鐵路建筑系統(tǒng)常壓鍋爐管理過程中常見問題分析

鄭韶鋒

(北京鐵路局特種設(shè)備檢測中心)

鐵路建筑系統(tǒng)常壓鍋爐管理過程中常見問題分析

鄭韶鋒

(北京鐵路局特種設(shè)備檢測中心)

常壓鍋爐運(yùn)行安全、價(jià)格經(jīng)濟(jì)、管理簡單的特點(diǎn)使其在鐵路沿線供暖系統(tǒng)中使用越來越廣泛，很多承壓鍋爐改做常壓鍋爐使用。但在常壓鍋爐檢查過程中發(fā)現(xiàn)很多常壓鍋爐存在一些設(shè)計(jì)、安裝不合理、氧腐蝕嚴(yán)重、能耗大、循環(huán)泵汽蝕等方面的問題，通過分析確定選擇常壓鍋爐要進(jìn)行綜合權(quán)衡，設(shè)計(jì)、安裝要請專業(yè)人員進(jìn)行，使用中要加強(qiáng)管理，發(fā)揮其優(yōu)勢，克服不足。

常壓鍋爐氧腐蝕;常壓鍋爐設(shè)計(jì);安裝常壓鍋爐;能耗循環(huán)泵;汽蝕

鐵路建筑系統(tǒng)負(fù)責(zé)鐵路系統(tǒng)內(nèi)部冬季取暖的主要任務(wù)，鐵路供暖系統(tǒng)沿鐵路線分布，具有點(diǎn)多線長的特點(diǎn)。常壓系統(tǒng)使用的常壓鍋爐由于不承受壓力、使用相對承壓鍋爐比較安全，制造成本低，安裝方便，這幾年發(fā)展很塊。為減少管理中間環(huán)節(jié)，現(xiàn)在沿鐵路線分布的鐵路供暖鍋爐中很大一部分使用常壓鍋爐供暖。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。常壓鍋爐直通大氣，只承受大氣壓力。其主要優(yōu)點(diǎn)是安全經(jīng)濟(jì)、制造安裝簡單，因此使用日漸廣泛，使用單位不斷增加常壓鍋爐使用數(shù)量，有的使用單位不斷直接將承壓鍋爐改為常壓鍋爐使用。但從常壓鍋爐檢查過程中來看，通過和承壓鍋爐進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)常壓鍋爐在設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用中經(jīng)常存在一定的問題，如設(shè)計(jì)安裝不合理，循環(huán)泵能耗高、防腐性能較差、循環(huán)泵汽蝕嚴(yán)重，影響了它的使用。在常壓鍋爐管理過程中常見問題有以下幾個(gè)方面:

1 氧腐蝕問題

常壓鍋爐直通大氣，氧腐蝕嚴(yán)重是一個(gè)普遍現(xiàn)象。

1.1 氧腐蝕原因

承壓鍋爐循環(huán)水在一個(gè)密閉系統(tǒng)中運(yùn)行，水中氧在循環(huán)過程中隨著循環(huán)次數(shù)的增加生成氧化物后氧含量不斷降低，只要在系統(tǒng)不大量補(bǔ)水的情況下，氧腐蝕不具有持續(xù)性，特別是鍋爐補(bǔ)水進(jìn)行除氧處理的承壓鍋爐，在熱水循環(huán)過程中氧腐蝕產(chǎn)生的后果對鍋爐安全運(yùn)行影響不大。而常壓鍋爐通過通大氣管直通大氣與空氣中的氧氣直接接觸，從而造成常壓鍋爐持續(xù)性氧腐蝕。大氣中含有一定比列的氧氣，能夠溶解于水中以溶解氧的形式存在，不斷引起電化學(xué)腐蝕。鐵和氧形成腐蝕原電池，鐵的電位電位低，氧的電位高.因此鐵是陽極，不斷受到氧腐蝕，發(fā)生氧化反應(yīng);氧發(fā)生還原反應(yīng)，成為陰極。在水中溶解氧含量越多，金屬的腐蝕速率越快，腐蝕越嚴(yán)重。

