锅炉的水质要求要点

供暖与供热方式简述 我国是供暖大国 按我国现行政策 集中供热为城 镇最主要的供热方式 而建筑物采暖的最主要方式仍为热 媒为热水的散热器供暖 由于城市集中供热的出现 集中 供热的外网和建筑物内的供暖系统逐步分为两个技术范畴 所以 就建筑物内采暖系统而言 由于热源的不同 出现 一户一炉 一楼一炉 一区一炉及城市集中供热的供暖系 统等四种情况 其供热方式可归结为锅炉直供和换热器供 热两类供热方式 前者热媒水通过锅炉及散热器实现循环 后者是换热后的二次热媒水通过散热器与换热器实现循环 而不与锅炉直接相通 换热器的热源侧与锅炉实现一次热 媒水循环 或由蒸汽加热 由于锅炉和换热器对热媒水质 的要求不同 所以处于以上两种供热方式下的散热器 分 别承受着不同水质的热媒 锅炉直供的供暖系统 水质按 锅炉水质控制 换热器供热的供暖系统 水质按换热器控 制 按密闭式循环冷却水水质采用 至于那些水质特别恶 劣的水 如一些地下水 某些工业废水等 因其腐蚀性 太强而不应作为供暖系统的热媒用水 2 我国现行标准中有关供暖水质的内容 除个别地方法规外 我国目前尚无明确的采暖系统 热媒的水质要求 现将现行标准中有关供暖水质的内容简 述于后 2 1 工业锅炉水质标准 GB1576 2001 本标准中除了悬浮物 总硬度 含油量指标之外 从略 与供暖直接相关的水质要求为 炉外化学处理 时 给水 PH 25 7 溶解氧 0 1mg L 锅水 PH 25 为 10 12 并规定额定功率300mg L 时 特别是系统材质为 不锈钢 铜合金时应采取措施 控制其含量 处理后的水 质 对缓蚀型 SF 型 设备 碳钢的年腐蚀速率应小于 0 125mm a 不锈钢 铜合金的年腐蚀速率应小于 0 005mm a 2 3 工业循环冷却水处理设计规范 GB50050 95 换热设备的冷却水侧管壁的腐蚀率 当工艺无要求 时宜符合下列规定 碳钢管壁的腐蚀率宜小于 0 125mm a 铜 铜合金和不锈钢管壁的腐蚀率宜小于 0 005mm a 对敞 开式循环冷却水的水质要求如下 悬浮物 板式换热器 10mg L PH 7 9 2 甲基橙碱度 500mg L Ca2 30 200mg L Fe2 0 5mg L 碳钢换热 设备 C1 1000mg L 不锈钢热热设备 C1 300mg L C1 SO42 1500mg L 游离氧 在回水总管处 0 5 1 0mg L 密闭式循环系统的水质标准应根据生产工艺 条件确定 2 4 城市热力网设计规范 CJJ34 2002 规定了以热电厂和区域锅炉房为热源的热水热力网 补给水水质应符合 悬浮物 5mg L 总硬度 0 6mmal L 溶解氧 0 1mg L PH 7 12 如为开式热网 其补水水质除符合以上要求外 还应符合 生活饮用水卫 生标准 GB5749 的规定 按以上四个标准的条文 结 合供暖系统热源情况的不同 大致可划分为 1 锅炉直供的供暖系统 水质可按 2 1 和 2 4 控制 2 换热器供热的供暖系统 水质可按 2 2 和 2 4 控制 两者差别为 2 4 中有除氧要求 O2 0 1mg L 2 2 中没有除氧要求 对钢制散热器而言 只能按 2 4 要求 的水质控制 方能控制氧腐蚀问题 铜 铝及铸铁散热器 并不强调除氧 但除氧会更有利于减少腐蚀 3 钢制及铜管散热器的均匀腐蚀分析 散热器在热水介质中的腐蚀 有均匀腐蚀和局部穿 孔腐蚀两种形态 对钢制散热器而言 工程中出现问题最 严重的是局部穿孔腐蚀 这与材料 制造及水的含氧量等 多种因素有关 本文先重点探讨钢 铜散热器的均匀腐蚀 问题 后面的分析 引用了暖通空调 2004 年第 9 期发表的 集中供暖主管道腐蚀速率测定及防腐蚀方法 的研究成 果及北京科技大学的相关试验数据 3 1 钢制散热器的均匀腐蚀分析 图 1 为上述文献中提供的钢管在不同 PH 值的热水 介质中的相对腐蚀速率曲线图 可以反映其腐蚀速率的变 化 上述结果是运行情况的水质检测 水温为 80 10 工作压力为 0 35 0 5Mpa 硬度 0 075mmol L 热网补水 PH 6 7 7 3 碱度 0 7mmol L C1 为 110 10mg L 补水 未除氧 