常压热水锅炉房供热系统设计

王 凯

(中核新能核工业工程有限责任公司，山西 太原030012)

0 引言

近年来，由于《锅炉房设计规范》、《热水锅炉安全监察规程》、《建筑设计防火规范》以及《高层民用建筑设计防火规范》等规范对锅炉房设计安全性的日益明确，以及对锅炉安全运行的日益关注，常压热水锅炉供热系统受到了越来越多的关注和应用,尤其在局部供暖中的应用显得更加突出。通过几个项目的设计，本人发现了一些问题，在此提出供同行在设计时分析探讨。

1 常压热水锅炉的特点

常压热水锅炉是指锅炉本体开孔或者用连通管与大气相通，在任何情况下，锅炉本体顶部表压为零的锅炉，可用于供水温度≤95℃的热水供热系统，单台功率≤2.8MW。他具有以下特点：

⑴采用开式锅筒，系统处于常压状态，本身无爆炸危险性、安全性高；

⑵循环泵安装于锅炉的出水侧，降低了锅筒承受的压力；

⑶循环泵兼有补水泵的功能，循环泵扬程计算方法与承压锅炉循环泵的计算方法有明显不同；

⑷安装地点灵活，不受承压锅炉安装位置规定若干限制的约束；

⑸锅炉的供水温度与循环泵入口处的水压有关。

2 阀门选择

常压热水锅炉供热系统无论采用何种方式，其设备都具有共性，对锅炉、循环泵的选择已有多种论述可供查询，本文介绍以下两个附属阀门的作用以便于在设计中正确选用。

（1）回水自动启闭阀

在系统中，为了保证循环泵停泵时系统中的水不倒灌至锅炉而溢流出去，按常规必须在水泵出口处设置逆止阀，同时还要在锅炉的入口处设置启闭阀，当水泵启动或停止时，靠液体压力或电磁方式启动启闭阀，回水自动启闭阀通过水管与水泵发生连锁，水泵全压作用在该阀门上，同步开停，控制简单，性能可靠。

（2）阻力调节阀

为使系统运行时供热管网最高点保持正压,锅炉进水管上应安装阻力调节阀。宜选用调节范围大的专用阀，不宜用闸阀、球阀等调程短的阀门。

在单点定压式供热系统中：阻力调节阀设定的阻力应大于系统最高点水头与回水下降段水头二者之和。在双点定压式供热系统中：阻力调节阀设定的阻力与供热介质流量无关,仅与高位膨胀水箱、锅炉水箱二者液位差有关,且设定的阻力应为二者液位差。

阻力调节阀的设定，不可避免的造成回水管道阻力增大，从而使供热系统能耗有所增加。

3 系统管路设计

（1）锅炉出水口至循环泵吸入口管段：应防止锅炉出水管最高处在负压下运行，否则，当漏入空气时，影响循环泵正常工作；该段管道，管径不能太小,管件不能太多，应力求短直、阻力小，水泵吸入口阀门应采用阻力小的闸阀或球阀,不应使用调节阀。循环泵吸入口应有足够的水压，以防止产生气蚀现象，影响循环泵正常工作。

（2）回水与供水母管间连通管：该连通管应设于回水启闭阀吸入口之前，循环泵出水管逆止阀之后，连通管上设逆止阀，水流流向自回水管侧至供水管侧。其主要作用是泄压、防止水击：当供热系统停运，切断管道与锅炉的连接时，若启闭阀的关闭速度过快，会导致供热系统发生水击，严重时会使散热器破裂。连通管的存在，可在自动启闭阀前压力升高时将水泻入循环泵出口总管。

另外，也可在自动启闭阀前设安全阀来取代连通管，但应注意：当循环泵停泵时，此时安全阀超压泄水，造成系统水量流失、若系统未设高位膨胀水箱或水箱容积偏小，系统上部就会出现气相空间，循环水泵再次启动时易发生水击，因此，安全阀泄水在常压热水锅炉供热系统设计时应采取可靠的措施避免上述问题的发生。

4 值得注意的问题

（1）常压热水锅炉循环水泵出口、回水管道的启闭阀进口应设置压力表；循环水泵入口应设置量程为-0.1-0.06MPa的压力真空表、这一点与承压锅炉循环泵吸入口处的压力表有明显的不同。

（2）循环水泵安装在锅炉的高温水侧，宜采用热水泵。而在承压锅炉设计中，一般将循环泵设在回水管路上，水泵吸水为温度较低的回水。

（3）锅炉的供水温度与循环水泵入口处的压力有关：由于循环水泵设于锅炉的出水侧，因此吸水温度较高，为避免发生气蚀现象，设计时必须保证循环泵在吸入口叶轮处的水压（PZ，kPa）应大于该温度下的饱和蒸汽压力（PS，kPa）。即：

PZ≥PS+△P+0.0005ρv2+Pf+Py

式中：ΔP--锅炉出水口至循环泵吸入口间的总阻力，kPa；

ρ——水的密度，kg/m3；

v——水泵入口处流速，m/s；

Pf——循环泵的允许气蚀余量，kPa，按样本取，30-50kPa；

Py——安全余量，kPa，部分文献手册对此值未作计算，笔者认为应有所考虑，以确保系统安全稳定的运行，建议取5-10kPa。

例如：以太原地区为例（冬季气压93.47kPa）：设定①锅炉最低水位与循环泵轴线设计高度差为2.0m；②锅炉出水口至循环泵吸入口间的总阻力近似取2 kPa；③水泵入口处流速取3m/s，动压为4.4 kPa；④循环泵的允许气蚀余量取40 kPa；⑤安全余量取5kPa。此时循环泵吸入口处水的饱和蒸汽压力最大为：

PS≤PZ-(△P+0.5ρv2+Pf+Py)=93.47+20-(2+4.4+40+5)=62.07kPa

此时供热系统最高允许供水温度为：87℃。

（4）供水温度受大气压力的影响较小，但当工程地点为高原地区时,应考虑当地大气压力的影响。如以西宁地区（冬季气压77.34kPa）和上述地区比较，在相同的设定条件下，西宁地区循环泵吸入口处水的饱和蒸汽压力最大为：45.94kPa，供热系统最高允许供水温度为：79℃。

5 结语

常压热水锅炉有其一定的优点，同时也给系统设计、运行带来了一系列的问题,其不可承压的特殊性要求，使常压热水锅炉房的设计与承压锅炉房有较大的不同，但这些问题在得到充分重视的前提下，扬长避短，就能保证供热系统安全可靠的运行。

［1］国家质量技术监督局.小型锅炉和常压热水锅炉安全监察规定[S].2000.

［2］中华人民共和国机械行业标准.JB/T 7985-2002.小型锅炉和常压热水锅炉技术条件[S].

［3］住房和城乡建设部工程质量安全监察司,中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施（2009）暖通空调·动力[S].北京：中国计划出版社,2009,12.