Mały szczegół, który decyduje o żywotności zbiornika
Akumulator ciepła najczęściej kojarzy się z dużym, izolowanym zbiornikiem gorącej wody. I słusznie. Jego zadanie jest proste: gromadzić energię wtedy, gdy produkcja ciepła przewyższa zapotrzebowanie, a oddawać ją wtedy, gdy sieć potrzebuje więcej mocy.
W praktyce technicznej kluczowy problem leży jednak nie tylko w pojemności zbiornika, izolacji czy wydajności ładowania. Często ważniejsze pytanie brzmi: „Co dzieje się nad lustrem wody ?”
Poduszka azotowa i parowa
W akumulatorze ciepła mamy gorącą wodę, zmiany temperatury, niewielkie ruchy poziomu cieczy, odpowietrzanie, zawory bezpieczeństwa i kontakt z atmosferą. Jeżeli do przestrzeni nad wodą dostaje się powietrze, do układu dostaje się tlen. A tlen w wodzie sieciowej oznacza korozję, osady i skrócenie żywotności instalacji.
Dlatego w akumulatorach ciepła stosuje się poduszkę parową albo poduszkę azotową. Jej zadanie jest proste: oddzielić wodę od powietrza atmosferycznego i utrzymać lekkie nadciśnienie nad lustrem cieczy. Typowe nadciśnienie rzędu 15 mbar, czyli wartość pozornie mała, ale procesowo bardzo istotna.
Poduszka azotowa działa jak kontrolowana bariera.
Nie chodzi o „wpuszczenie trochę azotu do zbiornika”. To częsty błąd.
Chodzi o układ, który:
- wypiera powietrze z przestrzeni gazowej nad wodą,
- utrzymuje stałe, niewielkie nadciśnienie,
- uzupełnia azot przy spadku ciśnienia,
- nie dopuszcza do zasysania powietrza przez zawory oddechowe,
- współpracuje z zabezpieczeniem podciśnienia i nadciśnienia.
To różnica między przypadkowym podaniem gazu a prawidłowym blanketingiem.
W dużych elektrociepłowniach często stosuje się poduszkę parową, bo para technologiczna jest dostępna na miejscu. Rozwiązanie parowe jest powszechne w dużych zbiornikach, tam gdzie zakład dysponuje parą technologiczną.
Poduszka azotowa robi się ciekawa tam, gdzie para nie jest oczywistym wyborem.
Dotyczy to zwłaszcza:
- mniejszych akumulatorów ciepła,
- lokalnych ciepłowni,
- zakładów przemysłowych z własnym buforem energii,
- instalacji bez stałego dostępu do pary technologicznej,
- układów modernizowanych, gdzie prostszy system gazowy bywa łatwiejszy do wdrożenia niż układ parowy.
Dobór generatora azotu do poduszki azotowej
Najpierw trzeba określić objętość przestrzeni gazowej nad lustrem wody. Potem sprawdzić, jak zbiornik „oddycha” podczas pracy. Następnie dobrać czystość azotu, przepływ, sposób redukcji ciśnienia, zawór blanketingowy, zawór oddechowy, zabezpieczenie podciśnienia oraz sposób kontroli tlenu.
W typowym układzie osłony azotowej zbiornika celem jest utrzymanie ciśnienia powyżej atmosferycznego, aby powietrze zewnętrzne nie wchodziło do instalacji. W przypadku magazynu ciepła ważna jest nie tylko obecność tlenu w przestrzeni gazowej, lecz także tlen rozpuszczony w wodzie.
Tu nie warto przepalać budżetu na samą klasę azotu.
Czystość azotu w poduszcze azotowej
Azot 99,9% często wystarczy jako rozsądny standard dla szczelnego układu z rzadkim odpowietrzaniem. Z kolei azot 99,99% daje większy zapas, gdy zbiornik często oddycha, pracuje w trudniejszych warunkach albo inwestor chce lepiej ograniczyć dopływ tlenu. Azot 99,999% w wielu buforach grzewczych nie rozwiąże problemu, jeżeli zawory, odpowietrzenia i kontrola tlenu rozpuszczonego są źle zaprojektowane.
Ten sam wniosek pojawia się przy innych zastosowaniach azotu: sama czystość gazu nie oznacza jeszcze czystej atmosfery w zbiorniku. Najpierw trzeba wypłukać powietrze, potem utrzymać warunki.
Poduszka azotowa w akumulatorze ciepła to nie temat katalogowy.
To temat z pogranicza ciepłownictwa, sprężonego powietrza, uzdatniania gazu, automatyki i bezpieczeństwa zbiorników bezciśnieniowych. Zawory oddechowe chronią zbiornik przed nadciśnieniem i podciśnieniem, a przy źle dobranym układzie zbiornik zasysa powietrze zamiast azotu. Wtedy cała idea ochrony przed tlenem traci sens.
Dlatego przy doborze nie jest ważna tylko pojemność zbiornika.
Tematy do wyjaśnienia przy poduszcze azotowej
Trzeba rozmawiać o:
- objętość przestrzeni gazowej,
- temperaturze wody,
- zakresie zmian poziomu,
- wymaganym nadciśnieniu,
- sposobie odpowietrzania,
- dopuszczalnej zawartości tlenu,
- ilości cykli ładowania i rozładowania,
- dostępności sprężonego powietrza,
- jakości powietrza zasilającego generator,
- wymaganiach dla armatury niskociśnieniowej.
Dopiero wtedy dobór generatora azotu ma sens.
Bo generator azotu nie jest samodzielnym rozwiązaniem. Jest częścią układu. Źle dobrany będzie produkował gaz, ale nie ochroni zbiornika. Dobrze dobrany ograniczy dopływ tlenu, ustabilizuje atmosferę nad wodą i pomoże wydłużyć żywotność instalacji.
Właśnie dlatego poduszka azotowa w akumulatorach ciepła to ciekawy kierunek dla nowoczesnych ciepłowni i zakładów przemysłowych. Szczególnie tam, gdzie rośnie znaczenie magazynowania energii, elastycznej pracy źródeł i ograniczania strat eksploatacyjnych.
Jeżeli planujesz akumulator ciepła, modernizujesz zbiornik buforowy albo chcesz zastąpić improwizowane odpowietrzanie kontrolowaną osłoną azotową, warto policzyć to przed zakupem urządzeń.
Dobiorę generator azotu, albo powiem wprost, że w Twoim przypadku lepsze będzie inne rozwiązanie. W technice to też jest forma oszczędności.