如果我们把图 1 作为钢在水中均匀腐蚀速率变化 的趋势分析图 而按 HG T3729 2004 所述在密闭循环水质 条件下的年腐蚀率在 PH 7 5 9 5 时 为 0 125mm a 可以看 出这一数值应当是针对 PH 7 5 而言 因为 PH 7 5 时的腐 蚀速率约为 PH 9 时的两倍以上 分析图 1 可得出以下的认识 1 在符合 GB1576 2001 的水质中 PH 10 12 O2 0 1mg L 这也正是钢的钝化区 钢的年腐 蚀率最低 应视为钢制散热器的适用区 2 在 PH 7 5 9 5 的区域 钢的年腐蚀率变比较 大 随着 PH 值的减小而升高 PH 7 5 时的年腐蚀率约为 PH 10 时的四倍 此时 如执行工业循环冷却水相应标准 HG T3729 2004 或 GB50050 95 则无除氧的要求 这样 的水质对钢制散热器而言 只能视为可用区 要慎重的区 别情况对待 显然 薄壁 1 5mm 钢制散热器不适用 于这一区域 厚壁 2 5mm 上下 钢管散热器尚可使用 按年腐蚀率 0 125mm a 考虑 尚能达到与采暖系统所用钢 管等寿命的基本要求 我国散热器行业 十一五 发展规 划已明确提出散热器应努力实现十五年使用寿命的要求 但是 如果执行 CJJ34 2002 标准 其在 PH 7 12 的范围内 都要求除氧 O2 0 1mg L 这就满足了钢制散热器 包 括薄壁及厚壁 的使用条件 而成为钢制散热器的适用区 问题是 PH 7 5 9 5 是用于换热器供热系统的水质要求 而 在此系统中极难实施除氧 很难保证 O2 0 1mg L 的要求 这就限制了钢制散热器的使用范围 迫使一些生产厂家采 用各种内防腐措施 这又面对着如何才能做到全效防护的 工艺技术问题 3 对钢制散热器而言 比较关键的问题是控制 水的溶解氧含量及保持较高的 PH 值两大问题 按相关资料 介绍 钢的钝化区为 PH 9 12 北欧国家供暖水质的 PH 9 5 10 而 PH 8 2 为德国工程师协会认为的极端下限 而从我国的调查情况看来 很大部分的供暖系统是在 PH11 时的腐蚀速率值 特由北京科技大学 对 PH 12 水温 85 不除氧时钢及铜的年腐蚀率进行了 试验 本项试验按正常要求应作 90 天以上 但由于时间的 限制 本次只作了 19 天 其测试结果为初始阶段的腐蚀情 况 会高于 90 天测试的数值 测试结果为 钢管的年腐蚀 率为 0 3874mm a 紫铜管为 0 0178mm a 黄铜管为 0 0212mm a 钢的腐蚀率高达紫铜的 21 倍 但如果供暖水 质是按锅炉要求的 PH 10 12 O2 0 1mg L 则不仅是钢制 散热器的适用条件 也会是铜质散热器更为有利的使用条 件 可更好的延长钢 铜散热器使用寿命 按 HG T3724 2004 中所述在密闭式供暖循环水质条件下铜的年腐蚀率不 高于 0 005mm a 结合图 2 所示的铜的年腐蚀率变化趋势 铜在 PH 7 5 9 5 的水质中 会有很长的耐蚀年限 3 2 2 铜管散热器的使用寿命 散热器采用的铜管 为 TP2 TU2 挤压轧制拉伸紫 铜管 不能用上引法生产的紫铜管 更不能用黄铜管 散 热器的使用年限等于壁厚计算中的腐蚀余量除以年腐蚀率 也就是在有效使用期内 尽管因均匀腐蚀会使管壁减薄 但所余壁厚仍能保证散热器的承压能力 保证安全可靠的 使用 对于 20 紫铜管 工作压力 1 0MPa 时承压所需的 壁厚数值 按强度计算为 0 246mm 在此基础上 加上铜管 的壁厚偏差 0 04mm 铜管标准规定 机械胀管时壁厚 减薄量约为 0 03mm 实测值为壁厚的 5 上下 该项值总 和为 0 316mm 也就是说 只要保证这一壁厚 就可保证散 热器在压力 1 0MPa 的条件下安全使用 我国现在推广生产 的铜铝复合柱翼型散热器 其立柱铜管的最小壁厚定为 0 6mm 减去上述的承压所需壁厚 0 316mm 尚余 0 284mm 这就是计算公式中的附加余量数值 根据北科大 试验所得数据 PH 12 时的年腐蚀率为 0 0178mm a 两者 相除 约等于 15 年 这就说明 现有的铜铝复合柱翼型散 热器 在高碱度水质 