热水锅炉及供热系统突发停电的应急保护

卢玉新

(天津市丰源燃气热力工程设计有限公司 天津300199)

1 停电保护的意义

热水锅炉遭遇突然停电时，因循环泵停止，此时锅炉炉墙和层燃炉的火床仍有大量余热对炉水加热(据测定有 10%～20%的热负荷)，高温水的正常流动遭到破坏，同时停泵使锅炉及系统的压力下降，相应水的饱和温度降低，在锅炉受热面的局部区域炉水很快被汽化产生气泡，造成局部真空。当周围的水以很高的速度来填补时，会引起严重的水击，使锅炉本体及管网发生震动，严重者使管道破裂，炉墙震损。另外在停电停泵瞬间，压力水管中的流体突然受阻，动能转变成压力能，使水泵吸水管路中水压急剧增高，造成水击并在系统中迅速传递，严重时会损坏散热器、阀门及泵，因而必须采取防止炉水及系统高温水汽化的措施。实验证明自然循环热水锅炉因水容量大，停电后水循环可继续进行，如操作得当，可避免汽化水击。而强制循环热水锅炉由于水容积较小，容易发生汽化水击，需高度重视。

2 强制循环热水锅炉预防突然停电的措施

适当加大各集箱的水容量，可以延长发生汽化水击的时间或防止汽化水击的产生。在强制循环热水锅炉辐射受热面的设计中尽量使工质下进上出，并在炉外装设管径稍大于水冷壁的管子，在正常运行中，所装设的管子为上升管，当突然停电时这些管子则为下降管，与炉内水冷壁构成自然循环回路。

3 热水锅炉运行中预防突然停电的措施

3.1 采用压力上水防止热水锅炉的汽化

在突然停电时，补水泵、循环水泵停止工作，送、引风机停止工作，为防止发生汽化，一般应往锅炉内通入自来水，使其在炉内进行循环，如图1所示。

此时应关闭供回水总管阀门3和5，将热源和网路切断，再缓慢开启放气阀门，以防止锅内压力很快下降。由于自来水水压的作用，逆止阀 6开启，自来水经锅炉1和集气罐2排出，带走炉膛余热，避免了炉水的汽化，也就防止了由此引起的水击。另外迅速打开炉门和省煤器的旁通烟道，使炉温迅速降低。如果上水压力足够高，还可以对网路起定压作用。此时逆止阀4打开，上水的压力保证系统不发生汽化。

图1 防止水击、汽化管路系统Fig.1 Piping system for prevention of water hammer and vaporization

3.2 锅炉自身进行放汽

在锅炉的每个循环回路顶部都设置人工放汽阀或自动放汽阀。当停电时，如果锅炉压力升高到一定值，可开启几个阀放汽，保持锅炉的压力低于自来水、高位水箱、高位水塔或压力罐的进水压力即可。如果压力不再升高，亦可暂时不放汽。待来电后，在启动循环泵之前先启动补水泵补水，并放排气阀把余气放尽。小型强制流动热水锅炉操作方便，常把放汽阀和进冷却水阀设置在操作台附近，以便停电时立即开启这两个阀门，使自来水通过锅炉。

3.3 锅炉受热面适当加大管子直径

受热面管采用适当的管子直径，内径应大于38mm。经实验证明：当突然停电时如管中水速接近于零，单根管子中的水会形成自身循环，靠近管壁的水会上升，上锅筒或上联箱中的水由管中央下降，对管子起到冷却作用。

3.4 在采用氮气罐定压的系统中，

如图2所示，可采用容水器防止热水锅炉遭遇突然停电时的汽化问题。在氮气罐后设置一个容水器，在打开炉门、看火门及旁通烟道的同时立即关闭回水阀，打开氮气瓶并缓慢开启放水阀，使容水器在氮气罐(氮气瓶)的压力作用下向锅炉供水，再通过网路后由放水阀排出。通过调节放水阀的开度可控制放水量与放水时间。

停电停泵后，应将氮气罐中氮气的压力提高至(Hd+△Pmax)停电前氮气的压力加上氮气罐至放水阀之间的流动阻力。

容水器所需的容积可按下试计算：

式中：K 为富裕系数，取 1.01～1.02；G 为放水阀流量，主要与锅炉供热量、氮气管定压压力及放水阀开度有关；v为高温水比容；Tmin为放水阀最小放水时间，主要与锅炉供热量及炉墙结构有关。

图2 氮气定压系统防止锅炉汽化的系统和设备图Fig.2 System and equipment diagram of nitrogen constant pressure system to prevent boiler vaporization

合理地设计氮气罐容积是保证系统安全可靠运行的重要环节，氮气罐的总容积为：

式中：V1为系统水的净膨胀量；V2为氯气罐内最小气体空间；V3为低水位时的最小容积。

V1与供热的运行方式(间断或连续)、热水的设计温度差、热水的温升速度、系统的漏水率有关，经验资料建议 V1取值为 2%～3%的供热系统总水容量。漏损量小的大型民用建筑供热系统，净膨胀容积取较大值。

V2为氮气罐内气体空间容积及压力变化接近于等温过程，罐内最小气体空间，可按V2＝V1/(P2/P1-1)取值，其中 P1为低水位时罐内压力，P2为最高水位时罐内压力。P1值应保证系统水不汽化，P2值应不超过锅炉散热器及附件最大承压能力。由上式可见，P2/P1值越大，则需要氮气罐容积越小。上式可转换为：

式中：△P＝P2-P1为系统允许波动压力，一般取50～100kPa。

V3为低水位所需要的最小容积，它主要是供沉积泥渣、连接管道及防止氮气进入管道系统而设置的，可按 V3＝(0.1～0.3)(V1+V2)计算。

设计氮气罐还需注意以下问题：

①氮气罐应配有水位计、温度计、放气阀、安全阀、电接点压力表、水位控制器、报警器等附件。

②连接系统与氮气罐的膨胀管不应装设阀门，应将连接管适当加长、加粗。

③供热系统的补水不应直接补入氮气罐，以减少氮气的溶解量。

氮气定压适用 130～150℃或更高一些的供热系统，其运行可靠，能有效防止系统出现汽化、水击现象，但需消耗氮气，设备复杂，投资较高，一般用于高温水系统。

3.5 网路中水击破坏现象的预防

当突然停电停泵时，由于压力水管中流体突然受阻，液体的动能瞬间转变为压力能，使水泵吸水管路中水压急剧增高，可能产生水击，应采取如下措施：

在循环水泵的压水管和吸水管之间连接一根旁通管，并安装逆止阀，作为泄压管。当循环水泵正常运行时，压水管路中的压力大于吸水管路中的压力，逆止阀关闭，网路中循环水不能在旁通管中通过；当突然停电停泵时，在循环水泵的吸水管路中水压增高，而压水管路中水压降低，使吸水管路压力大于压水管路压力，逆止阀开启，网路循环水从旁通管中通过，从而减小了水击力。

4 备用柴油机汽轮机

对于一些有条件的锅炉房供热系统，一旦突然停电还可以采用启动备用柴油机、汽轮机带动水泵向锅炉和系统补水。热水锅炉遇突然停电必须紧急停炉，使炉内燃烧尽快停止，加强炉体冷却，同时拨去红火，以确保锅炉安全。