关于水暖排气的探讨

2012-09-06 00:54宋希国
城市建设理论研究 2012年22期
关键词:排除排气装置

宋希国

摘要:随着社会的发展与进步,我们越来越重视关于水暖排气的探讨,水暖排气对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍关于水暖排气的有关内容。

关键词水暖;排气;装置;系统;排除;

Abstract: With the social development and progress, more and more attention of plumbing vent plumbing the exhaust is of great significance for real life. This paper describes the plumbing exhaust.

Keywords plumbing; exhaust; device; system; excluded;

中图分类号:U467.4+8文献标识码:A 文章编号:

引言

因热水采暖系统水(以下称暖气水)中气体的存在导致采暖系统出现问题。故有关方面进行了暖气水中气体的基础研究,在此进行一下探讨。

1、暖气水中气体的分析

1.1氧气问题

暖气水中溶解着气体、分离出来的气体有腐蚀金属材料的物质、如熟知的氧是使铁腐蚀的重要原因。理论上铁材使用比例较高的暖气系统的水的氧含量测定值应控制在0.1mg/L以下,而自来水的氧自然浓度是1lmg/L,这表明氧是化学性质很活跃的气体,完全消耗在系统内的金属腐蚀(氧化)中。因此。在系统设计、施工中应该注意“氧的进入”、“使系统密闭化”。

1.2氮气问题

暖气水中如果溶入的气体超过溶解限度将形成气泡而分离。分离出来的气体中,主要成分是氮气。氮气是惰性气体,不像氧因化学反应(腐蚀反应)而消耗。据有关资料:大规模采暖系统的暖气水中残留氮含量的测定值有达到50mg/L的.而自来水中的自然浓度为25mg/L。这相当于自来水中自然浓度的2倍。这样高浓度的氮气。不能全部溶入暖气水中,一部分以气泡的形式游离。这些气泡集中在配管流速较慢的部分而阻碍暖气水的循环,形成“气滞”。同时。气泡腐蚀剥离设备表面的静态保护膜从而加剧设备如泵叶片等的磨损。

1.3亨利定律的应用

气体在水中的溶解度遵循亨利定律、溶解度因水温上升、压力下降而降低。定律解答了散热器的空气积存故障为何主要集中在高层。如果高层的压力最低也保持在0.05 MP以上。则氮气在70℃时的溶解度是15mg/L。据有关资料:采暖系统顶层水中的理论氮气(空气)饱和度一般都在15mg/L以上,即如果氮浓度在15mg/L以下一般不会发生问题。与氮类似,系统中氢和烷以气泡的游离状态存在,这些气体也适合亨利定律。

2、气体对水暖系统的影响

热水采暖就是将水经锅炉加热, 用管道将其送到散热设备散热, 冷却后的水再回到锅炉加热, 经过这样一个循环达到采暖的目的. 热水采暖分自然循环和机械循环两种方式. 不论自然循环采暖还是机械循环采暖系统都是依靠被加热水的流动来实现的. 在整个采暖过程中水可以被看作是不可压缩的连续体( 尽管比重随温度而变化) . 采暖系统本身是一个独立密闭的系统, 只要这个系统内有压差( 不论是机械的还是其他的原因) , 水将在密闭的系统内循环. 然而, 密闭系统内有气体时, 情况就不同了.在自然循环的采暖系统中( 图 1) , 推动水循环的作用压头为:

H = h( Y h- Y g)〔〕P a

式中H ——作用压头, Pa; h——加热中心和散热中心之间的高度差, m; Yh——回水容重, kg/ m3; Y g——供水容重, kg/ m3; Y k ——空气容重, kg/ m3从作用压头的计算公式可以看出: 当Y h= Y g= Y k时,H = 0.此时系统内均为空气. 当Y h= Y g 时, H = 0.

