rozdzial 15.pdf

Rozdział XV: Ciecze do przenoszenia ciepła

Rozdział XV

CIECZE

DO PRZENOSZENIA CIEPŁA

15.1 Olejowe nośniki ciepła

q odpowiednią lepkością w zakresie temperatur pracy,

q temperaturą płynięcia, dostosowaną do warunków na jakie

może być narażony układ,

q w przypadkach zastosowań w przemyśle jądrowym, odporno-

ścią na promieniowanie jądrowe.

Do przenoszenia ciepła, ze źródła ciepła do odbiornika, są sto-

sowane ciekłe lub gazowe nośniki ciepła. Ogólny podział nośników

ciepła przedstawiono w tabeli 15.1. Specyiczną grupę nośników

ciepła stanowią olejowe nośniki ciepła. Są to węglowodorowe

ciecze organiczne lub estry kwasów organicznych i niektóre inne

ciekłe, organiczne związki chemiczne, charakteryzujące się określo-

nymi właściwościami eksploatacyjnymi i izykochemicznymi.

Oleje mineralne, stosowane jako bazy olejowych nośników

ciepła muszą być głęboko rainowane, w celu usunięcia działają-

cych korozyjnie, aktywnych związków siarki i innych chemicznie

niestabilnych składników. Najczęściej zawierają one inhibitory

utlenienia, inhibitory korozji, a w niektórych przypadkach dodatki

dyspergujące. Temperatura rozkładu termicznego olejów mineral-

nych, w zależności od metody rainacji oraz charakteru chemiczne-

go, wynosi około 320°C.

Syntetyczne węglowodory typu poli-alfa-olein (PAO) cha-

rakteryzują się dobrą odpornością termiczną i termooksydacyjną,

niską temperaturą płynięcia oraz wysokim wskaźnikiem lepkości.

Temperatura ich rozkładu termicznego, w zależności od budowy

chemicznej, waha się w granicach 330 … 380°C.

Aromatyczne, wielopierścieniowe węglowodory charaktery-

zują się bardzo dobrą odpornością termiczną, lepszą od olejów

mineralnych. Temperatura ich rozkładu termicznego, w zależności

od budowy chemicznej, wynosi około 340°C. W temperaturze

350°C koksują. Wprowadzanie podstawników alkilowych do pier-

ścieni aromatycznych powoduje obniżenie temperatury rozkładu

termicznego. Najczęściej stosowanymi nośnikami ciepła tego typu

są: difenyl, dibenzylotoluen, benzylotoluen, itp.

Estry alkoholi wielowodorotlenowych i kwasów kar-

boksylowych (poliole), odznaczają się one dobrą stabilnością

termiczną, podobną jak węglowodory, jednak mają znacznie

niższe temperatury płynięcia, przez co mogą być stosowane

w układach pracujących w warunkach bardzo niskich tempe-

ratur. Temperatura ich rozkładu termicznego, w zależności od

budowy chemicznej i stopnia czystości, wynosi około 350°C.

Etery polifenylowe, odznaczają się doskonałą stabilnością

Jako olejowe nośniki ciepła są stosowane:

q głęboko rainowane oleje mineralne z dodatkiem inhibitorów,

q syntetyczne węglowodory typu polialfaolein (PAO),

q aromatyczne, wielopierścieniowe węglowodory bez bocznych

łańcuchów alkilowych,

q niektóre typy estrów alkoholi wielowodorotlenowych i kwasów

karboksylowych,

q etery polifenylowe,

q estry krzemianowe,

q borany alkilowe,

q silikony.

Ciecze stosowane jako nośniki ciepła powinny charakteryzować

się następującymi właściwościami eksploatacyjnymi:

q bardzo dobrą zdolnością do przenoszenia ciepła, tj. możliwie

dużym ciepłem właściwym i dużym współczynnikiem przewod-

ności cieplnej,

q dobrą stabilnością termiczną i termooksydacyjną,

q kompatybilnością z materiałami konstrukcyjnymi, stosowanymi

w instalacjach grzewczych,

q brakiem skłonności do wydzielania substancji gazowych pod-

czas pracy,

q brakiem skłonności do wydzielania i odkładania osadów na

ściankach układu,

q brakiem toksyczności,

Tabela 15.1 Klasyikacja nośników ciepła wg Geiringera

Grupa

III

Zakres temperatury

pracy, °C

1090…540

540…400

400…315

315…260 260…215

Typy nośników

ciepła

Gazy,

ciekłe metale

Ciekłe metale, stopione sole Ciecze organiczne Ciecze organiczne

Ciecze organiczne

(systemy ciśnieniowe)

