Technologie Wyrne spekty dń szczelności (LT) spwnych kotłów grzewczych w fzie ich produkcji Brdzo istotnym zgdnieniem w procesie produkcyjnym kotłów centrlnego ogrzewni jest ich szczelność. Produkcj kotłów jest oprt w dużej mierze n procesch spwlniczych (cięcie termiczne, spwnie). W zdecydownej większości firm produkcyjnych stosuje się proces spwni metodą MAG (135), choć istnieją jeszcze zkłdy (njczęściej niewielkie), które preferują metodę spwni łukowego ręcznego elektrodmi otulonymi (111). Jn Plewnik, Pweł Wilk Normy PN-EN 288 (już wycofne) i ich zmodyfikowne wersje PN-EN ISO 15614, określiły, że procesy spwlnicze są procesmi specjlnymi, co ozncz, że wymgją stosowni [1]: udokumentownych procedur określjących sposó spwni; odpowiedniego wyposżeni do spwni, wrz z zpewnieniem włściwego stnowisk prcy; monitorowni i ndzorowni procesów spwni; ztwierdzeni sposou spwni i wyposżeni; włściwej osługi urządzeń poprzez zweryfikownych spwczy, którzy zpewniją poprwność procesu. Kontrol przed, w trkcie i po spwniu (PN-EN ISO 3834-3) jest nieodzown y zpewnić prwidłowość wykonnych złączy. Zwykle mjąc n myśli kontrolę, kojrzymy ją z dnimi szczelności gotowego wyrou czyli z końcową fzą produkcji. Kompleksow kontrol dotyczyć może mteriłów podstwowych i dodtkowych zstosownych do produkcji, przygotowni elementów (odtłuszczenie, przeszlifownie, ukosownie, sczepinie), sprwdzenie ktulnych uprwnień spwczy, ndzoru nd procesem spwni łącznie z korygowniem prmetrów i prwidłowością ztwierdznych WPS-ów [2]. Spełnienie tych wrunków pozwl mieć gwrncję n wyprodukownie kotł o wysokich prmetrch jkościowych. Kontrol po spwniu njczęściej opier się n dnich nieniszczących. Podstwowym dniem, któremu nleży poddć 100% spoin jest dnie wizulne VT. Bdnie to poleg n oględzinch powstłych złączy spwnych w celu wykryci ewentulnych niezgodności spwlniczych. Dzięki dniom wizulnym możn m.in. wykryć miejsc gdzie występują znczne podtopieni i przeprowdzić nprwę, y nie nstępowło pocienienie ścinek kotł. Jest to wżny prmetr, poniewż miejsce, w którym występuje zmniejszenie gruości ścinki, może yć w przyszłości (w trkcie eksplotcji urządzeni) njrdziej nrżone n rozszczelnienie. Podczs prc spwlniczych przy produkcji kotłów możn spotkć się z większością niezgodności opisnych w normie PN- EN ISO 6520-1 [3]. Bdnie wizulne stwrz również możliwość ewentulnego wykryci i nprwy spoin, w których występuje porowtość. Doświdczony spwcz po smym wyglądzie lic może wstępnie określić miejsce tkiej niezgodności. Jest to o tyle istotne, że podczs pró szczelności, w przypdku występowni gnizd pęcherzy, łńcuchów czy pęcherzy knlikowych, może się okzć, iż w dnym miejscu znjduje się nieszczelność. N rysunku 1 przedstwiono przykłdowe niezgodności spwlnicze. Njczęściej wykonywne próy szczelności kotłów grzewczych to: pró szczelności nftą i kredą pró szczelności kredą i penetrntem pró szczelności wywoływczem i penetrntem pró pneumtyczn i pęcherzykow pró hydruliczn Trzy pierwsze wymienione próy dotyczą głównie kontroli 52 Projektownie i Konstrukcje Inżynierskie listopd 2013 www.konstrukcjeinzynierskie.pl
