伴热系统中水的热膨胀分析论文

因生产装置扩建,相应换热站新建配套伴热水系统。

新建伴热水系统循环量100t/h,包括2台循环泵,2台补水泵,2台汽水换热器,1台水水换热器。

在新建伴热水系统投运过程中,当投加汽水换热器蒸汽提升系统水温时,在补水泵运行状态不改变的情况下,系统管网压力也迅速升高。本文对伴热系统升温过程中管网压力同时升高的问题进行分析,得出水在密闭条件下加热,体积相应膨胀的结论。通过对膨胀水量进行适当排放,解决了伴热水管网压力急剧升高的生产问题。

1 伴热系统压力急剧上升

7月31日,换热站新增伴热水系统的汽水换热器投加蒸汽进行系统升温。在逐渐加大蒸汽量提温时,发现在伴热水系统温度上升的同时,伴热回水、给水压力同时上涨。

在没有启动补水泵的工况下,伴热给水压力、伴热回水压力呈缓慢下降趋势。

15:55开始投用换热器E1414、E1415蒸汽后,伴热水温度上升的同时,伴热给水、回水压力快速上升。

16:15停运蒸汽后,伴热给水压力、伴热回水压力开始直线下降。

伴热系统投运蒸汽前、后,伴热水管网各参数如下表:

根据以上现象,技术人员分析可能有如下2个问题:

(1)压力显示不准确。(2)换热器封头密封不严,换热器内部汽水互串(但没有明显的水击现象)。

对在线压力表进行了比对,确认压力表完好。

再次对两台汽水换热器(E1414、E1415)进行打压试验,水压至1.50MPa并稳定保持20分钟,无泄露。拆卸换热器封头,发现密封垫片型号不对,原有垫片只为环形,环中缺少中间密封。于是更换所有垫片。

2 再次试投运

伴热系统重新试运。系统冷循环正常后,E1414、E1415换热器投加蒸汽,伴热水温度升高的同时管网压力依然快速上升。

经管理人员和技术人员讨论,再次提出了2个问题:(1)换热器封头垫片太薄(3mm),密封不好,汽、水互串,管程伴热水气化,系统水压快速升高(依然没发现明显水击现象)。(2)伴热系统密闭性好,流程短,系统保有水量少,加热后水体膨胀,且试运期间用户方的被伴热介质没有投加,系统没有热量消耗,导致管网压力升高。

采取了如下措施:(1)用便携式红外线测温仪对换热器封头温度进行监测。(2)在投用蒸汽升温过程中,压力异常升高后,在伴热水测适量。

结果:(1)温度无异常,换热器密封良好。(2)放空后伴热水温度上涨,同时可保证系统压力保持正常。

3 原因分析

查阅水膨胀的相关理论,可知水在密闭条件下加热体积相应增大。水分子在温度升高时,占据更大的空间,水的体积增大了,但是系统的总水量没有变化。换热站新建伴热水系统换热器容积大约4m3。计算可得,新建伴热水系统合计保有水量约为35.33m3。水温从70℃升到90℃,系统内水的体积增加约0.46235m3,故系统压力上涨。8月5日,09:30投换热器E1414蒸汽,系统温度上涨的同时压力缓慢上涨。10:15增大了蒸汽用量,伴热水压力快速上涨。在系统升温过程中,分别于09:50、10:15、11:09、11:40进行系统伴热水少量排放,DN20排水管,排出水量约0.5m3后系统压力恢复正常,与伴热水体积膨胀量基本吻合。

4 结语

伴热水系统小、行程短,而且密闭好不失水,当水被加热后体积急剧膨胀,加热速度越快膨胀越剧烈,系统压力快速上升,尤其当用户方面用热量很小,系统水压只升不降,甚至会导致安全阀起跳,换热器泄漏的生产事故。所以在伴热、采暖系统的设计、投用中,应重视水的膨胀系数,防止生产事故的发生。

摘要：在换热站新建伴热水系统投运过程中,投用汽水换热器加热蒸汽进行系统升温时,伴热水管网压力迅速升高,最高达到1.32MPa,远高于工艺指标。针对这一生产运行问题,技术人员多次投停系统,查找原因,查找资料,最终确定该问题与在密闭条件下水快速升温时体积膨胀的理论相符,然后在相应工况下,少量排放膨胀水量,解决了伴热水管网压力在系统升温时急剧升高的问题。

关键词：换热器,伴热系统,压力,水受热体积膨胀

参考文献

[1] 王晓红.化工原理[M].化学工业出版社:2009.

[2] 齐福江.动力工程师手册[M].中国标准出版社:1999.