Płytowy wymiennik ciepła jest urządzeniem stosunkowo prostej budowy, trwałym i pozbawionym elementów ruchomych. W prawidłowo zaprojektowanej i eksploatowanej instalacji grzewczej może pracować przez wiele lat. Proces lutowania próżniowego, w temperaturze nawet kilkuset stopni Celsjusza sprawia, że zwykle mamy do czynienia z naprawdę trwałą konstrukcją. Niektórzy producenci, w tym Nordic Tec notują odsetek defektów na poziomie niższym niż 3 szt. na 1000 zamontowanych jednostek, w ciągu pierwszych 2 lat użytkowania. Nie oznacza to jednak, że jest całkowicie odporny na niewłaściwe warunki pracy. Co może uszkodzić wymiennik ciepła? Jakie warunki w instalacji są w stanie mu zaszkodzić?
Osady, zanieczyszczenia instalacji, zbyt wysokie ciśnienie, uderzenia hydrauliczne (tzw. młot wodny) czy zamarznięcie medium? A może powolne oddziaływanie innych czynników. Rzeczywiście jest ich kilka, część z nich może być dość zaskakująca.
Jakie są największe zagrożenia dla płytowego wymiennika ciepła i jak można im zapobiegać?
Jednym z najczęstszych problemów są zanieczyszczenia krążące wraz z wodą instalacyjną. Mogą to być między innymi produkty korozji, szlam, pozostałości po montażu instalacji oraz drobiny materiałów uszczelniających.
W płytowym wymienniku ciepła medium przepływa przez stosunkowo wąskie kanały utworzone pomiędzy kolejnymi płytami. Dzięki temu uzyskuje się dużą powierzchnię wymiany ciepła przy niewielkich rozmiarach urządzenia, ale jednocześnie wymiennik może być bardziej podatny na zanieczyszczenia niż element instalacji posiadający szerokie kanały przepływowe.
Nagromadzenie osadów może powodować:
wzrost oporów przepływu
spadek wydajności wymiany ciepła,
nierównomierny przepływ przez wymiennik,
zwiększenie obciążenia pompy obiegowej,
stopniowe zatykanie kanałów.
Szczególną uwagę należy zwrócić na starsze instalacje grzewcze, w których przez wiele lat mogły gromadzić się produkty korozji. Przed zamontowaniem nowego wymiennika w starej instalacji warto więc dokładnie ją przepłukać. W wielu przypadkach wskazane jest również zastosowanie odpowiedniego filtra lub separatora zanieczyszczeń.
Chemia basenowa, a w szczególności wysokie stężenie chloru i chlorków - w połączeniu z nią, może stanowić poważne zagrożenie dla płytowego wymiennika ciepła wykonanego ze stali nierdzewnej. Długotrwały kontakt z agresywną chemicznie wodą może prowadzić do korozji płyt, w tym korozji wżerowej, a w konsekwencji do powstania mikronieszczelności i przecieku pomiędzy obiegami. Ryzyko wzrasta wraz ze wzrostem temperatury oraz stężenia chlorków.
Szczególnie niebezpieczna jest sytuacja, gdy silnie skoncentrowana chemia basenowa trafia bezpośrednio do wymiennika, np. wskutek niewłaściwego umiejscowienia układu dozowania. Z tego względu w instalacjach basenowych należy zwracać uwagę nie tylko na parametry pracy wymiennika, ale również na jego wykonanie materiałowe i odporność na skład chemiczny wody. W przypadku wymagających instalacji basenowych stosuje się specjalne wymienniki basenowe wykonane z materiałów o podwyższonej odporności na działanie chlorowanej lub słonej wody, np. wymienniki tytanowe.
Warto o tym wiedzieć - z powyższych powodów część producentów nie oferuje gwarancji na użytkowanie wymienników płytowych w technice basenowej. Należy do nich również Nordic Tec.
Potencjalnym zagrożeniem dla płytowego wymiennika ciepła może być również niewłaściwie przygotowana woda używana do napełniania instalacji grzewczej. Szczególną uwagę warto zwrócić na domowe stacje uzdatniania wykorzystujące żywicowe zmiękczacze wody regenerowane solą. Jest to dość nieprzewidywalne i paradoksalne, albowiem takie urządzenia są reklamowane jako zbawienie dla instalacji grzewczych - ratunek przed twardą wodą.
Osoby je użytkujące zakładają, że skoro są one sprzedawane to muszą być dopuszczone do użytkowania z każdym elementem instalacji grzewczej, a sól dodawana do instalacji zapewne nie jest szkodliwa. Tymczasem działanie soli wszyscy znamy, jest to wybitnie agresywna substancja. O ile nie jest w stanie uszkodzić dużych bloków stalowych (np. w okrętach pływających po morzu), tak z pewnością uszkodzi płyty wymiennika, które ze względu na swoją funkcję przenikania ciepła - muszą być niezwykle cienkie.
Dodawanie soli do zmiękczacza wody - prędzej czy później będzie oznaczać konieczność wymiennika wymiennika płytowego.
Podobnie w przypadku wymienników używanych w instalacjach z kotłami elektrodowymi - jeśli do uzdatniania wody w obiegu używana jest sól.
✅ Podsumowując - sól jest absolutnym wrogiem wymienników ciepła. Jeśli mamy do czynienia z twardą wodą - dopuszczalne są zmiękczacze wody, nie oparte na żywicy jono-wymiennej lub niewymagające dosypywania soli, np. zmiękczacze przepływowe, nawet jeśli nie są tak skuteczne jak te wymagające soli. Nie istnieje bezpieczna ilość soli w instalacji z wymiennikiem płytowym.
Faktycznie w wielu miejscach stacje demineralizujące pełnią rolę pożyteczną i pożądaną, czasem są nawet zalecane, w niektórych regionach z wyjątkowo twardą wodą. Problem polega na tym, że krytycznie wysoki poziom twardej woda, który by mógł uzasadniać użycie takiej stacji właściwie występuje bardzo rzadko. Twarda woda to norma w Europie (może poza Skandynawią) i nie każda twarda woda jest już wskazaniem do używania stacji demineralizujących. W praktyce okazują się one bardzo radykalnym rozwiązaniem.
W większości stacje demineralizujące lub dejonizujące są kupowane i montowane profilaktycznie i są bardzo często przewymiarowane. W takich warunkach bardzo łatwo jest przesadzić. Woda demineralizowana lub dejonizowana - jeśli pozbawione są jonów i minerałów zbyt znacząco - muszą dążyć do równowagi fizykochemicznej. Z tego powodu atakują spawy oraz metale i inne tworzywa w instalacji. Prowadzi to zwyczajnie do wzrostu awaryjności urządzeń lutowanych, takich jak wymienniki, ale także spawanych, np. takich jak rozdzielacze kotłowe.
Niewątpliwe problemem jest fakt, że w internecie można znaleźć sporo informacji skupiających się na pozytywnym działaniu wody demineralizującej, ponieważ jedynie dla części urządzeń może być ona szkodliwa oraz - ponieważ stosowanie stacji demineralizującej z umiarem i odpowiednie jej dobranie, bez przewymiarowania - nie powinno doprowadzić do takich sytuacji. Jeśli jednak stosujemy wymiennik ciepła, to warto się zastanowić czy stacja demineralizująca na pewno jest potrzebna. W większości analizowanych przez nas przypadków, gdzie doszło do uszkodzenia wymiennika ciepła przez wodę demineralizowaną - poziom twardości wody nie był wcale wyższy niż przeciętny. Paradoks polega na tym, że taki poziom twardości wody pozwala na żywotność wymiennika nawet do 12 czy 15 lat. Woda demineralizowana może rozszczelnić go w kilka miesięcy.
Kolejnym zagrożeniem jest osadzanie się związków mineralnych znajdujących się w wodzie. Problem może być szczególnie widoczny w instalacjach, które są często uzupełniane świeżą, twardą wodą - a więc bardziej narażone są na ten problem układy otwarte.
Warstwa osadu znajdująca się na powierzchni płyt działa jak izolator. Nawet jeżeli przepływ przez wymiennik nadal jest możliwy, jego sprawność może stopniowo spadać.
W praktyce można wtedy zaobserwować sytuację, w której temperatury po jednej stronie wymiennika są prawidłowe, ale po drugiej stronie coraz trudniej uzyskać oczekiwane parametry.
Ryzyko odkładania kamienia rośnie między innymi wraz ze wzrostem temperatury oraz częstym dopuszczaniem świeżej wody do instalacji.
Jeżeli układ wymaga regularnego uzupełniania wody, warto przede wszystkim znaleźć przyczynę jej ubytku. Ciągłe dopuszczanie świeżej wody nie powinno być traktowane jako normalny sposób eksploatacji szczelnej instalacji CO.
Każdy płytowy wymiennik ciepła posiada określone przez producenta maksymalne dopuszczalne ciśnienie robocze. Jego przekraczanie może prowadzić do trwałego uszkodzenia urządzenia.
