Низкотемпературная коррозия котла: почему она разрушает и как её предотвратить

Котёл работает, в подвале ощущается удушливый запах выхлопных газов, а из дымохода или дверцы зольника течёт чёрная липкая жидкость. Владелец подозревает неисправность, хотя чаще всего это не заводской дефект, а последствие одной причины: слишком холодной воды, возвращающейся из системы в котёл. В этой статье мы объясняем, что такое низкотемпературная коррозия, почему она разрушает теплообменник котла быстрее, чем можно предположить, и как действительно защитить его.

Что такое низкотемпературная коррозия

Во время сжигания твёрдого топлива, будь то уголь, экогорошек, пеллеты или дрова, образуются дымовые газы, содержащие водяной пар и небольшое количество соединений серы. Пока температура дымовых газов высокая, они спокойно проходят через дымоход. Проблема начинается, когда они соприкасаются со стенкой теплообменника котла, которая слишком холодная, потому что с другой стороны её омывает вода, возвращающаяся из домашней системы отопления. Тогда происходит конденсация дымовых газов - водяной пар начинает конденсироваться прямо на этой стенке, а образовавшаяся жидкость сразу впитывает присутствующие в дымовых газах соединения серы, превращаясь в разбавленную кислоту. Эта кислота воздействует на сталь в котле, в составе которой нет хрома или молибдена, защищающих от коррозии, поэтому она практически беззащитна перед ней.

Именно этот процесс низкотемпературной коррозии также называют химической коррозией, поскольку, в отличие от обычного ржавления металла под дождём, здесь скорость разрушения определяется прежде всего химическим составом конденсата, а не только контактом с влагой. Явление химической коррозии усиливается, когда котёл долго работает при низкой температуре, например при поддержании тепла в доме в более мягкие дни.

Почему существуют две разные точки росы

Точка росы звучит как одно конкретное число, но это вводящее в заблуждение упрощение. В дымовых газах котла конденсируются два совершенно разных вещества в двух разных диапазонах температур, и только понимание этой разницы объясняет, откуда берутся кажущиеся противоречивыми значения, с которыми можно столкнуться.

Водяная точка росы: ниже, но разрушительнее

Первое вещество - обычный водяной пар. Температура дымовых газов, при которой он начинает массово конденсироваться, составляет от 35 до 45 градусов для дымовых газов от угля и немного выше - от 50 до 60 градусов - для природного газа, который практически не содержит серы. Когда температура воды, возвращающейся в котёл, опускается ниже этого значения, начинается массовая конденсация всего водяного пара сразу, а не только его небольшой части. Из-за количества образовавшейся жидкости именно этот порог приводит к самым интенсивным и быстрым разрушениям.

Кислотная точка росы: выше, но кислоты меньше

Второе вещество - концентрированная серная кислота, а её точка росы удивительно высока: при типичном содержании серы в угле она может составлять от 90 до 140 градусов. Это означает, что отдельные капли наиболее концентрированной кислоты могут появиться ещё в горячей части дымохода, намного раньше начала конденсации водяного пара. К счастью, количество самой серы в дымовых газах невелико, поэтому эти ранние капли разрушают металл медленно и локально, а не лавинообразно.

Из этого различия следует практическая безопасная температура, о которой говорят специалисты: температура обратной воды не ниже 50-55 градусов. Это не случайное число, а значение чуть выше водяной точки росы - порога, ниже которого начинается массовая, а не только локальная, конденсация водяного пара.

Почему это так быстро разрушает сталь

Разбавленная серная кислота звучит менее опасно, чем концентрированная, но в данном случае именно разбавление и является проблемой. Такой конденсат растекается тонким слоем по большой площади теплообменника и равномерно проникает в сталь, вместо того чтобы сосредоточивать разрушение в одном месте. При благоприятных условиях скорость коррозии теплообменника может превышать 1 миллиметр потери толщины стали в год. Для котельного листа толщиной пять-шесть миллиметров это означает реальный риск сквозного разрушения всего за несколько отопительных сезонов, особенно в котлах на твёрдом топливе, работающих при низкой температуре большую часть сезона.

Конденсационные котлы работают наоборот

Здесь появляется важное различие, которое легко упустить, но оно полностью меняет трактовку темы. То же явление конденсации водяного пара, которое разрушает старый котёл, в современном газовом конденсационном котле является целенаправленным и желательным. Такие низкотемпературные отопительные котлы нового поколения спроектированы так, чтобы намеренно вызывать конденсацию, поскольку благодаря этому они возвращают дополнительное тепло, скрытое в водяном паре, вместо того чтобы бесполезно выпускать его через дымоход. Их теплообменники изготовлены из нержавеющей стали или алюминиево-кремниевых сплавов, устойчивых к постоянному контакту с конденсатом.

