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1、常压热水锅炉房设计运行的安全问题 摘要：对常压热水锅炉房设计运行中应注意的安全问题进行了探讨，涉及系统流程设计、水击、循环泵汽蚀。关键词：常压热水锅炉；系统流程设计；水击； 汽蚀Safety Problems in Design and Operation of Atmospheric Hot Water Boiler RoomZHANG Yan，HUANG Pu，WANG Jia，LI XinAbstract：The safety problems needing attention in design and operation of atmospheric hot water boile
2、r room are discussed，which involve the design of system process，the water hammer and the cavitation in circulating pump.Key words：atmospheric hot water boiler；design of system process；water hammer；cavitation虽然常压热水锅炉房供热系统的系统流程简单，但常压热水锅炉不可承压的特殊要求，使常压热水锅炉房的设计与承压锅炉房有较大不同。在常压热水锅炉房设计中，若不重视其特殊性，将无法保证供热系统的正
3、常运行，甚至会对供热系统的安全运行留下隐患。本文对常压热水锅炉房设计运行中须注意的安全问题进行探讨。1 系统流程设计JB/T 79852002小型锅炉和常压热水锅炉技术条件(以下简称条件)对常压热水锅炉有明确的定义和要求。常压热水锅炉即锅炉本体开孔或用连通管与大气相通，在任何情况下锅炉本体顶部表压为零的锅炉。常压热水锅炉的额定热功率不应小于0.05MW，且不应大于2.8MW，额定出口水温不宜大于85。为满足条件要求，0.7MW以上的常压热水锅炉多在锅炉本体上设置补水箱，见图1。0.7MW以下的锅炉，采用锅筒上设置溢流管保证锅炉顶部与大气连通，见图2。要保证常压热水锅炉使用安全，必须保证在任何条
4、件下锅炉本体顶部表压为零。许多常压热水锅炉房设计中较典型的错误为： 为简化系统流程，取消图1中锅筒顶部的补水箱，用系统最高点的定压水箱代替补水箱。这种做法使常压热水锅炉失去了直接与大气连通的气相空间，将开式循环系统改变为闭式循环系统，此时常压热水锅炉已失去常压特征，见图3。实际运行中，常压热水锅炉承压与水箱高度有关。根据目前工程实例，水箱多设在锅炉上部1015m处，即常压热水锅炉承压0.100.15MPa。由于实际运行中常压热水锅炉承压不高，因此常被人忽视，但这种设计方式给常压热水锅炉的安全运行留下隐患。 为避免常压热水锅炉停炉时大气连通管溢水，在不设补水箱的常压热水锅炉大气连通管上安装截止阀
5、。锅炉运行时打开，停炉时关闭，截止阀一旦被误操作，锅炉将失去安全保障，见图4。采用上述系统流程设计产生的后果为： 在常压热水锅炉运行过程中，若循环泵突然关闭，炉内热水温度升高、易汽化，这种情况在实际运行中经常出现。当蒸汽无法及时排出时，常压热水锅炉承压将迅速上升，给安全运行带来极大威胁。特别是当常压热水锅炉质量存在缺陷时，锅炉爆裂不可避免。 使常压热水锅炉在承压状态下运行违反了国家相关的管理规定，也不符合条件的基本要求。设计人员完成的设计产品违反国家强制执行的法规、标准，属于严重的设计失误，给常压热水锅炉安全运行留下隐患。一旦锅炉出现安全事故，工艺设计人员负有不可推卸的责任。为保证锅炉安全运行
6、，设计人员必须对设计错误导致的严重后果予以重视，并在工艺设计上保证在任何情况下锅炉本体顶部表压为零。常压热水锅炉房规模较小，多采用手工操作，不像承压锅炉房那样设置较多的工况监控设备。保证锅炉在任何工况(特别是非正常工况)下安全运行的具体方法为： 在锅炉回水管入口处设自动启闭阀，保证当循环泵停止时系统内循环水不溢流。 保留补水箱，若锅炉未设补水箱或锅筒溢流管，应在锅筒上部某一高度(根据具体情况确定)开溢流孔，设溢流管。确保锅筒上部始终保持一定高度的直接与大气连通的气相空间，见图2。2 防止水击常压热水锅炉房供热系统易发生两类水击： 在循环泵启动时，由于系统上部管道内存留大量空气造成气阻而产生的水
