鐵路建筑系統常壓鍋爐管理過程中常見問題分析

鄭韶鋒

(北京鐵路局特種設備檢測中心)

鐵路建筑系統常壓鍋爐管理過程中常見問題分析

鄭韶鋒

(北京鐵路局特種設備檢測中心)

常壓鍋爐運行安全、價格經濟、管理簡單的特點使其在鐵路沿線供暖系統中使用越來越廣泛，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現很多常壓鍋爐存在一些設計、安裝不合理、氧腐蝕嚴重、能耗大、循環泵汽蝕等方面的問題，通過分析確定選擇常壓鍋爐要進行綜合權衡，設計、安裝要請專業人員進行，使用中要加強管理，發揮其優勢，克服不足。

常壓鍋爐氧腐蝕;常壓鍋爐設計;安裝常壓鍋爐;能耗循環泵;汽蝕

鐵路建筑系統負責鐵路系統內部冬季取暖的主要任務，鐵路供暖系統沿鐵路線分布，具有點多線長的特點。常壓系統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，這幾年發展很塊。為減少管理中間環節，現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。其主要優點是安全經濟、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，通過和承壓鍋爐進行比較，發現常壓鍋爐在設計、制造、安裝、使用中經常存在一定的問題，如設計安裝不合理，循環泵能耗高、防腐性能較差、循環泵汽蝕嚴重，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方面:

1 氧腐蝕問題

常壓鍋爐直通大氣，氧腐蝕嚴重是一個普遍現象。

1.1 氧腐蝕原因

承壓鍋爐循環水在一個密閉系統中運行，水中氧在循環過程中隨著循環次數的增加生成氧化物后氧含量不斷降低，只要在系統不大量補水的情況下，氧腐蝕不具有持續性，特別是鍋爐補水進行除氧處理的承壓鍋爐，在熱水循環過程中氧腐蝕產生的后果對鍋爐安全運行影響不大。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，發生氧化反應;氧發生還原反應，成為陰極。在水中溶解氧含量越多，金屬的腐蝕速率越快，腐蝕越嚴重。

常壓鍋爐直通大氣，是一個敞口系統，鍋爐回水進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不斷升高的過程，金屬的腐蝕過程，溫度越高，腐蝕不斷強化，但溫度升高到一定值時，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。根據一些經驗數值確定，溫度在80℃左右為氧腐蝕最為嚴重，常壓鍋爐的設計溫度一般為供水85℃，回水60℃，因此在常壓鍋爐和常壓鍋爐系統內很容易形成比較嚴重的鍋爐氧腐蝕。

1.2 氧腐蝕的危害

氧腐蝕影響鍋爐安全運行，縮短鍋爐使用壽命，隨著氧腐蝕的進行，產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年即出現泄露，無修理價值而報廢。

1.3 氧腐蝕引發的常壓鍋爐經濟成本分析

常壓鍋爐相對承壓鍋爐來說價格低，運行安全、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，產生持續的氧腐蝕，加上常壓鍋爐安全管理淡薄，設計制造標準遠低于承壓鍋爐，往往造成常壓鍋爐使用壽命很短，幾年內即出現泄露，無修理價值而報廢。多次更新產生不可避免地鍋爐多次拆除、多次購置、多次安裝費用，選擇常壓鍋爐時或者進行承壓鍋爐改常壓鍋爐時一定要進行綜合權衡，慎重考慮，和承壓鍋爐相比較，考慮鍋爐初投資費用、運行費用、壽命問題而造成的更新費用，承壓鍋爐改造常壓鍋爐所造成的管道、設備系統改造費用等。

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)在循環系統的最高處設置排氣閥，定期排放循環系統內的空氣。

(2)采用控制鍋爐水質pH≥10，添加防腐劑等辦法減緩腐蝕.

2 設計、安裝問題

承壓熱水鍋爐供熱系統的循環水泵，是抽系統中的回水送往鍋爐，一般選用清水泵。而常壓熱水鍋爐供熱系統的循環水泵是從鍋爐里抽水送往系統，循環水泵一般使用熱水泵。供熱系統的設計時鍋爐水循環系統的循環水泵不論停止，還是運行時鍋爐均應不受壓是關鍵，同時保持供熱系統處于滿水位狀態，防止鍋爐缺水產生安全事故和系統缺水造成供熱系統不熱。同時保證循環水泵不論在運行還是停止時，系統水均不向外溢出。常壓鍋爐循環水泵必須安裝在鍋爐的出水口，同時要通過采用可靠的工藝系統和控制元件隔開和控制系統水壓對鍋爐的影響和系統保持水位不外溢，這是常壓鍋爐供熱系統在設計、安裝過程中必須注意的事項。在鐵路建筑系統常壓鍋爐管理過程中總結發現常壓鍋爐系統安裝主要存在以下幾種設計、安裝方式。

