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技术文章

城市集中供热热水采暖系统水中气体产生问题分析

时间:2014-9-23 16:05:49   作者:溪坤   来源:邮件投稿   评论:0
内容摘要:本文分析了城市热网热水采暖系统水中气体及其产生原因、成分、对采暖系统的危害,特别提到了氮气对采暖系统的影响。指出避免气体产生的注意事项。同时介绍物理脱气的方法和技术及优缺点,为集中供热采暖系统“除气”工作提供了有意义的参考...

本文分析了热水采暖系统水中气体及其产生原因、成分、对采暖系统的危害,特别提到了氮气对采暖系统的影响。提出空气对树脂管和金属管地热采暖系统出现的问题,指出避免气体产生的注意事项。同时介绍物理脱气的方法和技术及优缺点,为热水采暖系统“除气”工作提供了有意义的参考。

 

因热水采暖系统水(以下称暖气水)中气体的存在导致采暖系统出现问题,故有关方面进行了暖气水中气体的基础研究,在此进行一下探讨。---哈尔滨市市政工程研究院 吴怡青

 

1.暖气水中气体的分析
1.1  氧气问题
暖气水中溶解着气体、分离出来的气体有腐蚀金属材料的物质、如熟知的氧是使铁腐蚀的重要原因。理论上铁材使用比例较高的暖气系统的水的氧含量测定值应控制在0.1mg/L以下,而自来水的氧自然浓度是11mg/L,这表明氧是化学性质很活跃的气体,完全消耗在系统内的金属腐蚀(氧化)中。因此,在系统设计、施工中应该注意“氧的进入”、“使系统密闭化”。


1.2  氮气问题
暖气水中如果溶入的气体超过溶解限度将形成气泡而分离。分离出来的气体中,主要成分是氮气。氮气是惰性气体,不像氧因化学反应(腐蚀反应)而消耗。据供热信息网有关资料:大规模采暖系统的暖气水中残留氮含量的测定值有达到50mg/L的,而自来水中的自然浓度为25mg/L,这相当于自来水中自然浓度的2倍。这样高浓度的氮气,不能全部溶入暖气水中,一部分以气泡的形式游离。这些气泡集中在配管流速较慢的部分而阻碍暖气水的循环,形成“气滞”。同时,气泡腐蚀剥离设备表面的静态保护膜从而加剧设备如泵叶片等的磨损。


1.3  亨利定律的应用
气体在水中的溶解度遵循亨利定律、溶解度因水温上升、压力下降而降低。定律解答了散热器的空气积存故障为何主要集中在高层。如果高层的压力最低也保持在0.05 MP以上,则氮气在70℃时的溶解度是15mg/L。据有关资料:采暖系统顶层水中的理论氮气(空气)饱和度一般都在15mg/L以上,即如果氮浓度在15mg/L以下一般不会发生问题。与氮类似,系统中氢和烷以气泡的游离状态存在,这些气体也适合亨利定律。


2.气体是怎么进入密闭系统中的
2.1  自来水中溶解着空气(氮气+氧气)
暖气水和补给水都使用自来水。这些水通常处于“空气饱和”状态。根据亨利定律,理论上溶存的氧含量约11mg/L、氮含量约25mg/L,且溶解着微量二氧化碳。中国供热信息网了解到实测值与理论值高度吻合。不言而喻系统的密封性对该值影响最大,因为每补1升水就有共计36mg的氮气和氧气等进入系统。密封不好而频繁补水的话,将无法摆脱空气的影响。


2.2  设备和配管内的残存空气溶解在暖气水中
如果系统设备的空气排出不充分则会残存空气,而这些空气会溶解在高压的暖气水中。系统维修后其内部也会残留空气,许多故障是由此而引起的。上述溶解着空气的暖气水循环到建筑物高层或系统末端及某些压力较低部位时,水中的气体因压力降低而游离出来。这些游离出来的气体也会成为故障的原因。
2.3  空气通过设备侵入扩散到系统内
空气中的气体(约氮78%,氧21%)和水中气体浓度差成为空气向系统内侵入扩散的推动力。因循环的暖气水之氧浓度几乎为零,故想从大气扩散到配管网的潜在力量增强。虽然铁、铜等金属材料的空气透过性是零,但化学合成品、橡胶、密封材料等非金属的透气性高。树脂管地热采暖时,透过扩散氧量与以前的铜管或钢管的配管相比多出一千倍至十万倍。特别是钢管和树脂管混用的地热采暖系统,钢管腐蚀问题已经出现。


2.4  循环水泵与管网阻力特性不匹配
系统中循环水泵流量和扬程过大,管网阻力特性与设备不匹配。由于循环泵流量大,

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