摘　要：分析混水系統二級管網氣蝕噪聲的產生原因，提出通過排氣和改變用戶熱力站控制方式兩種方案來解決問題。

關鍵詞：氣蝕噪聲；  混水系統；  二級管網

Research on Cavitation Noise of Secondary Circuit of Water Mixing System

Abstract：The reasons for cavitation noise of secondary circuit of water mixing system are analyzed．Two schemes by exhaust and changing the control nlode of consumer substation are put forward to solve this problem．

Keywords：cavitation noise；water mixing system；secondary circuit

1　概述

隨著能源和環境問題日益突出，節能和環保引起全球關注，成為人類社會生存和發展的兩大主題?；焖到y作為一種更加節能的供熱方案，得到了日益廣泛的應用。混水系統工作原理見圖1，將一級管網的高溫水和二級管網的低溫水在用戶熱力站不經過換熱器按比例直接混合后供給熱用戶。

以青島市敦化路區域供熱蒸汽改高溫水工程為例，本區域內原有的13座用戶熱力站以華電發電廠的蒸汽為熱源，改造后新建l座高溫水首站，13座用戶熱力站以首站高溫水為熱源，其中7座用戶熱力站采用混水系統供熱(如圖1所示)，6座用戶熱力站采用間接換熱系統供熱。該工程改造完成后，供暖面積將達到192.6×10⁴m²。在供熱規模不變的情況下，與原供熱方式相比，一級熱力管網(高溫水管網比蒸汽管網熱損失率大幅度降低)改造后節約標準煤量為2125.9t／a，凝結水回收節約標準煤量為1497.4t／a，新建高溫水首站增加電力能耗量折合節約標準煤量為-44.7t／a，綜合計算這3項得出每年降低煤耗折合標準煤量為3578.6t／a，可減少二氧化硫排放量為74t／a，減少煙塵排放量為18t／a，減少氮氧化物排放量為37t／a，減少二氧化碳排放量為9198t／a。該項目的實施具有良好的節能效益和環境效益，符合國家環保政策，通過該項目的實施可全面提升企業的能源綜合利用率，實現環境效益、社會效益和企業經濟效益的協調統一。

但是該項目在投入運行之后，某用戶熱力站所供熱區域卻出現了個別用戶家里有氣蝕噪聲的問題。下面針對這個問題進行分析。

2　氣蝕噪聲的危害

氣蝕噪聲包含氣蝕和噪聲污染兩方面內容。熱力管道大多采用Q2358和20號鋼等材質鋼管，而鋼管很容易因為氧氣的存在發生腐蝕，所以在非供熱期熱力管道均采取滿水保養措施，目的就是為了杜絕空氣進入管道引起腐蝕，影響管道的使用壽命。若熱力管道在輸送熱水時，熱水中存在氣體，除了影響供熱效果，還會因為氣泡破裂等造成噪聲污染，尤其是對個別熱用戶會造成不必要的困擾，影響居民生活環境。因此，杜絕氣蝕噪聲具有十分重要的意義。

3　氣蝕噪聲的成因

對于熱力管道系統而言，氣蝕噪聲的根源是系統積氣，而系統積氣的成因主要有以下3個方面^[1-2]。

①系統充水前管道中存有空氣

二級熱力管網系統充水前，管道中存有空氣。新建的二級熱力管網，供熱前需要對管網系統進行沖水，留存于管網中的氣體隨水流被排出。因此，此項氣蝕噪聲的成因不予考慮。

②水溫升高時空氣從水中分離

水中溶解空氣，在水溫升高時，空氣從水中分離。

對于二級熱力管網系統而言，運行過程中普遍存在跑、冒、滴、漏現象，為了正常運行，必須對二級熱力管網系統進行補水。而二級熱力管網的補水大都來自于常溫自來水，在混入二級熱力管網系統的過程中，溶解在水中的空氣從水中分離。

