1、供暖與供熱方式簡述

　　我國是供暖大國，按我國現(xiàn)行政策，集中供熱為城鎮(zhèn)最主要的供熱方式，而建筑物采暖的最主要方式仍為熱媒為熱水的散熱器供暖。由于城市集中供熱的出現(xiàn)，集中供熱的外網(wǎng)和建筑物內(nèi)的供暖系統(tǒng)逐步分為兩個技術范疇。所以，就建筑物內(nèi)采暖系統(tǒng)而言，由于熱源的不同，出現(xiàn)一戶一爐、一樓一爐、一區(qū)一爐及城市集中供熱的供暖系統(tǒng)等四種情況。其供熱方式可歸結為鍋爐直供和換熱器供熱兩類供熱方式。前者熱媒水通過鍋爐及散熱器實現(xiàn)循環(huán)；后者是換熱后的二次熱媒水通過散熱器與換熱器實現(xiàn)循環(huán)，而不與鍋爐直接相通。換熱器的熱源側與鍋爐實現(xiàn)一次熱媒水循環(huán)，或由蒸汽加熱。由于鍋爐和換熱器對熱媒水質的要求不同，所以處于以上兩種供熱方式下的散熱器，分別承受著不同水質的熱媒。鍋爐直供的供暖系統(tǒng)，水質按鍋爐水質控制；換熱器供熱的供暖系統(tǒng)，水質按換熱器控制，按密閉式循環(huán)冷卻水水質采用。至于那些水質特別惡劣的水（如一些地下水，某些工業(yè)廢水等），因其腐蝕性太強而不應作為供暖系統(tǒng)的熱媒用水。

　　2、我國現(xiàn)行標準中有關供暖水質的內(nèi)容

　　除個別地方法規(guī)外，我國目前尚無明確的采暖系統(tǒng)熱媒的水質要求�，F(xiàn)將現(xiàn)行標準中有關供暖水質的內(nèi)容簡述于后。

　　2.1工業(yè)鍋爐水質標準（GB1576-2001）

　　本標準中除了懸浮物、總硬度、含油量指標之外（從略），與供暖直接相關的水質要求為：爐外化學處理時：給水PH（25℃）≥7、溶解氧≤0.1mg/L；鍋水PH（25℃）為10~12，并規(guī)定額定功率<4.2MW的承壓鍋爐和常壓熱水鍋爐應盡量除氧；額定功率≥4.2MW的承壓熱水鍋爐應除氧。

　　2.2射頻式物理場水處理設備技術條件（HG/T3729-2004）

　　密閉式循環(huán)水（空調(diào)、供暖）應符合如下水質要求：酸堿度PH=7.5~9.5；總硬度（以CaCO3計）≤700mg/L；總堿度（以CaCO3計）≤500mg/L；鐵細菌≤100個/ml；含鐵Fe2+≤1.0mg/L.同時要求當系統(tǒng)中C1-、SO42-含量分別大于100mg/L或C1-+SO42->300mg/L時，特別是系統(tǒng)材質為不銹鋼、銅合金時應采取措施，控制其含量。處理后的水質，對緩蝕型（SF型）設備，碳鋼的年腐蝕速率應小于0.125mm/a，不銹鋼、銅合金的年腐蝕速率應小于0.005mm/a.

　　2.3工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范（GB50050-95）

　　換熱設備的冷卻水側管壁的腐蝕率，當工藝無要求時宜符合下列規(guī)定：碳鋼管壁的腐蝕率宜小于0.125mm/a，銅、銅合金和不銹鋼管壁的腐蝕率宜小于0.005mm/a.對敞開式循環(huán)冷卻水的水質要求如下：懸浮物（板式換熱器）≤10mg/L；PH=7~9.2；甲基橙堿度≤500mg/L；Ca2+=30~200mg/L；Fe2+<0.5mg/L；碳鋼換熱設備C1-≤1000mg/L；不銹鋼熱熱設備C1-≤300mg/L；C1-+SO42-≤1500mg/L；游離氧（在回水總管處）=0.5~1.0mg/L.密閉式循環(huán)系統(tǒng)的水質標準應根據(jù)生產(chǎn)工藝條件確定。

