空氣源熱水系統(tǒng)水溫不穩(wěn)定故障分析

楊建生，熊 鋒

（1.大竹縣堡子礦業(yè)有限責(zé)任公司，四川大竹 635118；2.四川達(dá)竹煤電（集團(tuán)）公司柏林煤礦，四川大竹 635117）

1 空氣源熱水系統(tǒng)技改簡介

（1）根據(jù)川發(fā)改能源[2017]459號文件要求，堡子煤礦立即啟動了燃煤鍋爐改造為空氣源熱水系統(tǒng)的技改計劃。堡子煤礦原有2臺2.5 t/h的燃煤熱水鍋爐和1臺0.5 t/h燃煤開始鍋爐，每年需燃燒約900 t原煤（5—10月每天約2 t，11—4月每天約3 t），不僅影響礦區(qū)環(huán)境衛(wèi)生，而且燃煤鍋爐所燒的原煤又是堡子煤礦煤質(zhì)較好的原煤，市場價格約350元/t，全年燃燒煤炭的費(fèi)用約31.5萬元。為徹底解決燃煤鍋爐對礦區(qū)環(huán)境的影響，以及節(jié)約企業(yè)成本，堡子煤礦于2017年12月完成了燃煤鍋爐技改空氣源熱水系統(tǒng)的改造。

（2）方案說明。堡子煤礦空氣源熱水系統(tǒng)設(shè)計要求:每天洗浴人數(shù)約400人次，設(shè)計每人每天使用（150～200）L，熱水最大用水量約為60 t，單次滿足（130～150）人的淋浴洗澡，年平均每天熱水用量為30 t。設(shè)計保溫水箱水量為原燃煤鍋爐的2個20 t保溫水箱在本次工作中利用，空氣源機(jī)組采用6臺某型主機(jī)配置2個2.5 t不銹鋼工作水箱安裝在調(diào)度樓頂，工作水箱熱水出水口略高于2個20 t保溫水箱熱水進(jìn)水口，當(dāng)水溫達(dá)到春秋季節(jié)為48℃、夏季為45℃、冬季為53℃、機(jī)組設(shè)定最高溫度為55℃時，熱水自流至原有的2個20 t保溫水箱中。澡堂洗浴用熱水、冷水供水方式保持原有熱水、冷水管道不變?？諝庠礋崴畽C(jī)組所需的加熱用水，取至安裝在調(diào)度樓底的一根Φ63 mm主水管上分接一根Φ32 mm的支管（按增壓泵吸水口徑配置），在支管上安裝一臺冷水自動增壓泵（按設(shè)計配置）向主機(jī)供應(yīng)冷水，滿足整個機(jī)組加熱用水的正常供應(yīng)。

（3）統(tǒng)熱負(fù)荷計算。設(shè)計熱水用量平均每天為30 t。熱水工程設(shè)計要求每臺機(jī)組在平均標(biāo)準(zhǔn)工況下每天工作（8～16）h。本次方案以冬季實(shí)際情況參數(shù)為標(biāo)的按熱水機(jī)組平均每天12 h計算。主機(jī)制熱量為每天將總用水量由10℃的自來水加熱成 55 ℃的熱水所需的熱量：Qd=c×m×（t2-t1）=1×60×1000×（55-10）=2 700 000 kcal，其中，Qd是日耗熱量（W）；c是水比熱，取 1 kcal/kg·℃；m 是設(shè)計緩存水量（kg）；t2是熱水溫度，取55℃；t1是冷水溫度，取10℃。

（4）熱水部分主機(jī)配置。根據(jù)冬季實(shí)際情況來配備機(jī)組，在冬季平均氣溫為8℃時，該型熱水機(jī)組的COP值為3.8，熱水機(jī)組每天運(yùn)行時間為（8～20）h，按12 h計算，則系統(tǒng)需要配置的機(jī)組的輸入功率為：N=Qd÷3.8÷860÷12=2 700 000 0÷3.8÷860÷12=68.8 kW。

