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淺析太陽能集熱器真空管炸管問題

文章出處:人氣:4120發表時間:2016-12-6

近年來,隨著全玻璃真空太陽集熱管供熱工程的增多,全玻璃真空太陽集熱管炸管問題越顯突出,成為困擾工程設計和施工人員的一個難題。筆者根據多年的設計、施工和維修經驗,對全玻璃真空太陽集熱管炸管問題進行了研究和分析,下面是一些心得體會。 

    1 全玻璃真空太陽集熱管的炸管現象 

    全玻璃真空太陽集熱管供熱工程在運行時出現全玻璃真空太陽集熱管破損,從而造成集熱系統漏水,使整個集熱系統停止運行。這種現象我們簡稱“炸管”。 

    2 炸管原因分析 

    全玻璃真空太陽集熱管集熱系統在晴天運行時,系統如果長時間空曬,就會造成系統內部及全玻璃真空太陽集熱管內缺水高溫,或者局部缺水高溫,溫度可高達450℃左右,這時如果突然給系統內部加入冷水,就會造成系統部分或者大部分全玻璃真空太陽集熱管炸管或者破損,造成系統癱瘓無法使用。 

    炸管原因分析: 

    1.全玻璃真空太陽集熱管受到嚴重的冷熱沖擊,使玻璃熱管的冷熱膨脹變化超過了玻璃的承受能力,從而引起玻璃破損。 

    2.由于系統內部或者局部高溫,造成系統內部或者局部的水蒸發而缺水。在系統內部或者局部高溫情況下,突然進入系統的冷水接觸到高溫的部件就會蒸發,使系統內部在短時間內形成高壓。高壓壓迫全玻璃真空太陽集熱管向外偏移。這時,如果支撐全玻璃真空太陽集熱管的尾架變形嚴重,就會使全玻璃真空太陽集熱管脫離內膽而破損。如果支撐系統全玻璃真空太陽集熱管的尾架變形沒有造成全玻璃真空太陽集熱管脫離內膽,也會使尾架受到很大的壓力。這時由于全玻璃真空管破損,大量水蒸氣從破損的全玻璃真空太陽集熱管處外泄和大量的冷水進入系統對系統進行了冷卻,使系統瞬間出現負壓或者回到常壓,這時以前承受正壓變形的尾架得到壓力的瞬間釋放,就會把全玻璃真空太陽集熱管推進內膽,造成全玻璃真空太陽集熱管管口相互撞擊或和內膽相互撞擊而造成大量的二次破損。 

    綜上所述,筆者認為在全玻璃真空太陽集熱管集熱系統中,系統缺水空曬是造成全玻璃真空太陽集熱管炸管的主要原因。 

    3 系統缺水形成的原因分析 

    1.晴天系統突然停電空曬一段時間后又恢復供電時 

    晴天系統突然停電,如果停電時間較長,使系統內全玻璃真空太陽集熱管內的水蒸發,水蒸氣由排氣閥排出。隨時間延長,全玻璃真空太陽集熱管管內和系統內局部水被蒸發完,全玻璃真空太陽集熱管在光照下進行升溫,使全玻璃真空太陽集熱管和系統達到高溫狀況,此時如果系統突然恢復供電,循環水泵就會按照設定參數開啟,將冷水打入系統和全玻璃真空太陽集熱管內造成炸管現象發生。 

    2.晴天自來水停水而保溫水箱又缺水再恢復供水時 

    晴天自來水突然停水,如果停水時間較長,保溫水箱內的水又被使用而造成缺水,就會使集熱系統內部缺水,而使系統內全玻璃真空太陽集熱管內的水蒸發,水蒸氣由排氣閥排出。隨時間延長,全玻璃真空太陽集熱管管內和系統內局部水被蒸發完,全玻璃真空太陽集熱管在光照下升溫,使全玻璃真空太陽集熱管和系統達到高溫,此時如果自來水突然恢復供水,循環水泵就會按照設定參數開啟,將冷水打入系統和全玻璃真空太陽集熱管內造成炸管現象發生。

    3.系統設計安裝時沒有考慮防回流和虹吸現象 

    全玻璃真空太陽集熱管集熱系統在設計安裝時一般要考慮集熱器和保溫水箱的相對位置,如果集熱器全部或者部分高出保溫水箱時就一定要考慮防回流和虹吸裝置(見圖1),如果沒有考慮或者沒有安裝,在系統循環泵停水運轉后,集熱器內部的水就會倒流回保溫水箱,直到集熱器和保溫水箱內的水保持平衡為止,這樣就是高出保溫水箱的部分集熱器內部無水而空曬;如果在集熱器進水端安裝了防倒流裝置,而沒有在上端安裝防虹吸裝置,也會在循環泵停止工作后,由集熱器頂部出水端向低位置的保溫水箱繼續流水,這就是所謂的虹吸現象,從而造成集熱器部分缺水空曬。一般情況下要兩套裝置缺一不可。 


 4.不在同一水平面安裝的太陽能集熱器(圖2 

    如圖2所示,個別全玻璃真空太陽集熱管集熱工程安裝時由于安裝面積和位置所限制。不得不將太陽能集熱器安裝在不同高度的施工面上,而保溫水箱在較低的施工面上,造成太陽能集熱器之間、太陽能集熱器和保溫水箱之間有較大的高度差,如果不考慮防回流和虹吸現象就會造成太陽能集熱器內部缺水而引起空曬炸管。 


  4全玻璃真空太陽集熱管集熱工程炸管現象的預防措施 

    1.預防晴天突然停電和停水 

    對于全玻璃真空太陽集熱管集熱工程,晴天突然停電停水現象的發生是一個無法預知的情況,但是我們在設計和施工時一定要做好這種現象發生時的預防措施,避免大面積的真空集熱管破損。預防措施如下: 

    首先,在設計時可以考慮在控制系統中加入防過熱保護裝置,即太陽能集熱器的溫度如果超過90℃,系統停止循環,停止向太陽能集熱器內供水,從而預防炸管。 

    其次,在系統停電后再恢復供電時,最好控制系統不要全部自動恢復運行,尤其是系統循環泵的運行最好是人工手動運行。如果采用停電后人工手動循環時,可以觀察太陽能集熱器內的溫度,如果溫度很高就停止運行,待系統溫度降低后再運行。 

    最后,在系統停水后,保溫水箱水位較低(低于20%水位)而太陽能集熱器內溫度較高時,循環泵處于空轉狀態時,應該設計系統報警,同時強制停止系統循環泵的運轉。強制停止后如果再啟動應該先檢測系統集熱器內的溫度和保溫水箱內的水位,滿足條件后再自動啟動,當然最好還是強制停止循環后再啟動時應該用人工手動啟動較為安全。 

 2.預防回流和虹吸現象 

    回流和虹吸現象是所有的全玻璃真空太陽集熱管集熱工程設計和施工都要考慮的問題。圖1、圖2的設施就是兩種預防辦法和工程案例。我們強調的是在設計系統時一定要兩個問題都要考慮,缺一不可。同時要考慮采用比較安全和保險的方式方法,最好是雙保險。一般在考慮防系統回流問題時,大多數設計者會考慮使用止回閥(單向閥),但是在使用中我們發現止回閥(單向閥)會經常失靈,大部分是由于水中的雜質和水垢造成的,所以我們建議采用管道U型結構比較安全可靠。 

    3.施工安裝 

   在安裝施工時,對于循環泵的選擇、固定全玻璃真空太陽集熱管尾架的安裝和全玻璃真空太陽集熱管在聯箱內的相對位置也要引起注意,這些也是造成全玻璃真空太陽集熱管炸管的因素。

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