Transcript Köldbärarlaget nr 4 (pdf)

* KÖLDBÄRARLAGET *
Utgåva 4 (Draft)
ABS
Temper Tech.
FLYGT
GRUNDFOS
HYDRO
Kylma
MBS-nordic
WILO
Slutna kylsystem, korrosion
och kontroll & skötsel.
Policy
Köldbärarlaget är en ideell sammanslutning som skall
•
•
•
•
Verka för ökad förståelse för köldbärarsystem.
Verka för energi- och miljöriktiga köldbärarsystem.
Vara oberoende av kommersiella intressen.
Vara drivande för optimala lösningar (t.ex. med hjälp av LCC) i
samverkan med extern sakkunskap.
Innehåll
Slutet, avluftat köldbärarsystem ………………………………….
3
Korrosion i köldbärarsystem ……………………………………...
6
Kontroll & Skötsel ………………………………………………:...
9
Denna publikation från * KÖLDBÄRARLAGET * belyses i huvudsak vikten av slutna
och väl avluftade indirekta kylsystem, korrosion samt kontroll och skötsel av
köldbärarsystem.
För att på ett sakligt och korrekt sätt kunna belysa området korrosion har följande
företag bistått med kompetens och rådgivning i ämnet.
Från * KÖLDBÄRARLAGET * vill vi tacka:
- Energiteknik SP Borås
-2-
Slutet, avluftat köldbärarsystem
Slutet system
I tidigare publikationer har vi berört behovet av att avlufta systemet för att bl.a.
förhindra korrosion och för att erhålla rätt systemfunktion.
Ett system som befriats från syre(O2) enligt våra rekommendationer är att betrakta
som, ett på syre undermättat system med lägre korrosionsrisk. Naturen strävar efter
jämvikt med likartad syrenivå (O2) såväl inne som utanför systemet. Genom att hålla
ett högre tryck i det slutna systemet än utanför, får vi ett system där luft ej kan läcka
in och minskar därmed risken att vätskan mättas med syre (O2).
Statiskt tryck
När vi fyllt upp systemet med köldbärarvätska, kommer vätskepelarens höjd och
vätskans densitet att utgöra ett tryck som kan avläsas på en manometer.
Exempel:
Totala höjden från systemets lägsta punkt till dess högsta är 10 meter.
Vätskan består av en blandning av organiskt salt och avjoniserat vatten.
Vätskans densitet anges av tillverkaren till 1200 kg/m3.
Manometern P1 placerad i systemets lägsta punkt kommer då att visa: 1,18 bar
Trycket i systemets högsta punkt P2 blir då: 0 bar
Om vi däremot önskar ett övertryck i systemet på 0,5 bar, även vid högpunkt P2
kommer manometern P1 att visa: 1,18 + 0,5 dvs. 1,68 bar.
Ovanstående värden gäller när cirkulationspumpen är avstängd.
-3-
Expansionskärl
Enligt ovan önskar vi hålla ett övertryck i hela systemet vid drifttillstånd. Vanligen
startas systemet vid rumstemperatur och temperatursänks successivt. Vätskan
kommer av naturen att minska i volym. Denna volymminskning måste kompenseras
genom påfyllning av ytterligare vätska.
För att kunna hålla ett konstant övertryck vid varierande temperaturer samt när gas
lämnar systemet (avluftning) installeras ett expansionskärl. Detta kan vara av sluten,
förtryckt typ, försedd med ett membran eller en bälg av syntetiskt gummi. Kärlet
består av två kammare, varav den ena är avsedd för systemvätskan och den andra
kammaren innehåller komprimerad kvävgas, alternativt luft. Trycksatta kärl, skall av
säkerhetsskäl, besiktigas periodvis.
I större system kan trycket i kärlet upprätthållas av en kompressor eller en pump.
Ett kompressorkärl med gummibälg har en ännu större möjlighet att upprätthålla ett
övertryck, tack vare kompressorn. Ett öppet system med tryckhållningspump är en
lösning som automatiskt håller systemtrycket. Risk för luftsättning av vätskan kan
förekomma, men kan förhindras med trycklöst membran.
Vi rekommenderar att expansionskärl i köldbärarsystem överdimensioneras i de fall
man inte har kontinuerlig tillsyn av systemet.
Vid uppstart och när systemet håller rumstemperatur, skall kärlet innehålla maximal
volym vätska för att kunna tillföra systemet vätska när temperaturen sänks.