Przykłady

nośników

ciepła

Powietrze

Ditlenek węgla

Hel

Wodór

Azot

Chlorek glinu

Gal

Bizmut

Ołów

Stop ołów-bizmut

Sód

Stop sód-potas

Stop azotyn sodu-azotan potasu

Difenyl

Dowtherm

Silany arylowe

Krzemian fenylo-rezorcynowy

Fluorowęglowodory

Fluorowane aminy alkilowe

Etery polifenylowe

Tetrafenyle

Krzemiany arylowe

Chlorowane difenole

Silikony

Borany arylowe

Oleje mineralne

Krzemiany alkilowe

p-Cymen

o-Dichlorobenzen

Silikony

Glikole polialkilenowe

Oleje mineralne

termiczną. Temperatura ich rozkładu termicznego, w zależności

od koniguracji przestrzennej wynosi 370 … 400°C. Równie dobre

właściwości stwierdzono dla fenoksyfenolanów metali alkalicznych

i ziem alkalicznych, rozpuszczonych w eterze polifenylowym. Etery

polifenylowe odznaczają się wyjątkową odpornością na promie-

niowanie jądrowe.

Jako olejowe nośniki ciepła do ogrzewania cieczowego i paro-

wego, są także stosowane eutektyki 1 , np.: difenylu (26,5%) i eteru

difenylowego (73,5%), który jest znany jako Dowtherm A oraz

mieszaniny innych wielopierścieniowych węglowodorów aroma-

tycznych i eterów polifenylowych.

Estry kwasu krzemowego są najczęściej mieszaniną krzemia-

nów izomerów krezylu. Odznacza się ona stosunkowo niską tem-

peraturą płynięcia i małą lepkością oraz jest trudnopalna. Jej wadą

jest wrażliwość na wodę, pod wpływem której powstają osady.

Krzemiany krezylu nie działają korodująco na: żelazo, miedź i nikiel,

ale silnie korodują: glin i magnez.

Jeżeli temperatura jest wyższa, to czas trwania próby jest odpo-

wiednio krótszy. Po wygrzewaniu ampułkę chłodzi się, wkłada do

szczelnie zamkniętego pojemnika, w którym się ją tłucze (szklaną)

lub opróżnia (stalową), mierzy się ciśnienie gazów i analizuje ich

skład metodą chromatograiczną. Test ten pozwala na wyznacze-

nie temperatury, w której zaczynają się tworzyć nierozpuszczalne

substancje pochodzące z rozkładu.

W teście dynamicznym pomiar odbywa się w aparacie typu „mi-

kropętli”, o objętości badanej próbki około 100 ml. Aparat składa się

z zamkniętej pętli przewodów z elementem grzejnym, usytuowa-

nym w dolnej części. Układ taki pozwala na cyrkulację badanego

olejowego nośnika ciepła na skutek gradientu temperaturowego

– pomiędzy częścią gorącą – nagrzewaną, a częścią zimną nie

ogrzewaną. Temperatura układu jest regulowana z dokładnością

1°C. Układ jest wyposażony w manometr, który pozwala mierzyć

wzrost ciśnienia, będący rezultatem termicznego rozkładu nośnika

ciepła. Kryterium oceny w tej metodzie jest czas, po którym nastę-

puje skokowy wzrost ciśnienia w układzie. Czas, po którym zaczy-

nają pokazywać się grudki koksu wskazuje na stabilność termiczną

nośnika ciepła. Skład próbki po badaniu ocenia się metodami chro-

matograicznymi oraz oznacza się właściwości izykochemiczne.

Maksymalna temperatura ilmu olejowego musi być niższa od

temperatury rozkładu termicznego oleju oraz nie może przekro-

czyć temperatury początku wrzenia. Maksymalna dopuszczalna

temperatura oleju w masie powinna być niższa, o około 20 … 40°C

od maksymalnej temperatury ilmu olejowego. Jest ona ograniczo-

na wymaganym czasem pracy olejowego nośnika ciepła, przy okre-

ślonej stabilności termooksydacyjnej. Przyjmuje się, że obniżenie

temperatury pracy o każde 10°C wydłuża okres pracy olejowego

nośnika ciepła około dwukrotnie.