下面分析混水系統與間接換熱系統相比更容易產生氣體的原因。間接換熱系統工作原理見圖2。

圖2中，一級熱力管網的高溫水和二級熱力管網的低溫水在用戶熱力站經過換熱器間接換熱后供給熱用戶。而混水系統中(見圖l)，一級熱力管網的高溫水和二級熱力管網的低溫水在用戶熱力站不經過換熱器，而是直接混合后供給熱用戶。與間接換熱系統相比，混水系統更容易因為水溫的突然升高而產生氣體。

③壓力降低時空氣從水中分離

當水壓力降低時，空氣從水中分離。

混水系統采用高溫水首站統一定壓以及高溫水首站統一補水，而間接換熱系統則是采用各個用戶熱力站分別定壓和各個用戶熱力站分別補水。對于新建的二級熱力管網系統，混水系統和間接換熱系統一般都不會出現因為失水而引起壓力波動。但是對于一些老舊二級熱力管網系統，失水、漏水現象比較嚴重，此時，間接換熱系統的補水比混水系統更為及時且不會影響到其他用戶熱力站，壓力不會出現明顯波動，而混水系統的壓力則因為首站的補水不能及時傳遞到各個用戶熱力站而出現十分明顯的波動。

由此對比可以看出，混水系統比間接換熱系統更容易因為壓力波動而產生氣體。

綜上分析，間接換熱系統與混水系統都會存在氣蝕噪聲問題，但是由于混水系統是直供系統，因此，積氣現象以及由此造成的氣蝕噪聲問題就會更加明顯，而有效排出積氣是混水系統良好運行的重要前提之一。

4　解決氣蝕噪聲的方案

4．1　機械裝置排氣

對于熱力管網系統中存有的空氣，常見的機械裝置排氣方式有如下3種。

①在用戶端設置排氣閥

排氣閥包括手動和自動兩種形式，手動排氣閥在排出氣體后水會從排氣口流出，因此排氣時需有人在旁邊監視；而自動排氣閥在排出氣體后會自動關閉閥門，有效節省人力。

②在一級和二級熱力管道高點設置排氣閥

首先確定各段熱力管道的最高點，然后在各段熱力管道的最高點設置排氣閥。

③在首站或用戶熱力站設置真空脫氣機

根據亨利定律^[3]，氣體在水中的溶解度與水溫和壓力相關。在一定溫度下，氣體溶解度與氣體的壓力成正比。在一定的壓力下，水溫降低，氣體溶解度增加；水溫升高，氣體溶解度降低。當降低水面的壓力時，則可在較低水溫下，使溶于水中的氣體析出，從而除去水中的氣體。真空脫氣(脫氧)機就是通過在機器中產生真空，將水中的游離氣和溶解氣釋放出來，再通過自動排氣閥排出系統，脫氣后的水再注入系統。真空脫氣(脫氧)機不斷通過旁通管路抽取熱力管網的供水，脫氣后再注入熱力管網，如此循環往復、連續運行，直到將水中的氣體排除干凈。

對于混水系統中存有的空氣，在運行一段時間之后，通過裝設在管路系統中的排氣閥、真空脫氣機等設備基本可以排除。但是由于敦化路區域二級熱力管網是運行了多年的老系統，跑、冒、滴、漏現象十分嚴重，在未進行改造前各個用戶熱力站補水量見表1，其余的6個間接換熱熱力站補水不通過高溫水首站補水。整個敦化路區域二級熱力管網的循環水量是1745t／h，通過高溫水首站對二級熱力管網的補水量應為45.7t／h，雖然補水率達到2.6％，但是此工程的補水主要來自于首站水箱內約70℃凝結水，而凝結水溫度與一級熱力管網回水溫度相近，其補入一級熱力管網不會造成因水溫驟變而出現氣體析出。通過以上分析，該改造工程中某用戶熱力站所供區域個別用戶出現的氣蝕噪聲可以確定是壓力不穩造成的系統積氣。

出現氣蝕噪聲問題的某用戶熱力站工藝流程見圖1。該用戶熱力站采用的控制方式是溫控，即通過檢測二級熱力管網供水溫度，來調節一級熱力管網供水管路上的電動調節閥開度，從而控制一級熱力管網的供水流量。而二級熱力管網流量恒定，一級熱力管網的供水流量直接影響到二級熱力管網的供水溫度，不同的電動調節閥開度對應不同的二級熱力管網供水溫度，從而實現二級熱力管網的實際供水溫度與設定的二級熱力管網供水溫度曲線一致，滿足供熱需求。