2.1 幾種存在問題的常壓鍋爐設計、安裝方式

(1)鍋爐循環水泵安裝在鍋爐進水側。

在常壓鍋爐檢查過程中經常發現，一些使用單位和安裝單位對常壓鍋爐安裝運行的基本原理不清楚、安裝經驗少，延續承壓鍋爐安裝、管理的經驗，將鍋爐循環水泵安裝在鍋爐進水側，這種安裝方法由于循環泵的揚程造成常壓鍋爐內承受一定的壓力，從而造成常壓鍋爐通大氣管冒水，為防止通大氣管冒水，通常會出現以下兩種不合理的安裝方式。

常壓鍋爐補水箱水換熱器通大氣管鍋爐回水管系統供水管系統回水管圖一鍋爐出水管循環泵給水管

①鍋爐循環水泵安裝在鍋爐進水側，鍋爐通大氣管接入鍋爐補水箱。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水箱，使通大氣管中的水流回補水箱，再經由循環泵頂入鍋爐本體，產生一個小循環，這樣系統就產生兩個水循環。在陽泉地區某鐵路單位常壓鍋爐檢查過程中發現存在這種問題，其系統管道安裝流程如圖一所示。該系統存在一個鍋爐及水水換熱器之間的水循環，由于通大氣管接到補水箱，還同時存在一個小循環，在循環泵的揚程作用下鍋爐承壓使鍋爐熱水通過通大氣管進入鍋爐補水箱再循環，產生了兩個水循環。由于小循環的存在，既浪費了水泵產生的動能又浪費了鍋爐產生的熱能，造成很大的能量損失，造成循環換熱系統達不到良好的換熱效果。

②鍋爐循環水泵安裝在鍋爐進水側，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構、材料、強度、焊接質量均達不到承壓鍋爐本體要求，且常壓鍋爐不設置安全泄壓裝置，因此產生嚴重的鍋爐安全隱患，容易發生鍋爐安全事故。

(2)系統水循環未采取可靠地控制措施。

常壓鍋爐通大氣管系統給水系統回水鍋爐出水給水管鍋爐屋頂供熱系統膨脹水箱鍋爐回水循環泵止回閥鍋爐循環水泵安裝在鍋爐出水側，供暖系統樓層較高，未安裝可靠的工藝系統和控制元件，水循環系統得不到有效控制，鍋爐循環泵停止后系統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最高點位置，從而造成常壓鍋爐停泵后承受一定的系統靜壓。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為較長而容易在寒冷天氣結凍封死通大氣管造成鍋爐承壓使用，產生安全隱患。

2.2 鐵路建筑系統中水循環控制較好，比較合理的幾種安裝系統。

(1)鍋爐回水經補水箱加浮球閥減壓控制。

供暖系統常壓鍋爐補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水泵止回閥，該系統補水箱為常壓開式低位水箱，在該系統中補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系統。浮球閥在水箱水位的作用下，上浮或下降，開啟或閉合，控制水的進出。當鍋爐循環水泵運行時，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，循環系統暢通，水箱水位處在運行水位;當鍋爐循環水泵停止運行時，循環系統中水回流到補水箱，浮球閥隨著水箱水位逐漸升高而關閉，截斷循環系統，防止系統中水回流到常壓鍋爐從直通大氣管溢出。同時還可以有效地消除循環系統中的的水擊現象，不必再單獨設置旁路管路。這種常壓鍋爐系統的缺點是由于浮球閥容易損壞，使用壽命短，容易系統失控，系統水經直通大氣管外溢，因此這種系統需要同時加裝手動控制閥控制，如果在浮球閥損壞時不能及時有效的通過手動控制閥控制開關，容易造成系統缺水嚴重，造成水源的浪費，熱能的浪費，供熱系統不熱等。同時由于補水箱直通大氣，水箱中的水直接和大氣中的氧氣接觸，容易造成循環系統中溶氧量增加，造成系統氧腐蝕嚴重。