Technologie szczelności spoin po spwniu wewnętrznego płszcz. Jest to jeden z njistotniejszych elementów kotł, który jest nrżony n dziłnie nie tylko wysokich tempertur, toksycznych i żrących produktów splni, złej jkości pliw le tkże m.in. n zwrtość wilgoci w splnym pliwie i sirki, której tlenki mją rdzo negtywny wpływ n elementy kotł. Dodtkowo, od zewnątrz płszcz wewnętrzny jest tkowny przez powrcjącą z ukłdu wychłodzoną wodę. Tk sytucj, gdzie z jednej strony w plenisku znjduje się pewn ilość żru, z drugiej, schłodzon wod uderz w ngrzne miejsc, stwrz możliwość do tworzeni się ognisk korozji. Nleży zznczyć, że wszystkie wymienione dni jk i czynności pomocnicze powinny yć relizowne zgodnie z oowiązującymi przepismi ezpieczeństw i higieny prcy w połączeniu ze zdrowym rozsądkiem. Pró nfty z kredą jest jedną z njczęściej stosownych pró szczelności. Poleg n pomlowniu (pokryciu powierzchni) spoin (njczęściej od strony lic) mieszniną kredy z wodą (czsem z dodtkiem rozpuszczlników, w celu zpewnieni szykiego schnięci), nstępnie nłożeniu z przeciwnej strony nfty. Okzuje się, że njlepsze efekty penetrcji otrzymuje się dzięki zstosowniu ngrznej nfty. Doświdczlnie możn stwierdzić, że optymln tempertur nfty do próy to przedził 30-50 C. Ciepł nft m polepszone włsności jeśli chodzi o lejność, co w połączeniu ze zjwiskiem włoskowtości (kpilrności) dje rdzo dore efekty. Brdzo często y wzmocnić wskzni n kredzie zrwi się nftę np. penetrntem rwnym, dzięki czemu miejsc ewentulnych nieszczelności są lepiej widoczne. Pró szczelności kredą i penetrntem jest podonie przeprowdzn jk pró nfty z kredą. Oczywiście różnic poleg n tym, że penetrntu się nie podgrzew. Tempertur powierzchni dnej nie powinn przekrczć zkresu 10-50 C [4]. Nkłdnie penetrntu n elementy o wyższej temperturze jest niewskzne i njczęściej kończy się tym, iż penetrnt wyschnie nim zdąży spenetrowć dną spoinę. W niektórych zkłdch zmist kredy stosuje się mieszninę wpn z wodą lu wywoływcze stosowne przy próch penetrcyjnych. Wpno m podone włściwości, przez co ez przeszkód może yć stosowne w tego rodzju dnich. Z kolei stosownie wywoływcz jest kosztowne i z rcji tego jest spordycznie relizowne. Kredę n kotle njczęściej rozprowdz się z pomocą pędzl. Nleży tutj pmiętć o tym y spoiny, jk i oszr przy nich, yły wolne od znieczyszczeń i tłuszczów. Wrto przyklejenie nieregulrn szerokość lic nieszczelność podtopienie c d e Rys. 1 Niezgodności spwlnicze; ) por, ) pęcherz gzowy, c) łńcuch pęcherzy, d) przyklejenie wrz z nieszczelnością, e) podtopienie i nieregulrn szerokość lic spoiny; Projektownie i Konstrukcje Inżynierskie listopd 2013 www.konstrukcjeinzynierskie.pl 53
Technologie y przed nkłdniem kredy oczyścić kocioł sprężonym powietrzem, w celu usunięci z niego dronego, luźnego pyłu. Spwcze stosujący psty lu sprye przeciwodpryskowe powinni zwrócić uwgę y tk mnewrowć uchwytem spwlniczym po oczyszczeniu go i nłożeniu ww. preprtów, żey nic nie przedostło się w okolice spoiny. W tkim przypdku smrownie kredą jest zncznie utrudnione z rcji rku przyczepności do ztłuszczonej powierzchni. Wżnym spektem jest również odpowiednie wymiesznie miesznki kredy (wpn) z wodą i w mirę możliwości równomierne jej rozprowdzenie. Występownie n powierzchni spoin dużych grudek lu zncznej gruości wywoływcz, może spowodowć, iż nft i penetrnt nie zwsze przedostną się n powierzchnię kredy np. w przypdku rozprowdzeni zyt młej ilości czynnik penetrującego. Nkłdnie penetrntu podczs pró szczelności rdzo często jest utrudnione z rcji różnych konstrukcji wymienników ciepł (Rys. 2). Konstruktorzy kotłów muszą pmiętć y dne urządzenie spełniło swoją rolę i miło jk njwyższą sprwność, jednocześnie y konstrukcj ył technologiczn, co zncząco ułtwi produkcję, pondto spełni przyjęte kryteri jeśli chodzi o projektownie i udowę wymienników CO. Późniejsze sprwdzenie szczelności, dnie wizulne złączy spwnych i ewentulne stwierdzenie nieszczelności czy występownie niezgodności spwlniczych