Stabilność termooksydacyjna, obok termostabilności jest

to równie ważny parametr decydujący o czasie eksploatacji ole-

jowych nośników ciepła w wysokich temperaturach. Określa on

odporność na działanie tlenu z powietrza. W wysokich temperatu-

rach procesy utlenienia prowadzą głównie do powstania żywic, as-

faltenów i koksów, powodujących zwiększenie lepkości oleju oraz

tworzących osady na wewnętrznych powierzchniach olejowego

układu grzewczego.

Stabilność termooksydacyjna zależy od podatności na utlenia-

nie najbardziej chemicznie podatnych składników. Właściwość ta

może być poprawiona przez wprowadzenie do składu olejowego

nośnika ciepła inhibitorów utlenienia oraz właściwą eksploatację

w instalacjach grzewczych, poprzez ograniczenie kontaktu z tle-

nem powietrza.

Stabilność termooksydacyjna jest oceniana różnymi metodami,

najczęściej polegającymi na przepływie powietrza przez badany

olejowy nośnik ciepła w obecności miedzi jako katalizatora, w okre-

ślonym czasie. Jako miary jakości najczęściej są przyjmowane zmia-

ny: lepkości kinematycznej, pozostałości po koksowaniu oraz liczby

kwasowej. Korzystnie, gdy zmiany tych parametrów są niewielkie.

W celu ochrony olejowych nośników ciepła przed utlenieniem,

do instalacji układów grzewczych jest wprowadzony gaz obojętny,

najczęściej azot (N 2 ) lub ditlenek węgla (CO 2 ). W wielu przypadkach

kontakt olejowego nośnika ciepła z powietrzem jest jednak nie-

unikniony, co prowadzi do przyśpieszonego utleniania.

Skłonność do wydzielania osadów (nagarów) w wysokich

temperaturach, jest oceniana z zastosowaniem aparatu Panel-Co-

king (patrz p. 4.19) lub analogicznych. Metody polegają na rozbry-

zgiwaniu olejowego nośnika ciepła na powierzchnię gorącej płytki

aluminiowej lub stalowej. Badanie prowadzi się w warunkach,

modelujących warunki pracy nośnika ciepła i przy przepływie

powietrza w określonym czasie. Jako kryteria oceny przyjmuje

się: zwiększenie lepkości olejowego nośnika ciepła oraz masę na-

garu odłożonego na płytce. Nagar odkłada się na wewnętrznych

15.2 Parametry charakteryzujące jakość

olejowych nośników ciepła

W przypadku olejowych nośników ciepła, w danych katalogo-

wych podaje się:

q maksymalną temperaturę ilmu olejowego, przy ściance prze-

pony,

q maksymalną temperaturę cieczy w masie.

Stosowanie olejowych nośników ciepła w temperaturach wyż-

szych niż podane w katalogach na ogół powoduje ich rozkład

termiczny.

Na procesy rozkładu, obok właściwości olejowego nośnika cie-

pła wynikających ze składu chemicznego, wpływa wiele czynników

zewnętrznych, takich jak: wysoka temperatura, zanieczyszczenia,

kontakt z tlenem powietrza, kontakt z powierzchniami metali dzia-

łającymi jako katalizator utlenienia i inne.

Olejowe nośniki ciepła są charakteryzowane dwoma grupami

parametrów: właściwościami izykochemicznymi, oznaczanymi

klasycznymi metodami stosowanymi w przypadku innych olejów

oraz właściwościami cieplnymi, oznaczanymi poprzez pomiary

bezpośrednie lub obliczanymi na podstawie wielkości zmierzo-

nych, z zastosowaniem odpowiednich zależności empirycznych.

Najważniejszymi cechami, charakteryzującymi eksploatacyjną

przydatność olejowych nośników ciepła, są:

q stabilność termiczna,

q stabilność termooksydacyjna,

q odporność na tworzenie osadów,

q zawartość substancji lotnych,

q brak działania korodującego na metale konstrukcyjne układów,

q lepkość,

q gęstość.

