalacyjny.pl.
6. Górecki Andrzej, Trwałość instalacji centralnego ogrzewania, „Rynek Instalacyjny” nr 9/2009, www.rynekinstalacyjny.pl.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!