　　2.4城市熱力網(wǎng)設計規(guī)范（CJJ34-2002）

　　規(guī)定了以熱電廠和區(qū)域鍋爐房為熱源的熱水熱力網(wǎng)，補給水水質應符合，懸浮物≤5mg/L，總硬度≤0.6mmal/L，溶解氧≤0.1mg/L，PH=7~12.如為開式熱網(wǎng)，其補水水質除符合以上要求外，還應符合“生活飲用水衛(wèi)生標準”（GB5749）的規(guī)定。按以上四個標準的條文，結合供暖系統(tǒng)熱源情況的不同，大致可劃分為：

　�。�1）鍋爐直供的供暖系統(tǒng)，水質可按2.1和2.4控制；

　�。�2）換熱器供熱的供暖系統(tǒng)，水質可按2.2和2.4控制，兩者差別為2.4中有除氧要求（O2≤0.1mg/L），2.2中沒有除氧要求。對鋼制散熱器而言，只能按2.4要求的水質控制，方能控制氧腐蝕問題。銅、鋁及鑄鐵散熱器并不強調(diào)除氧，但除氧會更有利于減少腐蝕。

　　3、鋼制及銅管散熱器的均勻腐蝕分析

　　散熱器在熱水介質中的腐蝕，有均勻腐蝕和局部穿孔腐蝕兩種形態(tài)。對鋼制散熱器而言，工程中出現(xiàn)問題最嚴重的是局部穿孔腐蝕，這與材料、制造及水的含氧量等多種因素有關。本文先重點探討鋼、銅散熱器的均勻腐蝕問題。后面的分析，引用了暖通空調(diào)2004年第9期發(fā)表的“集中供暖主管道腐蝕速率測定及防腐蝕方法”的研究成果及北京科技大學的相關試驗數(shù)據(jù)。

　　3.1鋼制散熱器的均勻腐蝕分析

　　圖1為上述文獻中提供的鋼管在不同PH值的熱水介質中的相對腐蝕速率曲線圖。可以反映其腐蝕速率的變化。

　　上述結果是運行情況的水質檢測，水溫為80±10℃，工作壓力為0.35±0.5Mpa，硬度0.075mmol/L，熱網(wǎng)補水PH=6.7~7.3，堿度0.7mmol/L，C1-為110±10mg/L，補水未除氧。如果我們把圖1作為鋼在水中均勻腐蝕速率變化的趨勢分析圖，而按HG/T3729-2004所述在密閉循環(huán)水質條件下的年腐蝕率在PH=7.5~9.5時，為0.125mm/a.可以看出這一數(shù)值應當是針對PH=7.5而言，因為PH=7.5時的腐蝕速率約為PH=9時的兩倍以上。

　　分析圖1，可得出以下的認識：

　�。�1）在符合GB1576-2001的水質中，PH=10~12，O2≤0.1mg/L，這也正是鋼的鈍化區(qū)，鋼的年腐蝕率最低，應視為鋼制散熱器的適用區(qū)。

