摘　要：分析混水系统二级管网气蚀噪声的产生原因，提出通过排气和改变用户热力站控制方式两种方案来解决问题。

关键词：气蚀噪声；  混水系统；  二级管网

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

随着能源和环境问题日益突出，节能和环保引起全球关注，成为人类社会生存和发展的两大主题。混水系统作为一种更加节能的供热方案，得到了日益广泛的应用。混水系统工作原理见图1，将一级管网的高温水和二级管网的低温水在用户热力站不经过换热器按比例直接混合后供给热用户。

以青岛市敦化路区域供热蒸汽改高温水工程为例，本区域内原有的13座用户热力站以华电发电厂的蒸汽为热源，改造后新建l座高温水首站，13座用户热力站以首站高温水为热源，其中7座用户热力站采用混水系统供热(如图1所示)，6座用户热力站采用间接换热系统供热。该工程改造完成后，供暖面积将达到192.6×10⁴m²。在供热规模不变的情况下，与原供热方式相比，一级热力管网(高温水管网比蒸汽管网热损失率大幅度降低)改造后节约标准煤量为2125.9t／a，凝结水回收节约标准煤量为1497.4t／a，新建高温水首站增加电力能耗量折合节约标准煤量为-44.7t／a，综合计算这3项得出每年降低煤耗折合标准煤量为3578.6t／a，可减少二氧化硫排放量为74t／a，减少烟尘排放量为18t／a，减少氮氧化物排放量为37t／a，减少二氧化碳排放量为9198t／a。该项目的实施具有良好的节能效益和环境效益，符合国家环保政策，通过该项目的实施可全面提升企业的能源综合利用率，实现环境效益、社会效益和企业经济效益的协调统一。

但是该项目在投入运行之后，某用户热力站所供热区域却出现了个别用户家里有气蚀噪声的问题。下面针对这个问题进行分析。

2　气蚀噪声的危害

气蚀噪声包含气蚀和噪声污染两方面内容。热力管道大多采用Q2358和20号钢等材质钢管，而钢管很容易因为氧气的存在发生腐蚀，所以在非供热期热力管道均采取满水保养措施，目的就是为了杜绝空气进入管道引起腐蚀，影响管道的使用寿命。若热力管道在输送热水时，热水中存在气体，除了影响供热效果，还会因为气泡破裂等造成噪声污染，尤其是对个别热用户会造成不必要的困扰，影响居民生活环境。因此，杜绝气蚀噪声具有十分重要的意义。

3　气蚀噪声的成因

对于热力管道系统而言，气蚀噪声的根源是系统积气，而系统积气的成因主要有以下3个方面^[1-2]。

①系统充水前管道中存有空气

二级热力管网系统充水前，管道中存有空气。新建的二级热力管网，供热前需要对管网系统进行冲水，留存于管网中的气体随水流被排出。因此，此项气蚀噪声的成因不予考虑。

②水温升高时空气从水中分离

水中溶解空气，在水温升高时，空气从水中分离。

对于二级热力管网系统而言，运行过程中普遍存在跑、冒、滴、漏现象，为了正常运行，必须对二级热力管网系统进行补水。而二级热力管网的补水大都来自于常温自来水，在混入二级热力管网系统的过程中，溶解在水中的空气从水中分离。

下面分析混水系统与间接换热系统相比更容易产生气体的原因。间接换热系统工作原理见图2。

图2中，一级热力管网的高温水和二级热力管网的低温水在用户热力站经过换热器间接换热后供给热用户。而混水系统中(见图l)，一级热力管网的高温水和二级热力管网的低温水在用户热力站不经过换热器，而是直接混合后供给热用户。与间接换热系统相比，混水系统更容易因为水温的突然升高而产生气体。

③压力降低时空气从水中分离

当水压力降低时，空气从水中分离。

混水系统采用高温水首站统一定压以及高温水首站统一补水，而间接换热系统则是采用各个用户热力站分别定压和各个用户热力站分别补水。对于新建的二级热力管网系统，混水系统和间接换热系统一般都不会出现因为失水而引起压力波动。但是对于一些老旧二级热力管网系统，失水、漏水现象比较严重，此时，间接换热系统的补水比混水系统更为及时且不会影响到其他用户热力站，压力不会出现明显波动，而混水系统的压力则因为首站的补水不能及时传递到各个用户热力站而出现十分明显的波动。

由此对比可以看出，混水系统比间接换热系统更容易因为压力波动而产生气体。

综上分析，间接换热系统与混水系统都会存在气蚀噪声问题，但是由于混水系统是直供系统，因此，积气现象以及由此造成的气蚀噪声问题就会更加明显，而有效排出积气是混水系统良好运行的重要前提之一。

4　解决气蚀噪声的方案

4．1　机械装置排气

对于热力管网系统中存有的空气，常见的机械装置排气方式有如下3种。

①在用户端设置排气阀

排气阀包括手动和自动两种形式，手动排气阀在排出气体后水会从排气口流出，因此排气时需有人在旁边监视；而自动排气阀在排出气体后会自动关闭阀门，有效节省人力。

②在一级和二级热力管道高点设置排气阀

首先确定各段热力管道的最高点，然后在各段热力管道的最高点设置排气阀。

③在首站或用户热力站设置真空脱气机

根据亨利定律^[3]，气体在水中的溶解度与水温和压力相关。在一定温度下，气体溶解度与气体的压力成正比。在一定的压力下，水温降低，气体溶解度增加；水温升高，气体溶解度降低。当降低水面的压力时，则可在较低水温下，使溶于水中的气体析出，从而除去水中的气体。真空脱气(脱氧)机就是通过在机器中产生真空，将水中的游离气和溶解气释放出来，再通过自动排气阀排出系统，脱气后的水再注入系统。真空脱气(脱氧)机不断通过旁通管路抽取热力管网的供水，脱气后再注入热力管网，如此循环往复、连续运行，直到将水中的气体排除干净。

