基于參數(shù)評(píng)估的熱水供應(yīng)系統(tǒng)故障處理

趙穎

(重慶大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，重慶 400045)

0 引言

熱水供應(yīng)系統(tǒng)的基本目標(biāo)是水質(zhì)、水溫、水量滿足使用要求。熱水系統(tǒng)容易滋生細(xì)菌[1]，尤其是軍團(tuán)菌，影響熱水使用安全;熱水冷熱不均，可能產(chǎn)生燙傷情況或不能保溫[2－3];由于供給與需求的不平衡，熱水常出現(xiàn)供應(yīng)不足或造成能量浪費(fèi)。[4－10]所以，集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)行中，應(yīng)進(jìn)行必要的調(diào)試與維護(hù)管理。

有關(guān)熱水水質(zhì)、溫度、負(fù)荷控制[4－7]等方面的研究很多，但對(duì)熱水供應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行故障排除研究的報(bào)導(dǎo)較少。文章對(duì)某賓館熱水供應(yīng)系統(tǒng)在維護(hù)后、高峰用水時(shí)發(fā)生斷水故障的原因進(jìn)行探究，揭示熱水參數(shù)的指導(dǎo)作用，以期為熱水供應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)管理提供參考。

1 研究對(duì)象

某賓館熱水供應(yīng)系統(tǒng)(如圖1所示)。客房數(shù)折算為152個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間。熱水供應(yīng)系統(tǒng)采用2臺(tái)容積式換熱器，2臺(tái)熱水循環(huán)泵;管材為襯塑鋼管，卡箍連接;投入使用5年，運(yùn)轉(zhuǎn)正常，滿足使用要求。

在對(duì)熱水供應(yīng)機(jī)房巡檢中，管理人員發(fā)現(xiàn)圖1中節(jié)點(diǎn)A處卡箍管件的螺桿變形、滲漏滴水。隨即組織維修人員泄空管網(wǎng)、替換了管件。但就在管件維護(hù)后，客人反映熱水不能持續(xù)供應(yīng)、時(shí)有時(shí)無。對(duì)這種斷水故障，管理人員嘗試了多種措施，都未能取得效果。

難以想象這難道是一個(gè)簡(jiǎn)單的卡箍管件維護(hù)引起的?或許是由于客人特別集中入住、熱水使用高峰異常凸起、需要更大的供熱能力，原設(shè)計(jì)存在缺陷[10－11]，為此，需對(duì)熱水供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，通過試驗(yàn)找出原因，提出解決辦法。

2 方法與結(jié)果

2.1 放水試驗(yàn)

賓館熱負(fù)荷具有穩(wěn)定而持續(xù)的特點(diǎn)[12]，通過用水需求模式的分析，沐浴是熱水需求的主要影響因素[13]。所以，高峰用水主要考察沐浴的用水情況。

根據(jù)圖1熱水供應(yīng)系統(tǒng)管路特點(diǎn)，放水試驗(yàn)淋浴器的數(shù)量與分布如圖1虛線方框范圍內(nèi)的3種情況:①距主供水立管最近、最高用水區(qū)(M1);② 距主供水立管最遠(yuǎn)、較高的用水區(qū)(M2);③距主供水立管最遠(yuǎn)、最低的用水區(qū)(M3)。

每次開啟試驗(yàn)區(qū)的所有淋浴器的時(shí)間控制在30s內(nèi)。試驗(yàn)中觀察淋浴器流量與水溫的變化、記錄每組試驗(yàn)從第1個(gè)淋浴器放水到出現(xiàn)1個(gè)淋浴器斷水的時(shí)間。

用水區(qū)(M1)、(M2)、(M3)開啟的淋浴器數(shù)量分別為13、18、18個(gè)，都觀察到了斷水現(xiàn)象。持續(xù)出水的時(shí)間約3～8min，試驗(yàn)區(qū)(M1)最短、試驗(yàn)區(qū)(M3)最長(zhǎng)。但斷水后，關(guān)閉所有淋浴器，約10min后，打開淋浴器，又開始出水。

盡管試驗(yàn)區(qū)開啟的淋浴器(18個(gè))僅約為總數(shù)(152個(gè))的11.80%、能否代表高峰用水的情況還值得探討，盡管放水試驗(yàn)記錄的時(shí)間可能存在誤差，但可以看出，試驗(yàn)區(qū)的持續(xù)出水時(shí)間都小于一個(gè)人正常淋浴所需的時(shí)間。也就是說，熱水系統(tǒng)供應(yīng)的熱水量不能滿足使用要求。

2.2 氣塞試驗(yàn)

氣塞是造成管路斷水[14]的重要原因之一，應(yīng)進(jìn)行氣塞試驗(yàn)、弄清氣塞的影響情況。試驗(yàn)步驟如下:①關(guān)閉閥門(FM1)、開啟閥門(FM2、FM3)泄空管網(wǎng)中的水;②開啟所有水龍頭、淋浴器和排氣閥，盡可能向管路補(bǔ)氣;③ 在節(jié)點(diǎn)B處臨時(shí)增設(shè)一個(gè)閥門;④關(guān)閉閥門(FM2、FM3)和節(jié)點(diǎn)B處臨時(shí)閥門，關(guān)閉所有水龍頭、淋浴器和排氣閥;⑤ 打開閥門(FM1)供水;⑥充水穩(wěn)定后，開啟淋浴器放水[15]。