　�。�2）在PH=7.5~9.5的區(qū)域，鋼的年腐蝕率變比較大，隨著PH值的減小而升高，PH=7.5時的年腐蝕率約為PH=10時的四倍，此時，如執(zhí)行工業(yè)循環(huán)冷卻水相應標準（HG/T3729-2004、或GB50050-95）則無除氧的要求，這樣的水質對鋼制散熱器而言，只能視為可用區(qū)，要慎重的區(qū)別情況對待。顯然，薄壁（δ≤1.5mm）鋼制散熱器不適用于這一區(qū)域；厚壁（δ=2.5mm上下）鋼管散熱器尚可使用，按年腐蝕率0.125mm/a考慮，尚能達到與采暖系統(tǒng)所用鋼管等壽命的基本要求。我國散熱器行業(yè)“十一五”發(fā)展規(guī)劃已明確提出散熱器應努力實現(xiàn)十五年使用壽命的要求。但是，如果執(zhí)行CJJ34-2002標準，其在PH=7~12的范圍內(nèi)都要求除氧（O2≤0.1mg/L），這就滿足了鋼制散熱器（包括薄壁及厚壁）的使用條件，而成為鋼制散熱器的適用區(qū)。問題是PH=7.5~9.5是用于換熱器供熱系統(tǒng)的水質要求，而在此系統(tǒng)中極難實施除氧，很難保證O2≤0.1mg/L的要求，這就限制了鋼制散熱器的使用范圍，迫使一些生產(chǎn)廠家采用各種內(nèi)防腐措施，這又面對著如何才能做到全效防護的工藝技術問題。

　�。�3）對鋼制散熱器而言，比較關鍵的問題是控制水的溶解氧含量及保持較高的PH值兩大問題。按相關資料介紹，鋼的鈍化區(qū)為PH=9~12，北歐國家供暖水質的PH=9.5~10，而PH=8.2為德國工程師協(xié)會認為的極端下限。而從我國的調(diào)查情況看來，很大部分的供暖系統(tǒng)是在PH<9.0的狀態(tài)下運行，又加水的含氧量未予控制，這對鋼制散熱器是很不利的。水的溶解氧控制問題是極為嚴重的問題，我國相關標準中要求的O2≤0.1mg/L，盡管這已比北歐國家的標準低了很多，但目前在供暖系統(tǒng)中能達到的不多，有的高達5.3mg/L.所以需要采取補水除氧、系統(tǒng)密閉、控制PH值及滿水養(yǎng)護等措施。

　　3.2銅管散熱器均勻腐蝕分析

　　3.2.1銅管散熱器的年腐蝕速本文所指的銅管散熱器，包括現(xiàn)有的容水部件均為銅管的各式散熱器。

　　如銅鋁復合柱翼型、銅管鋁片對流型、銅管柱型、銅管衛(wèi)浴專用型散熱器等等。由于銅在水中的抗腐能力較強，所以這些散熱器也有很好的耐用性。

　　圖2是前述文獻提供的銅合金在90℃熱水中其腐蝕與水的PH值的關系圖。它反映了銅在水中腐蝕速率的變化趨勢。

　　從圖2可以看出銅在熱水中腐蝕速率隨水的PH值的變化，大致為下凹形拋物線，其最低點出現(xiàn)在PH=8.5附近，其后在兩翼都會升高。由于圖2未給出銅在水中的年腐蝕率數(shù)值和PH>11時的腐蝕速率值，特由北京科技大學對PH=12、水溫=85℃、不除氧時鋼及銅的年腐蝕率進行了試驗。本項試驗按正常要求應作90天以上，但由于時間的限制，本次只作了19天，其測試結果為初始階段的腐蝕情況，會高于90天測試的數(shù)值。測試結果為：鋼管的年腐蝕率為0.3874mm/a；紫銅管為0.0178mm/a，黃銅管為0.0212mm/a.鋼的腐蝕率高達紫銅的21倍。但如果供暖水質是按鍋爐要求的PH=10~12、O2≤0.1mg/L，則不僅是鋼制散熱器的適用條件，也會是銅質散熱器更為有利的使用條件，可更好的延長鋼、銅散熱器使用壽命。按HG/T3724-2004中所述在密閉式供暖循環(huán)水質條件下銅的年腐蝕率不高于0.005mm/a，結合圖2所示的銅的年腐蝕率變化趨勢，銅在PH=7.5~9.5的水質中，會有很長的耐蝕年限。