此时系统内充满水, 但没有容重差, 系统不循环. 当 Yh= Y k 时, 回水管充满气体. 当 Yg= Y k 时, 供水管充满气体. 然而不管是供水管还是回水管充满气体系统都将无法正常循环. 因为作用压头推动水流动遇到空气时, 系统内的水不再是连续的, 而是被气体隔断. 气体和水是两种不同形态的物质. 水是不可压缩的, 而气体是可以压缩的. 系统加热前, 横向管道内的水、气处于静止平衡状态, 即 P1= P 2= P3, 见图 2. 系统加热后, 被加热的水由于比重降低而迅速上升, 未被加热的水在重力作用下进入锅炉再被加热. 管道内流动的热水在遇到气体的一瞬间, P1> P 2( P 2= P 3) . 由于气体能被压缩, P2处的气体, 将在 P1的作用下缩小体积( 因P 1, P 3均为水) 产生压力P 2.此时,P 2不仅推动P 3向前移动, 同时也对P1有反推动作用. 由于自然系统的推动力较小, 横管内的水、气、水将重新处于平衡 P1= P 2= P3 状态, 即形成了气塞, 使系统内的水无法循环。

在机械循环的热水采暖系统中( 图 3) , 推动热水循环的动力来自水泵. 采暖循环用的水泵一般为离心式水泵. 系统充满水后, 水泵就处在某一静压状态. 当水泵的叶轮转动时, 充满于叶片之间槽道中的水从叶轮的中心甩向泵壳, 使水获得了动能与压能.因泵壳的断面是逐渐扩大的, 水进入泵壳后流速逐渐减小, 部分动能转化为压能, 因而水泵出口处的水就具有较大压力由于水流出了压水管, 使处在某一静压状态的叶轮的进口处和吸水管内压力降低. 与吸水管相连的系统内的水流向吸水管, 重新充满叶轮, 叶轮转动, 周而复始. 这是系统内充满水的情况. 如果系统内有气体时, 这些气体就和水一道在水泵的作用下在系统内循环. 当充满气体的管段循环到水泵处时, 水泵叶轮转动所产生的离心力将大大小于与水所产生的离心力. 当气体量大( 气体管段长) 时, 水泵将空转即水泵不产生压力. 使整个采暖系统内的水不循环. 当气体量小( 气体管段短) 时, 气体和水一道被水泵的叶轮甩出, 在系统内进行循环.若系统仅为一个环路时, 气体将在这一个环路中不断循环. 因为水泵产生推力较大, 管道内的水、气、水将沿水流方向流动即 P1> P1> P 3( 见图 2) , 气塞也流动. 若系统为若干个环路时, 管道内的气体有可能在某个阻力大的环路停住, 形成如自然循环一样的气塞, 使这个环路内的水无法循环。

3、采暖系统中气体的产生及其排除

(1) 采暖系统设计不正确, 系统的最高点没有排气装置( 见图 4) . 系统充水后, 管道内的气体排不掉, 形成了一个空气囊. 空气囊小时将减小管道断面; 空气囊大时管道内的水将被气体隔断. 这种情况下的气囊即便是在水泵强制循环下气囊也不同水一起流动. 因为空气与水的比重差大约为 1∶800, 水到达最高点后, 马上急转下流而空气则在管道的上部.系统充水时, 水将管道内的空气驱赶到了系统的最高点. 最高点没有排气装置时, 水充满管道一边( a 边) 并要流到另一边( b 边) ( 见图 4) . 这时管道最高点底部的空气被水所取代( 管道断面空气被水取代的大小随充水的方式而不同) , 当管道的另一边(b边) 也被水充满时, 形成的空气囊也具有相应的压力, 系统运转时, 水在水泵的强制作用下密闭循环, 经过有空气的管道断面时, 管道上空的空气所具有的压力, 迫使流经此处的水的断面缩小, 影响管道的流量.这种情况轻时, 立管充不满水, 发出哗啦哗啦的响声, 严重时, 被空气隔断, 使管路内的水不循环.这种情况的气体的排除, 一种是从一端( a 或 b 端) 充满水加压, 另一端( b 或 a 端) 敞开口让水和空气一块排出来. 这种方法既浪费水又不容易控制比较麻烦. 另一种简便实用的方法就是在管道的顶端设置排气装置( 见图5) .

