Чи можна встановлювати алюмінієві радіатори в систему з мідним теплообмінником.
Добре відомі сумніви проектувальників та монтажників щодо прийнятності установки алюмінієвих радіаторів у тій чи іншій опалювальній системі. В одних випадках вони безпроблемно працюють довгі роки, в інших — постійно заповнюються якимось газом, кородирують і, в результаті, досить швидко руйнуються. Чому це відбувається? Про причини хімічних процесів, що відбуваються в опалювальних приладах із алюмінію, ми й поговоримо у цій статті.
Мал. 1. Водневий показник дистильованої води залежно від температури
Табл. 1. Значення нейтрального pH в чистій воді при різних температурах
Мал. 2. Схема електрохімічного корозійного процесу
Табл. 2. Значення електродних потенціалів деяких елементів
Мал. 3. Схема процесу корозії при контакті алюмінію та міді
Алюмінієві радіатори дуже зручні: вони компактні, естетичні, мають малоінерційність і дуже високу тепловіддачу. Теплопровідність виробів з алюмінієвих сплавів – 202–236 Вт/(м⋅K). З металів, що використовуються для виготовлення радіаторів, вища ця величина лише у міді: 382–390 Вт/(м⋅K). В інших матеріалів теплопровідність нижча в рази. При цьому алюміній як сировина приблизно вдвічі дешевше за мідь.
У той же час з алюмінієвими радіаторами пов'язано безліч забобонів, заснованих на незнанні споживачем природи хімічних процесів, що відбуваються всередині опалювальної системи, існує, наприклад, стійка думка, що з алюмінієвими радіаторами не можна використовувати мідні та оцинковані труби. Але чому і якому з матеріалів буде від цього гірше — знають не всі.Відомо також, що алюміній висуває високі вимоги до pH теплоносія. Наскільки це серйозно та чим загрожує перевищення? Спробуємо розібратися.
Якщо не брати до уваги помилки при розрахунках максимального тиску, гідроудари та виробничий шлюб, найпоширенішою проблемою в алюмінієвих радіаторах є т.зв. «заповітря», в результаті якого підвищується навантаження на відвідник повітря, збільшується обсяг підживлення, при несприятливому розкладі може луснути секція.
Насправді газ, що виділяється, — це водень H2, продукт взаємодії алюмінію з різноманітними речовинами. Відбувається цей процес у трьох випадках: реакція алюмінію з теплоносієм-водою, реакція алюмінію з теплоносієм-гліколем, електрохімічна корозія алюмінію.
Водневий показник
В першу чергу, виникає питання, яким чином алюміній взагалі може вступати в реакцію з будь-чим: адже на повітрі (тобто відразу після виготовлення на заводі) на його поверхні утворюється тонка міцна безпориста оксидна плівка Аl2О3, що захищає метал від подальшого окислення і обумовлює його високу корозійну стійкість.
Крім того, виробники додатково покривають внутрішні поверхні радіаторів різними складами, що перешкоджають доступу теплоносія до алюмінію. Тому, щоб «дістатись» до металу, треба спершу зруйнувати оксид.
Найпростіший спосіб - механічна дія твердих частинок, які можуть бути присутніми в теплоносії: вони викликають абразивний знос і руйнують захисний шар на внутрішній поверхні приладу. Ця проблема легко вирішується встановленням фільтрів та грязьовиків у потрібних місцях опалювальної системи.
Цікавішу ситуацію є «хімічна атака». Вона пов'язана замфотерністю оксиду алюмінію, тобто. його здатністю виявляти як кислотні, так і основні властивості: взаємодіяти як з лугами, так і з кислотами з утворенням солей, добре розчинних у воді (це означає, що вони не залишаються на металі, а надходять у теплоносій). Приклад реакції з кислотою (властивості основного оксиду):
Al 2 O 3 + 6HCl ⇒ 2AlCl 3 + 3H 2 O.
Приклад реакції з водним розчином лугу (властивості кислотного оксиду):
Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O ⇒⇒ 2Na[Al(OH) 4 ].
Взаємодіє оксид алюмінію, щоправда, не з усіма сполуками: так, сірчана чи азотна кислоти руйнування плівки не викличуть.
Найважливішим індикатором наявності у воді розчинених кислот є водневий показник pH (за першими буквами латинських слів potentia hydrogeni - сила водню або pondus hydrogenii - вага водню) - концентрація іонів водню H + в розчині, що кількісно виражає його кислотність, обчислюється як негативний (взятий знаком) десятковий логарифм активності водневих іонів у молях на літр:
Взагалі, в хімії поєднанням pX прийнято позначати величину, що дорівнює -lgX, а буква H в даному випадку позначає концентрацію іонів водню H + . Дещо меншого поширення набула зворотна pH величина — показник основності розчину pOH, що дорівнює негативному десятковому логарифму концентрації в розчині іонів OH – : pOH = –lg[OH – ].
У чистій воді при 25 °C величини концентрації іонів водню H + та гідроксидіонів OH – однакові та становлять 10 –7 моль/л. Це безпосередньо випливає з визначення іонного добутку води, що говорить, що добуток концентрацій іонів водню Н + і іонів гідроксиду OH - у воді або у водних розчинах при певній температурі дорівнює константі Kв. Нормальними умовами прийнятовважати 25 °C, при яких K = 10 -14 моль 2 /л 2 . Таким чином, при 25 ° C - pH + pOH = 14.
Для зручності уявлення, щоб позбутися від негативного показника ступеня, замість концентрацій іонів водню користуються їх десятковим логарифмом, взятим зі знаком, який і назвали водневим показником pH.