1、供暖與供熱方式簡(jiǎn)述

　　我國是供暖大國，按我國現行政策，集中供熱為城鎮最主要的供熱方式，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，集中供熱的外網(wǎng)和建筑物內的供暖系統逐步分為兩個(gè)技術(shù)范疇。所以，就建筑物內采暖系統而言，由于熱源的不同，出現一戶(hù)一爐、一樓一爐、一區一爐及城市集中供熱的供暖系統等四種情況。其供熱方式可歸結為鍋爐直供和換熱器供熱兩類(lèi)供熱方式。前者熱媒水通過(guò)鍋爐及散熱器實(shí)現循環(huán)；后者是換熱后的二次熱媒水通過(guò)散熱器與換熱器實(shí)現循環(huán)，而不與鍋爐直接相通。換熱器的熱源側與鍋爐實(shí)現一次熱媒水循環(huán)，或由蒸汽加熱。由于鍋爐和換熱器對熱媒水質(zhì)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(zhù)不同水質(zhì)的熱媒。鍋爐直供的供暖系統，水質(zhì)按鍋爐水質(zhì)控制；換熱器供熱的供暖系統，水質(zhì)按換熱器控制，按密閉式循環(huán)冷卻水水質(zhì)采用。至于那些水質(zhì)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的熱媒用水。

　　2、我國現行標準中有關(guān)供暖水質(zhì)的內容

　　除個(gè)別地方法規外，我國目前尚無(wú)明確的采暖系統熱媒的水質(zhì)要求�，F將現行標準中有關(guān)供暖水質(zhì)的內容簡(jiǎn)述于后。

　　2.1工業(yè)鍋爐水質(zhì)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(guān)的水質(zhì)要求為：爐外化學(xué)處理時(shí)：給水PH（25℃）≥7、溶解氧≤0.1mg/L；鍋水PH（25℃）為10~12，并規定額定功率<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(chǎng)水處理設備技術(shù)條件（HG/T3729-2004）

　　密閉式循環(huán)水（空調、供暖）應符合如下水質(zhì)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(gè)/ml；含鐵Fe2+≤1.0mg/L.同時(shí)要求當系統中C1-、SO42-含量分別大于100mg/L或C1-+SO42->300mg/L時(shí)，特別是系統材質(zhì)為不銹鋼、銅合金時(shí)應采取措施，控制其含量。處理后的水質(zhì)，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)冷卻水處理設計規范（GB50050-95）

　　換熱設備的冷卻水側管壁的腐蝕率，當工藝無(wú)要求時(shí)宜符合下列規定：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(kāi)式循環(huán)冷卻水的水質(zhì)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)系統的水質(zhì)標準應根據生產(chǎn)工藝條件確定。

　　2.4城市熱力網(wǎng)設計規范（CJJ34-2002）

　　規定了以熱電廠(chǎng)和區域鍋爐房為熱源的熱水熱力網(wǎng)，補給水水質(zhì)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(kāi)式熱網(wǎng)，其補水水質(zhì)除符合以上要求外，還應符合“生活飲用水衛生標準”（GB5749）的規定。按以上四個(gè)標準的條文，結合供暖系統熱源情況的不同，大致可劃分為：

　�。�1）鍋爐直供的供暖系統，水質(zhì)可按2.1和2.4控制；

　�。�2）換熱器供熱的供暖系統，水質(zhì)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(méi)有除氧要求。對鋼制散熱器而言，只能按2.4要求的水質(zhì)控制，方能控制氧腐蝕問(wèn)題。銅、鋁及鑄鐵散熱器并不強調除氧，但除氧會(huì )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(zhì)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，工程中出現問(wèn)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(guān)。本文先重點(diǎn)探討鋼、銅散熱器的均勻腐蝕問(wèn)題。后面的分析，引用了暖通空調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(xué)的相關(guān)試驗數據。

　　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(zhì)中的相對腐蝕速率曲線(xiàn)圖�？梢苑从称涓�蝕速率的變化。

　　上述結果是運行情況的水質(zhì)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(zhì)條件下的年腐蝕率在PH=7.5~9.5時(shí)，為0.125mm/a.可以看出這一數值應當是針對PH=7.5而言，因為PH=7.5時(shí)的腐蝕速率約為PH=9時(shí)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(zhì)中，PH=10~12，O2≤0.1mg/L，這也正是鋼的鈍化區，鋼的年腐蝕率最低，應視為鋼制散熱器的適用區。

　�。�2）在PH=7.5~9.5的區域，鋼的年腐蝕率變比較大，隨著(zhù)PH值的減小而升高，PH=7.5時(shí)的年腐蝕率約為PH=10時(shí)的四倍，此時(shí)，如執行工業(yè)循環(huán)冷卻水相應標準（HG/T3729-2004、或GB50050-95）則無(wú)除氧的要求，這樣的水質(zhì)對鋼制散熱器而言，只能視為可用區，要慎重的區別情況對待。顯然，薄壁（δ≤1.5mm）鋼制散熱器不適用于這一區域；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)展規劃已明確提出散熱器應努力實(shí)現十五年使用壽命的要求。但是，如果執行CJJ34-2002標準，其在PH=7~12的范圍內都要求除氧（O2≤0.1mg/L），這就滿(mǎn)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。問(wèn)題是PH=7.5~9.5是用于換熱器供熱系統的水質(zhì)要求，而在此系統中極難實(shí)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(chǎng)家采用各種內防腐措施，這又面對著(zhù)如何才能做到全效防護的工藝技術(shù)問(wèn)題。

