熱水采暖系統氣阻問題探討

王率章

(湖南化工醫藥設計院,湖南長沙 410007)

熱水采暖系統氣阻問題探討

王率章

(湖南化工醫藥設計院,湖南長沙 410007)

對熱水采暖系統氣阻問題進行了探討,指出了在設計中容易忽略的問題,對采暖系統設計人員有參考意義。

熱水采暖;系統氣阻;探討

0 引 言

熱水采暖系統中的氣阻問題,說起來是個老話題,似乎也不那么難解決,高點排氣就是了。然而,實踐中我們有時會忽略排氣閥的設置,造成局部氣阻。如果在干管上產生氣阻,就會影響整個系統。在過去多年的工作中曾經遇到過一些問題,雖然過去多年,總覺得回過頭來把它擺一擺、分析和歸納一下應該有益。

1 熱水采暖系統的氣阻問題

圖1為某干休所平房熱水采暖系統局部系統圖,我們可以看到,散熱器中的空氣可以通過手動閥排出,而立管和橫管由于室外干管較低,其空氣無法排出,勢必造成氣阻。不知是原設計單位,還是施工單位,或是什么人,以為是循環泵揚程不足,更換了一臺高揚程水泵,雖然稍有改進,但沒有從根本上解決問題。分析原因,是由于水泵揚程提高后積氣體積因加壓而縮小,其流量有所增加。換泵后由于系統壓力過大,招至換熱器被壓損,不得不停機修復。其實不難解決,只要在橫管高端裝一自動排氣閥就解決了。

圖1 熱水采暖系統局部系統圖

現成我們來看第二個例子。圖2為某干校熱水采暖系統循環泵前后的管路系統圖。不同的是我只繪出一臺循環泵,實有備用泵一臺,但這對說明問題沒有影響。可以看出,在煤氣罐房上部還是設了自動排氣閥,但對水泵出口后的B管上沒有考慮。煤氣罐房有4m多高;水泵出口B段有2m多高,應該說,問題就出在這里。系統首次充水時,A段是滿流,空氣被壓向B段和C段,水到了B段和C段就不是滿流了,在不是滿流的情況下,空氣當然不會下走。有人說B段的空氣可以被水流帶走,我以為那是不可能的。其理由我將在后邊敘述。應該說B段積有空氣,一目了然;另外我們用螺絲刀連接管壁和耳朵,聽到的不是沙沙的平穩的流水聲,而是哐啷哐啷的撞擊聲。至于B段集氣多少,可以用B長與C長之比來判斷。比值大,積氣少;比值小,積氣就多。這只是對積氣多少的探討,其意義不大,因為積氣是不能允許存在而必須消除,以降低系統阻力。

圖2 循環泵前后的管路系統圖

此系統按照水泵流量和系統容水量的估算,十幾分鐘應有一個循環,可在試運行時用時四十多分鐘,實際流量只有設計流程的三分之一,氣阻之嚴重可想而知。我們在B管加了排氣閥,問題就解決了。

氣阻問題,不僅僅在水暖、空調水系統中必須給予關注,在給水排水的某些環節及其他液體輸送管路中也是值得注意的。

2 給排水管路中的氣阻問題

請看下例,圖3是某給水泵房水泵前后的系統圖。同樣,我只繪出一臺水泵,而實有兩臺。在我初接觸到該泵房時,覺得有問題,進一步觀察,發現水泵出口壓力表指針在運行中大幅度搖擺,這就完全證實了氣阻的存在。是出水的脈沖造成了系統壓力的變化,從而造成壓力表指針的大幅擺動。發現時已運行多年,其積氣并沒有被帶走。后在橫管上加了手動排氣閥,問題就解決了。后來加水塔、改管路就是另一回事了。

圖3 給水泵前后的系統圖

以上三個例癥,其管路像個門框,在例一中為多門框組合,后兩例為單門框式管路,我就把它叫門框管路吧!我以為凡遇到這種管路,不論管的橫豎比大小,均須設排氣閥。在水泵房,可以接手動閥,除了用于初運行的排氣而外,還可以接膠管,作為泵房衛生沖洗的水源。對于其它專業,須設自動排氣閥。以間歇式水暖系統為例,停泵后由于系統壓力降低,會有少量的空氣析出,水泵再次啟動,也很難容于水中。

通過以上三個例癥,說明我們在設計中有時會忽略一些問題。主要問題就是空氣存在與否以及空氣的特性及在管路中與水的關系。

首先,空氣和水都是流體,都是沒有固定形狀的;空氣還無色、無味,看不見摸不到。這容易使人忽略和誤導:管路、設備安排好了,里邊是空的,忘記了里邊充滿了空氣。我這就把它叫作門式管路吧!我以為凡遇這種門式管路,不論橫豎管比值大小,均須排氣閥。在水泵房,宜接手動閥,除了用于初運行排除空氣以外,還可以用作泵房衛生沖洗的水源。對于其他專業,須設自動排氣閥,以間歇式水暖系統為例,停泵后由于系統壓力降低,會有少量空氣析出,水泵再次啟動,就成為系統的阻力,甚至會堵死管路。在我院老辦樓的運行中,有著這樣的經驗或者說是教訓。

3 氣水運動的規律

我以為了解水和空氣的特性及運行系統中氣水運動規律是最重要的。現在我們就來找出其特性、指出其關系。

首先空氣很容易使人忘記它的存在,管路、設備安好了,以為里邊空無一物。不信我們來作個小小的測試:在一個空瓶中裝進芝麻、豆子和茶葉,分別叫十個人來看一下,問他們里邊裝了什么?只怕沒有幾個人會說出里邊有第四種物質——空氣。在我前邊的三個例癥中,我以為都有忽略存在。

第二,水是不可壓縮的,空氣雖然可以壓縮,但在以水泵和其它泵類為動力的運輸系統及循環系統中,都必須把它看成不可壓縮的,因為泵的揚程是有限的。我們前邊的圖1就是例證。

第三,在常態下,在系統運行條件下,水和空氣密度差極大,可以說不是相差千里而是相差千倍!這就明確了它們在管路中同行時的運動規律:水在管路中上行時,空氣會被擠走;當水在水平管路中流動時,水在管中很可能不是滿流,這時,管的上部就會有空氣存在,如果管路再向上,這部分空氣會被走;如果水管下行,這部份空氣連同下行管的一部分空氣則會留在管中,根據充水管路前后壓力變化,總會有空氣留在管路里。一部分空氣被擠走,一部分空氣則留在管路里,這就是密度差造成的。

第四,空氣不容于水。我們這樣說,是從大世界、宏觀而言;從小世界、微觀而言,空氣是可以溶于水的。例證就是養魚,人在大氣壓力降低時,啟動增氧機,打水花加氣以保魚兒的存活。在我舉的第三例中,泵房運行多年,門框式管路中的空氣既沒有被水帶走,也沒有溶解于水。

當然,空氣和水還有其他特性,諸如熱脹冷縮、水會結冰膨脹等。只按我們記住講的幾條,簡言就是空氣的存在、空氣不容于水、空氣密度只有水的千分之一,排氣閥的設置就不會被遺漏。

經驗教訓之探討,難免不全、有誤,如有不妥,望君指正。

TU832.1+3

A

1003-6490(2010)02-0036-02

2009-12-12

王率章(1935-),男,1958年畢業于天津建筑工程學校,工程師,主要從事采暖通風設計工作。