I ett system med förtryckt expansionskärl är det viktigt att kärlets förtryck kontrolleras
och justeras regelbundet. Kontroll och justering kan bara göras när kärlet är tomt på
vätska. Ändamålsriktig avstängnings- och avtappningsventil skall därför monteras i
anslutning till expansionskärlet. Därmed kan justering av förtryck göras utan att man
behöver göra större nertappning av köldbäraren. För dimensionering av
expansionskärlets volym och materialval mm, kontakta leverantören.
(Vid beräkning av storleken på ett slutet expansionskärl, beräknas först systemets
expansionsvolym. Denna beror på vätskemängd, volymutvidgningskoefficienten
(varierar starkt med typen av vätska) och temperaturområde. Därefter tas hänsyn till
lägsta respektive högsta tillåtna tryck i systemet, vilket avgör hur stor volym
gaskudden skall ha. Denna volym ger tillsammans med expansionsvolymen, kärlets
totala volym).
-4-
Förtryck i expansionskärlet
Som installatör är det viktigt att Du känner till förtryckets betydelse för rätt
anläggningsfunktion. Köldbärarlaget har i tidigare publikationer rekommenderat låg
placering av cirkulationspumpar och att expansionskärlet bör placeras i anslutning till
pumpens sugsida. Om expansionskärlet placeras enligt denna rekommendation i
tidigare exempel där vi önskar ett övertryck i högsta punkt P2 på 0,5 bar, blir erfodligt
förtryck i kärlet P3 1,68 bar eller mer praktiskt: 1,7 bar. Vanligen levereras
membrankärl med ett påfyllt förtryck av 0,5 bar.
Driftstörningar
I ett trycksatt och avluftat (avgasat) system med stängda högpunktsavluftare kan i
princip ingen luft ta sig in. Dock är det så att vid ingrepp / service av systemet, kan
luft ta sig in. Om vätskans strömningshastighet i någon del av systemet är för hög
(över 1,2 m/s), kommer det statiska trycket i denna punkt att sjunka drastiskt. Så sker
också vid tvära dimensionsövergångar. I värsta fall kan vakuum uppträda i dessa
punkter under drift och här kan luft ta sig in i systemet.
Om cirkulationspumpen placeras högt i systemet, finns risk för att luft fälls ut i
skovelhjulet. Detta har till följd att pumpens kapacitet minskar, oljud och pumphaveri
kan uppstå. Dessutom kommer inte anläggningens avluftare att fungera på rätt sätt.
Viktigt
Kontrollera att expansionskärlet är anslutet till pumpens sugsida ,höj systemtrycket
och förtrycket tills luften och driftstörningen försvinner.
Kontrollera under drift, att manometern (P1) vid pumpens sugsida visar erforderligt
tilloppstryck. Detta tryck kan hämtas från pumpens manual/ driftinstruktion.
-5-
Korrosion i köldbärarsystem
Det finns alltid risk för att någon form av korrosion sker i system med vattenbaserade
köldbärare. Korrosion kan i värsta fall leda till att det går hål på rörväggar och
liknande, men restprodukter från korrosion kan även leda till åverkan på exempelvis
pumphjul och tätningar. Genom att utforma systemen så att de passar ihop med den
valda köldbäraren kan korrosionsrisken dock minimeras eller så kan
korrosionshastigheten göras försumbart liten.
Korrosionsprocesserna är av elektrokemisk natur, vilket betyder att reaktionerna sker
under avgivande (oxidation) eller upptagna (reduktion) elektroner. För att korrosion
ska kunna förekomma krävs att elektroner lätt kan vandra i mellan de ställen där
dessa reaktioner äger rum. Metaller är som bekant bra elektriska ledare, vilket även
är anledningen till att metaller har stor benägenhet att korrodera.
Dessutom krävs det att det korroderande materialet är i kontakt med en ledande
vätska. Vätskor som innehåller joner i lösning är ledande, vilket alla vattenbaserade
köldbärare gör i större eller mindre utsträckning. Köldbärare som består av
vattenblandningar av metanol eller etanol är minst ledande. Därefter kommer
vattenblandningar av glykoler, glycerin eller urea. Mest ledande är köldbärare som
består av vattenlösningar av oorganiska (t.ex. kalciumklorid) eller organiska salter
(t.ex. kaliumformat eller kaliumacetat).