　�。�3）對鋼制散熱器而言，比較關(guān)鍵的問(wèn)題是控制水的溶解氧含量及保持較高的PH值兩大問(wèn)題。按相關(guān)資料介紹，鋼的鈍化區為PH=9~12，北歐國家供暖水質(zhì)的PH=9.5~10，而PH=8.2為德國工程師協(xié)會(huì )認為的極端下限。而從我國的調查情況看來(lái)，很大部分的供暖系統是在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(wèn)題是極為嚴重的問(wèn)題，我國相關(guān)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、系統密閉、控制PH值及滿(mǎn)水養護等措施。

　　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、銅管衛浴專(zhuān)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(guān)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(xiàn)，其最低點(diǎn)出現在PH=8.5附近，其后在兩翼都會(huì )升高。由于圖2未給出銅在水中的年腐蝕率數值和PH>11時(shí)的腐蝕速率值，特由北京科技大學(xué)對PH=12、水溫=85℃、不除氧時(shí)鋼及銅的年腐蝕率進(jìn)行了試驗。本項試驗按正常要求應作90天以上，但由于時(shí)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(huì )高于90天測試的數值。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(zhì)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(huì )是銅質(zhì)散熱器更為有利的使用條件，可更好的延長(cháng)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(zhì)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(zhì)中，會(huì )有很長(cháng)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T(mén)P2、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，盡管因均勻腐蝕會(huì )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(shí)承壓所需的壁厚數值，按強度計算為0.246mm.在此基礎上，加上銅管的壁厚偏差≤0.04mm（銅管標準規定）、機械脹管時(shí)壁厚減薄量約為0.03mm（實(shí)測值為壁厚的5%上下），該項值總和為0.316mm.也就是說(shuō)，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值。根據北科大試驗所得數據，PH=12時(shí)的年腐蝕率為0.0178mm/a，兩者相除，約等于15年。這就說(shuō)明，現有的銅鋁復合柱翼型散熱器，在高堿度水質(zhì)，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(zhì)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(zhì)的散熱器對供暖水質(zhì)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(lèi)散熱器的市場(chǎng)比率約為58：22：11：9.“十一五”后有可能逐步調整到37：37：17：9的市場(chǎng)比率，總產(chǎn)量將達5.0億片以上。隨著(zhù)輕型散熱器，特別是鋼制散熱器的擴大，會(huì )更注重水質(zhì)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(cháng)，合理選用，減少損失和浪費，保證散熱器有一定的使用壽命。根據以往的使用經(jīng)驗及本文以上的論述，我國現有的各類(lèi)散熱器在不同水質(zhì)條件下的使用情況及對水質(zhì)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(zhì)，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，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，但其最佳適用區應為PH=7.5~10，這時(shí)的使用壽命最長(cháng)，可達30年以上；PH=10~12可視為可用區，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(shí)會(huì )改善銅質(zhì)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。高堿度水質(zhì)時(shí)會(huì )產(chǎn)生嚴重的堿性腐蝕。此外，也要求對熱媒水中的C1-、SO42-進(jìn)行控制。

　　4.5內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(guān)鍵。良好而完善的內涂（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，這正是目前內涂防腐技術(shù)的難點(diǎn)，有待于進(jìn)一步研究、改進(jìn)和提高。因此，內防腐型鋼制或鋁制散熱器的使用范圍和可靠性，只能因廠(chǎng)而異，不能一概而論。目前，根據相關(guān)單位對形體適宜、內防腐工藝嚴格的主要散熱器生產(chǎn)廠(chǎng)的產(chǎn)品使用情況調查統計，其內防腐的不保證率，按片（柱）計算約在萬(wàn)分之二以?xún)�。如果全國各廠(chǎng)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(zhì)及散熱器工作條件的幾點(diǎn)看法

　　5.1推廣密閉式供暖系統，不采用敞開(kāi)式高位膨脹水箱以及與大氣相通的回水系統，避免采用滲氧塑料管道，減少漏水（及失水）率，保證系統中水的含氧量處于較低水平。主管部門(mén)應制定供暖系統安全運行規程及相應的管理規定，逐步提高供暖系統的運行管理水平。在大、中型熱網(wǎng)中，多數會(huì )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(zhì)標準。前述的工業(yè)鍋爐水質(zhì)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(zhì)的需要；現有的城市熱力網(wǎng)設計規范（CJJ34-2002）中僅對補充水的水質(zhì)作了規定，而對熱網(wǎng)運行水質(zhì)沒(méi)有明確要求。所以建議根據供暖系統的實(shí)際需要制定適合供暖要求的全國及地方水質(zhì)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(shù)的研究，尋求價(jià)廉、有效、對散熱器（特別是鋼制散熱器）有利的水質(zhì)控制新技術(shù)，使特殊處理的熱媒水成為供暖系統專(zhuān)用的工質(zhì)，這樣既能減少腐蝕，又能減少失水。

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

　　5.5由于供暖水質(zhì)的全面改善還將有一個(gè)很長(cháng)的時(shí)間過(guò)程，所以，散熱器生產(chǎn)廠(chǎng)應從嚴格選材開(kāi)始，提高工藝水平和散熱器自身的耐蝕能力，擴大對水質(zhì)的適應范圍，提供適應現實(shí)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(xiāo)售，應首先明確和強調對熱媒水的要求，作到適銷(xiāo)對路。盡量減少工程建設和使用中因水質(zhì)不對路而導致的損失，提高運行的可靠度。