全玻璃真空太陽(yáng)集熱管炸管問(wèn)題探討

摘要　本文分析探討了全玻璃真空太陽(yáng)能集熱管在集熱工程中出現(xiàn)的炸管問(wèn)題，指出系統(tǒng)缺水空曬是造成全玻璃真空太陽(yáng)集熱管炸管的主要原因。針對(duì)炸管問(wèn)題的出現(xiàn)，本文指出，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行防虹吸裝置能很好地解決炸管問(wèn)題。 　　0前言 　　近年來(lái)，隨著全玻璃真空太陽(yáng)集熱管供熱工程的增多，全玻璃真空太陽(yáng)集熱管炸管問(wèn)題越顯突出，成為困擾工程設(shè)計(jì)和施工人員的一個(gè)難題。筆者根據(jù)多年的設(shè)計(jì)、施工和維修經(jīng)驗(yàn)，對(duì)全玻璃真空太陽(yáng)集熱管炸管問(wèn)題進(jìn)行了研究和分析，下面是一些心得體會(huì)。 　　1全玻璃真空太陽(yáng)集熱管的炸管現(xiàn)象 　　全玻璃真空太陽(yáng)集熱管供熱工程在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)全玻璃真空太陽(yáng)集熱管破損，從而造成集熱系統(tǒng)漏水，使整個(gè)集熱系統(tǒng)停止運(yùn)行。這種現(xiàn)象我們簡(jiǎn)稱(chēng)“炸管”。 　　2炸管原因分析 　　全玻璃真空太陽(yáng)集熱管集熱系統(tǒng)在晴天運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)如果長(zhǎng)時(shí)間空曬，就會(huì)造成系統(tǒng)內(nèi)部及全玻璃真空太陽(yáng)集熱管內(nèi)缺水高溫，或者局部缺水高溫，溫度可高達(dá)450℃左右，這時(shí)如果突然給系統(tǒng)內(nèi)部加入冷水，就會(huì)造成系統(tǒng)部分或者大部分全玻璃真空太陽(yáng)集熱管炸管或者破損，造成系統(tǒng)癱瘓無(wú)法使用。 　　炸管原因分析： 　　1.全玻璃真空太陽(yáng)集熱管受到嚴(yán)重的冷熱沖擊，使玻璃熱管的冷熱膨脹變化超過(guò)了玻璃的承受能力，從而引起玻璃破損。 　　2.由于系統(tǒng)內(nèi)部或者局部高溫，造成系統(tǒng)內(nèi)部或者局部的水蒸發(fā)而缺水。在系統(tǒng)內(nèi)部或者局部高溫情況下，突然進(jìn)入系統(tǒng)的冷水接觸到高溫的部件就會(huì)蒸發(fā)，使系統(tǒng)內(nèi)部在短時(shí)間內(nèi)形成高壓。高壓壓迫全玻璃真空太陽(yáng)集熱管向外偏移。這時(shí)，如果支撐全玻璃真空太陽(yáng)集熱管的尾架變形嚴(yán)重，就會(huì)使全玻璃真空太陽(yáng)集熱管脫離內(nèi)膽而破損。如果支撐系統(tǒng)全玻璃真空太陽(yáng)集熱管的尾架變形沒(méi)有造成全玻璃真空太陽(yáng)集熱管脫離內(nèi)膽，也會(huì)使尾架受到很大的壓力。這時(shí)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(yáng)集熱管處外泄和大量的冷水進(jìn)入系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了冷卻，使系統(tǒng)瞬間出現(xiàn)負(fù)壓或者回到常壓，這時(shí)以前承受正壓變形的尾架得到壓力的瞬間釋放，就會(huì)把全玻璃真空太陽(yáng)集熱管推進(jìn)內(nèi)膽，造成全玻璃真空太陽(yáng)集熱管管口相互撞擊或和內(nèi)膽相互撞擊而造成大量的二次破損。 　　