常壓熱水鍋爐房供熱系統設計

王 凱

(中核新能核工業工程有限責任公司，山西 太原030012)

0 引言

近年來，由于《鍋爐房設計規范》、《熱水鍋爐安全監察規程》、《建筑設計防火規范》以及《高層民用建筑設計防火規范》等規范對鍋爐房設計安全性的日益明確，以及對鍋爐安全運行的日益關注，常壓熱水鍋爐供熱系統受到了越來越多的關注和應用,尤其在局部供暖中的應用顯得更加突出。通過幾個項目的設計，本人發現了一些問題，在此提出供同行在設計時分析探討。

1 常壓熱水鍋爐的特點

常壓熱水鍋爐是指鍋爐本體開孔或者用連通管與大氣相通，在任何情況下，鍋爐本體頂部表壓為零的鍋爐，可用于供水溫度≤95℃的熱水供熱系統，單臺功率≤2.8MW。他具有以下特點：

⑴采用開式鍋筒，系統處于常壓狀態，本身無爆炸危險性、安全性高；

⑵循環泵安裝于鍋爐的出水側，降低了鍋筒承受的壓力；

⑶循環泵兼有補水泵的功能，循環泵揚程計算方法與承壓鍋爐循環泵的計算方法有明顯不同；

⑷安裝地點靈活，不受承壓鍋爐安裝位置規定若干限制的約束；

⑸鍋爐的供水溫度與循環泵入口處的水壓有關。

2 閥門選擇

常壓熱水鍋爐供熱系統無論采用何種方式，其設備都具有共性，對鍋爐、循環泵的選擇已有多種論述可供查詢，本文介紹以下兩個附屬閥門的作用以便于在設計中正確選用。

（1）回水自動啟閉閥

在系統中，為了保證循環泵停泵時系統中的水不倒灌至鍋爐而溢流出去，按常規必須在水泵出口處設置逆止閥，同時還要在鍋爐的入口處設置啟閉閥，當水泵啟動或停止時，靠液體壓力或電磁方式啟動啟閉閥，回水自動啟閉閥通過水管與水泵發生連鎖，水泵全壓作用在該閥門上，同步開停，控制簡單，性能可靠。

（2）阻力調節閥

為使系統運行時供熱管網最高點保持正壓,鍋爐進水管上應安裝阻力調節閥。宜選用調節范圍大的專用閥，不宜用閘閥、球閥等調程短的閥門。

在單點定壓式供熱系統中：阻力調節閥設定的阻力應大于系統最高點水頭與回水下降段水頭二者之和。在雙點定壓式供熱系統中：阻力調節閥設定的阻力與供熱介質流量無關,僅與高位膨脹水箱、鍋爐水箱二者液位差有關,且設定的阻力應為二者液位差。

阻力調節閥的設定，不可避免的造成回水管道阻力增大，從而使供熱系統能耗有所增加。

3 系統管路設計

（1）鍋爐出水口至循環泵吸入口管段：應防止鍋爐出水管最高處在負壓下運行，否則，當漏入空氣時，影響循環泵正常工作；該段管道，管徑不能太小,管件不能太多，應力求短直、阻力小，水泵吸入口閥門應采用阻力小的閘閥或球閥,不應使用調節閥。循環泵吸入口應有足夠的水壓，以防止產生氣蝕現象，影響循環泵正常工作。

（2）回水與供水母管間連通管：該連通管應設于回水啟閉閥吸入口之前，循環泵出水管逆止閥之后，連通管上設逆止閥，水流流向自回水管側至供水管側。其主要作用是泄壓、防止水擊：當供熱系統停運，切斷管道與鍋爐的連接時，若啟閉閥的關閉速度過快，會導致供熱系統發生水擊，嚴重時會使散熱器破裂。連通管的存在，可在自動啟閉閥前壓力升高時將水瀉入循環泵出口總管。

另外，也可在自動啟閉閥前設安全閥來取代連通管，但應注意：當循環泵停泵時，此時安全閥超壓泄水，造成系統水量流失、若系統未設高位膨脹水箱或水箱容積偏小，系統上部就會出現氣相空間，循環水泵再次啟動時易發生水擊，因此，安全閥泄水在常壓熱水鍋爐供熱系統設計時應采取可靠的措施避免上述問題的發生。

4 值得注意的問題

（1）常壓熱水鍋爐循環水泵出口、回水管道的啟閉閥進口應設置壓力表；循環水泵入口應設置量程為-0.1-0.06MPa的壓力真空表、這一點與承壓鍋爐循環泵吸入口處的壓力表有明顯的不同。

（2）循環水泵安裝在鍋爐的高溫水側，宜采用熱水泵。而在承壓鍋爐設計中，一般將循環泵設在回水管路上，水泵吸水為溫度較低的回水。

（3）鍋爐的供水溫度與循環水泵入口處的壓力有關：由于循環水泵設于鍋爐的出水側，因此吸水溫度較高，為避免發生氣蝕現象，設計時必須保證循環泵在吸入口葉輪處的水壓（PZ，kPa）應大于該溫度下的飽和蒸汽壓力（PS，kPa）。即：

PZ≥PS+△P+0.0005ρv2+Pf+Py

式中：ΔP--鍋爐出水口至循環泵吸入口間的總阻力，kPa；

ρ——水的密度，kg/m3；

v——水泵入口處流速，m/s；

Pf——循環泵的允許氣蝕余量，kPa，按樣本取，30-50kPa；

Py——安全余量，kPa，部分文獻手冊對此值未作計算，筆者認為應有所考慮，以確保系統安全穩定的運行，建議取5-10kPa。

例如：以太原地區為例（冬季氣壓93.47kPa）：設定①鍋爐最低水位與循環泵軸線設計高度差為2.0m；②鍋爐出水口至循環泵吸入口間的總阻力近似取2 kPa；③水泵入口處流速取3m/s，動壓為4.4 kPa；④循環泵的允許氣蝕余量取40 kPa；⑤安全余量取5kPa。此時循環泵吸入口處水的飽和蒸汽壓力最大為：

PS≤PZ-(△P+0.5ρv2+Pf+Py)=93.47+20-(2+4.4+40+5)=62.07kPa

此時供熱系統最高允許供水溫度為：87℃。

（4）供水溫度受大氣壓力的影響較小，但當工程地點為高原地區時,應考慮當地大氣壓力的影響。如以西寧地區（冬季氣壓77.34kPa）和上述地區比較，在相同的設定條件下，西寧地區循環泵吸入口處水的飽和蒸汽壓力最大為：45.94kPa，供熱系統最高允許供水溫度為：79℃。

5 結語

常壓熱水鍋爐有其一定的優點，同時也給系統設計、運行帶來了一系列的問題,其不可承壓的特殊性要求，使常壓熱水鍋爐房的設計與承壓鍋爐房有較大的不同，但這些問題在得到充分重視的前提下，揚長避短，就能保證供熱系統安全可靠的運行。

［1］國家質量技術監督局.小型鍋爐和常壓熱水鍋爐安全監察規定[S].2000.

［2］中華人民共和國機械行業標準.JB/T 7985-2002.小型鍋爐和常壓熱水鍋爐技術條件[S].

［3］住房和城鄉建設部工程質量安全監察司,中國建筑標準設計研究院.全國民用建筑工程設計技術措施（2009）暖通空調·動力[S].北京：中國計劃出版社,2009,12.