　　3.2.2銅管散熱器的使用壽命

　　散熱器采用的銅管，為TP2、TU2擠壓軋制拉伸紫銅管，不能用上引法生產(chǎn)的紫銅管，更不能用黃銅管。散熱器的使用年限等于壁厚計算中的腐蝕余量除以年腐蝕率。也就是在有效使用期內(nèi)，盡管因均勻腐蝕會使管壁減薄，但所余壁厚仍能保證散熱器的承壓能力，保證安全可靠的使用。對于φ20紫銅管、工作壓力1.0MPa時承壓所需的壁厚數(shù)值，按強度計算為0.246mm.在此基礎上，加上銅管的壁厚偏差≤0.04mm（銅管標準規(guī)定）、機械脹管時壁厚減薄量約為0.03mm（實測值為壁厚的5%上下），該項值總和為0.316mm.也就是說，只要保證這一壁厚，就可保證散熱器在壓力1.0MPa的條件下安全使用。我國現(xiàn)在推廣生產(chǎn)的銅鋁復合柱翼型散熱器，其立柱銅管的最小壁厚定為0.6mm，減去上述的承壓所需壁厚0.316mm，尚余0.284mm，這就是計算公式中的附加余量數(shù)值。根據(jù)北科大試驗所得數(shù)據(jù)，PH=12時的年腐蝕率為0.0178mm/a，兩者相除，約等于15年。這就說明，現(xiàn)有的銅鋁復合柱翼型散熱器，在高堿度水質，且未除氧的條件下仍可有15年的安全使用壽命。參照圖2，在PH7.5~9.5的中堿度水質條件下，如果年腐蝕率按0.005mm/a分析，可有50年的耐蝕年限，在此條件下留有充分的余地，也可保證散熱器的使用壽命30年以上。

　　4、不同材質的散熱器對供暖水質的適應性分析

　　我國目前的散熱器年需量約4.0億片（每片標準散熱量128W），鐵、鋼、銅、其他等四類散熱器的市場比率約為58：22：11：9.“十一五”后有可能逐步調(diào)整到37：37：17：9的市場比率，總產(chǎn)量將達5.0億片以上。隨著輕型散熱器，特別是鋼制散熱器的擴大，會更注重水質的保證。從工程使用的安全可靠角度出發(fā)，應當是多方面采取措施，共同創(chuàng)造和提供散熱器安全工作的良好條件。取其所長，合理選用，減少損失和浪費，保證散熱器有一定的使用壽命。根據(jù)以往的使用經(jīng)驗及本文以上的論述，我國現(xiàn)有的各類散熱器在不同水質條件下的使用情況及對水質的適應情況分析如下：

　　4.1鑄鐵散熱器可適應PH=7~12、不除氧的供暖水質，其腐蝕較輕。

　　4.2鋼制散熱器情況比較復雜，大致有以下幾種情況。

　�。�1）PH=10~12、O2≤0.1mg/L，這是鋼制散熱器的適用區(qū)，在此條件下，各種薄壁（δ=1.2~1.5mm）及厚壁（δ=2.5mm上下）的鋼制散熱器均可使用。

　　（2）PH=7.5~9.5或PH=10~12但不除氧的條件下，δ≤1.5mm的薄壁鋼制散熱器就不能適應。厚壁鋼制散熱器尚可使用。

　�。�3）在O2≤0.1mg/L的前提下，薄壁鋼制散熱器，可用于PH>8.5，厚壁鋼制散熱器可用于PH>7.5.

　　4.3銅管散熱器（包括銅鋁復合柱翼型、銅管鋁片對流型散熱器等），可以用于PH=7~12不除氧的熱水采暖系統(tǒng)，但其最佳適用區(qū)應為PH=7.5~10，這時的使用壽命最長，可達30年以上；PH=10~12可視為可用區(qū)，能有15年以上的使用壽命。對熱媒水中的C1-、SO42-含量必須控制。在熱媒水有除氧時會改善銅質散熱器的工作條件。

　　4.4鋁制散熱器按其材料特性，適用于PH=5~8.5的熱水采暖系統(tǒng)。高堿度水質時會產(chǎn)生嚴重的堿性腐蝕。此外，也要求對熱媒水中的C1-、SO42-進行控制。

