Údržba výměníku a doporučení k údržbě

... aneb 3 zaručené způsoby, jak (ne)zlikvidovat výměník

Deskový výměník má v optimálních případech životnost i desítky let. Ne vždy, ale vydrží takovou dobu a ne vždy za tím stojí přirozené opotřebení výměníku. V tomto článku vám odhlalíme 3 případy, kdy dochází k nenávratnému poškození výměníku.

• Zanášením
• Korozí
• Mechanickým poškozením

a také několik doporučení pro vás, jak prodloužit životnost deskového výměníku.

Jak funguje deskový výměník

Výměník funguje na principu výměny tepla mezi dvěma médii (kapalinami).

k tomu dochází přes desky uvnitř výměníku, desky mají vroubkovitý tvar a vytváří mezi sebou kanály, kterými protíkají média (kapaliny)

1. Zanášení výměníku

Proces zanášení chápeme jako soustavné usazování pevných částic nečistot na deskách výměníku. Největším nepřítelem v zanášení je všem známý vodní kámen. Vodní kámen, nebo-li uhličitan vápenatý vzníká za příznivých podmínek z tvrdé vody.

Míra vzniku vodního kamene je ovlivněna:

• Tvrdostí vody (čím tvrdší, tím více jej vzniká)
• Optimální teplotou (mezi 50 až 100 °C)
• Nekonzistentí teploty v systému (soustavné ohřívání a ochlazování)

Dle míry tvdosti vody jsou tedy ve výměníku velice příznivé podmínky pro tvorbu vodního kamene.

zde je vidět "odlitek" vodního kamene, který vznikl během provozu mezi deskami výměníku. V tomto případě již bylo na záchanu výměníku pozdě, jelikož došlo k úplnému zacpání kanálů

Vodní kámen je tedy nejčastější příčinou zanášení výměníku. Dominuje především v běžných aplikacích jako je ohřev teplé vody. Existuje však mnoho dalších aplikací (zejména průmyslových), kdy v médiu dominují jiné nečistoty a kaly.

Vliv zanešení na výkon výměníku

Pouze 0,1mm zanešení desky (což je velikost, která je ztěží viditelná lidským okem) způsobí snížení účinnosti přenosu tepla o 30 %.

    
v následujícím grafu lze vidět schéma desky a znázornění účinosti předání tepla přes čistou desku (vlevo) a desku zanesenou 0,1mm filtrem (v pravo)

A jak se reálně projeví toto snížení účinnosti?

To záleží především na regulaci celého systému. Výměník bývá klíčovým členem předávacích stanic i kotelen, ale nikdy není prvkem řídícím. Podle toho, jak je systém zaregulován, může dojít k následujícím případům:

1. V důsledku poklesu účinnosti klesne teplota teplé vody nebo vytápění.
   
   
2. Řídící člen reaguje navýšením zdroje tepla, aby pomohl výměníku se sníženou účinností. Reálně tak navyšuje výkon kotle nebo pouští do výměníku více vody z horkovodu.

V obou případech tak čelíme ztrátě účinnosti nebo zdrojů.

Dalším rizikem spojeným se zanášením výměníku je hrozba úplného zanesení. V takovém případě již v kanálech nedochází k žádnému průtoku a výměník není možné ani vyčistit (nejedná-li se ovšem o výměník skládaný, který lze rozebrat).

2. Koroze výměníku

Ke korozi výměníku (respektive měděné pájky mezi deskami) dochází vlivem obsahu nepříznivých látek v médiu (kapalině). Voda se v různých regionech výrazně liší a obsahuje různé množství látek a minerálů. Výskyt některých takových látek způsobuje korozi a dokonce i případné vyplavování mědi z výměníku.

Dalo by se říci, že existují regiony, které na výskyt těchto látek vyloženě trpí a výměníky zde korodují až ve velice krátkých cyklech. K tomu dochází pouze u otevřených systémů, kde není možné vodu upravovat, jako jsou třeba systémy ohřevu teplé vody. V případě vytápění dochází zpravidla k úpravě vody, která je do systému napuštěna, aby nebyla v systému agresivní.

