Havárie tepelných čerpadel způsobená korozí

Autor v článku popisuje příčiny závažné havárie zařízení na přípravu teplé vody, vzniklé na základě nevhodně zvolené úpravny napájecí vody. Z článku vyplývá, že je třeba výběru tohoto zařízení věnovat zvýšenou pozornost, protože, jak je popsáno, vzniklé škody mohou být velmi vysoké.

Recenzent: Richard Valoušek

Úvod

V objektu, kam jsem byl přizván k posouzení havárie, bylo instalováno zařízení pro vytápění, chlazení a přípravu teplé vody.

Vytápění a chlazení

Zdrojem tepla a chladu je pět systémů VRV. Každý systém obsahuje tři jednotky tepelných čerpadel. Všechny jednotky jsou umístěny na střeše objektu. Zařízení zároveň slouží k přípravě teplé vody (TV).

K havárii vedlo náhlé zvýšení tlaku v zařízení pro přípravu TV, která odtékala pojistnými ventily zásobníků vody do kanalizace. Došlo k její kontaminaci a znečištění včetně znečištění potrubních rozvodů. Následně byla zjištěna netěsnost deskového výměníku tepla v rozvodném potrubí chladiva systému VRV, proto byl výměník určený pro přípravu TV odpojen oboustranně od potrubí chladiva i od potrubí TV. Tlakovou zkouškou byla potvrzena jeho netěsnost mezi okruhem chladiva a teplou vodou. V potrubním systému chladiva byla zjištěna přítomnost vody a cizích plynů.

Příprava teplé vody

Při ohřevu vody se využívá zbytkového tepla z chlazení. Celé zařízení pro přípravu TV obsahuje čtyři výměníky Alfa Laval, dvě akumulační nádrže, oběhová čerpadla, regulační a uzavírací armatury a rozvodné potrubí.

Instalovány jsou 4 výměníky tepla, všechny o jmenovitém výkonu 7,5 kW, každá z akumulačních nádrží má objem 3000 l. Veškeré hlavní zařízení (výměníky tepla, akumulační nádrže i oběhová čerpadla) je instalováno v suterénu objektu.

Ochrana výměníků tepla proti korozi

Na přívodním potrubí do akumulačních nádrží pro ohřev vody je na ochranu proti korozi instalováno zařízení pro elektromagnetickou úpravu vody.

Úpravna vody v potrubí vytváří elektrické pole v obou směrech bez ohledu na proudění. Vlivem působení elektromagnetického pole se z minerálů obsažených ve vodě vytvářejí krystalizační jádra. Změnou chemické rovnováhy se nadbytečné rozpuštěné látky ve vodě uvolňují a tvoří kal, tím je zamezeno tvorbě a usazování vodního kamene na stěnách potrubí. Rozpuštěné látky, podporují růst vloček. Materiál potrubí nemá vliv na funkci úpravny vody. Zařízení nevyžaduje údržbu, nedochází k jeho opotřebení. Řídicí jednotka úpravny se instaluje na stěnu. Magnetická úpravna byla instalována v souladu s návodem na montáž a obsluhu.

Tlakové poměry v systému VRV

Provozní tlak plynné fáze v chladicí soustavě je 8 bar. Po dokončení instalačních prací byla tlakovým dusíkem při zkušebním tlaku 40 bar provedena tlaková zkouška systému, která trvala 72 hodin. Tlak redukčního ventilu na straně napájecí vody je nastaven na 0,4 MPa. Otevírací tlak pojistných ventilů TV je 5,5 bar. Tlaková odolnost výměníku tepla je 68 bar.

Ochrana jednotek proti nízkému tlaku

Tlaková čidla signalizují nízký tlak chladiva při poklesu tlaku pod 1,5 bar. Nedojde-li ke zvýšení tlaku ani po čtvrté signalizaci, vypnou se kompresory.

Ochrana jednotek proti překročení maximálního povoleného tlaku

Vysoký tlak chladiva signalizují tlaková čidla při dosažení tlaku 35 bar. Zvýší-li se tlak na 40 bar, kompresory se vypnou.

Zjištění příčin průniku vody a chladiva mezi VRV systémem a systémem TV

Chladivo, které má vyšší podtlak, proniklo stěnou lamelového výměníku tepla do vodního okruhu zařízení pro přípravu TV. Došlo k náhlému zvýšení tlaku v systému pro přípravu TV, který přesáhl nastavený tlak na pojistných ventilech, a TV odtékala pojistnými ventily zásobníků do kanalizace. Zároveň došlo ke znečištění TV, zásobníků i potrubních rozvodů chladivem.

Po úniku chladiva do TV došlo ke snížení tlaku v chladivovém okruhu. Netěsností výměníku pronikla voda do potrubí chladivového sy­stému a do kompresorů tepelných čerpadel. Po havárii bylo z chladivového potrubního systému odčerpáno chladivo s příměsí vody a olejů. Oddělení vody a oleje je viditelné v odběrové nádobě na obr. 1.