　　4.5內(nèi)防腐型的鋼制及鋁制散熱器的耐蝕能力受工藝水平的影響很大。適宜的形體和良好的機加工工藝可保證內(nèi)腔光滑，有利于涂料涂裝或鍍膜的牢固；嚴格的予處理及涂裝、烘烤工藝、更是成敗的關鍵。良好而完善的內(nèi)涂（或鍍鎳）防腐，可以擴大鋼制或鋁制散熱器對水的PH值的適應性，擴大應用范圍。但不完善、不嚴格的內(nèi)涂防腐工藝，不能使產(chǎn)品達到完全防護，只可能是相對減少了腐蝕，這正是目前內(nèi)涂防腐技術的難點，有待于進一步研究、改進和提高。因此，內(nèi)防腐型鋼制或鋁制散熱器的使用范圍和可靠性，只能因廠而異，不能一概而論。目前，根據(jù)相關單位對形體適宜、內(nèi)防腐工藝嚴格的主要散熱器生產(chǎn)廠的產(chǎn)品使用情況調(diào)查統(tǒng)計，其內(nèi)防腐的不保證率，按片（柱）計算約在萬分之二以內(nèi)。如果全國各廠都達到這一水平，將對我國輕型散熱器的發(fā)展提供很大的支持。

　　5、對改善供暖水質及散熱器工作條件的幾點看法

　　5.1推廣密閉式供暖系統(tǒng)，不采用敞開式高位膨脹水箱以及與大氣相通的回水系統(tǒng)，避免采用滲氧塑料管道，減少漏水（及失水）率，保證系統(tǒng)中水的含氧量處于較低水平。主管部門應制定供暖系統(tǒng)安全運行規(guī)程及相應的管理規(guī)定，逐步提高供暖系統(tǒng)的運行管理水平。在大、中型熱網(wǎng)中，多數(shù)會遇到鋼、鐵、銅幾種散熱器混裝的情況，應當特別注意。

　　5.2研究與制定供暖水質標準。前述的工業(yè)鍋爐水質標準是偏重于鍋爐的要求；而密閉式循環(huán)冷卻水標準又不完全符合供暖水質的需要；現(xiàn)有的城市熱力網(wǎng)設計規(guī)范（CJJ34-2002）中僅對補充水的水質作了規(guī)定，而對熱網(wǎng)運行水質沒有明確要求。所以建議根據(jù)供暖系統(tǒng)的實際需要制定適合供暖要求的全國及地方水質標準，以使散熱器的使用和研究有所遵循，提高供暖的安全性。拒絕使用那些特別惡劣的水作為供暖熱媒用水。

　　5.3加強除氧、防蝕劑等新的水處理技術的研究，尋求價廉、有效、對散熱器（特別是鋼制散熱器）有利的水質控制新技術，使特殊處理的熱媒水成為供暖系統(tǒng)專用的工質，這樣既能減少腐蝕，又能減少失水。

　　5.4建筑物的采暖系統(tǒng)應盡量采用換熱器換熱的熱水供暖系統(tǒng)，把供暖系統(tǒng)與鍋爐供熱系統(tǒng)隔離，采取分而治之的策略。集中供熱的調(diào)峰鍋爐，最好亦能如此處理。

　　5.5由于供暖水質的全面改善還將有一個很長的時間過程，所以，散熱器生產(chǎn)廠應從嚴格選材開始，提高工藝水平和散熱器自身的耐蝕能力，擴大對水質的適應范圍，提供適應現(xiàn)實建設需要、安全可靠的產(chǎn)品，保證散熱器的使用壽命不低于15年。

　　5.6散熱器的選用及銷售，應首先明確和強調(diào)對熱媒水的要求，作到適銷對路。盡量減少工程建設和使用中因水質不對路而導致的損失，提高運行的可靠度。