綜上所述，筆者認(rèn)為在全玻璃真空太陽(yáng)集熱管集熱系統(tǒng)中，系統(tǒng)缺水空曬是造成全玻璃真空太陽(yáng)集熱管炸管的主要原因。 　　3系統(tǒng)缺水形成的原因分析 　　1.晴天系統(tǒng)突然停電空曬一段時(shí)間后又恢復(fù)供電時(shí) 　　晴天系統(tǒng)突然停電，如果停電時(shí)間較長(zhǎng)，使系統(tǒng)內(nèi)全玻璃真空太陽(yáng)集熱管內(nèi)的水蒸發(fā)，水蒸氣由排氣閥排出。隨時(shí)間延長(zhǎng)，全玻璃真空太陽(yáng)集熱管管內(nèi)和系統(tǒng)內(nèi)局部水被蒸發(fā)完，全玻璃真空太陽(yáng)集熱管在光照下進(jìn)行升溫，使全玻璃真空太陽(yáng)集熱管和系統(tǒng)達(dá)到高溫狀況，此時(shí)如果系統(tǒng)突然恢復(fù)供電，循環(huán)水泵就會(huì)按照設(shè)定參數(shù)開(kāi)啟，將冷水打入系統(tǒng)和全玻璃真空太陽(yáng)集熱管內(nèi)造成炸管現(xiàn)象發(fā)生。 　　2.晴天自來(lái)水停水而保溫水箱又缺水再恢復(fù)供水時(shí) 　　晴天自來(lái)水突然停水，如果停水時(shí)間較長(zhǎng)，保溫水箱內(nèi)的水又被使用而造成缺水，就會(huì)使集熱系統(tǒng)內(nèi)部缺水，而使系統(tǒng)內(nèi)全玻璃真空太陽(yáng)集熱管內(nèi)的水蒸發(fā)，水蒸氣由排氣閥排出。隨時(shí)間延長(zhǎng)，全玻璃真空太陽(yáng)集熱管管內(nèi)和系統(tǒng)內(nèi)局部水被蒸發(fā)完，全玻璃真空太陽(yáng)集熱管在光照下升溫，使全玻璃真空太陽(yáng)集熱管和系統(tǒng)達(dá)到高溫，此時(shí)如果自來(lái)水突然恢復(fù)供水，循環(huán)水泵就會(huì)按照設(shè)定參數(shù)開(kāi)啟，將冷水打入系統(tǒng)和全玻璃真空太陽(yáng)集熱管內(nèi)造成炸管現(xiàn)象發(fā)生。 　　3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝時(shí)沒(méi)有考慮防回流和虹吸現(xiàn)象 　　全玻璃真空太陽(yáng)集熱管集熱系統(tǒng)在設(shè)計(jì)安裝時(shí)一般要考慮集熱器和保溫水箱的相對(duì)位置，如果集熱器全部或者部分高出保溫水箱時(shí)就一定要考慮防回流和虹吸裝置（見(jiàn)圖1），如果沒(méi)有考慮或者沒(méi)有安裝，在系統(tǒng)循環(huán)泵停水運(yùn)轉(zhuǎn)后，集熱器內(nèi)部的水就會(huì)倒流回保溫水箱，直到集熱器和保溫水箱內(nèi)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(nèi)部無(wú)水而空曬；如果在集熱器進(jìn)水端安裝了防倒流裝置，而沒(méi)有在上端安裝防虹吸裝置，也會(huì)在循環(huán)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(xù)流水，這就是所謂的虹吸現(xiàn)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。 圖1防虹吸裝置 　　4.不在同一水平面安裝的太陽(yáng)能集熱器（圖2） 　　如圖2所示，個(gè)別全玻璃真空太陽(yáng)集熱管集熱工程安裝時(shí)由于安裝面積和位置所限制。不得不將太陽(yáng)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(yáng)能集熱器之間、太陽(yáng)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(xiàn)象就會(huì)造成太陽(yáng)能集熱器內(nèi)部缺水而引起空曬炸管。 