铁路建筑系统常压锅炉管理过程中常见问题分析

郑韶锋

(北京铁路局特种设备检测中心)

铁路建筑系统常压锅炉管理过程中常见问题分析

郑韶锋

(北京铁路局特种设备检测中心)

常压锅炉运行安全、价格经济、管理简单的特点使其在铁路沿线供暖系统中使用越来越广泛，很多承压锅炉改做常压锅炉使用。但在常压锅炉检查过程中发现很多常压锅炉存在一些设计、安装不合理、氧腐蚀严重、能耗大、循环泵汽蚀等方面的问题，通过分析确定选择常压锅炉要进行综合权衡，设计、安装要请专业人员进行，使用中要加强管理，发挥其优势，克服不足。

常压锅炉氧腐蚀;常压锅炉设计;安装常压锅炉;能耗循环泵;汽蚀

铁路建筑系统负责铁路系统内部冬季取暖的主要任务，铁路供暖系统沿铁路线分布，具有点多线长的特点。常压系统使用的常压锅炉由于不承受压力、使用相对承压锅炉比较安全，制造成本低，安装方便，这几年发展很块。为减少管理中间环节，现在沿铁路线分布的铁路供暖锅炉中很大一部分使用常压锅炉供暖。常压热水锅炉是指锅炉本体开孔或者用连通管与大气相通，在任何情况下锅炉本体顶部表压为零的锅炉。常压锅炉直通大气，只承受大气压力。其主要优点是安全经济、制造安装简单，因此使用日渐广泛，使用单位不断增加常压锅炉使用数量，有的使用单位不断直接将承压锅炉改为常压锅炉使用。但从常压锅炉检查过程中来看，通过和承压锅炉进行比较，发现常压锅炉在设计、制造、安装、使用中经常存在一定的问题，如设计安装不合理，循环泵能耗高、防腐性能较差、循环泵汽蚀严重，影响了它的使用。在常压锅炉管理过程中常见问题有以下几个方面:

1 氧腐蚀问题

常压锅炉直通大气，氧腐蚀严重是一个普遍现象。

1.1 氧腐蚀原因

承压锅炉循环水在一个密闭系统中运行，水中氧在循环过程中随着循环次数的增加生成氧化物后氧含量不断降低，只要在系统不大量补水的情况下，氧腐蚀不具有持续性，特别是锅炉补水进行除氧处理的承压锅炉，在热水循环过程中氧腐蚀产生的后果对锅炉安全运行影响不大。而常压锅炉通过通大气管直通大气与空气中的氧气直接接触，从而造成常压锅炉持续性氧腐蚀。大气中含有一定比列的氧气，能够溶解于水中以溶解氧的形式存在，不断引起电化学腐蚀。铁和氧形成腐蚀原电池，铁的电位电位低，氧的电位高.因此铁是阳极，不断受到氧腐蚀，发生氧化反应;氧发生还原反应，成为阴极。在水中溶解氧含量越多，金属的腐蚀速率越快，腐蚀越严重。

常压锅炉直通大气，是一个敞口系统，锅炉回水进入回水箱不断与大气接触，水中不断溶入氧气。常压锅炉中的水温是一个不断升高的过程，金属的腐蚀过程，温度越高，腐蚀不断强化，但温度升高到一定值时，由于水中溶解的气体随温度的升高而降低，氧腐蚀速度又会降低。根据一些经验数值确定，温度在80℃左右为氧腐蚀最为严重，常压锅炉的设计温度一般为供水85℃，回水60℃，因此在常压锅炉和常压锅炉系统内很容易形成比较严重的锅炉氧腐蚀。

1.2 氧腐蚀的危害

氧腐蚀影响锅炉安全运行，缩短锅炉使用寿命，随着氧腐蚀的进行，产生均匀腐蚀和坑腐蚀，壁厚减薄，直至泄露。有的常压锅炉出厂3-4年即出现泄露，无修理价值而报废。

1.3 氧腐蚀引发的常压锅炉经济成本分析

常压锅炉相对承压锅炉来说价格低，运行安全、易于管理，选择安装常压锅炉可以降低管理成本、单次购置成本。但由于常压锅炉直通大气，产生持续的氧腐蚀，加上常压锅炉安全管理淡薄，设计制造标准远低于承压锅炉，往往造成常压锅炉使用寿命很短，几年内即出现泄露，无修理价值而报废。多次更新产生不可避免地锅炉多次拆除、多次购置、多次安装费用，选择常压锅炉时或者进行承压锅炉改常压锅炉时一定要进行综合权衡，慎重考虑，和承压锅炉相比较，考虑锅炉初投资费用、运行费用、寿命问题而造成的更新费用，承压锅炉改造常压锅炉所造成的管道、设备系统改造费用等。