ddzą możliwość nprwy kotł. Do rozprowdzni nfty ądź penetrntu njczęściej stosuje się pędzel i ntrysk w postci spryu. W celu dokłdnego umieszczeni czynnik we wszystkich miejscch możn zstosowć pędzel n przedłużeniu, który doskonle penetruje njgłęiej oddlone miejsc gdzie nie możn sięgnąć ręką. Przydtnym sprzętem może yć również opryskiwcz odpowiednio przystosowny do wrunków prcy (Rys. 3). Przedłużon lnc wrz z dyszą o odpowiedniej średnicy pozwl n dotrcie nfty we wszystkie miejsc. Przy rozprowdzniu penetrntu nleży zchowć dużą ostrożność y nie Rys. 3 Opryskiwcz mjący szerokie zstosownie podczs pró penetrcyjnych ochlpć spoin pomlownych kredą (znjdujących się n zewnątrz). W przypdku pominięci tego fktu kontroler może mieć później prolem z interpretcją dnego wskzni. Czs penetrcji jest uwrunkowny gruością złączy i zstosownych środków do dni. W przypdku nfty pró powinn trwć dwie godziny, w przypdku penetrntu rwnego dl lch o gruości <6 mm czs wywoływni wynosi około jednej godziny. Przy większych gruościch nleży oczywiście zwiększyć czs [4]. Njczęściej stosuje się dwie metody dń związnych z usytuowniem kotł. Pierwsz metod to dnie wymiennik w pozycji stojącej (Rys. 4). Drug metod jest rdziej prcochłonn i poleg n orcniu kotł o 90 (n oki) po upływie określonego czsu penetrcji. Zwolennicy tej metody uwżją, iż wówczs penetrnt w 100% rozlew się we wszystkie miejsc, które nleży sprwdzić. Wdą ntomist jest dłuższy czs trwni próy i duż skłonność do wyciekni penetrntu przez rmki furtek lu otwory wyczystek. Kontrol szczelności poleg n dokłdnych oględzinch i poszukiwniu nwet njmniejszych wskzń mogących świdczyć o nieszczelności (Rys. 5). Brdzo wżnym czynnikiem mogącym przyspieszyć tok produkcji jest wzjemn kontrol. Zdrzją się zkłdy, w których oso sczepijąc płszcz zewnętrzny n kotle, weryfikuje dodtkowo wszystkie spoiny szukjąc ewentulnych pominięć ze strony kontroli, któr sprwdzł wskzni nieszczelności n płszczu wewnętrznym. Trw to stosunkowo krótko, może zoszczędzić wiele prcy w przypdku znjdującej się tm nieszczelności (uwidoczni się on n próie Rys. 2 Różne konstrukcje kotłów; ) zsypowy, ) płomieniówkowy z podjnikiem, c) kocioł z opłonkmi i podjnikiem. Miejsc utrudnione do sprwdzeni oznczono strzłkmi. źródło: www.logiterm.pl 54 Projektownie i Konstrukcje Inżynierskie listopd 2013 www.konstrukcjeinzynierskie.pl
Technologie Rys. 4 Kocioł po dniu penetrcyjnym wykonywnym w pozycji stojącej hydrulicznej). Ewentuln nprw musi yć poprzedzon zrówno oczyszczeniem spoiny z kredy czy pozostłości czynnik penetrującego, jk i rdzo dokłdnym wyszlifowniem czy wycięciem spoiny. Nprwione miejsc powinno się zdć powtórnie ww. metodą. Nie nleży nprwić spoiny z pominięciem jej oczyszczeni i wyszlifowni. Jest to niezgodne ze sztuką spwlniczą. Pospwnie płszcz zewnętrznego dje możliwość przystąpieni do dlszych etpów kontroli kotłów CO poprzez próy ciśnieniowe. Stnowisko do tkich pró zostło przedstwione n rysunku 6. Oczywiście przed przeprowdzeniem próy nleży odczekć ż pospwny wymiennik ciepł ostygnie. Nstępnym krokiem jest zślepienie wszystkich otworów prowdzących do płszcz wodnego. W stndrdowych kotłch różnego rodzju muf spwlnych służących do zinstlowni mirkownik ciągu, termomnometru, krnik spustowego, również przewodów (rur) zsiljących instlcję i rur wody powrcjącej jest około ośmiu. Przygotowując kocioł do pró ciśnieniowych nleży zwrócić uwgę n kilk kwestii. Korki i krniki (służące do zślepieni, npełnini i opróżnini wymiennik) powinny yć szczelnie wkręcone y zpoiec zmniejszeniu