當二級熱力管網失水嚴重時，二級熱力管網供水溫度由此升高，為了保持設定的供水溫度，電動調節閥開度減小，二級熱力管網供水壓力降低，窄氣從水中分離，從而造成個別用戶家罩出現氣蝕噪聲問題。在對現有老舊管網沒有辦法及時找出漏點進行大修的情況下，解決方案就是改變控制方式，將原來的溫控方式改為溫控和壓控聯合控制的方式。

當圖1所示用戶熱力站存在嚴重的失水現象時，出現了明顯的壓力不穩，而采取的控制方式依然是間接換熱系統采用的溫控方式，即根據室外溫度以及二級熱力管網的供水溫度，來調節一級熱力管網上的電動調節閥開度，顯然這種溫控方式已經不能滿足工程實際。對于一個良好的混水系統，溫度控制方式是合理的，但是對于失水現象嚴重的混水系統，高溫水首站的補水定壓滿足不了各個用戶熱力站的要求，這時較好的解決辦法就是根據各用戶熱力站自身實際需要，通過溫控和壓控聯合控制的方式來滿足供熱需求。

混水系統溫控和壓控聯合控制方式工作原理見圖3，在一級熱力管網供水管上設置壓力控制的電動調節閥1，在一級熱力管網回水管上設置溫度控制的電動調節閥2。壓力控制是通過檢測二級熱力管網回水壓力，來調節一級熱力管網供水管上的電動調節閥1開度，使二級熱力管網回水壓力滿足所供小區基本的定壓要求。當二級熱力管網的回水壓力低于該用戶熱力站所需的定壓值時，電動調節閥1開度增大；當二級熱力管網的回水壓力高于該用戶熱力站所需的定壓值時，電動調節閥1開度減小。溫度控制的電動調節閥2通過檢測二級熱力管網供水溫度是否滿足設定值來調節開度，當二級熱力管網的供水溫度低于設定值時，增大電動調節閥2開度；反之，減小電動調節閥2開度。通過溫控和壓控聯合控制的方式，一方面穩定了混水系統的壓力，杜絕氣體由于壓力波動而析出；另一方面也滿足了溫度控制的要求。

以3號用戶熱力站為例，二級熱力管網回水壓力為0.38MPa時可以達到滿意的供熱效果，那么將一級熱力管網供水管上的電動調節閥的控制程序加以修改，把原來根據溫度曲線調節開度改為根據二級熱力管網回水壓力值調節開度，并在一級熱力管網回水管上加設一個溫度控制的電動調節閥。在更改了控制程序后，此用戶熱力站在運行一段時間后發現用戶反映的氣蝕噪聲問題得到了很好的改善，且溫度也在正常的范圍內波動，供熱效果良好。

5　結論

混水系統由于其直連方式，比間接換熱系統更容易因為溫度突變和壓力不穩致使熱力管網系統中氣體析出，造成氣蝕噪聲。對于由于溫度突變造成的氣體析出，解決的辦法就是在合適的位置設置排氣閥和真空脫氣機等設備。對于壓力不穩造成的氣體析出，則需要從控制方式上加以改變，即將傳統的溫控方式改為溫控和壓控聯合控制的方式，將二級熱力管網回水壓力作為控制信號調節一級熱力管網供水管上的電動調節閥開度，將二級熱力管網供水溫度作為控制信號調節一級熱力管網回水管上的電動調節閥開度，從而在保證供熱效果的前提下有效地減少氣蝕噪聲。

參考文獻：

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[2]李風英，張金才．熱水采暖系統中產生氣體的原因及解決方法[J]．電站系統工程，2001，17(6)：347．

[3]吳怡青．對熱水采暖系統水中氣體的探討[J]．區域供熱，2011(1)：6-7．

本文作者：宋煦亞  秦敬韓  王望

作者單位：青島能源設計研究院有限公司