圖2不在同一水平面安裝的太陽(yáng)能集熱器 　　4全玻璃真空太陽(yáng)集熱管集熱工程炸管現(xiàn)象的預(yù)防措施 　　1.預(yù)防晴天突然停電和停水 　　對(duì)于全玻璃真空太陽(yáng)集熱管集熱工程，晴天突然停電停水現(xiàn)象的發(fā)生是一個(gè)無(wú)法預(yù)知的情況，但是我們?cè)谠O(shè)計(jì)和施工時(shí)一定要做好這種現(xiàn)象發(fā)生時(shí)的預(yù)防措施，避免大面積的真空集熱管破損。預(yù)防措施如下： 　　首先，在設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮在控制系統(tǒng)中加入防過(guò)熱保護(hù)裝置，即太陽(yáng)能集熱器的溫度如果超過(guò)90℃，系統(tǒng)停止循環(huán)，停止向太陽(yáng)能集熱器內(nèi)供水，從而預(yù)防炸管。 　　其次，在系統(tǒng)停電后再恢復(fù)供電時(shí)，最好控制系統(tǒng)不要全部自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行，尤其是系統(tǒng)循環(huán)泵的運(yùn)行最好是人工手動(dòng)運(yùn)行。如果采用停電后人工手動(dòng)循環(huán)時(shí)，可以觀察太陽(yáng)能集熱器內(nèi)的溫度，如果溫度很高就停止運(yùn)行，待系統(tǒng)溫度降低后再運(yùn)行。 　　最后，在系統(tǒng)停水后，保溫水箱水位較低（低于20%水位）而太陽(yáng)能集熱器內(nèi)溫度較高時(shí)，循環(huán)泵處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，應(yīng)該設(shè)計(jì)系統(tǒng)報(bào)警，同時(shí)強(qiáng)制停止系統(tǒng)循環(huán)泵的運(yùn)轉(zhuǎn)。強(qiáng)制停止后如果再啟動(dòng)應(yīng)該先檢測(cè)系統(tǒng)集熱器內(nèi)的溫度和保溫水箱內(nèi)的水位，滿(mǎn)足條件后再自動(dòng)啟動(dòng)，當(dāng)然最好還是強(qiáng)制停止循環(huán)后再啟動(dòng)時(shí)應(yīng)該用人工手動(dòng)啟動(dòng)較為安全。 　　2.預(yù)防回流和虹吸現(xiàn)象 　　回流和虹吸現(xiàn)象是所有的全玻璃真空太陽(yáng)集熱管集熱工程設(shè)計(jì)和施工都要考慮的問(wèn)題。圖1、圖2的設(shè)施就是兩種預(yù)防辦法和工程案例。我們強(qiáng)調(diào)的是在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)一定要兩個(gè)問(wèn)題都要考慮，缺一不可。同時(shí)要考慮采用比較安全和保險(xiǎn)的方式方法，最好是雙保險(xiǎn)。一般在考慮防系統(tǒng)回流問(wèn)題時(shí)，大多數(shù)設(shè)計(jì)者會(huì)考慮使用止回閥（單向閥），但是在使用中我們發(fā)現(xiàn)止回閥（單向閥）會(huì)經(jīng)常失靈，大部分是由于水中的雜質(zhì)和水垢造成的，所以我們建議采用管道U型結(jié)構(gòu)比較安全可靠。 　　3.施工安裝 　　在安裝施工時(shí)，對(duì)于循環(huán)泵的選擇、固定全玻璃真空太陽(yáng)集熱管尾架的安裝和全玻璃真空太陽(yáng)集熱管在聯(lián)箱內(nèi)的相對(duì)位置也要引起注意，這些也是造成全玻璃真空太陽(yáng)集熱管炸管的因素。