全玻璃真空太陽集熱管炸管問題探討

摘要　本文分析探討了全玻璃真空太陽能集熱管在集熱工程中出現(xiàn)的炸管問題，指出系統(tǒng)缺水空曬是造成全玻璃真空太陽集熱管炸管的主要原因。針對炸管問題的出現(xiàn)，本文指出，對系統(tǒng)進(jìn)行防虹吸裝置能很好地解決炸管問題。 　　0前言 　　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(shè)計(jì)和施工人員的一個難題。筆者根據(jù)多年的設(shè)計(jì)、施工和維修經(jīng)驗(yàn)，對全玻璃真空太陽集熱管炸管問題進(jìn)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(xiàn)象 　　全玻璃真空太陽集熱管供熱工程在運(yùn)行時出現(xiàn)全玻璃真空太陽集熱管破損，從而造成集熱系統(tǒng)漏水，使整個集熱系統(tǒng)停止運(yùn)行。這種現(xiàn)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(tǒng)在晴天運(yùn)行時，系統(tǒng)如果長時間空曬，就會造成系統(tǒng)內(nèi)部及全玻璃真空太陽集熱管內(nèi)缺水高溫，或者局部缺水高溫，溫度可高達(dá)450℃左右，這時如果突然給系統(tǒng)內(nèi)部加入冷水，就會造成系統(tǒng)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(tǒng)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(yán)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(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蒸發(fā)，使系統(tǒng)內(nèi)部在短時間內(nèi)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(yán)重，就會使全玻璃真空太陽集熱管脫離內(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(nèi)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(jìn)入系統(tǒng)對系統(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(jìn)內(nèi)膽，造成全玻璃真空太陽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間后又恢復(fù)供電時 　　晴天系統(tǒng)突然停電，如果停電時間較長，使系統(tǒng)內(nèi)全玻璃真空太陽集熱管內(nèi)的水蒸發(fā)，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(nèi)和系統(tǒng)內(nèi)局部水被蒸發(fā)完，全玻璃真空太陽集熱管在光照下進(jìn)行升溫，使全玻璃真空太陽集熱管和系統(tǒng)達(dá)到高溫狀況，此時如果系統(tǒng)突然恢復(fù)供電，循環(huán)水泵就會按照設(shè)定參數(shù)開啟，將冷水打入系統(tǒng)和全玻璃真空太陽集熱管內(nèi)造成炸管現(xiàn)象發(fā)生。 　　2.晴天自來水停水而保溫水箱又缺水再恢復(fù)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(nèi)的水又被使用而造成缺水，就會使集熱系統(tǒng)內(nèi)部缺水，而使系統(tǒng)內(nèi)全玻璃真空太陽集熱管內(nèi)的水蒸發(fā)，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(nèi)和系統(tǒng)內(nèi)局部水被蒸發(fā)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(tǒng)達(dá)到高溫，此時如果自來水突然恢復(fù)供水，循環(huán)水泵就會按照設(shè)定參數(shù)開啟，將冷水打入系統(tǒng)和全玻璃真空太陽集熱管內(nèi)造成炸管現(xiàn)象發(fā)生。 　　3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝時沒有考慮防回流和虹吸現(xiàn)象 　　全玻璃真空太陽集熱管集熱系統(tǒng)在設(shè)計(jì)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(tǒng)循環(huán)泵停水運(yùn)轉(zhuǎn)后，集熱器內(nèi)部的水就會倒流回保溫水箱，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)部無水而空曬；如果在集熱器進(jìn)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(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(xiàn)象就會造成太陽能集熱器內(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能集熱器 　　4全玻璃真空太陽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 　　對于全玻璃真空太陽集熱管集熱工程，晴天突然停電停水現(xiàn)象的發(fā)生是一個無法預(yù)知的情況，但是我們在設(shè)計(jì)和施工時一定要做好這種現(xiàn)象發(fā)生時的預(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)時可以考慮在控制系統(tǒng)中加入防過熱保護(hù)裝置，即太陽能集熱器的溫度如果超過90℃，系統(tǒng)停止循環(huán)，停止向太陽能集熱器內(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，最好控制系統(tǒng)不要全部自動恢復(fù)運(yùn)行，尤其是系統(tǒng)循環(huán)泵的運(yùn)行最好是人工手動運(yùn)行。如果采用停電后人工手動循環(huán)時，可以觀察太陽能集熱器內(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）而太陽能集熱器內(nèi)溫度較高時，循環(huán)泵處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)時，應(yīng)該設(shè)計(jì)系統(tǒng)報(bào)警，同時強(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應(yīng)該先檢測系統(tǒng)集熱器內(nèi)的溫度和保溫水箱內(nèi)的水位，滿足條件后再自動啟動，當(dāng)然最好還是強(qiáng)制停止循環(huán)后再啟動時應(yīng)該用人工手動啟動較為安全。 　　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集熱管集熱工程設(shè)計(jì)和施工都要考慮的問題。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(xiǎn)的方式方法，最好是雙保險(xiǎn)。一般在考慮防系統(tǒng)回流問題時，大多數(shù)設(shè)計(jì)者會考慮使用止回閥（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，對于循環(huán)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(lián)箱內(nèi)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。