Stabilność termiczna jest parametrem determinującym mak-

symalną temperaturę pracy olejowych nośników ciepła. Proces

termicznego rozkładu substancji organicznych jest zależny od ich

budowy chemicznej. W wysokiej temperaturze substancje orga-

niczne ulegają degradacji termicznej (krakingowi), w wyniku której

powstają substancje gazowe w warunkach pracy układu oraz osa-

dy typu asfaltenów i koksów. Stabilność termiczna jest związana

z odpornością na rozrywanie łańcuchów węglowych w cząstecz-

kach. Z tego względu, jest uwarunkowana strukturą związków

wchodzących w skład bazy olejowej. Na odporność termiczną

minimalny wpływ mają dodatki.

Odporność olejowych nośników ciepła na procesy rozkładu

termicznego jest badana w testach statycznych (w ampułce) lub

w testach dynamicznych (mikropętla).

Test statyczny polega na wygrzewaniu odgazowanego pod

próżnią nośnika ciepła w zamkniętej ampułce ze szkła lub stali

nierdzewnej, w piecu z temperaturą regulowaną z dokładnością

do 1°C. Czas wygrzewania uzależnia się od założonej temperatury.

1 Eutektyki są to roztwory charakteryzujące się najniższą temperaturą topnienia (pły-

nięcia) ze wszystkich roztworów o tym samym składzie jakościowym.

2 XV

Rozdział XV: Ciecze do przenoszenia ciepła

powierzchniach armatury układów przenoszenia ciepła i utrudnia

proces wymiany ciepła.

Substancje lotne, zawarte w olejowym nośniku ciepła lub po-

wstające w nim w trakcie eksploatacji, powodują wzrost ciśnienia

w układzie i zwiększenie zagrożenia pożarowego. Zawartość sub-

stancji lotnych jest oceniana metodą Noack (patrz p. 4.5), a także

pośrednio poprzez pomiar temperatury zapłonu.

Brak działania korodującego jest istotną cechą olejowych

nośników ciepła. Wymaga się aby nośnik ciepła jak i produkty jego

rozkładu nie powodowały korozji materiałów konstrukcyjnych sto-

sowanych w układach grzewczych. Producenci olejowych nośników

ciepła na ogół podają, z jakimi materiałami konstrukcyjnym mogą się

one stykać w układach przenoszenia ciepła.

Lepkość olejowych nośników ciepła decyduje o przepływach

w układzie. W celu zapewnienia małych gradientów temperatury

między olejowym nośnikiem ciepła i powierzchnią grzewczą,

konieczne jest zapewnienie burzliwego przepływu nośnika

ciepła, charakteryzującego się wartością liczby Reynoldsa ( Re )

> 2100. W takich warunkach, wskutek dobrego odbioru ciepła,

temperatura ścianki grzewczej oraz temperatura ilmu olejowego

bezpośrednio przylegającego do przepony wymiennika ciepła,

jest stosunkowo niska, zabezpiecza to nośnik przed rozkładem

termicznym.

Lepkość cieczy intensywnie maleje wraz ze wzrostem temperatu-

ry. Z tego względu, do celów praktycznych obliczeń, lepkość kinema-

tyczna nośników ciepła w różnych temperaturach jest badana oraz

wyznaczana na podstawie wykresów lub specjalnych programów

komputerowych.

Gęstość większości cieczy, w tym olejowych nośników ciepła,

maleje wraz ze wzrostem temperatury. W przypadku irmowych ole-

jowych nośników ciepła, odpowiednie dane są podawane w kartach

katalogowych. W przypadku braku takich danych, należy sięgnąć

do danych tabelarycznych. Do celów praktycznych gęstość cieczy

w temperaturze innej niż temperatura pomiaru, może być obliczona

na podstawie wzorów (4.6 … 4.8).

Do celów obliczeń technicznych wzory (4.6 … 4.8) mogą być sto-

sowane tylko dla przypadków, gdy bezwzględna wartość ∆T jest

nie większa niż 50 K. Do korzystania z tych wzorów niezbędna jest

znajomość współczynnika temperaturowych zmian gęstości ( α ).

W przypadku typowych olejowych nośników ciepła, wartości α są

stabelaryzowane lub podawane w kartach katalogowych.

Jako parametry izykochemiczne, charakteryzujące olejowe no-

śniki ciepła najczęściej są oznaczane:

q Lepkość kinematyczna w temperaturze: 40°C, 100°C oraz w wy-

branych temperaturach zakresu pracy;

q Gęstość w temperaturze 15°C oraz w wybranych temperaturach

zakresu pracy;

q Temperatura zapłonu, charakteryzująca zawartość palnych

substancji lotnych oraz poprawność przeprowadzenia procesu

technologicznego produkcji olejowego nośnika ciepła.