圖1 熱水供應(yīng)系統(tǒng)示意

氣塞試驗(yàn)集中在3個(gè)用水點(diǎn):靜水壓力最低的最高用水點(diǎn)(N1);距主供水立管最遠(yuǎn)的較高用水點(diǎn)(N2);位于系統(tǒng)中部的不利用水點(diǎn)(N3)。

試驗(yàn)的3個(gè)用水點(diǎn)(N1)、(N2)、(N3)在開啟淋浴器后，都產(chǎn)生氣－水流噴濺現(xiàn)象、并伴隨“咔咔”聲，但都能順利出水。這表明:向熱水系統(tǒng)補(bǔ)水的生活冷水箱設(shè)置標(biāo)高所提供的水壓能夠把管路中的氣體從用水點(diǎn)推出來[11，14]。所以，氣塞不是造成熱水系統(tǒng)高峰用水時(shí)、發(fā)生斷水現(xiàn)象的原因。

2.3 熱水系統(tǒng)參數(shù)值的變化

2.3.1 溫度的變化

在放水試驗(yàn)中，先放出支管中的冷水、然后出熱水，斷水前水量較小、水溫偏低，但出水中間過程的水溫能滿足使用要求。這說明，換熱器和熱水循環(huán)泵運(yùn)轉(zhuǎn)正常，能夠補(bǔ)充管路的熱損失。斷水前水溫偏低是由于支管未參與循環(huán)、熱水量小、攜帶的熱量少，管路熱損失后，水溫降低了。

在對(duì)換熱器的溫度觀測(cè)中，發(fā)現(xiàn)其水溫變化的快慢、變化的趨勢(shì)與故障前不同。以晚上觀測(cè)的溫度變化為例，如圖2所示。故障時(shí)，從19:00—23:00時(shí)，換熱器的溫度大約下降6℃;而故障前，僅從19:00—21:15時(shí)，換熱器的溫度大約下降8℃、降到了需要加熱的最低溫度。故障時(shí)，從設(shè)定的最低溫度加熱至最高溫度需要約33min;而故障前，需要約50min。由此可見，故障時(shí)換熱器的降溫比故障前慢、而加熱升溫比故障前快。

圖2 故障前后換熱器內(nèi)水溫變化對(duì)比

2.3.2 熱水循環(huán)泵出口壓力的變化

熱水循環(huán)泵出口壓力觀測(cè)主要在3種不同工況:①靜態(tài)壓力。熱水循環(huán)泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)，關(guān)閉閥門(FM1)，此時(shí)壓力為向熱水系統(tǒng)補(bǔ)水的生活冷水箱設(shè)置標(biāo)高所提供的靜水壓力，約0.79×103kPa。②故障后的動(dòng)態(tài)壓力。強(qiáng)制啟動(dòng)熱水循環(huán)泵，壓力約0.83×103kPa。③ 故障前的動(dòng)態(tài)壓力。熱水循環(huán)泵啟動(dòng)后，壓力在約0.78×103kPa左右變化。

壓力觀測(cè)可能存在誤差，但很明顯:故障后熱水循環(huán)泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的出口壓力比故障前高。

2.3.3 熱水系統(tǒng)參數(shù)值變化的評(píng)估

換熱器內(nèi)水溫的不同變化主要是受進(jìn)出水狀態(tài)的影響[16－17]。靜態(tài)時(shí)沒有進(jìn)出水，溫度的變化取決于換熱器的絕熱條件和是否啟動(dòng)熱媒。動(dòng)態(tài)時(shí)既有進(jìn)水、也有出水，溫度的變化不僅取決于絕熱條件，更主要取決于進(jìn)出水量和是否啟動(dòng)熱媒。在不啟動(dòng)熱媒時(shí)，進(jìn)出水量小、溫度下降慢;進(jìn)出水量大、溫度下降快。在啟動(dòng)熱媒時(shí)，進(jìn)出水量小、溫度上升快;進(jìn)出水量大、溫度上升慢。在相同的時(shí)間段內(nèi)，圖2中故障時(shí)換熱器的降溫過程線比故障前平緩、下降到設(shè)定溫度的時(shí)間較長(zhǎng);加熱升溫過程線比故障前陡，上升到設(shè)定溫度的時(shí)間較短。由此可以判定，故障時(shí)進(jìn)出換熱器的水量較小。也就是說，故障時(shí)熱水供應(yīng)系統(tǒng)的供水量較小。