且未除氧的条件下仍可有 15 年的安 全使用寿命 参照图 2 在 PH7 5 9 5 的中碱度水质条件下 如果年腐蚀率按 0 005mm a 分析 可有 50 年的耐蚀年限 在此条件下留有充分的余地 也可保证散热器的使用寿命 30 年以上 4 不同材质的散热器对供暖水质的适应性分析 我国目前的散热器年需量约 4 0 亿片 每片标准散 热量 128W 铁 钢 铜 其他等四类散热器的市场比率 约为 58 22 11 9 十一五 后有可能逐步调整到 37 37 17 9 的市场比率 总产量将达 5 0 亿片以上 随 着轻型散热器 特别是钢制散热器的扩大 会更注重水质 的保证 从工程使用的安全可靠角度出发 应当是多方面 采取措施 共同创造和提供散热器安全工作的良好条件 取其所长 合理选用 减少损失和浪费 保证散热器有一 定的使用寿命 根据以往的使用经验及本文以上的论述 我国现有的各类散热器在不同水质条件下的使用情况及对 水质的适应情况分析如下 4 1 铸铁散热器可适应 PH 7 12 不除氧的供暖水 质 其腐蚀较轻 4 2 钢制散热器情况比较复杂 大致有以下几种情 况 1 PH 10 12 O2 0 1mg L 这是钢制散热器的 适用区 在此条件下 各种薄壁 1 2 1 5mm 及厚壁 2 5mm 上下 的钢制散热器均可使用 2 PH 7 5 9 5 或 PH 10 12 但不除氧的条件下 1 5mm 的薄壁钢制散热器就不能适应 厚壁钢制散热器 尚可使用 3 在 O2 0 1mg L 的前提下 薄壁钢制散热器 可用于 PH 8 5 厚壁钢制散热器可用于 PH 7 5 4 3 铜管散热器 包括铜铝复合柱翼型 铜管铝片 对流型散热器等 可以用于 PH 7 12 不除氧的热水采暖 系统 但其最佳适用区应为 PH 7 5 10 这时的使用寿命最 长 可达 30 年以上 PH 10 12 可视为可用区 能有 15 年 以上的使用寿命 对热媒水中的 C1 SO42 含量必须控制 在热媒水有除氧时会改善铜质散热器的工作条件 4 4 铝制散热器按其材料特性 适用于 PH 5 8 5 的 热水采暖系统 高碱度水质时会产生严重的碱性腐蚀 此 外 也要求对热媒水中的 C1 SO42 进行控制 4 5 内防腐型的钢制及铝制散热器的耐蚀能力受工 艺水平的影响很大 适宜的形体和良好的机加工工艺可保 证内腔光滑 有利于涂料涂装或镀膜的牢固 严格的予处 理及涂装 烘烤工艺 更是成败的关键 良好而完善的内 涂 或镀镍 防腐 可以扩大钢制或铝制散热器对水的 PH 值的适应性 扩大应用范围 但不完善 不严格的内涂防 腐工艺 不能使产品达到完全防护 只可能是相对减少了 腐蚀 这正是目前内涂防腐技术的难点 有待于进一步研 究 改进和提高 因此 内防腐型钢制或铝制散热器的使 用范围和可靠性 只能因厂而异 不能一概而论 目前 根据相关单位对形体适宜 内防腐工艺严格的主要散热器 生产厂的产品使用情况调查统计 其内防腐的不保证率 按片 柱 计算约在万分之二以内 如果全国各厂都达到 这一水平 将对我国轻型散热器的发展提供很大的支持 5 对改善供暖水质及散热器工作条件的几点看法 5 1 推广密闭式供暖系统 不采用敞开式高位膨胀 水箱以及与大气相通的回水系统 避免采用渗氧塑料管道 减少漏水 及失水 率 保证系统中水的含氧量处于较低 水平 主管部门应制定供暖系统安全运行规程及相应的管 理规定 逐步提高供暖系统的运行管理水平 在大 中型 热网中 多数会遇到钢 铁 铜几种散热器混装的情况 应当特别注意 5 2 研究与制定供暖水质标准 前述的工业锅炉水 质标准是偏重于锅炉的要求 而密闭式循环冷却水标准又 不完全符合供暖水质的需要 现有的城市热力网设计规范 CJJ34 2002 中仅对补充水的水质作了规定 而对热网 运行水质没有明确要求 所以建议根据供暖系统的实际需 要制定适合供暖要求的全国及地方水质标准 以使散热器 的使用和研究有所遵循 提高供暖的安全性 拒绝使用那 些特别恶劣的水作为供暖热媒用水 5 3 加强除氧 防蚀剂等新的水处理技术的研究 寻求价廉 有效 对散热器 特别是钢制散热器 有利的 水质控制新技术 使特殊处理的热媒水成为供暖系统专用 的工质 这