Det krävs även att ett oxidationsmedel finns närvarande för att korrosion ska kunna
äga rum. I köldbärarsystem är det nästan uteslutande syre löst i vätskan som är
oxidationsmedel. Koppar kan till exempel inte korrodera alls om inte syre finns
närvarande och även när det gäller stål kan korrosionshastigheten minskas mycket
kraftigt genom att avlägsna syre från systemet. Därför är det väldigt viktigt att
avlägsna syre från köldbärarvätskan. Först och främst handlar det om att få bort den
fria syrgasen som finns i eventuella luftbubblor i vätskan. Detta görs efter fyllning via
högpunktsavluftare eller mikrobubbelavskiljare. Dessutom är det viktigt att det
bundna syret, det vill säga det syre som finns löst i vätskan avlägsnas. Ju högre
temperatur och ju lägre tryck vätskan har ju mindre syre kan vara löst i den. Det
bundna syret kan därför avlägsnas via undertrycksavgasare och genom att höja
vätskans temperatur efter fyllning så att den bundna syrgasen avgår från vätskan.
Det är även viktigt att systemet har ett visst övertryck så att inte ny luft sugs in via
packningar i pumpar eller liknande.
Vanliga typer av korrosion som kan förekomma i köldbärarsystem är allmän
korrosion, galvanisk korrosion, lokal korrosion, exempelvis spalt- eller
avlagringskorrosion och strömnings- eller erosionskorrosion.
-6-
Allmän korrosion
Allmän korrosion sker jämnt över hela den yta som utsätts för den ledande vätskan. I
vissa fall stannar korrosionen upp efter ett tag eftersom det bildas ett skyddande
lager av korrosionsprodukter på ytan, vilket skyddar metallen från vidare korrosion –
metallen passiveras. Olika metaller passiveras i olika miljöer (typ av vätska, pH etc)
och ibland kan metallens förmåga att passiveras förbättras genom att ett
legeringselement tillsätts till metallen, exempelvis rostfritt stål. Exempel på andra
material som ofta passiveras är titan, aluminium och koppar. Eftersom
köldbärarvätskans pH (surhetsgrad) kan vara avgörande för om ett material
passiveras eller inte är det viktigt att se till att köldbärarvätskan har rätt pH för de
olika material som finns i systemet eller tvärtom.
Allmän korrosion kan även förhindras eller bromsas upp genom att justera
vätskemiljön. Detta kan dels göras genom att tillsätta ämnen så att pH korrigeras till
en lämplig nivå eller genom att tillsätta så kallade passivatorer eller inhibitorer.
Passivatorer fungerar på så sätt att de reagerar med metallytan så att denna
passiveras. Inhibitorer hämmar korrosionsförloppet genom att bromsa upp antingen
reduktions- eller oxidationsreaktionen.
Galvanisk korrosion
Denna typ av korrosion uppkommer då två metaller av olika ädelhet är förbundna
med varandra i en ledande vätska. Man ska därför inte koppla samman material som
har stor skillnad i självkorrosionspotential. Denna beror dock till viss del på vätskan. I
system med koppar som är en ädel metall bör därför oädla metaller såsom zink,
magnesium och aluminium undvikas. Särskilt gäller detta för vätskor med extra hög
ledningsförmåga. Galvanisk korrosion kan också förekomma i en legering som består
av två metaller med olika ädelhet. Ett vanligt exempel är avzinkning av mässing,
vilket innebär selektiv utlösning av zink ur legeringen. Kvar blir en porös rest av
koppar med dålig hållfasthet. Mässing används exempelvis i armaturer och pumphjul.
Avzinkning av mässing kan dock undvikas om zinkhalten inte är för hög (<34 %) och
legeringen dessutom innehåller små mängder av andra ämnen (arsenik, antimon, bly
aluminium och kisel). I köldbärarsystem ska alltså enbart så kallade avzinkade
mässingskomponenter användas. Vid lödning i koppar i köldbärarsystem ska så
kallad hårlödning med silverlod användas och inte mjuklod då detta innehåller tenn.
Man bör därför se upp med vissa microbubbelavskiljare och manometrar
(tryckgivare), eftersom dessa kan innehålla mjuklod.