常壓鍋爐直通大氣，是一個(gè)敞口系統(tǒng)，鍋爐回水進(jìn)入回水箱不斷與大氣接觸，水中不斷溶入氧氣。常壓鍋爐中的水溫是一個(gè)不斷升高的過程，金屬的腐蝕過程，溫度越高，腐蝕不斷強(qiáng)化，但溫度升高到一定值時(shí)，由于水中溶解的氣體隨溫度的升高而降低，氧腐蝕速度又會降低。根據(jù)一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)值確定，溫度在80℃左右為氧腐蝕最為嚴(yán)重，常壓鍋爐的設(shè)計(jì)溫度一般為供水85℃，回水60℃，因此在常壓鍋爐和常壓鍋爐系統(tǒng)內(nèi)很容易形成比較嚴(yán)重的鍋爐氧腐蝕。

1.2 氧腐蝕的危害

氧腐蝕影響鍋爐安全運(yùn)行，縮短鍋爐使用壽命，隨著氧腐蝕的進(jìn)行，產(chǎn)生均勻腐蝕和坑腐蝕，壁厚減薄，直至泄露。有的常壓鍋爐出廠3-4年即出現(xiàn)泄露，無修理價(jià)值而報(bào)廢。

1.3 氧腐蝕引發(fā)的常壓鍋爐經(jīng)濟(jì)成本分析

常壓鍋爐相對承壓鍋爐來說價(jià)格低，運(yùn)行安全、易于管理，選擇安裝常壓鍋爐可以降低管理成本、單次購置成本。但由于常壓鍋爐直通大氣，產(chǎn)生持續(xù)的氧腐蝕，加上常壓鍋爐安全管理淡薄，設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)低于承壓鍋爐，往往造成常壓鍋爐使用壽命很短，幾年內(nèi)即出現(xiàn)泄露，無修理價(jià)值而報(bào)廢。多次更新產(chǎn)生不可避免地鍋爐多次拆除、多次購置、多次安裝費(fèi)用，選擇常壓鍋爐時(shí)或者進(jìn)行承壓鍋爐改常壓鍋爐時(shí)一定要進(jìn)行綜合權(quán)衡，慎重考慮，和承壓鍋爐相比較，考慮鍋爐初投資費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用、壽命問題而造成的更新費(fèi)用，承壓鍋爐改造常壓鍋爐所造成的管道、設(shè)備系統(tǒng)改造費(fèi)用等。

1.4 氧腐蝕的控制

常壓鍋爐可以采用一定措施減緩氧腐蝕。

(1)在循環(huán)系統(tǒng)的最高處設(shè)置排氣閥，定期排放循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的空氣。

(2)采用控制鍋爐水質(zhì)pH≥10，添加防腐劑等辦法減緩腐蝕.

2 設(shè)計(jì)、安裝問題

承壓熱水鍋爐供熱系統(tǒng)的循環(huán)水泵，是抽系統(tǒng)中的回水送往鍋爐，一般選用清水泵。而常壓熱水鍋爐供熱系統(tǒng)的循環(huán)水泵是從鍋爐里抽水送往系統(tǒng)，循環(huán)水泵一般使用熱水泵。供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)水泵不論停止，還是運(yùn)行時(shí)鍋爐均應(yīng)不受壓是關(guān)鍵，同時(shí)保持供熱系統(tǒng)處于滿水位狀態(tài)，防止鍋爐缺水產(chǎn)生安全事故和系統(tǒng)缺水造成供熱系統(tǒng)不熱。同時(shí)保證循環(huán)水泵不論在運(yùn)行還是停止時(shí)，系統(tǒng)水均不向外溢出。常壓鍋爐循環(huán)水泵必須安裝在鍋爐的出水口，同時(shí)要通過采用可靠的工藝系統(tǒng)和控制元件隔開和控制系統(tǒng)水壓對鍋爐的影響和系統(tǒng)保持水位不外溢，這是常壓鍋爐供熱系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、安裝過程中必須注意的事項(xiàng)。在鐵路建筑系統(tǒng)常壓鍋爐管理過程中總結(jié)發(fā)現(xiàn)常壓鍋爐系統(tǒng)安裝主要存在以下幾種設(shè)計(jì)、安裝方式。