1.4 氧腐蚀的控制

常压锅炉可以采用一定措施减缓氧腐蚀。

(1)在循环系统的最高处设置排气阀，定期排放循环系统内的空气。

(2)采用控制锅炉水质pH≥10，添加防腐剂等办法减缓腐蚀.

2 设计、安装问题

承压热水锅炉供热系统的循环水泵，是抽系统中的回水送往锅炉，一般选用清水泵。而常压热水锅炉供热系统的循环水泵是从锅炉里抽水送往系统，循环水泵一般使用热水泵。供热系统的设计时锅炉水循环系统的循环水泵不论停止，还是运行时锅炉均应不受压是关键，同时保持供热系统处于满水位状态，防止锅炉缺水产生安全事故和系统缺水造成供热系统不热。同时保证循环水泵不论在运行还是停止时，系统水均不向外溢出。常压锅炉循环水泵必须安装在锅炉的出水口，同时要通过采用可靠的工艺系统和控制元件隔开和控制系统水压对锅炉的影响和系统保持水位不外溢，这是常压锅炉供热系统在设计、安装过程中必须注意的事项。在铁路建筑系统常压锅炉管理过程中总结发现常压锅炉系统安装主要存在以下几种设计、安装方式。

2.1 几种存在问题的常压锅炉设计、安装方式

(1)锅炉循环水泵安装在锅炉进水侧。

在常压锅炉检查过程中经常发现，一些使用单位和安装单位对常压锅炉安装运行的基本原理不清楚、安装经验少，延续承压锅炉安装、管理的经验，将锅炉循环水泵安装在锅炉进水侧，这种安装方法由于循环泵的扬程造成常压锅炉内承受一定的压力，从而造成常压锅炉通大气管冒水，为防止通大气管冒水，通常会出现以下两种不合理的安装方式。

常压锅炉补水箱水换热器通大气管锅炉回水管系统供水管系统回水管图一锅炉出水管循环泵给水管

①锅炉循环水泵安装在锅炉进水侧，锅炉通大气管接入锅炉补水箱。常压锅炉承压，为解决通大气管冒水的问题，使用单位将通大气管接到锅炉补水箱，使通大气管中的水流回补水箱，再经由循环泵顶入锅炉本体，产生一个小循环，这样系统就产生两个水循环。在阳泉地区某铁路单位常压锅炉检查过程中发现存在这种问题，其系统管道安装流程如图一所示。该系统存在一个锅炉及水水换热器之间的水循环，由于通大气管接到补水箱，还同时存在一个小循环，在循环泵的扬程作用下锅炉承压使锅炉热水通过通大气管进入锅炉补水箱再循环，产生了两个水循环。由于小循环的存在，既浪费了水泵产生的动能又浪费了锅炉产生的热能，造成很大的能量损失，造成循环换热系统达不到良好的换热效果。

②锅炉循环水泵安装在锅炉进水侧，通大气管封死，造成常压锅炉承压使用，由于常压锅炉本体结构、材料、强度、焊接质量均达不到承压锅炉本体要求，且常压锅炉不设置安全泄压装置，因此产生严重的锅炉安全隐患，容易发生锅炉安全事故。

(2)系统水循环未采取可靠地控制措施。

常压锅炉通大气管系统给水系统回水锅炉出水给水管锅炉屋顶供热系统膨胀水箱锅炉回水循环泵止回阀锅炉循环水泵安装在锅炉出水侧，供暖系统楼层较高，未安装可靠的工艺系统和控制元件，水循环系统得不到有效控制，锅炉循环泵停止后系统中水容易通过锅炉回水回到锅炉，为防止通过锅炉通大气管溢出而将通大气管接高至不低于供暖系统最高点位置，从而造成常压锅炉停泵后承受一定的系统静压。这种安装方法还容易使锅炉通大气管室外露出锅炉房部分因为较长而容易在寒冷天气结冻封死通大气管造成锅炉承压使用，产生安全隐患。

