利用擴容除污原理進行散熱器清洗設備的研究

劉彩霞 馮建偉 周 浩

(包頭市熱力總公司，內蒙古包頭 014000)

1 研究背景

隨著國家供熱按計量收費的啟動和推廣，大量的室內采暖系統采用分戶供暖形式，同時越來越多的原有采暖系統也都進行了分戶供暖改造。分戶供暖改造是將原有的垂直單管采暖系統拆除后，采用單獨設置供回水干管，每家每戶從干管抽頭，室內散熱器采用水平連接的技術方案。這種改造一方面更新了散熱器連接管道，另一方面消除了原有垂直單管采暖系統頂層用戶散熱器溫度高、供熱效果好，底層用戶散熱器溫度低、供熱效果差的現象，同時還可以實現用戶按需求供熱，按熱計量收費。在節能方面具有很大潛力。

但是，由于多數散熱器使用年代較長，內部沉積的雜質很多，而且沉積的位置靠近散熱器中心，因此在改造中，很難清理出來，導致供熱后由于水流的沖刷，雜質被帶進供熱系統中，造成管道和設備堵塞，不能正常供熱。

2 設計的目的和基本思路

我們在居民小區進行分戶供暖改造時，看到工人師傅們在清理散熱器時，有的將散熱器抬到衛生間接水管長時間的沖洗，有的利用細長的棍狀物，一點一點從散熱器里面清理雜質。由于方法不得當，一方面造成水的大量浪費，另一方面清洗效率低，勞動強度大，而且清理效果不理想。是否有好辦法可以既節約用水又徹底快捷的把散熱器清洗干凈。

我想到了小區鍋爐房沉渣池，當鍋爐沖灰水通過管道流經沉渣池后，大量的爐渣和煤灰都會沉淀到沉渣池的底部，而沖灰水經過水泵加壓后繼續在管道里循環。如果能夠利用鍋爐沖渣沖灰的原理，不僅能夠清洗掉散熱器內的雜質，而且可以大大節約沖洗用水，同時操作人員的勞動強度也會大大降低。

經過查閱有關流體力學的資料，任何物體在流體中的狀態都與物體本身的密度、大小和流體的流速有關。流體的流速越大，攜帶物體的能力越強。

根據兩項流體力學的原理，水力沖洗管網內的固體雜物，屬于液固兩相流動，固體顆粒只處于懸浮狀態才能隨著水流沖出管道。為了保持懸浮流動，水流速度不能低于某個數值，這個數值稱為該物體的懸浮速度。

如果設計一套循環清理系統:在散熱器內水的流速達到雜質的懸浮流速，使雜質能夠隨著水的流動帶出散熱器;在輸送管道內水的流速遠遠大于雜質的懸浮流速，使雜質能夠通過輸送管道被輸送到特定設備內;在特定設備內的水的流速很低遠遠小于雜質的懸浮速度，雜質就可以在設備內被充分沉積，然后通過集中排污清理出系統。這樣在水循環使用的情況下，就能夠很好的解決散熱器雜質循環清理的問題。

循環清理系統的設備構成應當為:散熱器、連接管路、除污設備、循環泵，浮子流量計，相關閥件。

流體在流動過程中遵守質量守恒定律，即流體在同一密閉系統中任何斷面通過的流體質量相等。

其中，V1，V2均為通過不同截面的流速，m/s;S1，S2均為不同截面的截面積，m2;ρ1，ρ2均為流體的密度，kg/m3，ρ1= ρ2。

上述公式變化后可得出，V1/V2=D2/D1，也就是說，不同截面的流速與橫截面積成反比，橫截面積越大，流速越低，相反橫截面積越小，流速越高。因此，我們就可以在循環清理系統中，通過合理改變管道、設備的橫截面積，來實現流體流速的大、小變化。

3 散熱器循環清洗系統的設計

通過查找和翻閱相關工具書籍，得到一組雜物特性與懸浮流速的關系的數據(見表1)，作為我們設計循環清洗系統的依據。

表1 雜物特性與懸浮流速的關系數據

散熱器中的雜質多數為銹渣和粘泥，銹渣的直徑約為3 mm～5 mm，粘泥的直徑小于1 mm。銹渣的密度為2250 kg/m3，粘泥的密度為2000 kg/m3。根據表1查出，銹渣的懸浮速度為0.33 m/s～0.43 m/s，粘泥的懸浮速度為 0.17 m/s～0.24 m/s。