（5）水箱配置。保溫水箱的技術(shù)性能要求：保溫水箱的內(nèi)膽和外殼采用某型號進(jìn)口食品級不銹鋼制成，內(nèi)膽頂部厚度1.2 mm；底部厚度2.0 mm；側(cè)面厚度，上半部厚度1.5 mm；下半部厚度2.0 mm。外殼厚度0.8 mm。保溫層：中間為聚氨酯發(fā)泡保溫，厚度50 mm。水箱焊縫用氬弧焊焊接，焊接處經(jīng)過鈍化處理。

2 空氣源熱水機(jī)組水溫水時冷時熱原因分析及技改方式

職工澡堂洗澡熱水來自樓頂2個20 t保溫水箱，冷水來自樓底的Φ63 mm主水管道，洗澡時職工通過冷熱水開關(guān)調(diào)節(jié)至適宜自身洗澡所需的溫度。但在職工洗浴過程中，經(jīng)常感覺水溫不斷在變化，有時冷得不得了，有時又熱得不得了。廠家技術(shù)人員從空氣源熱泵主機(jī)、熱水循環(huán)泵、冷水自動增壓泵、保溫水箱、保溫水箱至澡堂冷熱管道等自身角度進(jìn)行了多次檢查分析，未發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)存在問題。并在保留利用下來的兩個保溫水箱外壁分別增加了一組溫度傳感器，當(dāng)2個保溫水箱的水溫低于設(shè)定值后，系統(tǒng)自動將2個保溫水箱中的熱水再次循環(huán)加熱至設(shè)定溫度。其次，將熱水水溫從之前的設(shè)定53℃調(diào)整至50℃，降低熱水水溫，減少加熱時間，增加熱水水量，但洗澡水依舊時冷時熱。

其次，同廠家技術(shù)人員從空氣源主機(jī)所產(chǎn)熱水量進(jìn)行分析，該型空氣能主機(jī)每臺額定產(chǎn)熱水量410 L/h，廠家按堡子煤礦最大熱水用水量60 t的需求設(shè)計配置為6臺，實(shí)際配置了5臺該型機(jī)組，1 h可產(chǎn)熱水2.05 t，每天可產(chǎn)熱水量49.5 t，廠家在兩個工作水箱中分別增加了一組1.5 kW發(fā)熱管，使整個空氣源機(jī)組可滿足堡子煤礦最大熱水用水量60 t的需求。但實(shí)際運(yùn)行過程中，堡子煤礦屬地冬季氣溫在（0～10）℃左右，有時甚至更低，5臺主機(jī)加兩組1.5 kW的發(fā)熱管，在實(shí)際運(yùn)行過程中不能滿足要求。為保證熱水用量，決定按原設(shè)計要求增加1臺產(chǎn)熱水量410 L/h的主機(jī)，并將空氣能機(jī)組兩個保溫水箱內(nèi)發(fā)熱管從之前的1.5 kW分別增加至3 kW，這樣6臺主機(jī)每天正常工作可產(chǎn)熱水量約59 t，加上兩個保溫水箱中的各自的一組3 kW發(fā)熱管，在冬季同時工作，確保了在冬季的最大熱水量，但洗澡水時冷時熱的現(xiàn)象依舊存在。

經(jīng)過長時間對空氣源熱泵主機(jī)、熱水循環(huán)泵、冷水自動增壓泵、保溫水箱、保溫水箱至澡堂冷熱管道等各環(huán)節(jié)的觀察分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)安裝在樓底主水管上分接支管的冷水自動增壓泵向主機(jī)供應(yīng)冷水時，不僅調(diào)節(jié)好的洗澡水溫會突然變熱，而且調(diào)度樓其他開著的冷水水龍頭的冷水水量也會突然變小，有時甚至突然不出水；當(dāng)洗澡人員將洗澡水溫調(diào)低后，冷水自動增壓泵停止向主機(jī)供應(yīng)冷水時，不僅調(diào)節(jié)好的洗澡水溫會突然變熱，而且調(diào)度樓其他開著的冷水水龍頭的冷水也會恢復(fù)正常。就該現(xiàn)象進(jìn)行試驗(yàn)，其他各處正常用水，將冷水增壓泵進(jìn)水端撤開，用容器法測得其管道出口流量約為7.88 m3/h。空氣源系統(tǒng)設(shè)計配置的冷水增壓泵型號為XCm40/160A，楊程為32 m，流量為13 m3/h，其增壓泵額定工作流量大于其進(jìn)水管端處冷水流量。因此，當(dāng)冷水增壓泵工作時，將調(diào)度樓處主水管中的冷水突然抽走了大部分，致使已調(diào)整好的洗澡水溫因主水管道中冷水突然減少而突然變熱，當(dāng)將變熱的洗澡水調(diào)整至洗澡所需溫度后，冷水自動增壓泵又停止工作，主水管道冷水恢復(fù)到原來狀態(tài)，使再次調(diào)整好的洗澡水溫因冷水增加而變冷。