Začal jsem pátrat po příčinách havárie, kdy jsem si nejprve vyžádal servisní (revizní) knihu zařízení s cílem zjistit, zda byly prováděny patřičné servisní úkony a zda nebylo možné škodě zabránit. Ověřil jsem, že zařízení bylo pravidelně servisováno a kontrolováno ode dne uvedení do provozu. Při pravidelných kontrolách nebyl zjištěn únik chladiva.

Vzhledem k tomu, že tlaková odolnost poškozeného výměníku tepla vícenásobně převyšuje provozní i zkušební tlaky na straně chladiva i TV, soustředil jsem se na možné korozivní účinky ohřívané vody, protože použité chladivo nepředstavuje korozní riziko pro měděné a ocelové materiály. Za účelem zjištění korozivních účinků teplé vody byly odebrány její vzorky, úsady z akumulačních nádob a z vnitřních částí výměníku tepla (obr. 2 a 3).

Pro posouzení chemické agresivity vody byly vytipovány chemické ukazatele. Jejich hodnoty jsou uvedené v protokolu o zkouškách viz níže.

Následovalo stanovení vybraných ukazatelů v TV, v úsadách z výměníku a akumulační nádrže – výsledky jsou uvedeny v tabulkách. Uvedené výsledky se týkají pouze zkoušených vzorků.

Vyhodnocení výsledků chemických rozborů

Úsady z akumulační nádoby

Akumulační nádoby jsou vyrobeny z nerezového materiálu, rozvodné potrubí z plastů. Ke spojování potrubí byly použity mosazné tvarovky. Z odkalovacího ventilu akumulační nádoby byl odebrán vzorek vody, ta měla sytě žlutou barvu. Zkoumané úsady byly odfiltrovány, vysušeny a podrobeny spektrální analýze. Procentuální obsahy jednotlivých látek jsou uvedeny v protokolu o zkoušce. Z procentuálních obsahů látek ve vzorku vody je zřejmé, že dochází k rozpouštění železa z nerezové oceli. Vyskytují se zde i legující prvky nerezových ocelí – molybden, nikl i mangan. Akumulační nádoby jsou silně atakovány korozí.

Úsady z výměníku tepla

Zkoumaný deskový výměník tepla je vyroben z nerezové oceli. Jednotlivé desky jsou k sobě připájeny mědí natvrdo. Ve vstupním a výstupním potrubí výměníku tepla byly viditelné úsady, tyto byly odebrány a podrobeny spektrální analýze. Procentuální obsahy jednotlivých látek jsou uvedeny v Protokolu o zkoušce. Z procentuálních obsahů látek je zřejmé že došlo k rozpouštění železa, mědi i legujících prvků nerezové oceli. Výměník tepla zhavaroval po silném napadení korozí.

Teplá voda

Z hodnot Rýznarova indexu stability a Langelierova saturačního indexu je zřejmé, že je porušena vápenatouhličitá rovnováha a voda je agresivní vůči konstrukčním materiálům. Příčinou koroze výměníku tepla a následného průniku vody a chladiva mezi VRV systémem a systémem TV je selhání zařízení pro úpravu vody.

Rozsah škod

Zařízení pro přípravu TV i rozvodné potrubí bylo nutné chemicky vyčistit a následně provést rozbory vody s cílem zjistit, zda její pa­rametry odpovídají požadavkům na kvalitu pitné vody. Poškozený ­výměník tepla se musel vyměnit. Při průniku vody do chladivového okruhu došlo ke zničení kompresorů, veškerých součástí chladivového okruhu včetně expanzních ventilů, dehydrátorů, expanzních ventilů i presostatů. Celková škoda překročila částku 2 000 000 Kč.

Závěr

Příčinou vzniku škody byl průnik chladiva přes výměník tepla do zařízení pro přípravu TV v důsledku korozivního účinku napájecí vody, kterému nevhodně použité zařízení pro úpravu vody nedokázalo zabránit. Příčinou koroze výměníku tepla a následného průniku vody a chladiva mezi VRV systémem a systémem TV, je selhání zařízení pro úpravu vody.

Doporučení

Výměníky tepla určené pro přípravu TV tlakově odzkoušet. Původní elektromagnetickou úpravnu vody nahradit bioenergetickou úpravnou vody. Toto zařízení nevyžaduje žádný zdroj elektrické energie a nevytváří se shluky usazenin. Na vnitřním povrchu potrubí, výměníků tepla, tvarovek i ostatních součástí zařízení se vytvoří homogenní ochranná protikorozní vrstva, která brání korozi.

Literatura

[1] Znalecký posudek autora článku
[2] Firemní podklady společností, zabývajících se zařízeními pro úpravu vody.

---

Heat pump accident caused by corrosion

In the article the author describes causes of a serious accident of the hot water preparation equipment resulting from an improperly selected feed water treatment plant. It follows from the article that extra care should be taken when choosing this equipment, since, as described, the damage incurred can be very high.

Keywords: corrosion, Ryznar index, Lange­lier saturation index, bioenergy water treatment, electromagnetic water treatment