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    優秀論文丨壁掛爐供暖系統管路問題研究分析
    風云天下      2019-07-04 14:15     來源:成攸才、汪為彪 廣東省燃氣采暖熱水爐商會官微     瀏覽量:5053

    中國壁掛爐網訊:

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    摘要:在國家“煤改氣”政策推動下,以壁掛爐為熱源的分戶采暖系統也越來越普及,同時也暴露了一些供暖系統問題,特別是舊系統改造。發生的系統管路問題如系統運行堵塞、結垢腐蝕最為普遍。本文針對供暖系統管路問題進行分析,包含管路雜質的形成、種類及危害,并對系統添加防護劑進行試驗及驗證,選出具有實際防護效果的防護劑,以便用戶供暖系統運行更加舒適、節能、可靠。

    關鍵詞:壁掛爐;供暖系統;管路問題;系統防護劑

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    目前,在國家“煤改氣、煤改電”的政策推動下,應用燃氣壁掛爐或電壁掛爐為熱源的分戶采暖系統也越來越普及,見下圖1所示,同時也暴露了一些供暖系統問題,特別是舊系統改造。發生的系統管路問題如系統運行堵塞、結垢腐蝕最為普遍,表現為換熱效率下降,耗氣量增加或水溫不夠熱、冷凝水量減少。本文針對不同的材料易產生的系統管路問題分析,如最常用的為含鐵質材料(鍍鋅管)、銅、鋁、不銹鋼或塑料,在系統運行中最易出現的雜質,進行了分析,最后對系統添加防護劑進行試驗及驗證,選出具有實際防護效果的防護劑,以便用戶供暖系統運行更加舒適、節能、可靠。

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    在供暖設備運行期間,可能出現的管路問題有結垢、腐蝕、沉積、生物滋生,排除凍結(只對暴露在寒冷環境中的系統和部分)和傳熱介質的退降(與太陽能或空調設備有關),主要的管路問題為這些。

    2.1 結垢

    結垢是鈣鎂離子(決定硬度的鹽類)沉積在管壁、熱交換表面和控制調節元件上所致,如下圖2所示。沉積程度取決于:溫度、水的硬度、用水量。鈣鎂鹽會隨著溫度的升高變得難溶于水,因此,所有供應熱水的系統都易結垢。

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    一般來說,衛浴熱水管路中經常在鍋爐、熱交換器、輸水龍頭和管道形成結垢。在這些系統中,溫度和用水量都很高,比較容易看到結垢。相對而言,在供暖系統中就沒有那么要緊了,因為碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀只在開始階段形成沉積:注水補水中所含的鈣質沉積在系統中最熱的區域(一般是鍋爐)。然而,一旦形成,水垢就無法簡單地通過排泄系統水清除。所以,在部分泄水以及后續注水時,就又會給系統帶進鈣鹽,進而形成另一層水垢。如果頻繁注水(由于維護或運行不暢),短期內不斷補水會造成以下問題:

    ●循環水局部過熱,形成水蒸汽,造成鍋爐發出噪音,或觸發壁掛爐過熱保護裝置; 

    ●管路通道橫斷面逐漸狹窄直至堵塞;

    ●降低交換器表面的熱交換,效率下降,水溫不熱。 

    因此為了避免結垢的形成,建議可對水進行以下處理:

    ●向里面加入專門的抑制劑;

    ●外部進行補水的軟化處理;

    ●減少系統補水次數。

    2.2 腐蝕

    眾所周知,管路腐蝕是供暖系統中最令人擔憂的現象。腐蝕可分為兩大類:一種是整體性的,均勻地在整個金屬表面形成腐蝕,另一種是局部的,在某些金屬區域附近形成腐蝕。 

    產生腐蝕的原因多種多樣:如雜散的水流、水中溶解的氧、電解、侵蝕、氣蝕、沉積、材料出現裂紋。一般來說,金屬表面各種沉積并存尤其容易催生腐蝕現象。在供暖系統中,下層沉積的腐蝕(也稱作氧差腐蝕)是封閉管路中可能發生的主要腐蝕現象,右圖3所示。 

    在有水條件下,金屬表面的雜質層(如鐵的氧化物沉積)會導致形成含氧量不同的兩個區域水/ 雜質區域(陰極區)的含氧量明顯高于雜質/ 金屬區域(陽極區)。于是就會形成局部的“氧差電池”效應,在水流的作用下,氧差會對金屬表面產生腐蝕。這種腐蝕發生在水流速度慢且易形成沉積的區域。

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    以下是不同系統材料在系統管路耐腐蝕性對比分析,具體見下表1所述。

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    2.3 生物滋養

    生物滋養諸如細菌、真菌、藻類和酵母菌等各種生物,光、熱、氧氣和沉淀物的存在,以及偶發污染和不利的系統狀態都會助長它們的滋生。它們的滋生依賴于:

    ● 氧的存在(是有氧菌離不開的);

    ● 低溫(37/38℃是細菌和真菌生長最適宜的溫度);

    ● 有機物的存在(是細菌的營養源);

    ● 水處理產物,如滅菌劑,當它失去保護效果后會變成細菌繁殖的養物;

    ● 滯留狀態(在泥狀沉淀物下會滋生厭氧菌,它們的代謝會促使局部腐蝕堆積);