ciśnieni w ukłdzie. Wżne jest również, y w mirę możliwości krnik do npełnini wody (przy próie hydrulicznej) ył usytuowny jk njwyżej, dzięki czemu czynnik wypełnijący kocioł wpływ ez oporów i dużo szyciej niż gdyy ył usytuowny n spodzie kotł. Nleży tkże zwrócić uwgę, y istnił możliwość odpowietrzeni ukłdu czyli tzw. przelew, który też powinien znjdowć się jk njwyżej, njlepiej n górze urządzeni grzewczego. Jk wspomnino dniom wizulnym trze poddć 100% spoin, również po pospwniu płszcz zewnętrznego, dzięki czemu ędzie możn uniknąć ewentulnych nprw po próie szczelności. Do próy pneumtycznej njczęściej stosuje się sprężone powietrze z rcji niskich kosztów. Pró t musi yć przeprowdzon rdzo ostrożnie, z zchowniem przepisów i wytycznych wewnątrzzkłdowych. Podczs tego dni może nstąpić rozszczelnienie kotł spowodowne np. przyklejeniem spoiny (efektem jest głośny huk). Ciśnienie występujące podczs próy to cztery ry; jest to wrtość większ od ciśnieni rooczego, dzięki której, możn również sprwdzić wytrzymłość konstrukcji. Pewien ufor jest niestety potrzeny, owiem zdrzją się sytucje zgotowni wody w kotle, Rys. 5 Wskzni nieszczelności podczs dni penetrcyjnego Projektownie i Konstrukcje Inżynierskie listopd 2013 www.konstrukcjeinzynierskie.pl 55
Technologie kolektory do pró ciśnieniowych dne kotły ziornik Rys. 6 Stnowisko pró ciśnieniowych ) położenie poszczególnych elementów ukłdu, ) widok n kolektory ciśnieniowe; pomp silnik elektryczny przez co wzrst ciśnienie i może wystąpić rozerwnie wymiennik. Wiele zleży od wielkości kotł, poniewż w urządzeniu grzewczym, które ędzie ogrzewć czteropiętrowy lok pnuje dużo większe ciśnienie niż w tkim do ogrzewni domu jednorodzinnego. Pró pneumtyczn jest swego rodzju próą pęcherzykową. Korzystjąc z fktu, iż wymiennik jest wypełniony sprężonym powietrzem, nnosi się n spoiny roztwór pinotwórczy czyli tzw. mydliny. Roztwór ten powinien chrkteryzowć się z jednej strony wysoką pinotwórczością, z drugiej możliwością swoodnego nniesieni go n dne spoiny, w tki sposó, y w trkcie smrowni nie wytwrzć piny. Pin t mogły niekorzystnie wpływć n przeieg dni myląc kontroler. Przykłd nieszczelności wykrytych tą metod pokzno n rysunku 7. Pró pęcherzykow jest relizown z reguły tylko n płszczu zewnętrznym, z uwgi n łtwy dostęp do spoin. W spordycznych przypdkch, gdy nie m możliwości zdignozowni miejsc przecieku wody wewnątrz kotł (podczs próy hydrulicznej), istnieje możliwość oróceni go n ok, w którym występuje dn nieszczelność, i przeprowdzenie dni z pomocą próy pęcherzykowej. W miejscch gdzie występują ewentulne nieszczelności zczynją się pojwić pęcherze powietrz. Czsem są to mleńkie pęcherzyki, które nrstją n sieie jeden n drugi tworząc cłe skupisko łtwe do rozpoznni. W wyjątkowych przypdkch nieszczelność jest tk duż, że oniżenie ciśnieni jest znczne; wówczs nie tworzą się pęcherzyki. Wielu prcowników wykonujących to dnie kontroluje spoiny przykłdjąc do nich zewnętrzną część dłoni w celu wychwyceni strugi wyltującego czynnik rooczego. Punkt lu miejsce, w którym zoserwowno nieszczelność nleży zznczyć i opisć, y ułtwić przeprowdzenie nprwy. Podczs dni trze n ieżąco sprwdzć stn ciśnieni w ukłdzie. Nie możn dopuścić do sytucji, gdy po wykryciu jednej dużej nieszczelności kontynuuje się dnie, poniewż oniżjące się ciśnienie może nie yć wystrczjące do wykzni innych, mniejszych nieszczelności. Kocioł jest wstępnie szczelny gdy nie pojwiją się pęcherzyki powietrz. Słowo wstępnie ozncz, że dokłdn weryfikcj nstąpi podczs hydrulicznej próy ciśnieniowej. Jk