7、击。常压热水锅炉供热系统为开式循环系统，在循环泵关闭时易产生管道内循环水外泄，使系统上部管道出现倒空，另外循环水溶解的气体析出及锅炉关闭后循环水冷却收缩而吸入的空气都会使系统上部管道出现气相空间。当循环泵启动而管道内气体又无法及时排出时，易发生水击。这类水击危害极大，管道会产生巨大的噪声和强烈振动，甚至会使管道和系统上部散热器破裂。要预防这类水击的发生，应在系统最高处设计排气阀，并在运行过程中保证排气阀工作有效可靠。在系统中设置定压水箱(见图1)，在循环泵关闭后，定压水箱可自动向系统补水排出气体，可有效防止水击的发生。在操作上应保证循环泵出口阀门缓慢开启，使系统内气体在水位逐渐升高的过程中排出
8、。 循环泵关闭时，由于回水管上自动启闭阀快速关闭产生的水击。在常压热水锅炉房供热系统中，为防止循环泵关闭时管道内循环水泄入锅炉使系统上部管道出现倒空现象，在靠近锅炉的回水管上安装自动启闭阀。当循环泵关闭时，自动启闭阀快速关闭。若不设置有效的泄压装置，在自动启闭阀快速关闭时极易产生水击，特别是在不设置定压水箱的上供下回式供热系统中，水击严重时易造成系统下部散热器破裂。目前，在常压热水锅炉房供热系统中出现的许多底层散热器破裂事故都由此原因造成。因此，在设有与循环泵连锁的自动启闭阀的常压热水锅炉房中，必须设泄压装置。目前常用的泄压方式是在自动启闭阀前与循环泵出口总管之间设置连通管，并安装逆止阀，一旦
9、自动启闭阀前压力升高可将水泄入循环泵出口总管。另外，也可在自动启闭阀前设安全阀。3 防止循环泵汽蚀循环泵汽蚀是常压热水锅炉房供热系统中经常出现的问题。在常压热水锅炉房供热系统中循环泵的工作状态类似从开式水箱抽水，其灌注压头很小，只有循环泵中心线到锅筒液位间的液位差高度。若循环泵安装位置较高，或循环泵入口管道设计阻力较大，甚至循环泵入口阀门相对开度较小时，都极易发生循环泵汽蚀。要避免产生汽蚀，设计时必须保证循环泵的灌注压头，即循环泵在进口叶轮处的水压应大于该温度下的饱和蒸汽压力。要满足此条件，循环泵的灌注压头pp应满足下式：式中pp灌注压头，kPaps循环泵进口处水的饱和蒸汽压力，kPap锅炉至
10、循环泵间的总阻力，kPav水的流速，m/s水的密度，kg/m3pa循环泵的有效汽蚀余量，kPa，取4060kPap安全余量，kPa，取510kPa一台热功率为1.4MW的卧式常压热水锅炉，设计供回水温度为85、60。锅筒的液面与循环泵轴线设计高度差为2.5m，即灌注压头pp=25kPa，相应的绝对压力约125kPa。温度为85的水对应的饱和蒸汽压力(绝对压力)约60kPa，循环泵有效汽蚀余量取50kPa，安全余量取5kPa。由式(1)计算得，锅炉至循环泵间管道的总阻力与动压头之和不得大于10kPa。由于常压热水锅炉房供热系统的水流速较低，动压头可忽略不计，因此p10kPa。以某工程为例，供热系
11、统设计水流量为48.16t/h，管道规格选取1594.5。经计算得，水的流速v=0.76m/s。管道比摩阻取54Pa/m，管道设计长度为10m，局部阻力当量长度为31m。经计算得，摩擦阻力为0.54kPa，局部阻力为1.67kPa，即锅炉至循环泵间的总阻力p=2.21kPa。因此，可利用的富余压头为7.79kPa。因此，在较理想的设计条件下，可利用的富余压头也是很小的。当发生非正常工况时，如热水温度超出设计温度或采用循环泵前阀门节流量过大，易出现循环泵汽蚀现象。特别是采用小容量的卧式常压热水锅炉时，若设计过程中不采取措施，循环泵汽蚀的现象不可避免。要避免出现循环泵汽蚀，在工艺设计时应考虑：由于锅炉高度一定，因此循环泵高度要尽量降低，以保证有较高的灌注压头；尽量选择有效汽蚀余量较小的循环泵；锅炉至循环泵间的管道布置尽量简单，管径要适当放大，降低管道的摩擦阻力。在系统运行时应注意：锅炉不可超温运行，循环泵入口阀门只可作为开闭阀使用，可使用循环泵出口阀门调节流量。4 结语常压热水锅炉房供热系统规模较小，但常压热水锅炉房的安全运行事故高于承压锅炉房，发生事故的直接原因是工艺设计不合理和违章操作。必须对常压热水锅炉房的安全运行有足够的认识，锅炉房工艺设计必须认真执行国家的有关规定，遵章操作可避免常压热水锅炉房安全事故的发生。
常压热水锅炉房设计运行的安全问题