為了徹底清洗散熱器內的雜物，應當保證散熱器內的流體流速不得低于0.43 m/s，為了使雜物完全沉積下來，除污設備內的流體流速不應高于0.17 m/s。

實際生活中，散熱器可以等效成兩根口徑為DN32的管道并聯的系統，假設每根DN32管道內水的流速均為0.43 m/s，根據以下公式進行計算:

其中，V1為通過截面的流速，m/s;S1為截面的截面積，m2，S=3.14 ×(D/2)2;ρ1為流體的密度，取 1000 kg/m3。得出，系統總循環流量不得低于2.49 m3/h。

3.1 除污設備的設計

根據式(3)計算出系統總的循環流量2.49 m3/h，為了將除污設備中的水流速控制在0.17 m/s以下，除污設備的橫截面積至少為:S=Q/V=2.49/3600/0.17=0.0041 m2。

設計采用300 mm長，口徑為DN300的管道制作除污容器，容器橫截面積 S=0.3 ×0.3=0.09 m2，遠遠大于計算的0.0041 m2，容器內流速更小，僅為設計流速的4.5%，容器內實際流速應為0.008 m/s，除污效果更好。

3.2 循環水泵選型設計

循環水泵的作用主要是為循環清洗系統提供動力，主要用于在設計循環流量下克服管道沿程和設備阻力。

由于室內散熱器進行分戶供暖改造，輸送管道可以利用已經成型的分戶采暖管道，通過與供熱公司技術部門了解，室內采暖系統阻力損失在設計2.49 m3/h情況下約70000 Pa，折合為7 m H2O。

清洗設備內部阻力損失通過估算約為30000 Pa，折合3 m H2O。

因此，循環泵需要揚程為10 m H2O，考慮20%富余量確定揚程12 m H2O。

循環泵循環流量按照2.49 m3/h計算，考慮20%的富余量確定流量為3.00 m3/h。根據流量、揚程參數，確定循環泵的最終型號為 PH-254E，流量3.50 m3/h，揚程12.5 m H2O，電機功率250 W，接口管徑40 mm。

3.3 循環清洗系統的組成及循環流程

系統組成:散熱器、連接管路、除污設備、循環泵，浮子流量計，相關閥件(見圖1)。

圖1 散熱器循環清洗設備示意圖

循環流程:循環水泵 循環加壓 通過管路輸送 散熱器攜帶雜質通過管路輸送 除污設備 雜質沉積 澄清通過管路輸送 循環水泵。

浮子流量計:用于測量系統內實時水流量。

3.4 散熱器循環沖洗操作程序

1)將室內采暖管路連接在沖洗系統上，系統充滿水;

2)打開被沖洗散熱器A進水閥門，關閉其他散熱器(BC…)進水閥門;

3)啟動循環泵，調節閥門，使浮子流量計顯示流量始終保持在 3.00 m3/h(50 L/min)以上;

4)循環10 min，預計散熱器A內雜質全部被帶進除污設備中，充分沉淀，打開散熱器B進水閥門，關閉散熱器A進水閥門，對散熱器B進行循環沖洗;

5)以此類推將室內系統散熱器全部沖洗完畢。

4 散熱器循環清洗系統應用效果

散熱器清洗設備制造完成后，在包頭市青10街坊供暖分戶改造系統中得到應用。通過散熱器循環清洗，除污設備中沉淀了大量的粘泥和銹皮，打開被沖洗的散熱器后，散熱器內十分干凈，無明顯雜物，同時由于循環過程中系統處于滿水狀態，系統內壓力率高于分戶改造試驗壓力，可與系統試壓同步進行。并且在散熱器沖洗完畢后，關閉分戶閥門，使戶內散熱器系統水封閉在系統內，節約了供熱用水。

［1］周謨仁.流體力學——泵與風機［M］.北京：中國建筑工業出版社，2011.

［2］張永振.熱力管網沖洗流速的探討［J］.區域供熱，1995(2)：17-18.