热水采暖系统气阻问题探讨

王率章

(湖南化工医药设计院,湖南长沙 410007)

热水采暖系统气阻问题探讨

王率章

(湖南化工医药设计院,湖南长沙 410007)

对热水采暖系统气阻问题进行了探讨,指出了在设计中容易忽略的问题,对采暖系统设计人员有参考意义。

热水采暖;系统气阻;探讨

0 引 言

热水采暖系统中的气阻问题,说起来是个老话题,似乎也不那么难解决,高点排气就是了。然而,实践中我们有时会忽略排气阀的设置,造成局部气阻。如果在干管上产生气阻,就会影响整个系统。在过去多年的工作中曾经遇到过一些问题,虽然过去多年,总觉得回过头来把它摆一摆、分析和归纳一下应该有益。

1 热水采暖系统的气阻问题

图1为某干休所平房热水采暖系统局部系统图,我们可以看到,散热器中的空气可以通过手动阀排出,而立管和横管由于室外干管较低,其空气无法排出,势必造成气阻。不知是原设计单位,还是施工单位,或是什么人,以为是循环泵扬程不足,更换了一台高扬程水泵,虽然稍有改进,但没有从根本上解决问题。分析原因,是由于水泵扬程提高后积气体积因加压而缩小,其流量有所增加。换泵后由于系统压力过大,招至换热器被压损,不得不停机修复。其实不难解决,只要在横管高端装一自动排气阀就解决了。

图1 热水采暖系统局部系统图

现成我们来看第二个例子。图2为某干校热水采暖系统循环泵前后的管路系统图。不同的是我只绘出一台循环泵,实有备用泵一台,但这对说明问题没有影响。可以看出,在煤气罐房上部还是设了自动排气阀,但对水泵出口后的B管上没有考虑。煤气罐房有4m多高;水泵出口B段有2m多高,应该说,问题就出在这里。系统首次充水时,A段是满流,空气被压向B段和C段,水到了B段和C段就不是满流了,在不是满流的情况下,空气当然不会下走。有人说B段的空气可以被水流带走,我以为那是不可能的。其理由我将在后边叙述。应该说B段积有空气,一目了然;另外我们用螺丝刀连接管壁和耳朵,听到的不是沙沙的平稳的流水声,而是哐啷哐啷的撞击声。至于B段集气多少,可以用B长与C长之比来判断。比值大,积气少;比值小,积气就多。这只是对积气多少的探讨,其意义不大,因为积气是不能允许存在而必须消除,以降低系统阻力。

图2 循环泵前后的管路系统图

此系统按照水泵流量和系统容水量的估算,十几分钟应有一个循环,可在试运行时用时四十多分钟,实际流量只有设计流程的三分之一,气阻之严重可想而知。我们在B管加了排气阀,问题就解决了。

气阻问题,不仅仅在水暖、空调水系统中必须给予关注,在给水排水的某些环节及其他液体输送管路中也是值得注意的。

2 给排水管路中的气阻问题

请看下例,图3是某给水泵房水泵前后的系统图。同样,我只绘出一台水泵,而实有两台。在我初接触到该泵房时,觉得有问题,进一步观察,发现水泵出口压力表指针在运行中大幅度摇摆,这就完全证实了气阻的存在。是出水的脉冲造成了系统压力的变化,从而造成压力表指针的大幅摆动。发现时已运行多年,其积气并没有被带走。后在横管上加了手动排气阀,问题就解决了。后来加水塔、改管路就是另一回事了。

图3 给水泵前后的系统图

以上三个例症,其管路像个门框,在例一中为多门框组合,后两例为单门框式管路,我就把它叫门框管路吧!我以为凡遇到这种管路,不论管的横竖比大小,均须设排气阀。在水泵房,可以接手动阀,除了用于初运行的排气而外,还可以接胶管,作为泵房卫生冲洗的水源。对于其它专业,须设自动排气阀。以间歇式水暖系统为例,停泵后由于系统压力降低,会有少量的空气析出,水泵再次启动,也很难容于水中。

通过以上三个例症,说明我们在设计中有时会忽略一些问题。主要问题就是空气存在与否以及空气的特性及在管路中与水的关系。

首先,空气和水都是流体,都是没有固定形状的;空气还无色、无味,看不见摸不到。这容易使人忽略和误导:管路、设备安排好了,里边是空的,忘记了里边充满了空气。我这就把它叫作门式管路吧!我以为凡遇这种门式管路,不论横竖管比值大小,均须排气阀。在水泵房,宜接手动阀,除了用于初运行排除空气以外,还可以用作泵房卫生冲洗的水源。对于其他专业,须设自动排气阀,以间歇式水暖系统为例,停泵后由于系统压力降低,会有少量空气析出,水泵再次启动,就成为系统的阻力,甚至会堵死管路。在我院老办楼的运行中,有着这样的经验或者说是教训。

3 气水运动的规律

我以为了解水和空气的特性及运行系统中气水运动规律是最重要的。现在我们就来找出其特性、指出其关系。

首先空气很容易使人忘记它的存在,管路、设备安好了,以为里边空无一物。不信我们来作个小小的测试:在一个空瓶中装进芝麻、豆子和茶叶,分别叫十个人来看一下,问他们里边装了什么?只怕没有几个人会说出里边有第四种物质——空气。在我前边的三个例症中,我以为都有忽略存在。

第二,水是不可压缩的,空气虽然可以压缩,但在以水泵和其它泵类为动力的运输系统及循环系统中,都必须把它看成不可压缩的,因为泵的扬程是有限的。我们前边的图1就是例证。

第三,在常态下,在系统运行条件下,水和空气密度差极大,可以说不是相差千里而是相差千倍!这就明确了它们在管路中同行时的运动规律:水在管路中上行时,空气会被挤走;当水在水平管路中流动时,水在管中很可能不是满流,这时,管的上部就会有空气存在,如果管路再向上,这部分空气会被走;如果水管下行,这部份空气连同下行管的一部分空气则会留在管中,根据充水管路前后压力变化,总会有空气留在管路里。一部分空气被挤走,一部分空气则留在管路里,这就是密度差造成的。

第四,空气不容于水。我们这样说,是从大世界、宏观而言;从小世界、微观而言,空气是可以溶于水的。例证就是养鱼,人在大气压力降低时,启动增氧机,打水花加气以保鱼儿的存活。在我举的第三例中,泵房运行多年,门框式管路中的空气既没有被水带走,也没有溶解于水。

当然,空气和水还有其他特性,诸如热胀冷缩、水会结冰膨胀等。只按我们记住讲的几条,简言就是空气的存在、空气不容于水、空气密度只有水的千分之一,排气阀的设置就不会被遗漏。

经验教训之探讨,难免不全、有误,如有不妥,望君指正。

TU832.1+3

A

1003-6490(2010)02-0036-02

2009-12-12

王率章(1935-),男,1958年毕业于天津建筑工程学校,工程师,主要从事采暖通风设计工作。