2.1 幾種存在問題的常壓鍋爐設(shè)計(jì)、安裝方式

(1)鍋爐循環(huán)水泵安裝在鍋爐進(jìn)水側(cè)。

在常壓鍋爐檢查過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，一些使用單位和安裝單位對常壓鍋爐安裝運(yùn)行的基本原理不清楚、安裝經(jīng)驗(yàn)少，延續(xù)承壓鍋爐安裝、管理的經(jīng)驗(yàn)，將鍋爐循環(huán)水泵安裝在鍋爐進(jìn)水側(cè)，這種安裝方法由于循環(huán)泵的揚(yáng)程造成常壓鍋爐內(nèi)承受一定的壓力，從而造成常壓鍋爐通大氣管冒水，為防止通大氣管冒水，通常會出現(xiàn)以下兩種不合理的安裝方式。

常壓鍋爐補(bǔ)水箱水換熱器通大氣管鍋爐回水管系統(tǒng)供水管系統(tǒng)回水管圖一鍋爐出水管循環(huán)泵給水管

①鍋爐循環(huán)水泵安裝在鍋爐進(jìn)水側(cè)，鍋爐通大氣管接入鍋爐補(bǔ)水箱。常壓鍋爐承壓，為解決通大氣管冒水的問題，使用單位將通大氣管接到鍋爐補(bǔ)水箱，使通大氣管中的水流回補(bǔ)水箱，再經(jīng)由循環(huán)泵頂入鍋爐本體，產(chǎn)生一個(gè)小循環(huán)，這樣系統(tǒng)就產(chǎn)生兩個(gè)水循環(huán)。在陽泉地區(qū)某鐵路單位常壓鍋爐檢查過程中發(fā)現(xiàn)存在這種問題，其系統(tǒng)管道安裝流程如圖一所示。該系統(tǒng)存在一個(gè)鍋爐及水水換熱器之間的水循環(huán)，由于通大氣管接到補(bǔ)水箱，還同時(shí)存在一個(gè)小循環(huán)，在循環(huán)泵的揚(yáng)程作用下鍋爐承壓使鍋爐熱水通過通大氣管進(jìn)入鍋爐補(bǔ)水箱再循環(huán)，產(chǎn)生了兩個(gè)水循環(huán)。由于小循環(huán)的存在，既浪費(fèi)了水泵產(chǎn)生的動(dòng)能又浪費(fèi)了鍋爐產(chǎn)生的熱能，造成很大的能量損失，造成循環(huán)換熱系統(tǒng)達(dá)不到良好的換熱效果。

②鍋爐循環(huán)水泵安裝在鍋爐進(jìn)水側(cè)，通大氣管封死，造成常壓鍋爐承壓使用，由于常壓鍋爐本體結(jié)構(gòu)、材料、強(qiáng)度、焊接質(zhì)量均達(dá)不到承壓鍋爐本體要求，且常壓鍋爐不設(shè)置安全泄壓裝置，因此產(chǎn)生嚴(yán)重的鍋爐安全隱患，容易發(fā)生鍋爐安全事故。

(2)系統(tǒng)水循環(huán)未采取可靠地控制措施。

常壓鍋爐通大氣管系統(tǒng)給水系統(tǒng)回水鍋爐出水給水管鍋爐屋頂供熱系統(tǒng)膨脹水箱鍋爐回水循環(huán)泵止回閥鍋爐循環(huán)水泵安裝在鍋爐出水側(cè)，供暖系統(tǒng)樓層較高，未安裝可靠的工藝系統(tǒng)和控制元件，水循環(huán)系統(tǒng)得不到有效控制，鍋爐循環(huán)泵停止后系統(tǒng)中水容易通過鍋爐回水回到鍋爐，為防止通過鍋爐通大氣管溢出而將通大氣管接高至不低于供暖系統(tǒng)最高點(diǎn)位置，從而造成常壓鍋爐停泵后承受一定的系統(tǒng)靜壓。這種安裝方法還容易使鍋爐通大氣管室外露出鍋爐房部分因?yàn)檩^長而容易在寒冷天氣結(jié)凍封死通大氣管造成鍋爐承壓使用，產(chǎn)生安全隱患。

