Завоздушивание

Завоздушивание — это образование и накопление воздуха или газов в замкнутой системе, предназначенной для работы с жидкостью, что приводит к нарушению её нормального функционирования. Явление характерно для гидравлических систем, систем отопления, водоснабжения, топливных магистралей и технологических аппаратов, где наличие газовой фазы не предусмотрено конструкцией. Завоздушивание может быть как временным (при заполнении системы), так и постоянным (при негерметичности или неправильной эксплуатации).

Причины возникновения

Завоздушивание происходит по нескольким основным причинам, которые можно разделить на физические и эксплуатационные.

Физические причины

• Растворённые газы в жидкости. Вода, масло, топливо и другие жидкости содержат растворённый воздух. При повышении температуры или снижении давления растворимость газов падает, и они выделяются в виде пузырьков. Например, в системе отопления при нагреве воды до 60–80 °C из неё начинает активно выделяться растворённый кислород и азот.
• Кавитация. В зонах локального понижения давления (например, на всасывающем патрубке насоса или в сужениях трубопровода) жидкость закипает, образуя пузырьки пара. При последующем повышении давления пузырьки схлопываются, но часть газов остаётся в системе.
• Диффузия газов через стенки. В некоторых полимерных трубах (например, из сшитого полиэтилена без антидиффузионного слоя) кислород из воздуха способен проникать через стенки, постепенно насыщая теплоноситель.

Эксплуатационные причины

• Нарушение герметичности. Неплотные соединения, трещины в трубах, изношенные уплотнители насосов и арматуры позволяют воздуху засасываться в систему, особенно в местах с разрежением (на всасывающих линиях насосов).
• Неправильное заполнение системы. При заполнении системы отопления или водоснабжения слишком быстро, без удаления воздуха через специальные краны, в верхних точках остаются воздушные пробки.
• Слив и повторная заливка жидкости. После ремонта или замены элементов системы в ней неизбежно остаётся воздух, который необходимо удалить.
• Конструктивные недостатки. Отсутствие уклонов труб, неправильное расположение запорной арматуры, «мёртвые зоны» с застойной водой способствуют накоплению газов.

Последствия завоздушивания

Наличие воздуха в системе приводит к негативным эффектам, которые могут варьироваться от снижения эффективности до полного отказа оборудования.

В системах отопления и водоснабжения

• Образование воздушных пробок. Пузырьки воздуха скапливаются в верхних точках участков трубопровода, образуя газовую подушку, которая полностью блокирует циркуляцию теплоносителя. В результате радиаторы или контуры тёплого пола перестают греть, а в системе водоснабжения пропадает напор.
• Шум и гидроудары. Движущаяся жидкость, сталкиваясь с воздушными пробками, создаёт шум (бульканье, журчание), а при резком изменении скорости потока могут возникать гидравлические удары, способные повредить трубы и арматуру.
• Коррозия. Кислород, содержащийся в воздухе, является мощным окислителем. В присутствии влаги он ускоряет коррозию стальных и чугунных элементов системы (труб, радиаторов, котлов) в десятки раз. Особенно опасна кислородная коррозия в системах с алюминиевыми радиаторами.
• Снижение теплоотдачи. Воздух имеет низкую теплопроводность (примерно в 25 раз ниже, чем у воды). Воздушная прослойка внутри радиатора или конвектора резко снижает его теплоотдачу, делая часть поверхности холодной.

В гидравлических системах (масляные, топливные)

• Потеря жёсткости привода. В гидроприводах (экскаваторы, станки, прессы) воздух сжимается, что приводит к «провалам» в работе — поршень движется неравномерно, усилие падает, точность позиционирования нарушается.
• Кавитационный износ насосов. Пузырьки воздуха, попадая в зону высокого давления, схлопываются, создавая микроударные волны, которые разрушают рабочие колёса и корпуса насосов (эрозия).
• Вспенивание масла. Интенсивное перемешивание масла с воздухом приводит к образованию пены, которая ухудшает смазку, вызывает перегрев и ускоряет окисление масла.
• Нарушение работы дизельных двигателей. Попадание воздуха в топливную систему (завоздушивание) приводит к перебоям в подаче топлива, двигатель теряет мощность, глохнет, запускается с трудом.