( 2) 管道安装不正确, 没有按照规定坡度安装, 同样使管道内的空气出不去. 尤其是穿墙横管和散热器支管。这类问题的解决主要是靠提高施工安装人员的技术素质, 加强施工监督。

( 3) 系统漏水补水不及时, 造成整个系统上部缺水, 使空气进入系统中.目前采暖系统的定压一般是用膨胀水箱或落地式膨胀水箱. 膨胀水箱一般在小型采暖系统中采用. 它安装在系统的最高处, 用以容纳水因受热而体积增大的部分. 系统漏水时, 首先是膨胀水箱缺水, 然后系统才缺水. ( 图 3 便是膨胀水箱定压的采暖系统) . 解决这种因系统漏水而造成空气进入系统中的办法, 就是设置补给水泵, 并使其与膨胀水箱内的最高和最低水位控制器相连. 当系统漏水至膨胀水箱的最低水位时, 补给水泵自动启动补水; 当补至膨胀水箱的最高水位时, 自动停泵.落地式膨胀水箱在较大的采暖系统中使用, 一般安装在锅炉房内. 它是用定压的方式来实现的. 当系统水受热体积膨胀系统内压力增高超过预先所定最高压力时, 落地式膨胀水箱便自动打开阀门泄水, 至系统所需要的工作压力阀门自动关闭. 当系统漏水, 系统内压力降低超过预先所定的最低压力时, 落地式膨胀水箱便自动启动水泵往系统内补水, 至系统所需要的工作压力再自动停止. 解决这种因系统的漏水而造成空气进入系统的办法就是确保落地式膨胀水箱的正常工作。

( 4) 循环水中夹杂有游离气体, 尤其是补水量大和未经除氧. 循环水中游离气体的多少与水的温度及其压力有关. 温度越高, 水中的气体越容易与水分离; 压力越高, 水中的气体越不容易与水分离. 一般低温水采暖的供水温度为 95℃, 回水温度为 70℃. 在这样一个低温水采暖系统中, 压力最高处可视为循环泵的出口; 压力最低处可视为循环泵的入口. 游离气体一般产生在循环泵停转的供水干管上. 因此时此处水温最高而压力相对为最小. 排除分离出来的这些气体的办法, 就是在系统的最高点设置集气罐或自动排气阀。

结束语

热水采暖系统的排气, 直接影响到系统采暖的效果, 而采暖系统中气体的存在是不可避免的. 系统充水前, 空气充满了管道; 系统充水后, 管道安装不正确处空气仍然排不走; 即使充水后系统内空气全部排除, 在采暖运转过程中溶解于水中的气体也将因压力、温度等因素的变化而与水分离产生气体。

参考文献

1.乔清超, 杨绍海, 张志权等. 采暖工程及小型锅炉房设计手册. 长春: 吉林科学技术出版社, 2010. 174

2.刘霖, 吴德芸, 苏福临. 室内与厂区给水排水工程. 北京: 中国建筑工业出版社, 2011. 122

3.《工厂热水采暖》编写小组. 工厂热水采暖. 北京: 国防工业出版社,2001. 163

注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

猜你喜欢
排除排气装置
流水LED灯装置
降低LST培养基灭菌后内置小倒管的气泡残留率
改装的奥义,拨开云雾见真章之进排气改装(下)
轰趴装置指南
拖拉机变速箱常见故障排除
东方红—1002拖拉机常见故障分析及预防排除方法
让声浪来的更强烈
How fast does a fart travel?
关于几个重要保护定值完善的探讨