Problém je však řešitelný, a to zvolením správné konstrukce výměníku. Řešením je zvolit buď výměník skládaný nebo celonerezový, u obou konstrukcí nedochází ke korozi měděné pájky, jelikož ji neobsahují. Skládaný výměník je spojen šroubovými spoji a mezi deskami vyplňuje prostor pryžové těsnění. Celonerezový je vyroben z nerezových desek pájených patentovanou pastou AlfaFusion. Skládaný výměník se obvykle nenavrhuje na vyšší tlaky (od cca 10-16 bar) a teploty (od cca 100 °C). Nad těmito hranicemi se doporučuje celonerezový výměník AlfaNova.

     
na obrázcích jsou vidět dva výměníky, které přestaly fungovat v důsledku rozsáhlé koroze mědi

A jaká voda je pro výměník ta správná?

Na tomto odkaze naleznete Obecné požadavky na technologická média, která požaduje pro svá zařízení švédský výrobce výměníků Alfa Laval.

3. Mechanické poškození výměníku

Když pomineme případy, kdy je výměník instalován v nesouladu s instalačním návodem, setkáváme se často se situací, kdy jsou výměníky vystavovány přílišným teplotním a tlakovým rázům. Ty jsou způsobeny špatnou regulací systému, zpravidla špatným navržením regulačních řídících prvků.

Reálně tak systém soustavně a cyklicky nabíhá a vypíná. Tím způsobuje cyklické namáhání ve výměníku, které vede k jeho poškození. Můžete si to představit jako takový "crashtest" v reálném provozu.

Pokud deskový výměník přestane fungovat již po pár měsících / letech provozu, nejpravděpodobnější příčinou bude právě poškození v důsledku teplotních a tlakových rázů.

Doporučení

Měření tvrdosti vody

Doporučujeme provést (nejlépe před výstavbou systému) rozbor tvrdosti vody. Ten vás může připravit na větší výskyt vodního kamene. Můžeme tak nastavit intenzivnější plán čištění deskového výměníku, který bude mít za následek jistotu maximální účinnosti výměníku po celou jeho životnost. Současně předejdeme situaci, kdy by zanešení způsobilo nenávratné poškození výměníku. Pro větší obecný přehled o výskytu tvrdé vody si prohlédněte následující mapu tvrdosti vody v ČR.

I my máme zkušenosti s některými konkrétními zákazníky v kritických oblastech.

Mapa tvrdosti vody v ČR | zdroj:https://www.cistavoda.cz/

Volba správné konstrukce výměníku

Podle typu aplikace se navrhují různé typy konstrukce. Nejčastějšími typy jsou výměníky mědí pájené, celonerezové a skládané. Existují i další méně časté konstrukce pro speciální aplikace. Nejčastějším výměníkem pro běžné aplikace vytápění a ohřevu teplé vody je mědí pájený výměník. Ten je současně i nejméně nákladný na pořízení. Pokud je výměník instalován v nehostinných podmínkách v souvislosti s výše zmíněnými body, měli byste zvážit volbu výměníku jiné konstrukce. Skládaný výměník je odolnější po stránce koroze, celonerezový výměník je odolnější po stránce koroze a "fyzické" odolnosti.

Nahrazení výměníku po krátké době provozu

Výměník má životnost v lepších případech i desítky let. V případě, že výměník přestane fungovat již po krátké době provozu, tak je něco špatně. Nedoporučujeme tedy výměník v takových případech hned nahrazovat novým tzv. kus za kus. Nový výměník bude totiž vystaven stejným podmínkám a životnost bude srovnatelná s jeho předchůdcem. Zde je třeba odhalit pravý důvod selhání původního výměníku a zajistit, aby se to již neopakovalo.

Způsoby, jak ověřit stav zanešení výměníku

Existuje nepřeberné množství metod a zařízení, které dokáží monitorovat kondici deskových výměníků. Ukažme si 2 spolehlivé a jednoduché možnosti, jak detekovat zanešení a ověřit stav výměníku. Tyto techniky jsou velmi jednoduché a zvládne je každý.

1. Termokamerou - Tento způsob se provádí přímo za plného provozu výměníku. Kapalina ve výměníku vždy proudí cestou nejmenšího odporu. Tím dochází k tomu, že průtok na první desce bude vždy o něco vyšší, než na poslední desce. (Výjimku tvoří případy, kdy má výměník kombinované typy kanálů.) V případě, že dochází k zanášení výměníku, děje se tak zpravidla od poslední desky směrem k hrdlům. Vyšší průtok napomáhá k vytváření turbulentního proudění a výměník získává samočistící schopnost (viz obrázek níže vpravo). V praxi to znamená, že pokud bude výměník již z části zanešený, bude na posledních deskách podstatně menší účinnost předání tepla a bude logicky chladnější.
   