2.2 铁路建筑系统中水循环控制较好，比较合理的几种安装系统。

(1)锅炉回水经补水箱加浮球阀减压控制。

供暖系统常压锅炉补水箱集气罐给水管通大气管锅炉出水锅炉回水浮球阀循环水泵止回阀，该系统补水箱为常压开式低位水箱，在该系统中补水箱的作用是隔开锅炉水压对锅炉的影响，通过浮球阀控制循环系统。浮球阀在水箱水位的作用下，上浮或下降，开启或闭合，控制水的进出。当锅炉循环水泵运行时，水泵从锅炉抽水，浮球随着水箱水位的下降而下降，浮球阀开启，循环系统畅通，水箱水位处在运行水位;当锅炉循环水泵停止运行时，循环系统中水回流到补水箱，浮球阀随着水箱水位逐渐升高而关闭，截断循环系统，防止系统中水回流到常压锅炉从直通大气管溢出。同时还可以有效地消除循环系统中的的水击现象，不必再单独设置旁路管路。这种常压锅炉系统的缺点是由于浮球阀容易损坏，使用寿命短，容易系统失控，系统水经直通大气管外溢，因此这种系统需要同时加装手动控制阀控制，如果在浮球阀损坏时不能及时有效的通过手动控制阀控制开关，容易造成系统缺水严重，造成水源的浪费，热能的浪费，供热系统不热等。同时由于补水箱直通大气，水箱中的水直接和大气中的氧气接触，容易造成循环系统中溶氧量增加，造成系统氧腐蚀严重。

(2)锅炉回水安装电磁阀控制。

旁通管路电磁阀闸阀常压锅炉循环泵止回阀集气罐供暖系统补水箱给水管通大气管，该系统工作原理为回水电磁阀在系统中和循环水泵同步运行，循环水泵运行，电磁阀打开，循环水泵停止，电磁阀关闭，保证系统中水在水泵停止后不回流至锅炉。这种系统的缺点是电磁阀每次启闭需要一定的时间，如果系统采用的是大口径电磁阀，每次启闭运行时仍然会有一定量水外溢，同时由于电磁阀经常频繁启动，容易造成阀瓣磨损严重，又由于循环系统中水含有一定铁锈、杂质等颗粒物，开关时经常有阀瓣卡住的现象，造成系统中的水通过直通大气管外溢，造成循环系的失水，产生一系列不利后果。电磁阀使用中容易损坏，往往不能经久使用，且价格不菲，因此运行维护费用高。安装电磁阀的系统中也容易出现循环水对水泵造成的水击问题，应该在回水管路上安装设置止逆阀的旁通管道。

(3)安装回水自动启闭阀控制。

供暖回水常压锅炉循环泵止回阀旁通管路水力传动管补水箱给水管旋启阀闸阀供暖出水通大气管，该常压锅炉供热系统控制采用回水自动启闭阀控制，启闭阀是利用循环水泵出口的压力经过水力传动管将启闭阀瓣打开，水泵停止时，水力管无压即行关闭。旋启阀工作原理为:驱动介质由循环水泵后连锁安装的水力传动管接口供应单路注量进入旋启阀液压缸推动活塞，压缩弹簧打开阀瓣使回水通路，停泵后介质两次缓冲泄压回流阀室，弹簧回位关闭阀瓣切断通路，完成回水自动启闭功能。优点是启闭迅速、灵敏使用持久，系统简洁，保持水位、溶氧量少，运行安全可靠，使用运行效果最好。

3 常压锅炉能耗分析及能耗降低措施

3.1 常压锅炉能耗分析

常压锅炉采暖系统为直通大气系统，循环水泵扬程的确定和一般承压锅炉热水采暖系统不同，其扬程选择计算为:

式中:K为安全系数，取固定值;H0为循环水泵需要克服的锅炉与系统最高点水位的静压差，Pa;Ah为循环水泵出口到采暖系统最不利回路的最远点供水管的沿程阻力损失和局部阻力损失之和，Pa。

常压锅炉系统循环水泵的扬程是用来克服供水管路沿程阻力和局部阻力，同时还需要把水送到供热系统最高位置，建立其势能。回水阻力是靠系统自身建立起来的势能来克服。常压锅炉通常都是布置在系统中的较低位置，而且直通大气系统，循环水往上扬升，耗能比承压锅炉系统大。而承压锅炉系统为封闭式系统，其扬程只用于克服供暖系统的沿程阻力损失和局部阻力损失。和承压锅炉系统相比，常压锅炉系统循环泵耗能大，因此造成运行费用高，原因是泵的扬程须大于供暖系统高度且能耗随着供暖系统高度的增加明显增大，循环泵功率大，电力增容费有一定增加.因此一般不宜用于高层建筑.