Таким образом, описанное в этой статье явление коррозии котла касается исключительно обычной углеродистой стали, из которой изготовлены котлы на твёрдом топливе и старые неконденсационные газовые котлы. Относиться к обоим типам котлов одинаково, будто холодная обратная вода в равной степени вредит им, - одна из наиболее распространённых ошибок, с которыми можно столкнуться в интернете.

Смоление: более быстрый тревожный сигнал

До того как коррозия успеет разрушить лист насквозь, обычно появляется более ранний и заметный сигнал: смола. Сжигание дров, угля или пеллет не сводится к простому горению куска топлива, а заключается в выделении из него летучих горючих газов в процессе, называемом пиролизом. Чтобы эти газы успели догореть и отдать чистое тепло, им нужна температура около 600-700 градусов в зоне горения. Если сразу за стенкой топки находится очень холодная вода, эта стенка резко отводит тепло и локально гасит пламя, прежде чем все летучие соединения успеют догореть. Недогоревшие тяжёлые углеводороды конденсируются непосредственно на холодной стали, образуя липкий смолистый слой. Этот слой действует как изолятор, поэтому котёл начинает расходовать больше топлива для достижения того же отопительного эффекта, а дом всё равно недостаточно прогревается.

Какая температура обратной воды безопасна

Согласно выводу из сопоставления обеих точек росы, подходящая температура воды, возвращающейся в котёл на твёрдом топливе или в старый газовый котёл, обычно составляет не менее 50-55 градусов. Это не то же самое, что общая температура воды во всей системе, которую регулируют отопительной кривой, но обе темы связаны: чем ниже безопасный порог для данного котла, тем больше свободы при настройке остальной системы.

Производители котлов могут напрямую связывать этот порог с продолжительностью гарантии на герметичность корпуса: поддержание температуры обратной воды выше 55 градусов иногда является условием более длительной, пятилетней гарантии, тогда как одной защиты четырёхходовым клапаном, поддерживающим более низкий порог около 45 градусов, уже соответствует только трёхлетняя гарантия. Разница в количестве гарантийных лет показывает, насколько серьёзно сами производители котлов на твёрдом топливе относятся к этой теме.

Как защитить котёл

Решение заключается в том, чтобы не допустить попадания слишком холодной воды в теплообменник. Этого можно добиться несколькими способами - от самого простого до наиболее комплексного.

Первый - четырёхходовой клапан, который возвращает часть горячей воды из котла непосредственно в короткий котловой контур, повышая температуру обратной воды до того, как остальная вода направится дальше в систему. Полную конструкцию и правила монтажа такого клапана, а также наиболее распространённые ошибки при установке мы описываем отдельно.

Второй способ - термостатический клапан защиты обратной воды IBO MIX TVR, работающий полностью автоматически, без контроллера и электропитания. Внутри него находится восковой элемент, реагирующий на температуру и поддерживающий воду, возвращающуюся в котёл, на заданном безопасном уровне, автоматически направляя горячую воду в короткий контур до тех пор, пока теплообменник не прогреется.

Наиболее комплексным решением являются готовые группы защиты обратной воды IBOMAT AMG, устанавливаемые непосредственно на обратной трубе. В них уже встроены термостатический клапан, собственный циркуляционный насос, изоляция и термометр в одном готовом комплекте, поэтому монтажнику не нужно самостоятельно подбирать и соединять отдельные элементы. В сложной котельной, где котёл на твёрдом топливе одновременно питает радиаторы и тёплый пол, такая группа защиты обратной воды часто работает вместе с отдельным трёхходовым контуром, например в собранной насосной группе GP PRO 3D-S с термостатическим трёхходовым клапаном, которая далее подготавливает более низкую температуру для тёплого пола.

Обязательно ли это произойдёт

В конце стоит добавить одну честную оговорку. Сама по себе низкая температура обратной воды ещё не гарантирует быстрой катастрофы. Для реального ускоренного разрушения котла обычно требуется сочетание нескольких факторов: влажного топлива низкого качества, котла, работающего с высокой эффективностью сгорания, а также длительной эксплуатации котла именно при низкой температуре, например в более мягкие переходные дни. Бывают котлы на твёрдом топливе, которые годами отапливали при низких температурах без серьёзной неисправности, потому что остальные дополнительные факторы не проявились с такой силой. Однако это не повод пренебрегать профилактикой коррозии котла, а лишь причина рассматривать вопрос реалистично: чем больше таких факторов совпадает, тем выше риск, а надлежащая защита обратной воды стоит лишь малую часть стоимости замены преждевременно разрушенного котла.

Dambat - надёжный производитель насосов и гидротехнического оборудования с сертификатами качества.

Если вы ищете готовые решения для защиты котла, в нашем ассортименте вы найдёте клапаны защиты обратной воды и оборудование для котельной марок IBO и IPRO. Если вместо коррозии вы подозреваете обычное завоздушивание системы, ознакомьтесь с нашим руководством по удалению воздуха из насоса и системы центрального отопления.

Часто задаваемые вопросы