(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泵止回閥集氣罐供暖系統補水箱給水管通大氣管，該系統工作原理為回水電磁閥在系統中和循環水泵同步運行，循環水泵運行，電磁閥打開，循環水泵停止，電磁閥關閉，保證系統中水在水泵停止后不回流至鍋爐。這種系統的缺點是電磁閥每次啟閉需要一定的時間，如果系統采用的是大口徑電磁閥，每次啟閉運行時仍然會有一定量水外溢，同時由于電磁閥經常頻繁啟動，容易造成閥瓣磨損嚴重，又由于循環系統中水含有一定鐵銹、雜質等顆粒物，開關時經常有閥瓣卡住的現象，造成系統中的水通過直通大氣管外溢，造成循環系的失水，產生一系列不利后果。電磁閥使用中容易損壞，往往不能經久使用，且價格不菲，因此運行維護費用高。安裝電磁閥的系統中也容易出現循環水對水泵造成的水擊問題，應該在回水管路上安裝設置止逆閥的旁通管道。

(3)安裝回水自動啟閉閥控制。

供暖回水常壓鍋爐循環泵止回閥旁通管路水力傳動管補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控制采用回水自動啟閉閥控制，啟閉閥是利用循環水泵出口的壓力經過水力傳動管將啟閉閥瓣打開，水泵停止時，水力管無壓即行關閉。旋啟閥工作原理為:驅動介質由循環水泵后連鎖安裝的水力傳動管接口供應單路注量進入旋啟閥液壓缸推動活塞，壓縮彈簧打開閥瓣使回水通路，停泵后介質兩次緩沖泄壓回流閥室，彈簧回位關閉閥瓣切斷通路，完成回水自動啟閉功能。優點是啟閉迅速、靈敏使用持久，系統簡潔，保持水位、溶氧量少，運行安全可靠，使用運行效果最好。

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

常壓鍋爐采暖系統為直通大氣系統，循環水泵揚程的確定和一般承壓鍋爐熱水采暖系統不同，其揚程選擇計算為:

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

常壓鍋爐系統循環水泵的揚程是用來克服供水管路沿程阻力和局部阻力，同時還需要把水送到供熱系統最高位置，建立其勢能。回水阻力是靠系統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中的較低位置，而且直通大氣系統，循環水往上揚升，耗能比承壓鍋爐系統大。而承壓鍋爐系統為封閉式系統，其揚程只用于克服供暖系統的沿程阻力損失和局部阻力損失。和承壓鍋爐系統相比，常壓鍋爐系統循環泵耗能大，因此造成運行費用高，原因是泵的揚程須大于供暖系統高度且能耗隨著供暖系統高度的增加明顯增大，循環泵功率大，電力增容費有一定增加.因此一般不宜用于高層建筑.

3.2 能耗降低措施

常壓鍋爐系統通常采取以下有效措施來降低其循環水泵耗能。

(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泵揚程。

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

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

(4)使用利用位能做功的雙水泵系統將位能轉換為動能再利用，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還是具一定的靈活性和經濟性的。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。

3.3 常壓鍋爐循環泵汽蝕產生的原因及防止減緩措施

循環水泵中循環水在循環過程中往往由于局部壓力過低而產生氣化，稱為汽蝕。循環泵發生汽蝕時就會造成循環泵體材料侵蝕破壞，循環泵出現振動和噪音，性能下降。

常壓鍋爐循環水泵正常安裝在鍋爐出水側，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常由于循環泵汽蝕問題而造成循環泵損壞，使用壽命短，更新頻率快，即產生一定的經濟損失又影響的正常的系統供暖。

(1)汽蝕產生的原因

常壓熱水鍋爐循環水泵設置在鍋爐的出水口，從鍋爐向系統中抽水，因此水泵入口側壓力比較低，且鍋爐最高出水溫度可達到85℃，循環水在水泵入口處很容易發生汽化，出現現象，造成水泵汽蝕。

而造成水泵進口側壓力低和水溫高又由于以下幾個原因:

①水泵運行時開啟時間晚，鍋路出水溫度身高時才開啟，造成水泵進口側水溫高。

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

③循環水泵安裝高度高，造成水泵進口側靜壓小。

(2)防止減緩汽蝕措施

根據常壓鍋爐循環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水泵降低泵進口側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)降低泵進口側水溫。

②保證循環水泵入口管段設計合理，鍋爐出口至水泵入口端不要產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，常壓鍋爐在設計、制造、安裝、使用中經常存在一定的問題，選擇常壓鍋爐要進行綜合權衡，設計、安裝要請專業人員進行，使用中要加強管理，發揮其優勢.克服不足。常壓鍋爐熱水供暖系統用于一般低層供暖系統時具有一定的優點，安裝簡單靈活且相對經濟，常壓鍋爐熱水供暖系統可以適度發展和有條件的應用。但一般不宜用于高層建筑。

［1］石家莊市強生自動啟閉閥廠，JH741X-10自動回水啟閉閥.

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

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:特種設備檢測。