О котлах отопления Оплата Доставка Гарантия Монтаж Контакты
"Teplo-souz.ru"
оборудование для отопления и водоснабжения вашего дома
Котлы отопления Корзина
Преимущества и слабые стороны чугунных теплообменников в котлах отопления.

КАТАЛОГ


Консультация


8(909) 980-8860
















Преимущества и «слабые стороны» чугунных теплообменников отопительных котлов.

Теплообменник — один из важнейших элементов в котлах отопления. Как понятно из названия, он предназначен для передачи тепла. В первичных теплообменниках тепло, образованное в результате сгорания газов, передается теплоносителю контура отопления, если же тепло от нагретого теплоносителя контура отопления необходимо передать воде контура горячего водоснабжения, то для этих целей служат вторичные теплообменники. В современных котлах отопления устанавливаются теплообменники, изготовленные из чугуна, стали или меди. В этой статье мы оценим положительные и отрицательные качества, а также конструктивные особенности чугунных теплообменников.

Чугун представляет собой многокомпонентный сплав на основе железа и углерода. Из него изготавливают первичные теплообменники в напольных котлах. Чугунные котлы, как правило, одноконтурные. Для изготовления теплообменников обычно используют серый чугун. Свое название он получил благодаря цвету излома. Дело в том, что в расплавленном чугуне углерод находится в растворенном состоянии и равномерно распределяется по всей массе расплава, а затем при медленном охлаждении расплавленного чугуна часть углерода выделяется в виде пластинок графита, что придает излому отливок серый цвет. Заметим, что чем крупнее включения графита, тем ниже прочность чугуна. Содержание углерода в сером чугуне, используемом для изготовления теплообменников, — 3,2–3,5 %. Наличие графита делает чугун довольно хрупким. Сильные механические (в результате неосторожного обращения с котлом) и термические удары (резкие перепады температур, имеющие место, например, при попадании в неостывший теплообменник холодной воды во время подпитки) могут привести к образованию трещин и последующей разгерметизации теплообменника. По той же причине следует избегать значительной разницы температур между подающей и обратной линиями. Чтобы поддерживать необходимую температуры воды на входе чугунного котла, следует предусмотреть байпасную линию между подающей и обратными магистралями с трех- либо четырехходовым смесителем или насосом.

Некоторые производители поставляют котлы с уже встроенной в котел системой предварительного смешивания холодного теплоносителя из обратной линии с нагретым. При частой подпитке водой с высокой жесткостью внутри котла образуется накипь, которая приводит к локальному перегреву участков теплообменника и опять-таки к появлению микротрещин. Наличие графитовых вкраплений в чугуне имеет, однако, и положительные стороны. Так, благодаря микропустотам, заполненным графитом, чугун хорошо гасит вибрации и имеет повышенную циклическую вязкость (трещиностойкость при циклических нагрузках). Детали, отлитые из чугуна, нечувствительны к внешним концентраторам напряжений (выточки, отверстия, переходы в сечениях), поэтому форма теплообменника может быть более рельефной, а это увеличивает поверхность теплообмена. Кроме углерода, в сером чугуне всегда содержатся и другие элементы. Важнейшие из них — кремний (1,9–2,5 %), марганец (0,5–0,8 %), фосфор (0,1–0,3 %), сера (< 0,12 %). Примеси оказывают влияние на качество чугуна. Так, кремний, способствуя выделению углерода в виде графита (графитизации), улучшает литейные свойства чугуна и понижает его твердость. Марганец препятствует графитизации и тем самым увеличивает прочность чугуна, способствует отбелу (образованию цементита), часть марганца соединяется с серой. Вместе с тем, если содержание марганца превышает 1,2 %, увеличивается усадка чугуна и повышается его хрупкость. Фосфор увеличивает жидкотекучесть чугуна и повышает его хрупкость. Для высокопрочных отливок, подвергающихся ударам, содержание фосфора должно быть не выше 0,15 %. Сера тормозит выделение графита, увеличивает усадку и хрупкость чугуна, а также уменьшает стойкость чугуна к коррозии. В качестве сырья для литья используются железная руда и железный лом (вторичное литье). Чистота и качество чугуна во многом определяются именно содержанием лома. Отливка производится в формы, сделанные из спеченного синтетического песка.