2.2 鐵路建筑系統(tǒng)中水循環(huán)控制較好，比較合理的幾種安裝系統(tǒng)。

(1)鍋爐回水經(jīng)補(bǔ)水箱加浮球閥減壓控制。

供暖系統(tǒng)常壓鍋爐補(bǔ)水箱集氣罐給水管通大氣管鍋爐出水鍋爐回水浮球閥循環(huán)水泵止回閥，該系統(tǒng)補(bǔ)水箱為常壓開式低位水箱，在該系統(tǒng)中補(bǔ)水箱的作用是隔開鍋爐水壓對鍋爐的影響，通過浮球閥控制循環(huán)系統(tǒng)。浮球閥在水箱水位的作用下，上浮或下降，開啟或閉合，控制水的進(jìn)出。當(dāng)鍋爐循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)，水泵從鍋爐抽水，浮球隨著水箱水位的下降而下降，浮球閥開啟，循環(huán)系統(tǒng)暢通，水箱水位處在運(yùn)行水位;當(dāng)鍋爐循環(huán)水泵停止運(yùn)行時(shí)，循環(huán)系統(tǒng)中水回流到補(bǔ)水箱，浮球閥隨著水箱水位逐漸升高而關(guān)閉，截?cái)嘌h(huán)系統(tǒng)，防止系統(tǒng)中水回流到常壓鍋爐從直通大氣管溢出。同時(shí)還可以有效地消除循環(huán)系統(tǒng)中的的水擊現(xiàn)象，不必再單獨(dú)設(shè)置旁路管路。這種常壓鍋爐系統(tǒng)的缺點(diǎn)是由于浮球閥容易損壞，使用壽命短，容易系統(tǒng)失控，系統(tǒng)水經(jīng)直通大氣管外溢，因此這種系統(tǒng)需要同時(shí)加裝手動(dòng)控制閥控制，如果在浮球閥損壞時(shí)不能及時(shí)有效的通過手動(dòng)控制閥控制開關(guān)，容易造成系統(tǒng)缺水嚴(yán)重，造成水源的浪費(fèi)，熱能的浪費(fèi)，供熱系統(tǒng)不熱等。同時(shí)由于補(bǔ)水箱直通大氣，水箱中的水直接和大氣中的氧氣接觸，容易造成循環(huán)系統(tǒng)中溶氧量增加，造成系統(tǒng)氧腐蝕嚴(yán)重。

(2)鍋爐回水安裝電磁閥控制。

旁通管路電磁閥閘閥常壓鍋爐循環(huán)泵止回閥集氣罐供暖系統(tǒng)補(bǔ)水箱給水管通大氣管，該系統(tǒng)工作原理為回水電磁閥在系統(tǒng)中和循環(huán)水泵同步運(yùn)行，循環(huán)水泵運(yùn)行，電磁閥打開，循環(huán)水泵停止，電磁閥關(guān)閉，保證系統(tǒng)中水在水泵停止后不回流至鍋爐。這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是電磁閥每次啟閉需要一定的時(shí)間，如果系統(tǒng)采用的是大口徑電磁閥，每次啟閉運(yùn)行時(shí)仍然會有一定量水外溢，同時(shí)由于電磁閥經(jīng)常頻繁啟動(dòng)，容易造成閥瓣磨損嚴(yán)重，又由于循環(huán)系統(tǒng)中水含有一定鐵銹、雜質(zhì)等顆粒物，開關(guān)時(shí)經(jīng)常有閥瓣卡住的現(xiàn)象，造成系統(tǒng)中的水通過直通大氣管外溢，造成循環(huán)系的失水，產(chǎn)生一系列不利后果。電磁閥使用中容易損壞，往往不能經(jīng)久使用，且價(jià)格不菲，因此運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高。安裝電磁閥的系統(tǒng)中也容易出現(xiàn)循環(huán)水對水泵造成的水擊問題，應(yīng)該在回水管路上安裝設(shè)置止逆閥的旁通管道。

