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(shù)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(jié)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(cè)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(zhì)的要求不同，所以處于以上兩種供熱方式下的散熱器，分別承受著不同水質(zhì)的熱媒。鍋爐直供的供暖系統(tǒng)，水質(zhì)按鍋爐水質(zhì)控制；換熱器供熱的供暖系統(tǒng)，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(qiáng)而不應(yīng)作為供暖系統(tǒng)的熱媒用水。

　　2、我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)供暖水質(zhì)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(zhì)要求�，F(xiàn)將現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)供暖水質(zhì)的內(nèi)容簡述于后。

　　2.1工業(yè)鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB1576-2001）

　　本標(biāo)準(zhǔn)中除了懸浮物、總硬度、含油量指標(biāo)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：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(yīng)盡量除氧；額定功率≥4.2MW的承壓熱水鍋爐應(yīng)除氧。

　　2.2射頻式物理場水處理設(shè)備技術(shù)條件（HG/T3729-2004）

　　密閉式循環(huán)水（空調(diào)、供暖）應(yīng)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(xì)菌≤100個/ml；含鐵Fe2+≤1.0mg/L.同時要求當(dāng)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(zhì)為不銹鋼、銅合金時應(yīng)采取措施，控制其含量。處理后的水質(zhì)，對緩蝕型（SF型）設(shè)備，碳鋼的年腐蝕速率應(yīng)小于0.125mm/a，不銹鋼、銅合金的年腐蝕速率應(yīng)小于0.005mm/a.

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

　　換熱設(shè)備的冷卻水側(cè)管壁的腐蝕率，當(dāng)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(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(shè)備C1-≤1000mg/L；不銹鋼熱熱設(shè)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(zhì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝條件確定。

　　2.4城市熱力網(wǎng)設(shè)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(bǔ)給水水質(zhì)應(yīng)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(bǔ)水水質(zhì)除符合以上要求外，還應(yīng)符合“生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)”（GB5749）的規(guī)定。按以上四個標(biāo)準(zhǔn)的條文，結(jié)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(zhì)可按2.1和2.4控制；

　　（2）換熱器供熱的供暖系統(tǒng)，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，方能控制氧腐蝕問題。銅、鋁及鑄鐵散熱器并不強(qiáng)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(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(xiàn)問題最嚴(yán)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(xué)的相關(guān)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(xiàn)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圖�？梢苑从称涓�蝕速率的變化。

　　上述結(jié)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(bǔ)水PH=6.7~7.3，堿度0.7mmol/L，C1-為110±10mg/L，補(bǔ)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，為0.125mm/a.可以看出這一數(shù)值應(yīng)當(dāng)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(rèn)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(qū)，鋼的年腐蝕率最低，應(yīng)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(yīng)標(biāo)準(zhǔn)（HG/T3729-2004、或GB50050-95）則無除氧的要求，這樣的水質(zhì)對鋼制散熱器而言，只能視為可用區(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(dá)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)，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(zhì)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(hù)的工藝技術(shù)問題。

　�。�3）對鋼制散熱器而言，比較關(guān)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(guān)資料介紹，鋼的鈍化區(qū)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)會認(rèn)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(yán)重的問題，我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中要求的O2≤0.1mg/L，盡管這已比北歐國家的標(biāo)準(zhǔn)低了很多，但目前在供暖系統(tǒng)中能達(dá)到的不多，有的高達(dá)5.3mg/L.所以需要采取補(bǔ)水除氧、系統(tǒng)密閉、控制PH值及滿水養(yǎng)護(hù)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(fù)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(qiáng)，所以這些散熱器也有很好的耐用性。

　　圖2是前述文獻(xiàn)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，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(xué)對PH=12、水溫=85℃、不除氧時鋼及銅的年腐蝕率進(jìn)行了試驗。本項試驗按正常要求應(yīng)作90天以上，但由于時間的限制，本次只作了19天，其測試結(jié)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(jié)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(dá)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，也會是銅質(zhì)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(zhì)條件下銅的年腐蝕率不高于0.005mm/a，結(jié)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(qiáng)度計算為0.246mm.在此基礎(chǔ)上，加上銅管的壁厚偏差≤0.04mm（銅管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定）、機(jī)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(fù)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(fù)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(yīng)性分析

　　我國目前的散熱器年需量約4.0億片（每片標(biāo)準(zhǔn)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(dá)5.0億片以上。隨著輕型散熱器，特別是鋼制散熱器的擴(kuò)大，會更注重水質(zhì)的保證。從工程使用的安全可靠角度出發(fā)，應(yīng)當(dāng)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(zhì)條件下的使用情況及對水質(zhì)的適應(yīng)情況分析如下：

　　4.1鑄鐵散熱器可適應(yīng)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(fù)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(yīng)。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(fù)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(yīng)為PH=7.5~10，這時的使用壽命最長，可達(dá)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(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(tǒng)。高堿度水質(zhì)時會產(chǎn)生嚴(yán)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(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(jī)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(yán)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(nèi)涂（或鍍鎳）防腐，可以擴(kuò)大鋼制或鋁制散熱器對水的PH值的適應(yīng)性，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。但不完善、不嚴(yán)格的內(nèi)涂防腐工藝，不能使產(chǎn)品達(dá)到完全防護(hù)，只可能是相對減少了腐蝕，這正是目前內(nèi)涂防腐技術(shù)的難點，有待于進(jìn)一步研究、改進(jìn)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(guān)單位對形體適宜、內(nèi)防腐工藝嚴(yán)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(dá)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(yīng)制定供暖系統(tǒng)安全運行規(guī)程及相應(yīng)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(yīng)當(dāng)特別注意。

　　5.2研究與制定供暖水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。前述的工業(yè)鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是偏重于鍋爐的要求；而密閉式循環(huán)冷卻水標(biāo)準(zhǔn)又不完全符合供暖水質(zhì)的需要；現(xiàn)有的城市熱力網(wǎng)設(shè)計規(guī)范（CJJ34-2002）中僅對補(bǔ)充水的水質(zhì)作了規(guī)定，而對熱網(wǎng)運行水質(zhì)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(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，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(qiáng)除氧、防蝕劑等新的水處理技術(shù)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(zhì)控制新技術(shù)，使特殊處理的熱媒水成為供暖系統(tǒng)專用的工質(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(tǒng)應(yīng)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(zhì)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(yīng)從嚴(yán)格選材開始，提高工藝水平和散熱器自身的耐蝕能力，擴(kuò)大對水質(zhì)的適應(yīng)范圍，提供適應(yīng)現(xiàn)實建設(shè)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(yīng)首先明確和強(qiáng)調(diào)對熱媒水的要求，作到適銷對路。盡量減少工程建設(shè)和使用中因水質(zhì)不對路而導(dǎo)致的損失，提高運行的可靠度。