Określa ona możliwości zapalenia się olejowego nośnika ciepła

w kontakcie z nagrzanymi powierzchniami. Z tego względu ma

istotne znaczenie dla bezpieczeństwa pożarowego, np. w przypadku

wystąpienia przecieków w układzie. Temperatura samozapłonu jest

oznaczana metodą, przedstawioną w p. 4.6 lub metodami analogicz-

nymi;

q Liczba kwasowa, która jest parametrem charakteryzującym jakość

procesu technologicznego otrzymywania olejowego nośnika cie-

pła. W czasie eksploatacji, zmiany liczby kwasowej mogą stanowić

informację o aktualnym stanie jakości olejowego nośnika ciepła

i niekiedy, po przekroczeniu dopuszczalnej wartości określonej

przez producenta oleju, są podstawą do jego wymiany;

q Pozostałość po koksowaniu, oznaczana metodami Ramsbottoma

lub Conradsona (patrz p. 4.19). Pozostałość po koksowaniu jest

przybliżoną miarą ilości koksów, jakie mogą powstać po całkowi-

tym spaleniu olejowego nośnika ciepła. Za korzystną, uznaje się

małą pozostałość po koksowaniu.

q Temperatura płynięcia, która jest oznaczana metodami standar-

dowymi, stosowanymi w przypadku innych rodzajów olejów

(patrz p. 4.3).

Temperatura płynięcia nośnika ciepła oraz lepkość w niskich

temperaturach mają istotne znaczenie przy uruchamianiu układu,

szczególnie w warunkach niskich temperatur. Minimalna tempe-

ratura uruchamiania układu powinna być wyższa od temperatury

płynięcia, o około 5 … 10°C lub jest określana minimalną tempera-

turą, w której lepkość oleju przyjmuje maksymalną, dopuszczalną

wartość dla zainstalowanych w układzie pomp olejowych. Przykła-

dowo, dla pomp wirowych dopuszczalna, największa lepkość po-

winna zawierać się w granicach 400 … 1000 mm 2 /s. W przypadku

pomp wyporowych, lepkość nie powinna być większa niż 5 000

mm 2 /s. Wartości te mogą być przyjęte jako orientacyjne, przy

określeniu najniższej temperatury stosowania olejowego nośnika

ciepła.

Olejowe nośniki ciepła nie powinny wykazywać działania

toksycznego, rakotwórczego i mutagennego na organizm ludzki.

Badania w tym zakresie są prowadzone przez specjalistyczne la-

boratoria, a ich rezultaty publikowane. Przykładowo, stwierdzone

w ostatnim czasie toksyczne oddziaływanie chlorowanych difenyli,

spowodowało wycofanie ich z produkcji i stosowania jako olejowe

nośniki ciepła, mimo bardzo dobrych właściwości eksploatacyj-

nych.

O możliwości zastosowania olejowego nośnika ciepła w kon-

kretnym systemie przenoszenia ciepłą decydują jego właściwości

cieplne. Pod pojęciem właściwości cieplnych olejowych nośników

ciepła rozumie się te właściwości, które są brane pod uwagę przy

obliczeniach układów przenoszenia ciepła. Należą do nich:

q gęstość w zakresie temperatur pracy układu,

q lepkość kinematyczna i dynamiczna w zakresie temperatur pra-

cy układu,

q ciepło właściwe,

q przewodnictwo cieplne,

q liczba Prandtla.

Liczba Prandtla – jest to liczba podobieństwa charakteryzująca

podobieństwo właściwości izycznych cieczy (płynów) w proce-

sach przenikania ciepła. Jest miarą wydajności, z jaką w lepkiej

cieczy energia kinetyczna jest zamieniana w ciepło.