对于混水系统中存有的空气，在运行一段时间之后，通过装设在管路系统中的排气阀、真空脱气机等设备基本可以排除。但是由于敦化路区域二级热力管网是运行了多年的老系统，跑、冒、滴、漏现象十分严重，在未进行改造前各个用户热力站补水量见表1，其余的6个间接换热热力站补水不通过高温水首站补水。整个敦化路区域二级热力管网的循环水量是1745t／h，通过高温水首站对二级热力管网的补水量应为45.7t／h，虽然补水率达到2.6％，但是此工程的补水主要来自于首站水箱内约70℃凝结水，而凝结水温度与一级热力管网回水温度相近，其补入一级热力管网不会造成因水温骤变而出现气体析出。通过以上分析，该改造工程中某用户热力站所供区域个别用户出现的气蚀噪声可以确定是压力不稳造成的系统积气。

出现气蚀噪声问题的某用户热力站工艺流程见图1。该用户热力站采用的控制方式是温控，即通过检测二级热力管网供水温度，来调节一级热力管网供水管路上的电动调节阀开度，从而控制一级热力管网的供水流量。而二级热力管网流量恒定，一级热力管网的供水流量直接影响到二级热力管网的供水温度，不同的电动调节阀开度对应不同的二级热力管网供水温度，从而实现二级热力管网的实际供水温度与设定的二级热力管网供水温度曲线一致，满足供热需求。

当二级热力管网失水严重时，二级热力管网供水温度由此升高，为了保持设定的供水温度，电动调节阀开度减小，二级热力管网供水压力降低，窄气从水中分离，从而造成个别用户家罩出现气蚀噪声问题。在对现有老旧管网没有办法及时找出漏点进行大修的情况下，解决方案就是改变控制方式，将原来的温控方式改为温控和压控联合控制的方式。

当图1所示用户热力站存在严重的失水现象时，出现了明显的压力不稳，而采取的控制方式依然是间接换热系统采用的温控方式，即根据室外温度以及二级热力管网的供水温度，来调节一级热力管网上的电动调节阀开度，显然这种温控方式已经不能满足工程实际。对于一个良好的混水系统，温度控制方式是合理的，但是对于失水现象严重的混水系统，高温水首站的补水定压满足不了各个用户热力站的要求，这时较好的解决办法就是根据各用户热力站自身实际需要，通过温控和压控联合控制的方式来满足供热需求。

混水系统温控和压控联合控制方式工作原理见图3，在一级热力管网供水管上设置压力控制的电动调节阀1，在一级热力管网回水管上设置温度控制的电动调节阀2。压力控制是通过检测二级热力管网回水压力，来调节一级热力管网供水管上的电动调节阀1开度，使二级热力管网回水压力满足所供小区基本的定压要求。当二级热力管网的回水压力低于该用户热力站所需的定压值时，电动调节阀1开度增大；当二级热力管网的回水压力高于该用户热力站所需的定压值时，电动调节阀1开度减小。温度控制的电动调节阀2通过检测二级热力管网供水温度是否满足设定值来调节开度，当二级热力管网的供水温度低于设定值时，增大电动调节阀2开度；反之，减小电动调节阀2开度。通过温控和压控联合控制的方式，一方面稳定了混水系统的压力，杜绝气体由于压力波动而析出；另一方面也满足了温度控制的要求。

以3号用户热力站为例，二级热力管网回水压力为0.38MPa时可以达到满意的供热效果，那么将一级热力管网供水管上的电动调节阀的控制程序加以修改，把原来根据温度曲线调节开度改为根据二级热力管网回水压力值调节开度，并在一级热力管网回水管上加设一个温度控制的电动调节阀。在更改了控制程序后，此用户热力站在运行一段时间后发现用户反映的气蚀噪声问题得到了很好的改善，且温度也在正常的范围内波动，供热效果良好。

5　结论

混水系统由于其直连方式，比间接换热系统更容易因为温度突变和压力不稳致使热力管网系统中气体析出，造成气蚀噪声。对于由于温度突变造成的气体析出，解决的办法就是在合适的位置设置排气阀和真空脱气机等设备。对于压力不稳造成的气体析出，则需要从控制方式上加以改变，即将传统的温控方式改为温控和压控联合控制的方式，将二级热力管网回水压力作为控制信号调节一级热力管网供水管上的电动调节阀开度，将二级热力管网供水温度作为控制信号调节一级热力管网回水管上的电动调节阀开度，从而在保证供热效果的前提下有效地减少气蚀噪声。

参考文献：

[1]李广智．热水供暖系统的积气和排气[J]．暖通空调，1999(4)：72-73．

[2]李风英，张金才．热水采暖系统中产生气体的原因及解决方法[J]．电站系统工程，2001，17(6)：347．

[3]吴怡青．对热水采暖系统水中气体的探讨[J]．区域供热，2011(1)：6-7．

本文作者：宋煦亚  秦敬韩  王望

作者单位：青岛能源设计研究院有限公司