Способы удаления и предотвращения

Для борьбы с завоздушиванием применяются как пассивные, так и активные методы.

Удаление воздуха

• Ручные воздухоотводчики (краны Маевского). Устанавливаются на верхних точках радиаторов отопления. Позволяют вручную стравливать воздух поворотом винта.
• Автоматические воздухоотводчики. Устройства, которые выпускают воздух самостоятельно, без участия человека. Устанавливаются в верхних точках стояков, на коллекторах, котлах. Принцип действия основан на поплавковом механизме: при накоплении воздуха поплавок опускается, открывая клапан.
• Сепараторы воздуха. Специальные устройства, которые устанавливаются в трубопровод. Они создают зону пониженного давления или используют центробежную силу (циклонные сепараторы) для выделения мельчайших пузырьков из потока жидкости. Часто комбинируются с сепараторами шлама.
• Вакуумные деаэраторы. Применяются в крупных котельных и тепловых пунктах. Вода нагревается и подаётся в камеру с пониженным давлением, где растворённые газы выделяются в виде пузырьков и откачиваются вакуумным насосом.

Предотвращение

• Герметизация системы. Использование качественных уплотнителей, проверка всех соединений, применение антидиффузионных труб (с кислородным барьером — например, трубы PEX с EVOH-слоем).
• Правильное проектирование. Уклоны трубопроводов в сторону точек удаления воздуха, установка воздухоотводчиков в каждой верхней точке, исключение «мешков» и петель, где может скапливаться газ.
• Правильное заполнение. Заполнение системы отопления или водоснабжения снизу вверх, с открытыми воздухоотводчиками, с малой скоростью подачи воды, чтобы воздух успевал выходить.
• Использование расширительных баков. В закрытых системах отопления мембранный расширительный бак компенсирует изменение объёма теплоносителя, но не удаляет воздух. Для удаления воздуха бак должен быть подключён через автоматический воздухоотводчик.
• Применение ингибиторов коррозии. Специальные присадки (например, на основе силикатов или бензотриазола) замедляют коррозию, но не решают проблему растворённого воздуха.

Диагностика

Завоздушивание часто диагностируется по косвенным признакам:

• Холодные радиаторы при работающем котле — характерный признак воздушной пробки.
• Шум в трубах (бульканье, шипение, стук).
• Нестабильное давление в системе (скачки при работе насоса).
• Пенообразование в расширительном бачке или в масляном баке гидросистемы.
• Визуальное обнаружение — пузырьки в смотровом стекле фильтра или насоса.

Для точной локализации пробки в сложных системах используются тепловизоры (показывают холодные участки) или ультразвуковые расходомеры (фиксируют падение скорости потока).

Особенности в различных отраслях

• Жилищно-коммунальное хозяйство (ЖКХ). В многоквартирных домах завоздушивание стояков отопления — частая причина неравномерного прогрева квартир. Удаление воздуха производится через краны Маевского на радиаторах или через автоматические воздухоотводчики на верхних технических этажах.
• Автомобильная техника. Завоздушивание топливной системы дизельных двигателей — распространённая проблема после замены топливного фильтра или ремонта. Удаляется прокачкой системы ручным или электрическим топливоподкачивающим насосом.
• Промышленная гидравлика. В станках, прессах, экскаваторах завоздушивание масла приводит к рывкам и потере точности. Для предотвращения используются баки с перегородками, пеногасители, а также системы автоматической деаэрации.
• Пищевая и химическая промышленность. В технологических аппаратах (реакторы, теплообменники) завоздушивание может приводить к нежелательным окислительным реакциям или снижению эффективности теплообмена. Применяются вакуумные деаэраторы и продувка инертным газом.

Источники

1. СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование».
2. СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003».
3. ГОСТ 17398-72 «Насосы. Термины и определения».
4. Башта Т. М. «Гидравлика, гидромашины и гидроприводы». — М.: Машиностроение, 1982.
5. Копко В. М. «Отопление: учебное пособие». — М.: Издательство АСВ, 2012.
6. Рекомендации производителей отопительного оборудования (Vaillant, Viessmann, Buderus) по монтажу и эксплуатации систем отопления.