(3)安裝回水自動(dòng)啟閉閥控制。

供暖回水常壓鍋爐循環(huán)泵止回閥旁通管路水力傳動(dòng)管補(bǔ)水箱給水管旋啟閥閘閥供暖出水通大氣管，該常壓鍋爐供熱系統(tǒng)控制采用回水自動(dòng)啟閉閥控制，啟閉閥是利用循環(huán)水泵出口的壓力經(jīng)過水力傳動(dòng)管將啟閉閥瓣打開，水泵停止時(shí)，水力管無壓即行關(guān)閉。旋啟閥工作原理為:驅(qū)動(dòng)介質(zhì)由循環(huán)水泵后連鎖安裝的水力傳動(dòng)管接口供應(yīng)單路注量進(jìn)入旋啟閥液壓缸推動(dòng)活塞，壓縮彈簧打開閥瓣使回水通路，停泵后介質(zhì)兩次緩沖泄壓回流閥室，彈簧回位關(guān)閉閥瓣切斷通路，完成回水自動(dòng)啟閉功能。優(yōu)點(diǎn)是啟閉迅速、靈敏使用持久，系統(tǒng)簡潔，保持水位、溶氧量少，運(yùn)行安全可靠，使用運(yùn)行效果最好。

3 常壓鍋爐能耗分析及能耗降低措施

3.1 常壓鍋爐能耗分析

常壓鍋爐采暖系統(tǒng)為直通大氣系統(tǒng)，循環(huán)水泵揚(yáng)程的確定和一般承壓鍋爐熱水采暖系統(tǒng)不同，其揚(yáng)程選擇計(jì)算為:

式中:K為安全系數(shù)，取固定值;H0為循環(huán)水泵需要克服的鍋爐與系統(tǒng)最高點(diǎn)水位的靜壓差，Pa;Ah為循環(huán)水泵出口到采暖系統(tǒng)最不利回路的最遠(yuǎn)點(diǎn)供水管的沿程阻力損失和局部阻力損失之和，Pa。

常壓鍋爐系統(tǒng)循環(huán)水泵的揚(yáng)程是用來克服供水管路沿程阻力和局部阻力，同時(shí)還需要把水送到供熱系統(tǒng)最高位置，建立其勢能?；厮枇κ强肯到y(tǒng)自身建立起來的勢能來克服。常壓鍋爐通常都是布置在系統(tǒng)中的較低位置，而且直通大氣系統(tǒng)，循環(huán)水往上揚(yáng)升，耗能比承壓鍋爐系統(tǒng)大。而承壓鍋爐系統(tǒng)為封閉式系統(tǒng)，其揚(yáng)程只用于克服供暖系統(tǒng)的沿程阻力損失和局部阻力損失。和承壓鍋爐系統(tǒng)相比，常壓鍋爐系統(tǒng)循環(huán)泵耗能大，因此造成運(yùn)行費(fèi)用高，原因是泵的揚(yáng)程須大于供暖系統(tǒng)高度且能耗隨著供暖系統(tǒng)高度的增加明顯增大，循環(huán)泵功率大，電力增容費(fèi)有一定增加.因此一般不宜用于高層建筑.

3.2 能耗降低措施

常壓鍋爐系統(tǒng)通常采取以下有效措施來降低其循環(huán)水泵耗能。

(1)如果條件具備盡量將常壓鍋爐安裝在位置較高的位置降低循環(huán)泵揚(yáng)程。

(2)限制常壓鍋爐的使用范圍。高層建筑供暖系統(tǒng)中盡量不要采用常壓鍋爐供暖系統(tǒng)。

(3)存在高層建筑使用常壓鍋爐供暖系統(tǒng)循環(huán)泵能耗高的情況時(shí)，可以通過鍋爐外安裝熱交換器，改用閉式系統(tǒng)以降低能耗。

(4)使用利用位能做功的雙水泵系統(tǒng)將位能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能再利用，回收部分位能。