3 空氣源熱水機(jī)組冷水供水系統(tǒng)改造方案

利用原燃煤鍋爐房中的1個4 m3的熱水水箱，作為空氣源熱水機(jī)組的冷水供應(yīng)水箱。為防止時間過長水箱底部沉底淤泥等其他雜質(zhì)，在水箱底部設(shè)計安裝了一個DN100 mm型閘閥作為排污時使用；然后從本棟樓主水管道分接一根Φ32 mm的PVC管直接至改造后的冷水水箱上部，為使冷水箱的冷水能夠?qū)崿F(xiàn)自動開停，在冷水箱進(jìn)水管道出口與水箱結(jié)合處，設(shè)計安裝了一個DN30 mm型浮球閥自動控制其開停；再將空氣源熱水機(jī)組的冷水自動增壓泵進(jìn)水側(cè)管道，從原管道改到冷水供應(yīng)水箱底部高于排污閘閥100 mm處的出水管道DN50 mm型閘閥上，使空氣源熱水機(jī)組所需加熱的冷水不直接從主水管道上抽取，已解決空氣源熱水機(jī)組的冷水自動加壓泵從主水管道直接抽取時，造成洗澡水溫時冷時熱現(xiàn)象的發(fā)生。

為避免冷水供水系統(tǒng)因浮球閥堵塞，或其他原因來水不足，造成冷水增壓泵吸空現(xiàn)象，又在冷水增壓泵泵體上自制了一套超溫自動報警自鎖并停機(jī)保護(hù)裝置，該溫度傳感器在溫度40℃以下時為常開狀態(tài)，溫度高于40℃以上時為常閉狀態(tài)。當(dāng)冷水自動增壓泵因吸空導(dǎo)致泵體溫度升高至溫度傳感器動作溫度時，溫度傳感器控制觸點(diǎn)閉合，使安裝在調(diào)度樓外墻的蜂鳴器發(fā)出報警信號，以提醒工作人員及時到現(xiàn)場進(jìn)行處理，并及時停止增壓泵工作，只有人為解除其報警自鎖后，增壓泵才可恢復(fù)正常工作。

4 結(jié)語

由于空氣源熱水機(jī)組所需加熱的冷水不再從調(diào)度樓處冷水主水管道上直接抽取，而是從冷水水箱中抽取。當(dāng)冷水增壓泵工作時，浮球閥的浮球隨冷水箱中的水面逐漸下降，浮球閥控制開關(guān)逐漸打開，進(jìn)水管中的冷水逐漸向冷水箱補(bǔ)水，冷水箱的容積保證了冷水自動增壓泵連續(xù)供水需求。這樣整個供水過程主水管的冷水不是突然被吸走，而是逐漸向冷水箱自然供應(yīng)冷水。因此，對洗澡時已調(diào)整好的水溫基本沒有影響。徹底解決了洗澡水溫時冷時熱現(xiàn)象，使堡子煤礦廣大職工徹底擺脫了洗澡時水冷或水燙帶來的痛苦，保證了空氣源熱水系統(tǒng)在堡子煤礦的正常使用。另外新增的一套自制超溫自動報警自鎖并停機(jī)保護(hù)裝置，進(jìn)一步增加了冷水供應(yīng)系統(tǒng)有的安全可靠性。2018年空氣源機(jī)組全年用電電費(fèi)為17.75萬元，較燃煤鍋爐耗煤費(fèi)用約31.5萬元，節(jié)約費(fèi)用約13.75萬元。