3.2 能耗降低措施

常压锅炉系统通常采取以下有效措施来降低其循环水泵耗能。

(1)如果条件具备尽量将常压锅炉安装在位置较高的位置降低循环泵扬程。

(2)限制常压锅炉的使用范围。高层建筑供暖系统中尽量不要采用常压锅炉供暖系统。

(3)存在高层建筑使用常压锅炉供暖系统循环泵能耗高的情况时，可以通过锅炉外安装热交换器，改用闭式系统以降低能耗。

(4)使用利用位能做功的双水泵系统将位能转换为动能再利用，回收部分位能。

铁路沿线一般高层建筑不多，安装一些常压锅炉热水供暖系统还是具一定的灵活性和经济性的。对于一些楼层比较高的建筑也可以采取一定的措施降低或加以控制能耗，安装常压锅炉热水供暖系统。

3.3 常压锅炉循环泵汽蚀产生的原因及防止减缓措施

循环水泵中循环水在循环过程中往往由于局部压力过低而产生气化，称为汽蚀。循环泵发生汽蚀时就会造成循环泵体材料侵蚀破坏，循环泵出现振动和噪音，性能下降。

常压锅炉循环水泵正常安装在锅炉出水侧，出水温度高，使用条件恶劣，一般选用热水泵，但在使用过程中还是经常由于循环泵汽蚀问题而造成循环泵损坏，使用寿命短，更新频率快，即产生一定的经济损失又影响的正常的系统供暖。

(1)汽蚀产生的原因

常压热水锅炉循环水泵设置在锅炉的出水口，从锅炉向系统中抽水，因此水泵入口侧压力比较低，且锅炉最高出水温度可达到85℃，循环水在水泵入口处很容易发生汽化，出现现象，造成水泵汽蚀。

而造成水泵进口侧压力低和水温高又由于以下几个原因:

①水泵运行时开启时间晚，锅路出水温度身高时才开启，造成水泵进口侧水温高。

②常压锅炉至循环水泵入口侧局部阻力和沿程阻力大，造成水泵进口侧压力比较低。如管道长，弯头多，或安装截止阀等。

③循环水泵安装高度高，造成水泵进口侧静压小。

(2)防止减缓汽蚀措施

根据常压锅炉循环水泵汽蚀的原因分析，为防止减缓水泵汽蚀，可采取以下几种措施:

①在锅炉升温前先开启循环水泵降低泵进口侧水温或者在水泵入口处安装降低水温的装置(如引入部分回水)降低泵进口侧水温。

②保证循环水泵入口管段设计合理，锅炉出口至水泵入口端不要产生大的沿程阻力和局部阻力。如锅炉至水泵间的距离尽量短，尽量安装少的弯头，不安装阻力大的截止阀等。

③保证循环水泵相对锅炉最低水位具有一定的高度，保证一定的静压。

总之，常压锅炉在设计、制造、安装、使用中经常存在一定的问题，选择常压锅炉要进行综合权衡，设计、安装要请专业人员进行，使用中要加强管理，发挥其优势.克服不足。常压锅炉热水供暖系统用于一般低层供暖系统时具有一定的优点，安装简单灵活且相对经济，常压锅炉热水供暖系统可以适度发展和有条件的应用。但一般不宜用于高层建筑。

［1］石家庄市强生自动启闭阀厂，JH741X-10自动回水启闭阀.

［2］李之先.无压热水锅炉供热系统的流阻特点及阻力损失［M］.北京:中国建筑工业出版社.

U415.1

C

1008-3383(2013)04-0121-02

2013-01-06

郑韶锋(1974-)，男，河北曲阳人，工程师，研究方向:特种设备检测。