鐵路沿線一般高層建筑不多，安裝一些常壓鍋爐熱水供暖系統(tǒng)還是具一定的靈活性和經(jīng)濟(jì)性的。對于一些樓層比較高的建筑也可以采取一定的措施降低或加以控制能耗，安裝常壓鍋爐熱水供暖系統(tǒng)。

3.3 常壓鍋爐循環(huán)泵汽蝕產(chǎn)生的原因及防止減緩措施

循環(huán)水泵中循環(huán)水在循環(huán)過程中往往由于局部壓力過低而產(chǎn)生氣化，稱為汽蝕。循環(huán)泵發(fā)生汽蝕時(shí)就會造成循環(huán)泵體材料侵蝕破壞，循環(huán)泵出現(xiàn)振動(dòng)和噪音，性能下降。

常壓鍋爐循環(huán)水泵正常安裝在鍋爐出水側(cè)，出水溫度高，使用條件惡劣，一般選用熱水泵，但在使用過程中還是經(jīng)常由于循環(huán)泵汽蝕問題而造成循環(huán)泵損壞，使用壽命短，更新頻率快，即產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)損失又影響的正常的系統(tǒng)供暖。

(1)汽蝕產(chǎn)生的原因

常壓熱水鍋爐循環(huán)水泵設(shè)置在鍋爐的出水口，從鍋爐向系統(tǒng)中抽水，因此水泵入口側(cè)壓力比較低，且鍋爐最高出水溫度可達(dá)到85℃，循環(huán)水在水泵入口處很容易發(fā)生汽化，出現(xiàn)現(xiàn)象，造成水泵汽蝕。

而造成水泵進(jìn)口側(cè)壓力低和水溫高又由于以下幾個(gè)原因:

①水泵運(yùn)行時(shí)開啟時(shí)間晚，鍋路出水溫度身高時(shí)才開啟，造成水泵進(jìn)口側(cè)水溫高。

②常壓鍋爐至循環(huán)水泵入口側(cè)局部阻力和沿程阻力大，造成水泵進(jìn)口側(cè)壓力比較低。如管道長，彎頭多，或安裝截止閥等。

③循環(huán)水泵安裝高度高，造成水泵進(jìn)口側(cè)靜壓小。

(2)防止減緩汽蝕措施

根據(jù)常壓鍋爐循環(huán)水泵汽蝕的原因分析，為防止減緩水泵汽蝕，可采取以下幾種措施:

①在鍋爐升溫前先開啟循環(huán)水泵降低泵進(jìn)口側(cè)水溫或者在水泵入口處安裝降低水溫的裝置(如引入部分回水)降低泵進(jìn)口側(cè)水溫。

②保證循環(huán)水泵入口管段設(shè)計(jì)合理，鍋爐出口至水泵入口端不要產(chǎn)生大的沿程阻力和局部阻力。如鍋爐至水泵間的距離盡量短，盡量安裝少的彎頭，不安裝阻力大的截止閥等。

③保證循環(huán)水泵相對鍋爐最低水位具有一定的高度，保證一定的靜壓。

總之，常壓鍋爐在設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用中經(jīng)常存在一定的問題，選擇常壓鍋爐要進(jìn)行綜合權(quán)衡，設(shè)計(jì)、安裝要請專業(yè)人員進(jìn)行，使用中要加強(qiáng)管理，發(fā)揮其優(yōu)勢.克服不足。常壓鍋爐熱水供暖系統(tǒng)用于一般低層供暖系統(tǒng)時(shí)具有一定的優(yōu)點(diǎn)，安裝簡單靈活且相對經(jīng)濟(jì)，常壓鍋爐熱水供暖系統(tǒng)可以適度發(fā)展和有條件的應(yīng)用。但一般不宜用于高層建筑。

［1］石家莊市強(qiáng)生自動(dòng)啟閉閥廠，JH741X-10自動(dòng)回水啟閉閥.

［2］李之先.無壓熱水鍋爐供熱系統(tǒng)的流阻特點(diǎn)及阻力損失［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社.

U415.1

C

1008-3383(2013)04-0121-02

2013-01-06

鄭韶鋒(1974-)，男，河北曲陽人，工程師，研究方向:特種設(shè)備檢測。