Tabela 15.2 Klasyikacja olejów przemysłowych wg ISO 6743/12:1989

Rodzina Q (olejowe nośniki ciepła)

Symbol ISO Skład i właściwości

Zastosowania

Rainowane oleje mineralne lub syntetyczne odporne na utle-

nianie; do temperatur pracy poniżej 250°C

Otwarte układy do ogrzewania elementów mechanicznych i

elektronicznych

Rainowane oleje mineralne lub syntetyczne, termostabilne; do

temperatur pracy poniżej 300°C

Zamknięte układy z cyrkulacją wymuszoną lub nie

Rainowane oleje mineralne lub syntetyczne, termostabilne; do

temperatur pracy od 300°C do 320°C

Zamknięte układy z wymuszoną cyrkulacją

Ciecze na bazie syntetycznej o szczególnie wysokiej termosta-

bilności; do temperatur pracy powyżej 320°C

Układy grzejne, zamknięte z wymuszoną cyrkulacją

Rainowane oleje lub ciecze syntetyczne o niskiej lepkości w

niskich temperaturach i stabilności termicznej

Układy z przepływem gorącym i zimnym

15.3 Klasyikacja olejowych nośników ciepła

być usytuowany tak, aby temperatura nośnika ciepła była jak

najniższa. Zbiornik wyrównawczy winien być umieszczony wyżej

niż najwyższy punkt całego obiektu instalacji grzewczej tak, aby

gazy oraz ewentualnie woda w postaci pary mogły być usunięte

z instalacji. W niektórych konstrukcjach, w celu przeciwdziałania

utlenianiu olejowego nośnika ciepła, do zbiornika wyrównaw-

czego jest podawany gaz obojętny, np. azot lub ditlenek węgla.

Schemat układu grzewczego, umożliwiającego podgrzewanie

i chłodzenie, przedstawiono na rys. 15.1.

Sposób zabudowy zbiornika wyrównawczego (w pozycji

leżącej czy stojącej) jest w zasadzie bez znaczenia. Przeważnie,

zwłaszcza w przypadku małych instalacji, stosuje się zbiorniki

stojące, przy większych – leżące.

W zakresie temperatur od pokojowej do 280°C, olejowy nośnik

ciepła zwiększa swoją objętość o około 25%. Z tego względu,

zaleca się, aby pojemność zbiornika wyrównawczego była tak

dobrana, żeby w przypadku oleju zimnego był on napełniony

w 25%, a w maksymalnej temperaturze pracy, w 75%. W obli-

czeniach należy uwzględnić podawaną w katalogach, wartość

współczynnika rozszerzalności objętościowej.

Olejowe nośniki ciepła są klasyikowane według różnych kry-

teriów: składu chemicznego, zakresu temperatury pracy, lepkości

kinematycznej i innych. W ostatnich latach, producenci olejowych

nośników ciepła i układów grzewczych, najczęściej stosują klasy-

ikację zgodną z międzynarodową normą ISO 6743/12, przytoczo-

ną w tabeli 15.2. W odniesieniu do olejowych nośników ciepła jest

stosowana klasyikacja lepkościowa wg ISO 3448. Stosowanie za-

sad tych klasyikacji w praktyce, ułatwia dobór olejowego nośnika

ciepła do układu i zapobiega pomyłkom, w przypadku konieczno-

ści wyboru zamiennika dotychczas stosowanego nośnika ciepła.

15.4 Układy przenoszenia ciepła

Podstawowy układ przenoszenia ciepła najczęściej składa się

z: kotła (podgrzewacza), pompy, przewodów olejowych, zbior-

nika wyrównawczego, odbiornika ciepła, układów sterowania

i regulacji oraz innych elementów pomocniczych. W rozwiąza-

niach konstrukcyjnych układów przenoszenia ciepła powinny być

przestrzegane poniżej podane zalecenia, istotne dla poprawnej

pracy układów.

Pompa wirowa do cyrkulacji winna być umieszczona jak najbli-

żej pogrzewacza, ponieważ olej posiada w tym miejscu najniższą

temperaturę, przez co uzyskuje się eliminację naprężeń ciepl-

nych. Ponadto, odparowanie w pompie przy pracy nośników bli-

skiej temperaturze wrzenia może powodować kawitację, a jeżeli

taki stan będzie trwał dłużej, może nastąpić uszkodzenie pompy.

Przed i za pompą powinny być zainstalowane zawory, pozwala-

jące na regulację temperatury czynnika grzewczego przetłacza-

nego do odbiornika. Ważną rzeczą jest umiejscowienie bocznika

przed odbiornikiem ciepła, ponieważ zabezpiecza on układ przed

zatrzymaniem przepływu cieczy jeśli zamknie się zawór przed od-

biornikiem. Zawór regulacyjny za grzejnikiem pozwala na szybką

regulację temperatury w odbiorniku oraz reguluje ilość przepły-

wającego czynnika grzewczego.

