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优秀论文丨壁挂炉供暖系统管路问题研究分析
风云天下      2019-07-04 14:15     来源:成攸才、汪为彪 广东省燃气采暖热水炉商会官微     浏览量:2963

中国壁挂炉网讯:

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摘要:在国家“煤改气”政策推动下,以壁挂炉为热源的分户采暖系统也越来越普及,同时也暴露了一些供暖系统问题,特别是旧系统改造。发生的系统管路问题如系统运行堵塞、结垢腐蚀最为普遍。本文针对供暖系统管路问题进行分析,包含管路杂质的形成、种类及危害,并对系统添加防护剂进行试验及验证,选出具有实际防护效果的防护剂,以便用户供暖系统运行更加舒适、节能、可靠。

关键词:壁挂炉;供暖系统;管路问题;系统防护剂

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目前,在国家“煤改气、煤改电”的政策推动下,应用燃气壁挂炉或电壁挂炉为热源的分户采暖系统也越来越普及,见下图1所示,同时也暴露了一些供暖系统问题,特别是旧系统改造。发生的系统管路问题如系统运行堵塞、结垢腐蚀最为普遍,表现为换热效率下降,耗气量增加或水温不够热、冷凝水量减少。本文针对不同的材料易产生的系统管路问题分析,如最常用的为含铁质材料(镀锌管)、铜、铝、不锈钢或塑料,在系统运行中最易出现的杂质,进行了分析,最后对系统添加防护剂进行试验及验证,选出具有实际防护效果的防护剂,以便用户供暖系统运行更加舒适、节能、可靠。

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在供暖设备运行期间,可能出现的管路问题有结垢、腐蚀、沉积、生物滋生,排除冻结(只对暴露在寒冷环境中的系统和部分)和传热介质的退降(与太阳能或空调设备有关),主要的管路问题为这些。

2.1 结垢

结垢是钙镁离子(决定硬度的盐类)沉积在管壁、热交换表面和控制调节元件上所致,如下图2所示。沉积程度取决于:温度、水的硬度、用水量。钙镁盐会随着温度的升高变得难溶于水,因此,所有供应热水的系统都易结垢。

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一般来说,卫浴热水管路中经常在锅炉、热交换器、输水龙头和管道形成结垢。在这些系统中,温度和用水量都很高,比较容易看到结垢。相对而言,在供暖系统中就没有那么要紧了,因为碳酸钙和氢氧化镁沉淀只在开始阶段形成沉积:注水补水中所含的钙质沉积在系统中最热的区域(一般是锅炉)。然而,一旦形成,水垢就无法简单地通过排泄系统水清除。所以,在部分泄水以及后续注水时,就又会给系统带进钙盐,进而形成另一层水垢。如果频繁注水(由于维护或运行不畅),短期内不断补水会造成以下问题:

●循环水局部过热,形成水蒸汽,造成锅炉发出噪音,或触发壁挂炉过热保护装置; 

●管路通道横断面逐渐狭窄直至堵塞;

●降低交换器表面的热交换,效率下降,水温不热。 

因此为了避免结垢的形成,建议可对水进行以下处理:

●向里面加入专门的抑制剂;

●外部进行补水的软化处理;

●减少系统补水次数。

2.2 腐蚀

众所周知,管路腐蚀是供暖系统中最令人担忧的现象。腐蚀可分为两大类:一种是整体性的,均匀地在整个金属表面形成腐蚀,另一种是局部的,在某些金属区域附近形成腐蚀。 

产生腐蚀的原因多种多样:如杂散的水流、水中溶解的氧、电解、侵蚀、气蚀、沉积、材料出现裂纹。一般来说,金属表面各种沉积并存尤其容易催生腐蚀现象。在供暖系统中,下层沉积的腐蚀(也称作氧差腐蚀)是封闭管路中可能发生的主要腐蚀现象,右图3所示。 

在有水条件下,金属表面的杂质层(如铁的氧化物沉积)会导致形成含氧量不同的两个区域水/ 杂质区域(阴极区)的含氧量明显高于杂质/ 金属区域(阳极区)。于是就会形成局部的“氧差电池”效应,在水流的作用下,氧差会对金属表面产生腐蚀。这种腐蚀发生在水流速度慢且易形成沉积的区域。

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以下是不同系统材料在系统管路耐腐蚀性对比分析,具体见下表1所述。

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2.3 生物滋养

生物滋养诸如细菌、真菌、藻类和酵母菌等各种生物,光、热、氧气和沉淀物的存在,以及偶发污染和不利的系统状态都会助长它们的滋生。它们的滋生依赖于:

● 氧的存在(是有氧菌离不开的);

● 低温(37/38℃是细菌和真菌生长最适宜的温度);

● 有机物的存在(是细菌的营养源);

● 水处理产物,如灭菌剂,当它失去保护效果后会变成细菌繁殖的养物;

● 滞留状态(在泥状沉淀物下会滋生厌氧菌,它们的代谢会促使局部腐蚀堆积);

