伴热系统中水的热膨胀分析

张泽权（大庆炼化公司动力厂生产办， 黑龙江 大庆）

伴热系统中水的热膨胀分析

张泽权（大庆炼化公司动力厂生产办， 黑龙江 大庆）

在换热站新建伴热水系统投运过程中，投用汽水换热器加热蒸汽进行系统升温时，伴热水管网压力迅速升高，最高达到1.32MPa，远高于工艺指标。针对这一生产运行问题，技术人员多次投停系统，查找原因，查找资料，最终确定该问题与在密闭条件下水快速升温时体积膨胀的理论相符，然后在相应工况下，少量排放膨胀水量，解决了伴热水管网压力在系统升温时急剧升高的问题。

换热器；伴热系统；压力；水受热体积膨胀

因生产装置扩建，相应换热站新建配套伴热水系统。

新建伴热水系统循环量100t/h，包括2台循环泵，2台补水泵，2台汽水换热器，1台水水换热器。

在新建伴热水系统投运过程中，当投加汽水换热器蒸汽提升系统水温时，在补水泵运行状态不改变的情况下，系统管网压力也迅速升高。本文对伴热系统升温过程中管网压力同时升高的问题进行分析，得出水在密闭条件下加热，体积相应膨胀的结论。通过对膨胀水量进行适当排放，解决了伴热水管网压力急剧升高的生产问题。

1 伴热系统压力急剧上升

7月31日，换热站新增伴热水系统的汽水换热器投加蒸汽进行系统升温。在逐渐加大蒸汽量提温时，发现在伴热水系统温度上升的同时，伴热回水、给水压力同时上涨。

在没有启动补水泵的工况下，伴热给水压力、伴热回水压力呈缓慢下降趋势。

15：55开始投用换热器E1414、E1415蒸汽后，伴热水温度上升的同时，伴热给水、回水压力快速上升。

16：15停运蒸汽后，伴热给水压力、伴热回水压力开始直线下降。

伴热系统投运蒸汽前、后，伴热水管网各参数如下表：

序号 时间 回水压力（MPa） 给水压（MPa） 温度（℃）1 15：50 0.327 0.763 29 2 16：15 0.924 1.326 51.7参数差 0：25 0.597 0.563 22.7

根据以上现象，技术人员分析可能有如下2个问题：

①压力显示不准确。②换热器封头密封不严，换热器内部汽水互串（但没有明显的水击现象）。

对在线压力表进行了比对，确认压力表完好。

再次对两台汽水换热器（E1414、E1415）进行打压试验，水压至1.50MPa并稳定保持20分钟，无泄露。拆卸换热器封头，发现密封垫片型号不对，原有垫片只为环形，环中缺少中间密封。于是更换所有垫片。

2 再次试投运

伴热系统重新试运。系统冷循环正常后，E1414、E1415换热器投加蒸汽，伴热水温度升高的同时管网压力依然快速上升。

经管理人员和技术人员讨论，再次提出了2个问题：①换热器封头垫片太薄（3mm），密封不好，汽、水互串，管程伴热水气化，系统水压快速升高（依然没发现明显水击现象）。②伴热系统密闭性好，流程短，系统保有水量少，加热后水体膨胀，且试运期间用户方的被伴热介质没有投加，系统没有热量消耗，导致管网压力升高。

采取了如下措施：①用便携式红外线测温仪对换热器封头温度进行监测。②在投用蒸汽升温过程中，压力异常升高后，在伴热水测适量。

结果：①温度无异常，换热器密封良好。②放空后伴热水温度上涨，同时可保证系统压力保持正常。

3 原因分析

查阅水膨胀的相关理论，可知水在密闭条件下加热体积相应增大。水分子在温度升高时，占据更大的空间，水的体积增大了，但是系统的总水量没有变化。换热站新建伴热水系统换热器容积大约4m3。计算可得，新建伴热水系统合计保有水量约为35.33m3。水温从70℃升到90℃，系统内水的体积增加约0.46235m3，故系统压力上涨。8月5日，09：30投换热器E1414蒸汽，系统温度上涨的同时压力缓慢上涨。10：15增大了蒸汽用量，伴热水压力快速上涨。在系统升温过程中，分别于09：50、10：15、11：09、11：40进行系统伴热水少量排放，DN20排水管，排出水量约0.5m3后系统压力恢复正常，与伴热水体积膨胀量基本吻合。

4 结语

伴热水系统小、行程短，而且密闭好不失水，当水被加热后体积急剧膨胀，加热速度越快膨胀越剧烈，系统压力快速上升，尤其当用户方面用热量很小，系统水压只升不降，甚至会导致安全阀起跳，换热器泄漏的生产事故。所以在伴热、采暖系统的设计、投用中，应重视水的膨胀系数，防止生产事故的发生。

［1］王晓红.化工原理［M］.化学工业出版社：2009.

［2］齐福江.动力工程师手册［M］.中国标准出版社：1999.

张泽权，哈尔滨工业大学动力系热能工程专业毕业，1992年参加工作，曾在动力车间担任锅炉运行班班长，1996年6月进入动力一厂生产办调度室担任生产调度，工作至今。2004年曾在动力一厂论文集上发表《化学二站酸雾吸收与防护》一文。