Bardzo istotną częścią instalacji grzewczej jest zbiornik wyrów-

nawczy. Jest on jedynym miejscem układu, w którym nośnik cie-

pła może być w kontakcie z tlenem z powietrza. W zbiorniku wy-

równawczym gorący nośnik ciepła może się utleniać i wydzielać

osady, które zakłócają pracę instalacji, blokując iltry i osadzając

się na metalowych powierzchniach, obniża skuteczność przeno-

szenia ciepła. Z tego względu zbiornik wyrównawczy powinien

15.5 Dobór olejowych nośników ciepła

Podstawą doboru olejowego nośnika ciepła do układu grzew-

czego jest ustalenie, do jakiej minimalnej i maksymalnej tempe-

ratury powinien być podgrzany surowiec. Na tej podstawie ustala

się temperaturę pracy olejowego nośnika ciepła w wymienniku

ciepła, oraz jaką ilość ciepła należy dostarczyć do surowca.

W tym celu jest sporządzany bilans energetyczny, zgodnie

z wzorem (15.1):

Q zap = Σ Q odb + Q tech

(15.1)

gdzie:

Q zap – niezbędna ilość ciepła, którą należy dostarczyć,

Σ Q odb – suma zapotrzebowania ciepła przez wszystkie odbiorniki

ciepła,

Q tech – straty ciepła, powstające podczas przesyłania.

Straty ciepła (Q tech ), powstające podczas przesyłania są zależne

od wielu czynników, takich jak: miejsce podgrzewania olejowego

nośnika ciepła, miejsce odbioru ciepła, sposób zaizolowania prze-

Rys. 15.1 Schemat układu ogrzewania i chło-

dzenia reaktorów olejowym nośnikiem ciepła;

układ grzania oznaczono kolorem czarnym,

a układ chłodzenia – szarym

1 – kocioł (piec) do podgrzewania nośnika

ciepła, 2 – czujnik temperatury,

3 – zawór sterowany czujnikiem temperatury,

4 – palnik, 5 – dopływ paliwa, 6 – pompa ukła-

du gorącego, 7 – wylot gazów spalinowych,

8 – reaktor, 9 – płaszcz grzejny, 10 – iltr siat-

kowy, 11 – zbiornik wyrównawczy, 12 – zawór

bezpieczeństwa, 13 – przewód doprowadzają-

cy azot, 14 – wymiennik ciepła, 15 – chłodnica

powietrzna, 16 – zbiornik olejowego nośnika

ciepła, 17 – odpowietrzenie, 18 – pompa

układu zimnego

4 XV

Rozdział XV: Ciecze do przenoszenia ciepła

wodów itp. Dane te składają się na tzw. sprawność układu (η <1).

Znajomość sprawności układu pozwala na obliczenie wydajności

cieplnej kotła, wg wzoru (15.2):

15.6 Uwagi o bezpieczeństwie pracy

W niektórych układach przenoszenia ciepła, można jeszcze spo-

tkać jako olejowe nośniki ciepła, polichlorowane bifenyle (PCB) lub

polichlorowane trifenyle (PCT). Stanowią one poważne zagrożenie

dla zdrowia ludzi. Ich wymiana na inne nośniki ciepła, powinna

odbywać się ze szczególną ostrożnością i powinny wykonywać to

wyspecjalizowane ekipy. Nie mogą one być spalane w normalnych

paleniskach, ponieważ podczas ich spalania powstają substancje

bardzo toksyczne i rakotwórcze. Wprowadzenie takich substancji

do olejów przepracowanych powoduje, ich zniszczenie jako surow-

ca do rerainacji i przetwórstwa.

Q kot = η Q zap

(15.2)

Oczywiście zachodzi wówczas nierówność (15.3):

Q kot > Q zap

(15.3)

Podstawą doboru olejowego nośnika ciepła jest temperatura

ilmu olejowego na powierzchni rur kotła, z którymi styka się no-

śnik. Do tego celu są stosowane specjalne wzory lub nomogramy.

W praktycznych zastosowaniach temperatura ilmu olejowego po-

winna być o 20 … 40°C niższa niż temperatura początku destylacji

olejowego nośnika ciepła.

W przypadku projektowania układów grzewczych lub doboru

olejowego nośnika ciepła, ze względu na konieczność wykonania

złożonych obliczeń, najlepiej prace z tego zakresu powierzyć spe-

cjalistom z zakresu inżynierii chemicznej.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: