что такое антидиффузионный слой на трубе
Диффузия кислорода в полимерных трубах
Запись дневника создана пользователем evraz, 28.09.13
Просмотров: 21.346, Комментариев: 11
Кислородопроиницаемость однослойных и многослойных полимерных труб PEX, PPR, PEX-EVON, PPR-FG-PPR, PERT-AL-PERT, PPR-AL-PPR
Кислородопроиницаемость однослойных и многослойных полимерных труб PEX, PPR, PEX-EVON, PPR-FG-PPR, PERT-AL-PERT, PPR-AL-PPRВыдержки:
«.
ДИФФУЗИЯ КИСЛОРОДА В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СИСТЕМАХ РАДИАТОРНОГО ОТОПЛЕНИЯ
Влияние диффузии кислорода в полимерных трубах на замкнутую высокотемпературную систему (радиаторное отопление) хорошо известно. Проникающий через стенки трубы кислород насыщает разогретый до высокой температуры теплоноситель пузырьками кислорода, порождая кавитационные процессы в насосах (Рис.2), вентилях (Рис.3), во всех других металлических элементах трубопроводной системы:
Рис. 2. Разрушение водяного насоса, и скан поверхности ротора насоса (Сканирующий мультмикроском СММ-2000) в результате насыщения теплоносителя кислородом
.
ДИФФУЗИЯ КИСЛОРОДА В ЗАМКНУТЫХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ (ТЕПЛЫЕ ПОЛЫ, ПАНЕЛЬНОЕ ОТОПЛЕНИЕ)
До недавнего времени считалось, что диффузия кислорода создает проблемы только в высокотемпературных системах, но в конце 2011 года авторитетная шведская лаборатория EXOVA (ранее Bodycote Polymer) завершила 12-ти летние испытания полимерных труб в замкнутых низкотемпературных системах отопления (теплых полах, панельном отоплении). Результаты оказались несколько неожиданными, Рис. 4.
Рис. 4. Заиливание стенок однослойной трубы в низкотемпературной системе отопления (Exova, 2011)
В низкотемпературных замкнутых системах отопления в кислородопроницаемых трубах (PEX, PPR, PPR-FG-PPR, PP-GF-PP, PPR-GF) проникающий через стенки трубы в теплоноситель кислород провоцирует развитие аэробных микроорганизмов, в результате стенки трубы заиливаются продуктами жизнедеятельности аэробных бактерий, и трубопроводная система со временем выходит их строя, теряя свою пропускную способность.
. Для того, что бы подорожавшая система отопления и водоснабжения не стала постоянной головной болью при выборе труб, будет необходимо учитывать все факторы влияющие на надежность системы: термостойкость, термостабильность, кислородопроницаемость, и разумеется, репутацию производителя. «
Дополнено
Еще одна статья, выдержки
Как узнать есть ли кислородный барьер EVOH в трубе
До недавнего времени трубы любого типа, использующиеся в системах отопления считались герметичными. То есть непроницаемыми, как для жидкости, как и для кислорода. Однако, с широким применением полимеров — полиэтилена, ПВХ, металлопластика в системах отопления начали возникать проблемы связанные с повышением уровня растворённого в теплоносителе кислорода. Причём эти проблемы отнюдь не ограничивается простой коррозией радиаторов отопления и теплообменников котлов. Насыщенная кислородом вода в качестве теплоносителя, в сочетании с повышенной температурой является идеальной средой для размножения бактерий. Производители стали задумываться о применении EVOH кислородного барьера.
Что такое кислородный барьер, и в каких трубах он применяется?
Кислородный барьер представляет собой дополнительный слой особо покрытия использующегося в пластиковых трубах. Он предотвращает попадание — диффузию кислорода внутрь полимерной трубы. Существует несколько разновидностей кислородных барьеров в зависимости от типа трубы:
ВАЖНО! EVOH — который используется в pex трубах, наносится на полиэтиленовую основу при производстве. Он полностью совпадает по основным техническим параметрам со сшитым полиэтиленом, имеет ту же температуру плавления и коэффициент термического расширения. При этом, под воздействием температуры он не выделяет каких-либо опасных, канцерогенных или сильно пахнущих веществ. Если говорить о уровне кислородного барьера в трубах, то EVOH равен по этому показателю с алюминиевой фольгой.
Для чего нужен кислородный барьер?
Основная проблема, которую вызывает насыщенный кислородом теплоноситель, это вступление в реакцию с любым металлическим (коррозирующим) элементом системы. В результате образуется большое количество шлама, что не только снижает эффективность функционирования системы отопления, но и существенно сокращает срок службы оборудования. На практике это выражается в следующих фактах:
Требования ГОСТ и производителей отопительного оборудования
В СНиП-ах, регламентирующих технические условия систем отопления, вентиляции и кондиционирования (сейчас СП 60.13330.2010) четко прописаны требования для систем отопления, имеющих в своем составе какие-либо полимерные элементы. Диффузионный (кислородный) барьер должен быть в наличии у всех полимерных труб. Это правило действует для всех систем отопления, имеющих, как металлические, так и полимерные элементы.
Вместе с тем, очень многие производители изделий для систем отопления вносят в техническую документацию по эксплуатации своей продукции специальный пункт, о необходимости применения пластиковых труб исключительно с диффузионной защитой. В противном случае, производитель оставляет за собой право отказать в гарантийном случае.
Аргументы за и против
Противники данной концепции выдвигает следующие доказательства бесполезности диффузионного барьера:
Как проверить на практике есть ли кислородный барьер
На практике, каждый решает для себя, выбирать трубы с кислородным барьером EVOH по немного большей цене или в случае поломок, вызванных коррозионным поражением металлических частей радиаторов отопления теплообменника, выполнять ремонт или приобретение новых изделий за свой счет. Однако, если существуют нормативы и требования производителей, то не выполнять их, рискуя потратить гораздо больше и средства по крайней мере недальновидно.
Если заказчик принял твердое решение использовать трубы с диффузионным барьером, то ему необходимо убедиться, что подрядные организации (бригады мастеров) используют именно тот тип труб, за который было изначально заплачено.
Внешне эти два типа труб практически ничем не отличаются, особенно на взгляд непосвященного человека. Однако существует довольно простой способ проверки наличия защитного слоя EVOH. Он заключается в способности сополимера полиэтилена и винилового спирта реагировать с другими спиртами. Практически это реакция замещения одних спиртов другими.
Для тестирования понадобится любой спиртовой раствор, имеющий в своем составе какой-либо краситель. Идеальным вариантом является спиртовой раствор Йода. Он наносится на поверхность полиэтиленовой трубы.
Нанесите йод на поверхность трубы
После 1-2 минут нанесенный раствор нужно попытаться стереть. С трубы, не имеющей защитного слоя, йод можно будет удалить без каких-либо остатков. Поверхность трубы с EVOH прослойкой окрасится в коричневый цвет. Причём йод проникнет под внешний слой и его невозможно будет стереть.
На трубе с EVOH барьером йод впитался. Где диффузионного барьера нет, йод просто стерся
На данный момент существует несколько разновидностей труб защитным слоем EVOH. Разрешить их можно по маркировке:
При выборе конкретного изделия лучше отдать предпочтение Pex/EVOH/Pex трубе. Причина состоит в том, что трёхслойная труба не имеет защиты для кислородного барьера, который в процессе перевозки или монтажных действий повреждается и не может выполнять свою функцию. Кроме того, в процессе температурных деформаций PERT / EVOH труба будет тереться о различные конструкционные элементы, в том числе бетонную стяжку. И в течение довольно непродолжительного времени полностью утратит свой защитный барьер.
Внимание! Данный пример подходит только для труб, у который слой EVOH находится на поверхности трубы (наиболее популярный подход).
Кислородопроницаемость труб
Последнее десятилетие стал очень популярен полипропилен (далее ППр) в качестве материала труб для отопления. Поэтому все чаще частного застройщика волнует, какие ППр трубы выбрать. На данный момент выпускаются три вида ППр труб. Неармированные трубы, армированные алюминиевой фольгой, или армированные стекловолокном.
ППр трубы, армированные стекловолокном, появились на рынке РФ относительно недавно. Не более 3-5 лет в массовой продаже. Монтажники систем отопления очень быстро оценили удобство и повышение производительности труда с такими трубами. Но, во многих случаях, либо не знают, либо сознательно умалчивают о том, что такие трубы нельзя применять в системах отопления.
В системах отопления СНИПом не разрешается применять пластиковые трубы, не имеющие кислородонепроницаемого барьера (антидиффузионного слоя).
Например, по норме DIN 4726 уровень кислородной герметичности не должен хуже, чем 0,1 г/м3xдень. Кислород, попадающий в систему отопления в местах труб без фольги, попадает в воду. Кислород, растворенный в воде, контактирует с металлическими компонентами. Это приводит к химической реакции – окиси железа, другими словами, образуется ржавчина. В случае постоянного проникновения кислорода образуется ржавчина, которая приводит к ускоренному износу радиаторов, котлов, нарушению работы насосов и потере энергии.
Антидиффузионный слой (он же «кислородный барьер») должен препятствовать проникновению кислорода из окружающей атмосферы в теплоноситель. Для того, чтобы растворенный в теплоносителе кислород, не приводил к ускорению коррозии и порче теплообменников котлов, насосов, арматуры и отопительных приборов.
Сейчас заслуженно пользуются популярностью стальные панельные радиаторы с толщиной стенки около 1,25 мм. Но так как они выполнены из стали, то являются подверженными кислородной коррозии при использовании труб без «кислородного барьера», в бОльшей степени, чем чугунные радиаторы. На практике, это приводит к значительному сокращению срока службы таких отопительных приборов. Справедливости ради, нужно сказать, что и чугунные радиаторы подвержены этой коррозии также, но из-за более толстых стенок могут выдерживать коррозию бОльшее время. Ведь дело вовсе не в стали или в чугуне, в содержании растворенного кислорода в теплоносителе. Хочу подчеркнуть, что воздух в системе (т.е пузырьки нерастворенных газов) и растворенный кислород – совершенно разные вещи.
Кислородонепроницаемым слоем в трубах может служить сплошная неперфорированная алюминиевая фольга (используется для армировки ППр труб для отопления) или специальный пластиковый слой, слабо проводящий кислород (например, полиэтилен EVOH), применяющийся при изготовлении некоторых марок металлопластиковых труб. Однако нельзя считать слой EVOH полностью газонепроницаемым, а только обеспечивающим газопроницаемость приблизительно действующим нормам.
Ниже «разрезы» трубы с применением слоя EVOH и армированной сплошной алюминиевой фольгой:
Нужно отличать, сплошным ли слоем алюминиевой фольги армирована труба, и не перфорирована ли (с дырками) алюминиевая фольга.
Фольга должна быть сплошная (неперфорированная) и очень желательно проваренная лазером встык.
Если для армирования трубы был применен слой алюминиевой (неперфорированной) фольги, со стыком, проваренным продольно трубе встык или внахлест, то можно считать такую трубу газонепроницаемой (почти как металлические трубы из стали и меди). Это некоторые марки ППр трубы, и трубы из металлопластика.
Кислородная коррозия, это природное явление – окисление металла. В случае с элементами оборудования системы отопления (далее СО), они «впитывают» кислород не только из пузырьков воздуха, но из воздуха растворенного в самой воде. Получается, что сталь при контакте с теплоносителем, «впитывает» кислород, содержащийся в воде, образуя оксид железа 4Fe + 3O2 = 2Fe2O3 (ржавчину), имеющую красновато-коричневый цвет. При постоянном притоке кислорода в теплоноситель (воду) процесс коррозии протекает постоянно, вплоть до образования дыр. Кислород проникает в воду при подпитке системы неподготовленной водой и сквозь стенки труб (диффузия газов сквозь стенки кислородопроницаемых пластиковых труб).
Коррозия образует на стальной поверхности язвы круглой формы, т.е. происходит не по всей поверхности равномерно. Когда такая «язва» «прорастает» насквозь, её часто называют свищами. Которые частенько «затыкают» с помощью установки хомута с резиновой прокладкой. Что мы и видим на фото ниже:
Если же в системе применены кислородоНЕпроницаемые трубы, и не производится постоянная подпитка неподготовленной водой, содержание растворенного в воде кислорода уменьшается в прогрессии, и происходит «частичное» «недоокисление» с образование магнитного железняка (Fe3O4) чёрного цвета, который покрывает изнутри систему отопления тонкой плёнкой (могущей защищать системы от разрушительной коррозии). 3Fe + 2O2 = Fe3O4 (четырехокись железа, магнитный железняк).
Возможно, некоторым будет непонятно, за счет чего газы из атмосферы при давлении в 0 Атмосфер могут проникать в СО, в которой давление 1,5 Атм и выше. Дело в том, что речь идет не об абсолютном давлении, а о парциальном. Абсолютное давление впрямую не зависит от парциального. И наоборот.
И если парциальное давление растворенного газа в теплоносителе ниже, чем в окружающем атмосфере, то молекулы кислорода (газа) будут проникать сквозь стенки кислородопроницаемой (не имеющей антидиффузного слоя или металлической трубы) трубы из окружающего пространства. Современная наука много чего еще не знает, но физику процесса проникновения газов сквозь пластиковые стенки объясняет так. Атомы кислорода, имеют размеры намного меньше, чем молекулы пластика и могут диффундировать (проникать) сквозь пластик.
Вот так, на рисунке ниже,примерно, с точки зрения современной науки выглядит молекула полипропилена и кислорода. Между цепочками молекулы полипропилена и диффундирует (проникает) кислород. При этом молекулы воды, образуя макроцепочки и кластеры из молекул воды, не могут проникать сквозь стенки пластиковых труб.
— это фрагмент молекулы полипропилена.
Это молекула кислорода (О2).
Так это или по-другому, оставим разбираться учёным. Но на практике все знают, что например лимонад и пиво теряют свою газированность (насыщенность газом), т.е. газы диффундируют сквозь стенки ПЭТ бутылок. Многие обращали внимание, что упаковка типа ТетраПак (параллепипед или «кирпич») для соков и многих других продуктов, имеет в составе своей бумажной стенки изнутри тонкую алюминиевую фольгу. Делается это как раз с целью, уменьшить диффузное проникновение кислорода из окружающей среды вовнутрь упаковки, и уменьшить окисление (порчу) продукта питания. Т.е. увеличить срок хранения.
Нам же с вами, интересно увеличить срок службы отопительных приборов, отопительного котла и регулирующе-запорной арматуры. Понятное дело, что сделать вечной нашу систему отопления не получиться. Но увеличить срок её службы, например, с 5 до 50 лет, никому не помешает. Ибо систему отопления, как и дом, все стараются сделать (построить) на всю жизнь.
Возможно, некоторые монтажники (по незнанию или по желанию получить побольше комиссионных от перепродажи оборудования) будут предлагать Вам установить в Вашу систему так называемые дэаэраторы. Скажу, что чаще всего, их установка – беЗсмысленная трата денег. Ибо это можно понять даже по второму русскому названию дэаэратора – сепаратор пузырьков. Т.е. такой дэаэратор (далее сепаратор), никаким образом не может удалить из теплоносителя растворенный в нём кислород. Он может только «сепарировать», т.е. «разделять», улавливать (и далее удалять) микропузырьки газов в теплоносителе. Но растворенные газы этот сепаратор никаким образом удалить не может. А растворенный газ в теплоносителе и пузырьки газов в теплоносителе – это совершенно разные вещи.
Приведу пример. Вы можете удалить крупные нерастворившиеся кристаллики поваренной соли из воды, пропустив воду через мелкое сито (фильтр-сетку). Но, после того, как кристаллы соли полностью растворились в воде, удалить соль из воды с помощью самого мелкого сита (фильтра-сетки) будет совершенно невозможно.
Уменьшить количество растворенных газов (в том числе кислорода) теплоносителе можно единственным способом. Это прокипятить (или нагреть до максимально допустимой температуры) теплоноситель. А затем, не остужая, укупорить в стеклянные банки, так же как мы консервируем овощи и фрукты. Ниже для понимания приведу таблицу растворимости кислорода в воде.
В реальной же практике, такую процедуру делать практически нет смысла. Но вот после монтажа прогреть всю систему отопления до максимально возможной (для типа используемых труб и котла) температуры– очень полезно. Ведь при этом, растворимость кислорода в теплоносителе станет минимальной, и кислород почти весь выделится в виде пузырьков нерастворенного кислорода. А эти пузырьки частично будут выведены из системы автоматическим воздухоотводчиком котла, а частично накопятся в верхних частях радиаторов, откуда их нужно будет удалить посредством кранов Маевского.
В дальнейшем же, весь оставшийся в системе отопления кислород, прореагировав с железом, превратится в крайне незначительное количество ржавчины. И еще и покроет стальные поверхности изнутри пассировочной (защитной) плёнкой магнитного железняка (о чем писал в начале статьи).
Намного бОльший вред и усиленную коррозию вызывает постоянная подпитка системы неподготовленной водой . Так как в ней много растворенного кислорода. С каждой новой подпиткой, процесс коррозии будет возобновляться с новой силой. Путь борьбы с этим очень простой – делать системы отопления не являющиеся худыми. Т.е. хорошо смонтированная система не требует подпитки теплоносителем много лет. Также как и система охлаждения новой автоиномарки. И многие автолюбители, еще помнят, какой вред приносит системе охлаждения автомобиля постоянная подпитка (подлив) обычной водопроводной водой. Это и в плане растворенного кислорода, и в плане появления в системе сильной накипи.
О накипи в системе отопления, поговорим в другой статье. Здесь же напишу, что если Вы заботитесь о системе отопления не меньше, чем о своем автомобиле, то и заливайте в систему отопления не обычную «жесткую» водопроводную воду, а дистиллированную воду. Если уж возникла необходимость дополнить объем системы отопления водой, то дополняйте её дистиллированной же водой (как и в авто).
3. Урок на тему «Молекулы и атомы» С.В. Громов, И.А. Родина, учителя физики.
4. Урок на тему «Строение вещества» Фонин Илья Александрович, Камзеева Елена Евгеньевна, учитель физики, МОУ Гимназия №8, г.Казань.
5. Г. Остер. Физика. Задачник. Ненаглядное пособие.- М.: Росмэн, 1998.
6. Мейяни А. Большая книга экспериментов для школьников. М.: «Росмен». 2004 г.
7. Global Physics «Атомы и молекулы».
Автор Инчин Владимир Владимирович
Перепечатка не возбраняется,
при указании авторства и ссылки на этот сайт.
Для того чтобы обосновать необходимость кислородного барьера, давайте сперва разберемся, какой вред системе отопления может принести растворенный в теплоносителе кислород.
Все мы помним еще со школьной скамьи, что такое процесс окисления. Такой процесс невозможен без наличия кислорода. В системах отопления процесс окисления приводит к процессу образования ржавчины. При наличии кислорода в воде через определенное время любая масса железа в конечном итоге преобразуется полностью в ржавчину и разрушается. При этом первый образовавшийся слой ржавчины не создает защитную пленку для основного слоя железа, в отличие от образования патины на медной поверхности. В реально существующих системах отопления, где содержание кислорода в теплоносителе в 100 раз превышает норматив, стальные панельные радиаторы за несколько отопительных сезонов превращаются в решето и подлежат замене.
Кроме разрушения радиаторов, кислород, растворенный в отопительной жидкости, позволяет размножаться бактериям, которые способны организовывать колонии, расти и полностью перекрывать проток теплоносителя. Особенно заметен и губителен данный процесс в трубе теплого пола, где температура теплоносителя не поднимается выше 50 градусов и тем самым является идеальной средой для роста колонии бактерий. Многолетние исследования японской лаборатории показали, что в трубе теплого пола стандартного размера 16*2 мм, при наличии растворенного в теплоносителе кислорода, за 20 лет колония размножающихся бактерий полностью перекрывает проток теплоносителя.
Требования законодательства.
Основными законами в области строительства являются СНиП. Так, СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование», пункт 6.4.1 говорит следующее: «Полимерные трубы, применяемые в системах отопления совместно с металлическими трубами (в том числе в наружных системах теплоснабжения) или с приборами и оборудованием, имеющим ограничения по содержанию растворенного кислорода в теплоносителе, должны иметь кислородопроницаемость не более 0,1 г/(м3∙сут)». Соблюдение этого условия обеспечивает применение пластиковых труб с антидиффузионным слоем – металлическим или полимерным (EVOH).
Каким образом кислород попадает в закрытую систему отопления при наличии автоматических развоздушивателей? Такой процесс называется диффузией газов — процесс, при котором кислород из окружающей среды может проникнуть сквозь материал за счет разности парциальных давлений кислорода с обеих сторон материала. Парциальное давление кислорода в воздухе при нормальных условиях составляет 0,147 бара. Парциальное давление в абсолютно деаэрированной воде составляет 0 бар (независимо от давления теплоносителя) и растет по мере насыщения кислородом воды.
Для более простого примера можно представить такую ситуацию: представим трубу отопления как плетеную корзину. Наполним ее до краев ягодами (теплоносителем) и затем погрузим корзину в воду (кислород). Как бы ягоды (теплоноситель) не давили на стенки корзины (трубы), вода (кислород) все равно туда будет поступать, пока давление воды (кислорода) снаружи и внутри не выравняются.
В цифрах. Коэффициент кислородопроницаемости 100 метров трубы из Полиэтилена (PEх) – 650 г/(м3∙сут). За год эксплуатации через стенки трубы в теплоноситель попадет 3,416 кг молекулярного кислорода. При этом произойдет окисления 11,956 кг двухвалентного железа 2FeO c последующим доокислением 7,97 кг до трехвалентного железа 2Fe2O3. Таким образом, почти 12 кг железа перейдет в ржавый налет на внутренней поверхности стальных элементов системы и почти 4 кг ржавчины попадут в теплоноситель. Соответственно, вес радиаторов уменьшится на указанное количество железа, т.е. придут в негодность.
Защита от кислорода — слой EVOH.
Антидиффузионный слой EVOH представляет собой сополимер полиэтилена и винилового спирта, который наносится на пластиковую трубу на этапе производства. Слой EVOH идеально подходит по всем своим параметрам к полипропилену и имеет аналогичную температуру плавления, значение температурного расширения, нейтрален и не выделяет вредных веществ при нагревании. Физические и химические свойства слоя EVOH позволяют снизить кислородопроницаемость стенок трубы в тысячи раз, в сравнении с обычным полиэтиленом. Кислородопраницаемость EVOH аналогична по значениям с алюминием.
Мы с Вами уже разобрались, что применять труба с простым обозначением Pex или PERT, т.е. без кислородного барьера в системах отопления запрещено. Если в обозначении трубы указано PEx / EVOH или PERT / EVOH- это трехслойная труба, где первый слой — это полиэтилен, второй слой — это клей, который закрепляет кислородный барьер на полиэтилене и, наконец, третий слой — это и есть слой EVOH (кислородный барьер). В данном случае тонкая пленка кислородного барьера расположена на поверхности и не защищена от повреждений. При транспортировках, монтаже незащищенный слой всегда повреждается и защита трубы от попадания кислорода существенно ухудшается. Но самый большой вред незащищенному кислородному барьеру наносит стяжка теплого пола. При постоянных температурных удлиннениях, во время работы труба трется об цементно-песчаную стяжку, которая является абразивом. В течение короткого времени кислородный барьер полностью исчезает и труба остается без защиты.
Что же делать? Для полноценной защиты труб существует технология пятислойного производства труб, при которой кислородный барьер покрывается еще одним слоем полиэтилена и надежно защищен от любого механического воздействия, не истирается и не изнашивается. В этом случае на трубу наносится обозначение Pex/EVOH/Pex или PERT/EVOH/PERT и трубу называют пятислойной. Такая труба будет стоить немного дороже, чем трехслойная труба, но, как Вы уже поняли, только она позволит практически исключить вредные последствия попадания кислорода в систему отопления.
При выборе труб для систем отопления и сравнении цен убедитесь, что Вам предлагают пятислойные трубы с защищенным кислородным барьером.