伴熱系統中水的熱膨脹分析

張澤權（大慶煉化公司動力廠生產辦， 黑龍江 大慶）

伴熱系統中水的熱膨脹分析

張澤權（大慶煉化公司動力廠生產辦， 黑龍江 大慶）

在換熱站新建伴熱水系統投運過程中，投用汽水換熱器加熱蒸汽進行系統升溫時，伴熱水管網壓力迅速升高，最高達到1.32MPa，遠高于工藝指標。針對這一生產運行問題，技術人員多次投停系統，查找原因，查找資料，最終確定該問題與在密閉條件下水快速升溫時體積膨脹的理論相符，然后在相應工況下，少量排放膨脹水量，解決了伴熱水管網壓力在系統升溫時急劇升高的問題。

換熱器；伴熱系統；壓力；水受熱體積膨脹

因生產裝置擴建，相應換熱站新建配套伴熱水系統。

新建伴熱水系統循環量100t/h，包括2臺循環泵，2臺補水泵，2臺汽水換熱器，1臺水水換熱器。

在新建伴熱水系統投運過程中，當投加汽水換熱器蒸汽提升系統水溫時，在補水泵運行狀態不改變的情況下，系統管網壓力也迅速升高。本文對伴熱系統升溫過程中管網壓力同時升高的問題進行分析，得出水在密閉條件下加熱，體積相應膨脹的結論。通過對膨脹水量進行適當排放，解決了伴熱水管網壓力急劇升高的生產問題。

1 伴熱系統壓力急劇上升

7月31日，換熱站新增伴熱水系統的汽水換熱器投加蒸汽進行系統升溫。在逐漸加大蒸汽量提溫時，發現在伴熱水系統溫度上升的同時，伴熱回水、給水壓力同時上漲。

在沒有啟動補水泵的工況下，伴熱給水壓力、伴熱回水壓力呈緩慢下降趨勢。

15：55開始投用換熱器E1414、E1415蒸汽后，伴熱水溫度上升的同時，伴熱給水、回水壓力快速上升。

16：15停運蒸汽后，伴熱給水壓力、伴熱回水壓力開始直線下降。

伴熱系統投運蒸汽前、后，伴熱水管網各參數如下表：

序號 時間 回水壓力（MPa） 給水壓（MPa） 溫度（℃）1 15：50 0.327 0.763 29 2 16：15 0.924 1.326 51.7參數差 0：25 0.597 0.563 22.7

根據以上現象，技術人員分析可能有如下2個問題：

①壓力顯示不準確。②換熱器封頭密封不嚴，換熱器內部汽水互串（但沒有明顯的水擊現象）。

對在線壓力表進行了比對，確認壓力表完好。

再次對兩臺汽水換熱器（E1414、E1415）進行打壓試驗，水壓至1.50MPa并穩定保持20分鐘，無泄露。拆卸換熱器封頭，發現密封墊片型號不對，原有墊片只為環形，環中缺少中間密封。于是更換所有墊片。

2 再次試投運

伴熱系統重新試運。系統冷循環正常后，E1414、E1415換熱器投加蒸汽，伴熱水溫度升高的同時管網壓力依然快速上升。

經管理人員和技術人員討論，再次提出了2個問題：①換熱器封頭墊片太薄（3mm），密封不好，汽、水互串，管程伴熱水氣化，系統水壓快速升高（依然沒發現明顯水擊現象）。②伴熱系統密閉性好，流程短，系統保有水量少，加熱后水體膨脹，且試運期間用戶方的被伴熱介質沒有投加，系統沒有熱量消耗，導致管網壓力升高。

采取了如下措施：①用便攜式紅外線測溫儀對換熱器封頭溫度進行監測。②在投用蒸汽升溫過程中，壓力異常升高后，在伴熱水測適量。

結果：①溫度無異常，換熱器密封良好。②放空后伴熱水溫度上漲，同時可保證系統壓力保持正常。

3 原因分析

查閱水膨脹的相關理論，可知水在密閉條件下加熱體積相應增大。水分子在溫度升高時，占據更大的空間，水的體積增大了，但是系統的總水量沒有變化。換熱站新建伴熱水系統換熱器容積大約4m3。計算可得，新建伴熱水系統合計保有水量約為35.33m3。水溫從70℃升到90℃，系統內水的體積增加約0.46235m3，故系統壓力上漲。8月5日，09：30投換熱器E1414蒸汽，系統溫度上漲的同時壓力緩慢上漲。10：15增大了蒸汽用量，伴熱水壓力快速上漲。在系統升溫過程中，分別于09：50、10：15、11：09、11：40進行系統伴熱水少量排放，DN20排水管，排出水量約0.5m3后系統壓力恢復正常，與伴熱水體積膨脹量基本吻合。

4 結語

伴熱水系統小、行程短，而且密閉好不失水，當水被加熱后體積急劇膨脹，加熱速度越快膨脹越劇烈，系統壓力快速上升，尤其當用戶方面用熱量很小，系統水壓只升不降，甚至會導致安全閥起跳，換熱器泄漏的生產事故。所以在伴熱、采暖系統的設計、投用中，應重視水的膨脹系數，防止生產事故的發生。

［1］王曉紅.化工原理［M］.化學工業出版社：2009.

［2］齊福江.動力工程師手冊［M］.中國標準出版社：1999.

張澤權，哈爾濱工業大學動力系熱能工程專業畢業，1992年參加工作，曾在動力車間擔任鍋爐運行班班長，1996年6月進入動力一廠生產辦調度室擔任生產調度，工作至今。2004年曾在動力一廠論文集上發表《化學二站酸霧吸收與防護》一文。