    ● 鈣質沉積(是細菌滋生的極佳環境)。

    供暖系統中有的“死路”及滯水區域是細菌滋生的環境,尤其是低溫輻射供暖系統。細菌如果是孤立的,沒有危險性。然而,細菌的滋生會在管壁上形成生物淤積(生物膜),如果不進行適當處理,會降低換熱面積和水流的截面。生物膜難以滲透,只有通過專門產品(生物滅殺劑)或相應的處理才能去除。

     以下是不同系統材料在系統管路中出現的管路問題對比分析,具體見下表2所述。

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    由上表可知:供暖系統運行中,鐵質材料最易發生腐蝕和淤泥的形成,鋁最易發生結垢,而塑料最易發生生物滋養管路問題。

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    如前所述,系統管路出現的問題,如結垢、腐蝕、沉淀物和生物滋生。這些現象在相對較短的時間里發生,而且會持續數年,如下圖4所示。由此造成大面積的腐蝕。具有這些問題的系統其特點是水的顏色呈污濁的暗灰色,而且易產生雜質。

     下面介紹一下未進行適當水處理的系統中雜質可能帶來的主要危害。

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    3.1 水泵卡死或燒壞

    由于水泵內部的流通構造的特殊性及其運行時產生磁場,水流中的雜質易于堆積在水泵內部造成水泵堵塞或徹底卡死,嚴重時導致水泵電機燒壞,增加售后產品維護成本。現如今壁掛爐售后包修政策是2年、5年、8年或終身不等,假如每年都因雜質異物導致水泵燒壞,更壞水泵的費用投入是巨大的,比較壁掛爐水泵不便宜。

    3.2 換熱器熱效率降低

    假如換熱器中的存在懸浮顆粒或發生腐蝕殘留:一會阻塞水流通過,大大降低水流流量,二是減少換熱面積,降低換熱效率。 

    另外,這些結垢和沉積形成分布不均勻,造成各區域有明顯的溫差和換熱器金屬局部過熱。局部過 熱會造成里面的水汽化如下圖5左圖所示,伴隨著噪音明顯變大,極端情況下會使換熱器因為集中強烈膨脹而斷裂。需要強調的一點是,厚度很薄的結垢也會明顯增加換熱器的熱阻性,具體影響如下圖5右圖所示。

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    所以為了抵消這種熱阻增加的影響和保持換熱功率,壁掛爐的調節系統就會增加燃燒器的功率。最終導致煙氣溫度提高、熱散失增加以及煙氣冷凝作用降低,所有這些都會造成壁掛爐的效率變低和燃氣成本的增加。在冷凝式鍋爐中,這一現象尤為突出,特別是在結垢初期即沉淀物厚度還很有限的時候。其實,煙氣溫度僅提高幾度就會明顯降低鍋爐的冷凝能力及其效率。所以,冷凝式鍋爐的效率受雜質沉積的影響巨大。

    3.3 散熱器換熱效率降低

    若鐵屑、磁性雜質等沉積物堆積在散熱器底部,會導致熱失衡、舒適度不足和運行成本增加。如果發生堵塞的話,還會阻斷散熱器內的一些通道,妨礙熱水循環,造成一些區域變冷,不利于熱交換。同時,散熱器上部空氣的存在帶來的損害絲毫不亞于雜質:一方面降低散熱器的熱效率,另一方面往往還是腐蝕發生的元兇。

    3.4 散熱器換熱效率降低

    阻塞會沿著管道形成,特別是彎曲處或管徑粗細有變化的地方。在高溫系統中,循環不暢主要由于懸浮的雜質顆粒引起,顆粒是隨著時間推移而沉積下來的,特別是在夏季。在低溫系統中,造成堵塞的主因則是藻類和細菌繁衍形成生物膜。實際上,在輻射式供暖板系統中的常見低溫(37/38℃)狀態是細菌生長的理想條件。

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    為了更好的了解管路發生的腐蝕、結垢及沉積等問題, 現選取不同類型的材料在不同水質下,放置在模擬供暖系統運行溫度的環境中,試驗時間為3到4個月(一個供暖季),具體試驗及結果如下表3和表4所示。

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    由上表3和表4可知,在供暖系統管路運行中,若不添加任何防護劑,系統中的鐵質材料、銅、鋁、鋅、不銹鋼都會發生腐蝕,隨著時間的延長,管路問題會更加嚴重;若添加系統防護劑中,在自來水、蒸餾水或冷凝水環境下,添加防護劑A對鐵質材料、銅、鋁、鋅、不銹鋼都能起到良好的防護作用,而防護劑B發生了輕微的腐蝕現象,添加防護劑C相對于失效,腐蝕情況反而更加嚴重。所以我們在選擇防護劑添加在系統管路進行防護時,需慎重選擇,并且定期對系統管路進行清理及防護劑濃度進行檢測。

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    通過對壁掛爐供暖系統管路問題的結垢、腐蝕、沉積、生物滋生的原因分析,以及對管路系統造成的危害認識,最終經過對不同材料在不同水質環境下的腐蝕情況進行對比驗證分析,得出不同類別的系統防護劑對系統管路的防護作用是存在較大差異。我們需正確的選擇系統防護劑,必須考慮是否具有實際防護效果,而不是第一考慮其價格,為供暖系統用戶負責,提供更加舒適、節能、可靠的供暖系統。

     


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