В стремлении найти оптимальное соотношение между прочностью и пластичностью каждый производитель отопительных котлов разрабатывает свой уникальный состав сплава, основываясь на достижениях металлургической промышленности, результатах собственных испытаний, а также финансовых возможностях завода и потенциальных покупателей. Конечной целью является, естественно, улучшение эксплуатационных характеристик и увеличение срока службы выпускаемой продукции. Одним из самых распространенных серых чугунов является GG20, его российский аналог — СЧ-20 по ГОСТ 1412–85 (число «20» в маркировке чугуна обозначает величину минимального временного сопротивления при растяжении, измеряемом в МПа ×10–1). Современные марки серого чугуна обладают повышенной пластичностью, большей однородностью структуры, а также высокой сопротивляемостью коррозии и перепадам температур, что существенно увеличивает их эксплуатационный ресурс. Изготовленные из них теплообменники способны прослужить 30–50 лет.

Одной из важных особенностей чугуна является его свойство образовывать эвтектику (от греческого «e-utektos» — легко плавящийся). Смысл этого явления заключается в том, что при определенном уровне содержании углерода (и других примесей) в сплаве температура плавления чугуна снижается и становится меньше, чем температура плавления железа и углерода как по отдельности, так и их комбинации в любой пропорции. Это качество чугуна обеспечивает его однородность при переходе из жидкого состояния в твердое после отливки. Для справки: температура плавления чугуна составляет примерно 1200 °С, железа — 1539 °С, углерода — 3500 °С. А значит, производители, утверждающие, что разработали особый чугун, являющийся эвтектическим, немного лукавят. Любой серый чугун по определению является эвтектической системой. Что же касается самого понятия «эвтектический чугун», то в соответствии с научной терминологией серый чугун в зависимости от содержания углерода называется доэвтектическим (2,14–4,3 % углерода), эвтектическим (4,3 %) или заэвтектическим (4,3–6,67 %). Отличие до- и заэвтектических сплавов от чистого эвтектического состоит в том, что к началу эвтектической кристаллизации кроме эвтектической жидкости имеются еще и первичные кристаллы. Поскольку используемый для изготовления теплообменников чугун содержит, как уже упоминалось ранее, от 3,2 до 3,5 % углерода, то правильнее будет называть его «доэвтектическим». Производители просто хотят подчеркнуть, что им удалось подобрать очень хороший состав сплава, кристаллизующийся при более низкой температуре, чем у большинства других производителей и имеющий при этом хорошую однородную структуру. Поскольку речь зашла о терминах, хотелось бы остановиться и на таком понятии, как «высокопрочный чугун». Называть серый чугун «высокопрочным» некорректно, поскольку высокопрочный чугун — это отдельный вид чугуна с графитовыми включениями шарообразной формы. Серый же чугун, как мы помним, имеет в своем составе пластинчатый графит.

Заметим, что существует еще и третий вид чугуна — белый, содержащий хлопьевидный графит и использующийся для ковки. При изготовлении теплообменников практически никогда не используют сварные конструкции из чугуна. Сварочный нагрев и последующее охлаждение настолько изменяют структуру и свойства чугуна в зоне расплавления и околошовной зоне, что получить сварные соединения без дефектов с необходимым уровнем свойств оказывается весьма затруднительно. Поэтому чугун относится к материалам, обладающим плохой технологической свариваемостью. Вместе с тем серый чугун характеризуется высокими литейными свойствами (низкая температура кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка), поэтому теплообменники из данного материала изготавливаются методом литья. Отливают их, как правило, не целиком, а отдельными полыми кольцеобразными секциями одинаковой мощности, которые потом стягивают болтами или нанизывают на длинный стержень. Герметичность обеспечиватся за счет уплотнителя, в качестве которого могут использоваться специальный шнур, силиконовая мастика и т.д. Внутренние полости секций профилированы, тем самым обеспечиваются большая площадь теплообмена при небольших габаритах, снижение скорости прохода продуктов сгорания (за счет турбулизации) и исключение напряжений, которые могут возникнуть из-за значительного перепада температур между различными участками конструкции. На внешней, соприкасающейся с дымовыми газами поверхности секции отливают круглые, прямоугольные или квадратные выступы. Расположенные в шахматном порядке, они образуют дымоходный канал сложной формы. Увеличение площади теплообмена и создание турбулентности в движении дымовых газов способствует увеличению теплообмена. Современные чугунные теплообменники делают многоходовыми (в основном с тремя, реже — с двумя или четырьмя проходами дымовых газов), что позволяет достичь высокой эффективности и снизить выбросы вредных веществ в атмосферу. Собранные вместе, секции образуют камеру сгорания и несколько каналов для дымовых газов. Иногда в эти каналы помещают дополнительные турбулизаторы из нержавеющей стали. Конструируя секции, производители котлов имеют возможность реализовать довольно сложные схемы движения дымовых газов, в том числе такие, в которых газы проходят одновременно по двум и более параллельным каналам.