widomo wod m dużo większą czułość niż sprężone powietrze i rzdko, le zdrz się, że pomimo nie wykryci nieszczelności próą pęcherzykową, pojwi się on podczs sprwdzni wodą pod ciśnieniem. Pró hydruliczn poleg z jednej strony n sprwdzeniu wytrzymłości konstrukcji, z drugiej dje możliwość dokłdniejszej kontroli szczelności spoin (Rys. 8). Pró t powinn yć przeprowdzn przy ciśnieniu nie mniejszym niż cztery ry i trwć 24 godziny [4, 5]. W tym przypdku nleży rdzo dokłdnie sprwdzć płszcz zewnętrzny, tkże wnętrze wymiennik. W tym celu rdzo przydtne są różnego rodzju lmpy, lusterk, endoskopy itp. Po nprwie dnej spoiny wymiennik powinien yć poddny powtórnemu dniu, y sprwdzić skuteczność nprwy. Wod stosown do pró hydrulicznych nie może mieć niskiej tempertury. Podczs npełnini urządzeni grzewczego czynnikiem nstępuje skrplnie jej n ścinkch kotł, co może zmylić osoę kontrolującą. 56 Projektownie i Konstrukcje Inżynierskie listopd 2013 www.konstrukcjeinzynierskie.pl
Technologie Rys. 7 Ujwnione nieszczelności z pomocą próy pęcherzykowej ) w spoinie otworowej, ) w spoinie czołowej; Normy dotyczące produkcji kotłów grzewczych CO określją pondto, iż po wyprodukowniu kotł (lecz przed uruchomieniem produkcji kolejnych sztuk), wymiennik ten powinno podć się próie wodnej o ciśnieniu sięgjącym 2 p 1 (gdzie p 1 jest mksymlnym ciśnieniem rooczym) [6]. Ciekwym rozwiązniem może yć przeprowdzenie próy hydrulicznej z wykorzystniem wody z dodtkiem luminoforu. Luminofor jest stosunkowo tni, jego zstosownie pozwl n wykrycie dużo mniejszych nieszczelności w porównniu z wcześniej omówionymi metodmi. Bdnie tkie nie jest jednk często stosowne z rcji różnych utrudnień, typu: prc w ciemni (ntężenie oświetleni mx. kilkdziesiąt lx), konieczność przystosowni wzroku przez kilknście minut, stosownie lmpy UV o odpowiedniej długości fli czy wynikjące z tego strty czsu. W wielu zkłdch prowdzi się ewidencję pró szczelności. Zwier on informcje dotyczące dnego wymiennik, opis ewentulnych nieszczelności, podpisy osó kontrolujących. Pozwl to n późniejszą weryfikcję w rzie otrzymni reklmcji. Nierzdko możn usłyszeć o sytucjch, kiedy klient zgłsz usterkę kotł związną z wyciekiem wody, przyczyną tkiego stnu rzeczy jest nieodpowiedni proces splni zyt niskie tempertury (źle dorne prmetry) czy też plenie w kotle wilgotnym lu skrjnie mokrym pliwem. Resumując, kontrol oejmując dni wizulne złączy spwnych przed, w trkcie i po spwniu, tkże dni szczelności wyprodukownych kotłów centrlnego ogrzewni jest rdzo istotn w cłym procesie produkcyjnym. Profesjonlne podejście do tych zgdnień niesie ze soą nie tylko oszczędności i zdowolenie klientów le tkże zncząco wzmcni dore imię firmy produkcyjnej. dr inż. Jn Plewnik Politechnik Częstochowsk mgr inż. Pweł Wilk LOGITERM Litertur: [1] PN-EN ISO 15614 Specyfikcj i kwlifikownie technologii spwni metli - Bdnie technologii spwni [2] PN-EN ISO 3834-3 Wymgni jkości dotyczące spwni mteriłów metlowych - Część 3: Stndrdowe wymgni jkości [3] PN- EN ISO 6520-1 i procesy pokrewne - Klsyfikcj geometrycznych niezgodności spwlniczych w metlch - Część 1: [4] Czuchryj J., Kurpisz B.: Bdnie złączy spwnych, przegląd metod, Wydwnictwo KBe, Krosno, 2009. [5] PN EN 303-1 Kotły grzewcze - Kotły grzewcze z plnikmi ndmuchowymi - Terminologi, ogólne wymgni, dni i oznczenie [6] PN- EN 12809 Kotły grzewcze n pliw stłe - Nominln moc ciepln do 50 kw - Wymgni i dni Rys. 8 Nieszczelności płszcz wewnętrznego Projektownie i Konstrukcje Inżynierskie listopd 2013 www.konstrukcjeinzynierskie.pl 57