● 钙质沉积(是细菌滋生的极佳环境)。

供暖系统中有的“死路”及滞水区域是细菌滋生的环境,尤其是低温辐射供暖系统。细菌如果是孤立的,没有危险性。然而,细菌的滋生会在管壁上形成生物淤积(生物膜),如果不进行适当处理,会降低换热面积和水流的截面。生物膜难以渗透,只有通过专门产品(生物灭杀剂)或相应的处理才能去除。

 以下是不同系统材料在系统管路中出现的管路问题对比分析,具体见下表2所述。

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由上表可知:供暖系统运行中,铁质材料最易发生腐蚀和淤泥的形成,铝最易发生结垢,而塑料最易发生生物滋养管路问题。

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如前所述,系统管路出现的问题,如结垢、腐蚀、沉淀物和生物滋生。这些现象在相对较短的时间里发生,而且会持续数年,如下图4所示。由此造成大面积的腐蚀。具有这些问题的系统其特点是水的颜色呈污浊的暗灰色,而且易产生杂质。

 下面介绍一下未进行适当水处理的系统中杂质可能带来的主要危害。

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3.1 水泵卡死或烧坏

由于水泵内部的流通构造的特殊性及其运行时产生磁场,水流中的杂质易于堆积在水泵内部造成水泵堵塞或彻底卡死,严重时导致水泵电机烧坏,增加售后产品维护成本。现如今壁挂炉售后包修政策是2年、5年、8年或终身不等,假如每年都因杂质异物导致水泵烧坏,更坏水泵的费用投入是巨大的,比较壁挂炉水泵不便宜。

3.2 换热器热效率降低

假如换热器中的存在悬浮颗粒或发生腐蚀残留:一会阻塞水流通过,大大降低水流流量,二是减少换热面积,降低换热效率。 

另外,这些结垢和沉积形成分布不均匀,造成各区域有明显的温差和换热器金属局部过热。局部过 热会造成里面的水汽化如下图5左图所示,伴随着噪音明显变大,极端情况下会使换热器因为集中强烈膨胀而断裂。需要强调的一点是,厚度很薄的结垢也会明显增加换热器的热阻性,具体影响如下图5右图所示。

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所以为了抵消这种热阻增加的影响和保持换热功率,壁挂炉的调节系统就会增加燃烧器的功率。最终导致烟气温度提高、热散失增加以及烟气冷凝作用降低,所有这些都会造成壁挂炉的效率变低和燃气成本的增加。在冷凝式锅炉中,这一现象尤为突出,特别是在结垢初期即沉淀物厚度还很有限的时候。其实,烟气温度仅提高几度就会明显降低锅炉的冷凝能力及其效率。所以,冷凝式锅炉的效率受杂质沉积的影响巨大。

3.3 散热器换热效率降低

若铁屑、磁性杂质等沉积物堆积在散热器底部,会导致热失衡、舒适度不足和运行成本增加。如果发生堵塞的话,还会阻断散热器内的一些通道,妨碍热水循环,造成一些区域变冷,不利于热交换。同时,散热器上部空气的存在带来的损害丝毫不亚于杂质:一方面降低散热器的热效率,另一方面往往还是腐蚀发生的元凶。

3.4 散热器换热效率降低

阻塞会沿着管道形成,特别是弯曲处或管径粗细有变化的地方。在高温系统中,循环不畅主要由于悬浮的杂质颗粒引起,颗粒是随着时间推移而沉积下来的,特别是在夏季。在低温系统中,造成堵塞的主因则是藻类和细菌繁衍形成生物膜。实际上,在辐射式供暖板系统中的常见低温(37/38℃)状态是细菌生长的理想条件。

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为了更好的了解管路发生的腐蚀、结垢及沉积等问题, 现选取不同类型的材料在不同水质下,放置在模拟供暖系统运行温度的环境中,试验时间为3到4个月(一个供暖季),具体试验及结果如下表3和表4所示。

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由上表3和表4可知,在供暖系统管路运行中,若不添加任何防护剂,系统中的铁质材料、铜、铝、锌、不锈钢都会发生腐蚀,随着时间的延长,管路问题会更加严重;若添加系统防护剂中,在自来水、蒸馏水或冷凝水环境下,添加防护剂A对铁质材料、铜、铝、锌、不锈钢都能起到良好的防护作用,而防护剂B发生了轻微的腐蚀现象,添加防护剂C相对于失效,腐蚀情况反而更加严重。所以我们在选择防护剂添加在系统管路进行防护时,需慎重选择,并且定期对系统管路进行清理及防护剂浓度进行检测。

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通过对壁挂炉供暖系统管路问题的结垢、腐蚀、沉积、生物滋生的原因分析,以及对管路系统造成的危害认识,最终经过对不同材料在不同水质环境下的腐蚀情况进行对比验证分析,得出不同类别的系统防护剂对系统管路的防护作用是存在较大差异。我们需正确的选择系统防护剂,必须考虑是否具有实际防护效果,而不是第一考虑其价格,为供暖系统用户负责,提供更加舒适、节能、可靠的供暖系统。

 


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