Существуют модели чугунных котлов отопления, которые оборудованы двумя отдельными котельными блоками, размещенными в од ном корпусе. При этом каждый блок оснащен отдельной горелкой и отдельным теплообменником, а подающая и обратная магистрали у них общие. В результате получается, фактически, каскад из двух котлов. Важную роль играет теплоизоляция теплообменника, направленная на то, чтобы как можно больше тепла было передано теплоносителю и как можно меньше — воздуху в котельной. Секционная конструкция является оптимальной с точки зрения особенностей чугуна. Основные ее преимущества таковы: внутри здания значительно легче перемещать отдельные секции котла, чем котел в сборе, что немаловажно, если учесть существенный вес чугунных теплообменников; секционный котел можно перевозить, а также заносить через узкие дверные проемы и по лестницам в разобранном виде, а собирать непосредственно на месте установки; отпадает необходимость в замене отливочной формы и перенастройке линии на заводе при производстве теплообменников разных мощностей — ведь требуемая мощность достигается добавлением секций; при разгерметизации или появлении деформаций не требуется замены всего теплообменника — достаточно заменить дефектные секции; очистка секционного теплообменника проходит быстрее, проще и эффективнее, что имеет большое значение, поскольку проводить ее нужно регулярно — ведь из-за загрязнения поверхности теплообменника сажей и копотью, а также отложения солей жесткости и грязи на внутренней поверхности змеевика существенно уменьшается теплопроводность стенок теплообменника и затрудняется циркуляция теплоносителя, а следовательно, снижается теплообмен (по этой причине при введении котла в эксплуатацию обязательным условием является наличие фильтра в системе отопления и ГВС); за счет подвижности секций друг относительно друга сборная чугунная конструкция позволяет немного компенсировать отсутствие упругости, одновременно с этим графит, содержащийся в чугуне, обеспечивает высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрациях деталей и дополнительную смазку поверхностей трения. Одно из положительных качеств чугуна — высокая коррозийная стойкость, обусловленная интересным свойством: в процессе эксплуатации поверхность чугунной топки покрывается так называемой сухой ржавчиной, из-за которой в дальнейшем коррозия практически прекращается.

Эта особенность придает чугунным теплообменникам устойчивость к воздействию пламени горелки и агрессивного конденсата, образующегося в начальные моменты периодического запуска отопительного котла. Скорость коррозии чугуна в воде и кислотах (а конденсат представляет собой раствор угольной и серной кислот) в 1,5–2 раза меньше, чем у стали. Например, ежедневная коррозия чугуна в 10 % растворе серной кислоты составляет 702 г/м2, в дистиллированной воде — 5,51 г/м2 (у стали эти показатели равны 1474 и 6,15 г/м2 соответственно). Все это позволяет эксплуатировать чугунные котлы даже в низкотемпературных режимах (температура обратной линии ниже 55 °С), когда конденсат образуется регулярно. Для повышения надежности своих котлов некоторые производители применяют двухслойные конструкции (чугун + сталь), препятствующие образованию конденсата. Котлы с чугунным теплообменником обладают хорошей теплоаккумулирующей способностью и большой тепловой инерционностью, благодаря чему на поддержание достаточного уровня тепла требуется меньше топлива. Казалось бы, это, несомненно положительное качество. Однако у высокой тепловой инерционности есть и оборотная сторона. Действительно, если на улице потеплело, и автоматика отреагировала на это, изменив режим работы горелки, то теплообменник из-за своей массы еще долгое время (2–3 часа) будет оставаться горячим, продолжая нагревать теплоноситель и помещение. Поэтому для котла с чугунным теплообменником следует выбирать автоматику, способную реагировать на изменение температуры заблаговременно (заранее включать котел, выключать насосы через определенное время после выключения горелки и т.д.). Серый чугун используется для изготовления напольных котлов отопления средней ценовой категории мощностью до нескольких мегаватт. Котлы большой мощности обычно все же изготавливают из стали: из-за значительного веса чугунный котел малотранспортабелен, кроме того, для него требуется усиленный пол или фундамент. По той же причине не используется чугун и для изготовления настенных котлов чугун: они слишком тяжелы для монтажа на стене. При проектировании котельной необходимо учесть вес котла, чтобы пол в котельной смог выдержать нагрузку.
 


 
Каталог@Mail.ru - каталог ресурсов интернетЯндекс цитированияРейтинг@Mail.ru