W zależności od obszaru zastosowania, do przenoszenia ciepła stosuje się różne ciecze
Czyszczenie powietrza, piece, zbiorniki bitumiczne, wyparki, prasowarki, destylatornie, suszarki przelotowe, rozcieńczarki tłuszczu, instalacje foliowania, frytkarki, prasy fornirujące, wanny galwaniczne, instalacje grzewcze/chłodzące, instalacje impregnujące, gładziarki, suszarki do ścieków, zbiorniki magazynowe, piece pasteryzujące, instalacje lakierowania proszkowego, komory wędzarnicze, reaktory, mieszalniki, prasy do płyt pilśniowych, maszyny płuczące, zaopatrzenie w wodę ciepłą, instalacje myjące…
W produkcji farb i lakierów mieszalniki, zbiorniki i reaktory są podgrzewane przy użyciu nośników ciepła. Produkty bitumiczne są wytwarzane i transportowane przy ścisłym przestrzeganiu podanych temperatur. Od małego zakładu, po międzynarodowy park chemiczny pompy i armatura KSB sprawiają, że nośniki ciepła płyną w instalacjach. Większość procesów przemysłowych i technologicznych polega na pobieraniu i oddawaniu energii. Ze względu na wysokie ciepło właściwe w zakresie temperatur od 0 do 200 st. C jako medium grzewcze stosuje się wodę oraz parę wodną. W zakresie temperatur poniżej 10 st. C i w zakresie 200 do 400 st. C w celach ogrzewania i chłodzenia są wykorzystywane przeważnie olejowe nośniki ciepła. W zależności od obszaru zastosowania do przenoszenia ciepła stosuje się różne ciecze. Niezależnie od różnorodności stosowanych metod, proces przenoszenia ciepła zawsze odbywa się według tej samej zasady.
Schemat obiegu cieplnego
Określona ilość ciepła musi zostać przeniesiona ze źródła ciepła do odbiornika. Do tego służy medium grzewcze. Pompa wirowa rozprowadza gorące lub zimne medium po ściankach wymienników ciepła. W ten sposób ciepło dociera do systemu lub jest z niego pobierane. Przy wykorzystaniu cieczy do przenoszenia ciepła wyróżnia się trzy sposoby pracy:
- poniżej temperatury wrzenia w stanie ciekłym w systemach bezciśnieniowych
- powyżej temperatury wrzenia w stanie ciekłym w systemach pracujących pod ciśnieniem
- w zakresie temperatury wrzenia w stanie ciekłym (rys. 1) i parowym (rys. 2) w systemach znajdujących się pod ciśnieniem lub w próżni.
Projektanci instalacji oraz ich użytkownicy preferują systemy bezciśnieniowe ze względu na niższe koszty inwestycji i eksploatacji. Systemy pracujące pod ciśnieniem są drogie, ponieważ wszystkie elementy konstrukcyjne oraz rurociągi muszą być dobrane do odpowiednio wyższego ciśnienia pracy. Jeśli wymagana jest stała temperatura na odbiornikach ciepła, wykorzystuje się media grzewcze w stanie ciekło-parowym. To dotyczy np. dysz przędzalniczych lub reaktorów z wiązką rur. W praktyce stosuje się trzy sposoby pracy. Mają one również wpływ na konstrukcję uszczelnienia mechanicznego, zabudowanego w pompach wirowych, stosowanych w obiegach nośników ciepła.
Rys. 2. Instalacja, która wykorzystuje nośnik ciepła w stanie ciekłym.
Nośniki ciepła
Woda jest najbardziej rozpowszechnionym i znanym nośnikiem ciepła. Woda o temperaturze od 0 do 100 st. C jest idealnym nośnikiem ciepła. Żadna inna ciecz nie jest w tym zakresie temperatury pracy tak dobrym medium grzewczym. W wyższych temperaturach obieg wodny musi pracować jednak pod ciśnieniem. W przypadku wody poważne problemy powoduje wzrost ciśnienia pary w temperaturze powyżej 100 st. C. Już w temperaturze od 200 st. C wymagana jest ciśnieniowa instalacja wg PN 16. Przy 250 st. C konieczne są już rury, armatura i pompy wykonane dla ciśnień pracy wg PN 40. Kolejną wadą wody jest powodowanie korozji i tworzenia się narostów. Drogie urządzenia, dokonujące obróbki wstępnej wody, muszą zostać wcześniej przetestowane i spełniać wiele warunków pod względem bezpieczeństwa technicznego. Żeby uniknąć tych problemów, dla zakresów temperatury powyżej 200 st. C stosuje się organiczne nośniki ciepła.
Zalety organicznych nośników ciepła w stosunku do wody
Wysokie temperatury wrzenia przy ciśnieniu atmosferycznym umożliwiają eksploatację bezciśnieniowych instalacji do temperatury 350 st. C. Nie powodują korozji ani powstawania osadu na materiałach konstrukcyjnych. Nie jest konieczne wstępne przygotowanie nośnika ciepła. Ponieważ organiczne nośniki ciepła podczas zamarzania nie zwiększają swojej objętości, nie dochodzi do szkód w przypadku zamarznięcia nośnika.
Uszczelnienie mechaniczne z nagarem olejowym.
Wady organicznych nośników ciepła w stosunku do wody
W tej samej temperaturze w jednym litrze wody zawarte jest prawie dwa razy więcej ciepła niż w jednym litrze innej cieczy, będącej nośnikiem ciepła. Aby przetransportować taką samą ilość ciepła, trzeba tłoczyć więcej oleju lub wytworzyć większą różnicę temperatur pomiędzy źródłem ciepła a odbiornikiem niż w przypadku wody. Olejowe nośniki ciepła są, niestety, również szkodliwe dla zdrowia. W przypadku przecieków podrażniają oczy i drogi oddechowe oraz mają nieprzyjemny zapach. Ponadto są łatwopalne, szybko ulegają zapłonowi i niosą tym samym z sobą zwiększone ryzyko wypadku. Równocześnie stanowią znacznie większe zagrożenie dla środowiska niż woda.