-7-
Lokal korrosion
Exempel på lokal korrosion som kan förekomma i köldbärarsystem är så kallad
spaltkorrosion eller avlagringskorrosion. Båda dessa korrosionstyper uppkommer där
oxidationsmedlets (syrets) koncentration skiljer från ställe till ställe. I spalter är
vätskan ofta stillastående och när syret har förbrukats där bli dess koncentration
lägre jämfört med det övriga vätskesystemet. Anledningen är att potentialskillnaden
mellan de två ställena ökar och metallen i kontakt med den syrefattiga vätskan
korroderar. De passiverbara metaller, som har ett skyddande lager av
korrosionsprodukter på ytan, är särskilt känsliga. Lagret, som består av olika
metalloxider, löses upp och korrosion uppstår. Samma fenomen uppkommer under
avlagringar av smutspartiklar som kan förekomma i dåligt rengjorda system. Vid
metallytan under avlagringen blir syrekoncentrationen låg, vilket leder till att
potentialskillnaden ökar och korrosion uppstår. Det är därför viktigt att man efter
montering av köldbärarsystemet rengör det ordentligt innan det fylls.
Strömnings- och erosionkorrosion
En del material är känsliga för strömmande medier. Detta gäller särskilt för koppar,
vilket är ett vanligt material i köldbärarsystem. Anledningen är att de
korrosionsprodukter som bildas på ytan och skyddar metallen mot korrosion är
vattenlösliga. Ökas flödeshastigheten kommer dessa forslas bort, metallytan
blottläggas och korrosionshastigheten öka. Om vätskan har hög ledningsförmåga,
vilket många köldbärarvätskor har, blir det skyddande oxidskiktet
(korrosionsprodukterna) porösare och får sämre vidhäftning på ytan, vilket medför att
risken för strömningskorrosion ökar. Kolstål och gjutjärn är också känsliga för
strömningskorrosion medan titan och rostfritt är helt okänsliga.
Strömningskorrosion och erosionskorrosion används ofta synonymt, men i strikt
mening förutsätter erosionskorrosion förekomst av fasta partiklar i vätskan. Dessa
partiklar slipar på mekanisk väg metallen eller dess skyddande skikt av
korrosionsprodukter så att korrosionshastigheten ökar. Även fria luftbubblor kan leda
till erosion och risken för erosionskorrosion ökar i takt med att vätskans
flödeshastighet ökar. Strömnings- och erosionskorrosion förekommer ofta samtidigt
eftersom den första korrosionstypen leder till att det finns fasta partiklar i vätskan.
För att undvika strömnings- och erosionskorrosion är det viktigt att
köldbärarsystemen är väl rengjorda och avluftade samt att flödeshastigheten inte är
för hög. Särskilt gäller detta för värmeväxlare som har kopparrör med små
dimensioner och 180° rörböjar på kortsidorna. För att hålla halten partiklar i vätskan
låg kan en delström av vätskan ledas genom ett filter där dessa filtreras bort.
-8-
Kontroll & Skötsel
Först och främst skall material och komponenter som är kompatibla med köldbäraren
i fråga användas. Uppgifter om detta finns att inhämta av respektive leverantör.
Om inte anläggningen är i rätt ”balans” kan det bli kostsamt i form av hög
energiförbrukning eller andra driftproblem i anläggningen.
Kontinuerlig kontroll och skötsel av anläggningen innebär att livslängden ökas då
eventuella fel och läckage upptäcks tidigt.
Vätskan
Kontrollera regelbundet vätskan enligt leverantörens anvisningar. Antingen genom
självkontroll eller genom att skicka prov till leverantören eller dennes representant för
analys.
Provet på ca. ½ liter sändes i väl paketerad i okrossbar, företrädesvis,
plastförpackning. Provet märkes med företagsnamn, köldbärarvariant,
provtagningsdatum samt kontaktperson etc. eller enligt leverantörens anvisningar.
Följ transportörens försändelseregler.
För att kunna dra rätt slutsatser av analysresultaten är det viktigt att även bifoga
information om anläggningen som kan vara av betydelse för en korrekt slutsats av
analysen. Ju tydligare beskrivning desto entydigare slutsatser kan dras.
Analys av:
pH – vätskans pH-värde (surhetsgrad). Rätt värde erhålls av leverantören.
Densitet/Brytningsindex – ger ett mått på vätskans frysskydd. Rätt värde erhålls av
leverantören.
Färg – Jämför med referensprov som alltid bör sparas vid fyllning.
Lukt - Jämför med referensprov som alltid bör sparas vid fyllning.
Korrosionsprodukter – eller ”rostprodukter” kräver vanligtvis avancerad utrustning.