   
2. Změření objemu - Tento způsob lze provádět pouze u odstaveného výměníku, který je demontován. Jednoduše naplníme výměník vodou, dokud nebude plný. Následně všechnu vodu vylijeme a změříme objem vylité kapaliny. Každý výměník má jasně daný objem, který je buď uvedený na štítku nebo ho lze snadno vypočíst z veřejných údajů na internetu. Chybějící objem zahrnuje množství nečistot ve výměníku.

  
na obrázcích vidíme výměník, který je zkoumán termokamerou, v tomto případě se jedná o výměník, který je již z velké části zanešený (na zadních deskách); obrázek vpravo ilustruje, že k většímu zanášení dochází na desce s nižším průtokem

Asymetrické kanály

V případě, že výměník pracuje se znatelně rozdílnými průtoky na primární a sekundární straně, zpravidla je strana s menším průtokem daleko náchylnější na zanášení. Nevzniká v ní dostatečná tlaková ztráta a výměník na této straně nemá samočistící schopnost. Řešením je použít výměník, který má asymetrické kanály. Ty mají pro jednu stranu větší objem než pro druhou. Výměník je logicky i o něco menší. 

Více o asymetrických kanálech si můžete přečíst v jednom ze starších článků.

ilustrace představující rozdílný průtok v kanálech symetrických a asymetrických

Autorizovaný servis = originální díly

Velice důležitá rada ohledně skládaných výměníků. Ty se v rámci servisu nečistí chemií, ale rozebírají se a každá deska je ručně očištěna. Většinou je potřeba i vyměnit těsnění, a zde vás právě musíme varovat. Na trhu existují totiž neoriginální těsnění, která se na první pohled mohou zdát levnější. Když ale vydělíte cenu životností těsnění, už tak výhodné nejsou. A když započtete práci servisu (která bývá často i vyšší než samotné těsnění), dojdete k závěru, že lepší je provést servis jednou za delší časový cyklus s originálními díly. Důležité je, obracet se na servisní partnery, které tyto značky zastupují a uvidíte u nich logo autorizovaného servisu viz níže. Neobracejte se tedy na první velkoobchod a zaměřte se raději na výrobce výměníku.

    
na grafu lze vidět srovnání těsnosti těsnění originálního a jednotlivých dodavatelů neoriginálního; jedná se o hodnoty naměřené v laboratořích Alfa Laval; uprostřed vidíme slide z prezentace, která se věnovala analýze neoriginálního těsnění; vpravo vidíme, jak vypadá logo označující autorizovaný servis

Tlaková ztráta

Tlaková ztráta je hodnota, která udává množství tlaku (zpravidla v kPa), který kapalina ztratí průtokem výměníku. Tento údaj je důležitý především při projektování systému, jelikož se podle tlakové ztráty v celém oběhu volí parametry čerpadla. Obvykle jste u výměníku raději za nižší tlakové ztráty, protože průtokem přes výměník zratíte méně tlaku a tak vám stačí slabší čerpadlo. Pro výměník v provozu to ovšem tak výhodné není, protože čím větší je tlaková ztráta, tím více dochází k turbulentnímu proudění v kanálech. Turbulentní proudění způsobuje vyplavování nečistot a výměník má tak "samočistící" schopnost přímo v provozu. Obecně platí, že čím větší průtok, tím větší tlaková ztráta. Výměníku tak trochu paradoxně mohou vyhovovat špičkové zatížení.

Zajištění správné regulace

Jak bylo zmíněno, pro výměník je důležité, aby pracoval pokud možno co nejkonzistentněji po stránce tlaků a teplot. Pokud výkyvy těchto hodnot budou příliš časté a rázné, bude výměník vystaven vysokému mechanickému namáhání a pnutí. V praxi to znamená, aby i regulační prvky fungovali konzistentně, byly správně nadimenzovány a měli v systému dostatečnou autoritu.

Poraďte se s námi:

Servis výměníků | Návrh výměníků | E-shop | Ostatní články | Celonerezové výměníky | Skládané výměníky | Mědí pájené výměníky