熱水循環(huán)泵出口壓力的變化可利用圖解法[18]求解熱水供應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行工況進(jìn)行分析。從圖1可知，熱水供應(yīng)系統(tǒng)由回水管路、冷水補(bǔ)給管路和熱水供水管路組成，其管路特性曲線如圖3所示?；厮苈诽匦郧€由熱水泵的流量－揚(yáng)程曲線(a)減去相等流量下的回水管路水頭損失而得，即曲線(b);冷水補(bǔ)給管路特性曲線為(c);由于回水管路與冷水補(bǔ)給管路屬于并聯(lián)工作，把曲線(b)與(c)在等壓力下、流量疊加得曲線(d);供水管路特性曲線為(e);向熱水系統(tǒng)補(bǔ)水的生活冷水箱設(shè)置標(biāo)高決定的靜水壓力線為(f)。則曲線(e)與(b)、(c)、(d)的交點(diǎn)R、S、T分別為純回水、純補(bǔ)水、既回水又補(bǔ)水的3種運(yùn)行方式的工況點(diǎn)，位于曲線(b)與靜水壓力線(f)的交點(diǎn)U的右側(cè)，各工況點(diǎn)的壓力(Hr、Hs、Ht)均小于靜水壓力(Ho)。而在故障時(shí)觀測(cè)的熱水泵出口壓力(0.83×103kPa)高于靜水壓力(Ho=0.79×103kPa)。這說明，故障時(shí)水泵的工況點(diǎn)應(yīng)在圖3中曲線(b)上點(diǎn)U的左側(cè)、如點(diǎn)V，其管路特性曲線為(g)。也就是說，供水管路特性曲線變陡了、管路阻力增大了。曲線(g)與(b)、(c)交于點(diǎn)V、W，點(diǎn)V、W即為故障時(shí)的純回水、純補(bǔ)水工況點(diǎn)。其流量(Qv、Qw)均小于供水管路曲線(e)相同工況的流量(Qr、Qs)。

圖3 熱水供應(yīng)系統(tǒng)管路特征性曲線

綜上可知，熱水供應(yīng)系統(tǒng)供水管路特性曲線變陡，管路阻力增大，供水量較小。這表明，在熱水供水管路中存在局部堵塞現(xiàn)象，局部堵塞是造成熱水供應(yīng)系統(tǒng)供水量不足、高峰用水時(shí)發(fā)生斷水故障的根本原因。

2.4 通水試驗(yàn)

熱水系統(tǒng)的供水能力主要決定于冷水補(bǔ)給管、換熱器和熱水主供水管路。為了檢驗(yàn)其水力條件，分段進(jìn)行通水試驗(yàn)。具體方法是:① 冷水補(bǔ)給管。關(guān)閉閥門(FM4)、卸下止回閥(ZHF)，然后逐漸開啟閥門(FM4)，觀察不同開啟度的水流變化。②換熱器。關(guān)閉閥門(FM1)、開啟閥門(FM5)，觀察不同開啟度的水流變化。③熱水主供水管路。關(guān)閉閥門(FM1)、開啟閥門(FM2)，泄空主供水立管;然后逐一卸下伸縮節(jié);關(guān)閉閥門(FM2)、開啟閥門(FM1)供水。觀察各伸縮節(jié)處的水流變化。

通水試驗(yàn)中，冷水補(bǔ)給管路與換熱器在控制閥門的不同開啟度下，觀察到很明顯的流量變化。而在熱水主供水立管上節(jié)點(diǎn)C處，閥門(FM1)開啟度變化過程中，流量變化不明顯，尤其是在逐漸完全開啟閥門(FM1)的后階段，流量基本不變。據(jù)此判斷堵塞物位于主供水立管中。

通過光照觀察，發(fā)現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)C的下方有堵塞物，為襯塑鋼管的內(nèi)襯塑料松脫、翻卷而形成的硬塊。其形成原因是:① 安裝與伸縮節(jié)連接的法蘭時(shí)，破壞了內(nèi)襯塑料與鋼管的粘接、使內(nèi)襯塑料松脫。②在熱水系統(tǒng)長(zhǎng)期正常運(yùn)轉(zhuǎn)中，內(nèi)襯塑料的松脫區(qū)自連接伸縮節(jié)的法蘭口向下擴(kuò)展，松脫區(qū)越來越大。③在正常的上向流供水中，下端粘貼在鋼管壁上、上端松脫的內(nèi)襯塑料浮游在熱水中，沒有對(duì)供水造成影響。④ 在管件維修、泄空管道時(shí)，下向水流使松脫的內(nèi)襯塑料翻卷變形。⑤熱水泄空后，溫度降低、翻卷的塑料變硬，堵塞了管道。

在替換堵塞管段后，重新恢復(fù)供水，再?zèng)]有斷水的反映。這表明，熱水供應(yīng)系統(tǒng)已正常運(yùn)轉(zhuǎn)，原設(shè)計(jì)管路合理，能滿足不同時(shí)段的用水要求。

3 結(jié)論

通過故障前后換熱器內(nèi)水溫變化快慢的對(duì)比、熱水循環(huán)泵出口壓力的高低變化對(duì)比，弄清了熱水系統(tǒng)高峰用水時(shí)發(fā)生斷水故障的根本原因。這表明，溫度、壓力等參數(shù)指示了熱水供應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行工況，為系統(tǒng)故障處理提供了指導(dǎo)。這也說明，研究和掌握熱水參數(shù)的變化情況，對(duì)熱水供應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)管理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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