Lämpligen skickas prov till leverantör eller dennes representant.
Korrosionsskydd/inhibitor - kräver vanligtvis avancerad utrustning. Lämpligen
skickas prov till leverantör eller dennes representant.
-9-
Komponenter
Funktion
Pumpar – kontrollera regelbundet att pumpen med heltäckande dropplåt och
stänkskydd är väl fungerande. Skölj omgående bort eventuellt spill.
Ventiler – kontrollera regelbundet att ventilen är fungerande och tät. Skölj omgående
bort eventuellt spill.
Avluftningsanordningar – kontrollera regelbundet att anordningen är väl
fungerande och läckfri vilket är viktigt för tillfredställande drift. Luft bidrar inte bara till
sämre värmeöverföring och försämrad pumpkapacitet i systemet utan ökar också
risken för korrosion och läckage. Avluftningsventiler skall vid behov demonteras och
rengöras, lämpligen med vatten. Avluftning sker effektivast vid varmt system. Se
även Köldbärarlaget tidigare publicering.
Expansionskärlets förtryck – skall kontrolleras för att tillförsäkra pumpen tillräckligt
högt statiskt tryck. Tillse att anordningen har rätt inställt förtryck i tryckisolerat
tillstånd. Självklart skall utrustningen vara läckfri.
Systemets tryck skall kontrolleras regelbundet.
Filter – placeras på pumpens trycksida. Välj lämplig maskstorlek samt rengör filtret
regelbundet.
Mätdon, manometrar etc. - kontrollera att utrustningen fungerar samt är läckfri.
Läckage
Svetsskarvar – kontrollera att skarvarna är läckfria. Åtgärda eventuellt läckage.
Lödskarvar - kontrollera att skarvarna är läckfria. Åtgärda eventuellt läckage.
(Använd hårdlod.)
Flänsförband - kontrollera att flänsarna är läckfria. Efterdragning kan behövas.
Kopplingar - kontrollera att kopplingarna är läckfria. Efterdragning kan behövas.
Kylbatterier och värmeväxlare - kontrollera att apparaterna är rena och läckfria.
Åtgärda eventuella läckage.
- 10 -
Spill och läckage skall alltid samlas upp och därefter renspolas med vatten - för att
undvika t.ex. utvändiga korrosionsproblem. OBS! Använd köldbärare får ej slås i
avlopp.
Var uppmärksam på läckage genom isolering.
Håll jämna serviceintervaller och dokumentera utförd service.
Åtgärda inte enbart ett fel utan att ta reda på orsaken till problemet, annars är risken
stor att problemet återkommer.
Byt inte enbart en viss komponent och hoppas att det fungerar i fortsättningen utan ta
reda på varför problemet uppkommit och använd om så krävs en annan typ eller
variant av en viss komponent.
- 11 -
Publikationer från * KÖLDBÄRARLAGET *
1: Publikation 1999
2: Publikation 2000
3: Publikation 2001
4: Publikation 2003
Allmänna råd och anvisningar för köldbärarsystem.
Avluftningsteknik och pumpar i köldbärarsystem.
Kylsystem, köldbärare och miljöaspekter
Slutna kylsystem, korrosion och kontroll & skötsel.
Köldbärarlagets publikationer får ej kopieras utan vårt medgivande (Copyright)
* KÖLDBÄRARLAGET *
ABS Pump AB
Box 1
431 21 MÖLNDAL
Telefon 031-7061600
Telefax 031-272920
Temper Technology AB
Iberovägen 2
430 63 HINDÅS
Telefon 0301-230000
Telefax 0301-230099
ITT Flygt Pumpar
Box 1335
172 26 SUNDBYBERG
Telefon 08-4756700
Telefax 08-4756970
Grundfos AB
Box 63
424 22 ANGERED
Telefon 0771-322300
Telefax 031-3319460
Hydro Chemicals AB
Box 516
731 29 KÖPING
Telefon 0221-27800
Telefax 0221-27960
AB Kylmateriel
Box 4026
171 04 SOLNA
Telefon 08-59890800
Telefax 08-59890891
MB-Sveda AB
Box 48
401 20 GÖTEBORG
Telefon 031-838000
Telefax 031-843980
WILO Sverige AB
Box 3024
350 33 VÄXJÖ
Telefon 0470-727600
Telefax 0470-727644
Rätt till ändringar förbehålls.
- 12 -