Niebezpieczne może być zarówno długotrwałe działanie zbyt wysokiego ciśnienia, jak i gwałtowne, krótkotrwałe skoki. Dlatego wymiennik powinien być dobierany nie tylko pod względem wymaganej mocy, temperatur i przepływu, ale również parametrów ciśnieniowych konkretnej instalacji. Szczególnie ważne jest sprawdzenie, jakie maksymalne ciśnienie może rzeczywiście wystąpić w układzie, a nie tylko jakie ciśnienie obserwowane jest podczas jego normalnej pracy.
W praktyce ten problem często sprowadza się do użytkowania wymienników ciepła ciecz-ciecz - czyli przeznaczonych do raczej standardowych, klasycznych mediów z freonem. Czynniki chłodnicze typu R410a, R32, R407c i podobne - które spotykamy w pompach ciepła czy klimatyzacjach - po prostu osiągają znacznie wyższe ciśnienia. Należy do nich stosować dedykowane wymienniki do czynników chłodniczych, to jest warunek ich przetrwania w układzie.
Nagła zmiana prędkości przepływu cieczy może powodować gwałtowny wzrost ciśnienia określany jako uderzenie hydrauliczne. Może do niego dojść w różnych sytuacjach, między innymi podczas bardzo szybkiego zamykania zaworu, nagłego uruchomienia pompy lub gwałtownej zmiany warunków przepływu, nagłe uruchomienia przepływu i praca w sposób szarpany, przerywany.
Wymiennik może więc pracować przy pozornie bezpiecznym ciśnieniu statycznym, a mimo to być okresowo narażony na znacznie wyższe chwilowe obciążenia.
W instalacjach wykorzystujących wymienniki płytowe warto unikać gwałtownego otwierania i zamykania armatury oraz nagłych zmian przepływ. To zresztą większość producentów podaje w warunkach użytkowania, warunkach gwarancji czy instrukcjach obsługi.
Płytowe wymienniki ciepła bywają wykorzystywane do chłodzenia silników, sprężarek oraz innych urządzeń czy maszyn przemysłowych, gdzie mogą np. chłodzić olej hydrauliczny. W takich zastosowaniach szczególnym zagrożeniem dla wymiennika mogą być już same drgania przenoszone z pracującej maszyny na wymiennik i instalację. Jeżeli wymiennik zostanie zamontowany bezpośrednio na urządzeniu generującym silne wibracje albo połączony z nim sztywnymi przewodami, powtarzające się obciążenia mogą z czasem powodować zmęczenie materiału, naprężenia w obrębie króćców, połączeń lutowanych oraz samych płyt. Ryzyko wzrasta w przypadku dużych sprężarek, silników spalinowych i urządzeń pracujących cyklicznie, szczególnie podczas rozruchu i zatrzymywania.
Prawdziwym problemem jest jednak charakterystyczny, mało jednostajny rytm pracy takich urządzeń, który można określić jako rwany i niejednolity. Zwłaszcza w sprężarkach czy silnikach, które szybko wchodzą na wysokie obroty, a potem zmieniają tryb pracy prędzej czy później będzie dochodzić do uderzeń hydraulicznych.
Z tego tytułu warto pamiętać, że nawet wymiennik pracujący przy prawidłowym ciśnieniu i temperaturze przy silniku lub w sprężarce może ulec przedwczesnemu rozszczelnieniu.
✅ Zastosowanie wymiennik z silnikiem lub sprężarką generuje znacząco więcej uszkodzeń wymienników niż klasyczne użytkowanie w domowym układzie grzewczym. Jeśli dobierasz wymiennik do tego zastosowania - sprawdź czy będziesz miał na to gwarancję, każdy producent może mieć inne regulacje.
Uszkodzenia wymienników mogą wynikać również z błędów montażowych.
Szczególnie niebezpieczne jest przenoszenie naprężeń z instalacji rurowej bezpośrednio na króćce wymiennika. Może do tego dojść, jeżeli rury są źle dopasowane, wymiennik zostanie wykorzystany jako element podpierający instalację albo podczas montażu użyta zostanie nadmierna siła. Rurociągi powinny być właściwie zamocowane i podparte, aby ich ciężar oraz naprężenia nie obciążały króćców wymiennika.
Należy również zwracać uwagę na sposób dokręcania połączeń. Nadmierna siła nie poprawia szczelności instalacji, a może prowadzić do uszkodzenia króćca lub jego połączenia z wymiennikiem.
✅ Wymienniki płytowe powinny być montowane pionowo.
Nieprawidłowa pozycja montażowa płytowego wymiennika ciepła może powodować problemy z jego odpowietrzaniem i prawidłowym przepływem medium. Oczywiście sprawi to, że układ nie będzie działał prawidłowo - lub w ogóle, jeśli dojdzie do jego zablokowania.
