伴熱系統(tǒng)中水的熱膨脹分析

張澤權(quán)（大慶煉化公司動力廠生產(chǎn)辦， 黑龍江 大慶）

伴熱系統(tǒng)中水的熱膨脹分析

張澤權(quán)（大慶煉化公司動力廠生產(chǎn)辦， 黑龍江 大慶）

在換熱站新建伴熱水系統(tǒng)投運過程中，投用汽水換熱器加熱蒸汽進(jìn)行系統(tǒng)升溫時，伴熱水管網(wǎng)壓力迅速升高，最高達(dá)到1.32MPa，遠(yuǎn)高于工藝指標(biāo)。針對這一生產(chǎn)運行問題，技術(shù)人員多次投停系統(tǒng)，查找原因，查找資料，最終確定該問題與在密閉條件下水快速升溫時體積膨脹的理論相符，然后在相應(yīng)工況下，少量排放膨脹水量，解決了伴熱水管網(wǎng)壓力在系統(tǒng)升溫時急劇升高的問題。

換熱器；伴熱系統(tǒng)；壓力；水受熱體積膨脹

因生產(chǎn)裝置擴(kuò)建，相應(yīng)換熱站新建配套伴熱水系統(tǒng)。

新建伴熱水系統(tǒng)循環(huán)量100t/h，包括2臺循環(huán)泵，2臺補水泵，2臺汽水換熱器，1臺水水換熱器。

在新建伴熱水系統(tǒng)投運過程中，當(dāng)投加汽水換熱器蒸汽提升系統(tǒng)水溫時，在補水泵運行狀態(tài)不改變的情況下，系統(tǒng)管網(wǎng)壓力也迅速升高。本文對伴熱系統(tǒng)升溫過程中管網(wǎng)壓力同時升高的問題進(jìn)行分析，得出水在密閉條件下加熱，體積相應(yīng)膨脹的結(jié)論。通過對膨脹水量進(jìn)行適當(dāng)排放，解決了伴熱水管網(wǎng)壓力急劇升高的生產(chǎn)問題。

1 伴熱系統(tǒng)壓力急劇上升

7月31日，換熱站新增伴熱水系統(tǒng)的汽水換熱器投加蒸汽進(jìn)行系統(tǒng)升溫。在逐漸加大蒸汽量提溫時，發(fā)現(xiàn)在伴熱水系統(tǒng)溫度上升的同時，伴熱回水、給水壓力同時上漲。

在沒有啟動補水泵的工況下，伴熱給水壓力、伴熱回水壓力呈緩慢下降趨勢。

15：55開始投用換熱器E1414、E1415蒸汽后，伴熱水溫度上升的同時，伴熱給水、回水壓力快速上升。

16：15停運蒸汽后，伴熱給水壓力、伴熱回水壓力開始直線下降。

伴熱系統(tǒng)投運蒸汽前、后，伴熱水管網(wǎng)各參數(shù)如下表：

序號 時間 回水壓力（MPa） 給水壓（MPa） 溫度（℃）1 15：50 0.327 0.763 29 2 16：15 0.924 1.326 51.7參數(shù)差 0：25 0.597 0.563 22.7

根據(jù)以上現(xiàn)象，技術(shù)人員分析可能有如下2個問題：

①壓力顯示不準(zhǔn)確。②換熱器封頭密封不嚴(yán)，換熱器內(nèi)部汽水互串（但沒有明顯的水擊現(xiàn)象）。

對在線壓力表進(jìn)行了比對，確認(rèn)壓力表完好。

再次對兩臺汽水換熱器（E1414、E1415）進(jìn)行打壓試驗，水壓至1.50MPa并穩(wěn)定保持20分鐘，無泄露。拆卸換熱器封頭，發(fā)現(xiàn)密封墊片型號不對，原有墊片只為環(huán)形，環(huán)中缺少中間密封。于是更換所有墊片。

2 再次試投運

伴熱系統(tǒng)重新試運。系統(tǒng)冷循環(huán)正常后，E1414、E1415換熱器投加蒸汽，伴熱水溫度升高的同時管網(wǎng)壓力依然快速上升。

經(jīng)管理人員和技術(shù)人員討論，再次提出了2個問題：①換熱器封頭墊片太?。?mm），密封不好，汽、水互串，管程伴熱水氣化，系統(tǒng)水壓快速升高（依然沒發(fā)現(xiàn)明顯水擊現(xiàn)象）。②伴熱系統(tǒng)密閉性好，流程短，系統(tǒng)保有水量少，加熱后水體膨脹，且試運期間用戶方的被伴熱介質(zhì)沒有投加，系統(tǒng)沒有熱量消耗，導(dǎo)致管網(wǎng)壓力升高。

采取了如下措施：①用便攜式紅外線測溫儀對換熱器封頭溫度進(jìn)行監(jiān)測。②在投用蒸汽升溫過程中，壓力異常升高后，在伴熱水測適量。

結(jié)果：①溫度無異常，換熱器密封良好。②放空后伴熱水溫度上漲，同時可保證系統(tǒng)壓力保持正常。

3 原因分析

查閱水膨脹的相關(guān)理論，可知水在密閉條件下加熱體積相應(yīng)增大。水分子在溫度升高時，占據(jù)更大的空間，水的體積增大了，但是系統(tǒng)的總水量沒有變化。換熱站新建伴熱水系統(tǒng)換熱器容積大約4m3。計算可得，新建伴熱水系統(tǒng)合計保有水量約為35.33m3。水溫從70℃升到90℃，系統(tǒng)內(nèi)水的體積增加約0.46235m3，故系統(tǒng)壓力上漲。8月5日，09：30投換熱器E1414蒸汽，系統(tǒng)溫度上漲的同時壓力緩慢上漲。10：15增大了蒸汽用量，伴熱水壓力快速上漲。在系統(tǒng)升溫過程中，分別于09：50、10：15、11：09、11：40進(jìn)行系統(tǒng)伴熱水少量排放，DN20排水管，排出水量約0.5m3后系統(tǒng)壓力恢復(fù)正常，與伴熱水體積膨脹量基本吻合。

4 結(jié)語

伴熱水系統(tǒng)小、行程短，而且密閉好不失水，當(dāng)水被加熱后體積急劇膨脹，加熱速度越快膨脹越劇烈，系統(tǒng)壓力快速上升，尤其當(dāng)用戶方面用熱量很小，系統(tǒng)水壓只升不降，甚至?xí)?dǎo)致安全閥起跳，換熱器泄漏的生產(chǎn)事故。所以在伴熱、采暖系統(tǒng)的設(shè)計、投用中，應(yīng)重視水的膨脹系數(shù)，防止生產(chǎn)事故的發(fā)生。

［1］王曉紅.化工原理［M］.化學(xué)工業(yè)出版社：2009.

［2］齊福江.動力工程師手冊［M］.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社：1999.

張澤權(quán)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)動力系熱能工程專業(yè)畢業(yè)，1992年參加工作，曾在動力車間擔(dān)任鍋爐運行班班長，1996年6月進(jìn)入動力一廠生產(chǎn)辦調(diào)度室擔(dān)任生產(chǎn)調(diào)度，工作至今。2004年曾在動力一廠論文集上發(fā)表《化學(xué)二站酸霧吸收與防護(hù)》一文。