W przypadku montażu poziomego, zależnie od konstrukcji wymiennika oraz rozmieszczenia króćców, w jego kanałach mogą powstawać kieszenie powietrzne. Powietrze ogranicza rzeczywistą powierzchnię przepływu, pogarsza wymianę ciepła i może powodować nierównomierne obciążenie termiczne poszczególnych części wymiennika. Szczególnie niebezpieczna jest sytuacja, w której przepływ zostanie silnie ograniczony lub okresowo zatrzymany, podczas gdy druga strona wymiennika nadal dostarcza dużą ilość ciepła, a pompy obiegowe pracują. Może wówczas dochodzić do miejscowego przegrzewania, gwałtownych zmian temperatury i powstawania naprężeń termicznych, zwiększania ciśnienia, które w skrajnych warunkach mogą przyczynić się do rozszczelnienia wymiennika. Dlatego pozycję montażową należy zawsze dobierać zgodnie z dokumentacją producenta, a instalację wykonać w sposób umożliwiający skuteczne odpowietrzanie obu obiegów. Uniwersalnie dla modeli płytowych przyjmuje się pozycję pionową.
Na ten temat pisaliśmy szerzej w osobnym wpisie, gdyż jest to częste zjawisko - szczególnie w kontekście gruntowym pomp ciepła, które jak wiemy czerpią wodę z wód gruntowych (tzw. solanka), ale czasem także z rzek stawów czy studni. Osoby takie montują wymiennik celem ochrony pompy ciepła, podczas gdy wymiennik jest w zasadzie równie wrażliwy na wodę gruntową.
Dlaczego woda tego typu jest problemem i może rozszczelniać wymienniki. Ponieważ zawiera szkodliwe chlorki (w skrajnych wypadkaach o działaniu nawet podobnym do soli) oraz nadmiar szkodliwych soli mineralnych. Groźne są w szczególności żelazo, mangan oraz wapń. Podobnie jak przy innych problemowych zastosowaniach do wody studziennej czy gruntowej potrzebne są specjalne wymienniki. Stosując wymiennik klasyczny (który z natury rzeczy jest przeznaczony do wody sieciowej, a więc wstępnie uzdatnionej) narażamy się na rozszczelnienie, wpozagwaracyjne.
✅ Do wody studziennej oraz gruntowej wszelkiego typu należy stosować raczej wymienniki uszczelkowe. Są one rozbieralne i pozwalają na wymianę konkretnego komponentu, np. jednej nieszczelnej płyty czy danej uszczelki. Wówczas w przypadku nieszczelności - po prostu taki wymiennik się naprawia w stosunkowo niedrogi sposób. Stosując w tym zastosowaniu wymiennik lutowany - po jego rozszczelnieniu nie będzie takiej możliwości.
Lutowany płytowy wymiennik ciepła może pracować w instalacji grzewczej przez wiele lat, jeżeli został prawidłowo dobrany, zamontowany i zabezpieczony.
Do najważniejszych zagrożeń należą zanieczyszczenia i magnetyt, kamień kotłowy, zamarznięcie medium, przekroczenie dopuszczalnego ciśnienia lub temperatury, uderzenia hydrauliczne, niewłaściwe medium oraz błędy montażowe.
Wiele awarii określanych potocznie jako „uszkodzenie wymiennika” jest w rzeczywistości skutkiem problemów występujących w całej instalacji lub nieprawidłowego doboru wymiennika w kontekście zastosowania lub innych urządzeń pojawiających się w instalacji, które nie powinny pracować razem z wymiennikiem. Dlatego w przypadku spadku wydajności wymiennika warto szukać nie tylko sposobu jego wyczyszczenia lub wymiany, ale przede wszystkim przyczyny, która doprowadziła do pogorszenia jego pracy.
Usunięcie tej przyczyny pozwala zabezpieczyć zarówno wymiennik, jak i pozostałe elementy instalacji grzewczej.
BLOG:
Niedowymiarowanie wymiennika ciepła - co to oznacza w praktyce?
Przewymiarowanie wymiennika ciepła - czemu to służy?
Izolacja termiczna wymiennika ciepła płytowego - czy jest potrzebna? Czy coś realnie zmienia?
Jaki wymiennik ciepła do basenu?
Jak dobrać wymiennik ciepła do kotła gazowego?
Jak prawidłowo podłączyć wymiennik płytowy Nordic Tec? Czy można zamienić kierunki przepływów z tabliczki znamionowej?
Zostaw komentarz