全玻璃真空太阳集热管炸管问题探讨

摘要　本文分析探讨了全玻璃真空太阳能集热管在集热工程中出现的炸管问题，指出系统缺水空晒是造成全玻璃真空太阳集热管炸管的主要原因。针对炸管问题的出现，本文指出，对系统进行防虹吸装置能很好地解决炸管问题。 　　0前言 　　近年来，随着全玻璃真空太阳集热管供热工程的增多，全玻璃真空太阳集热管炸管问题越显突出，成为困扰工程设计和施工人员的一个难题。笔者根据多年的设计、施工和维修经验，对全玻璃真空太阳集热管炸管问题进行了研究和分析，下面是一些心得体会。 　　1全玻璃真空太阳集热管的炸管现象 　　全玻璃真空太阳集热管供热工程在运行时出现全玻璃真空太阳集热管破损，从而造成集热系统漏水，使整个集热系统停止运行。这种现象我们简称“炸管”。 　　2炸管原因分析 　　全玻璃真空太阳集热管集热系统在晴天运行时，系统如果长时间空晒，就会造成系统内部及全玻璃真空太阳集热管内缺水高温，或者局部缺水高温，温度可高达450℃左右，这时如果突然给系统内部加入冷水，就会造成系统部分或者大部分全玻璃真空太阳集热管炸管或者破损，造成系统瘫痪无法使用。 　　炸管原因分析： 　　1.全玻璃真空太阳集热管受到严重的冷热冲击，使玻璃热管的冷热膨胀变化超过了玻璃的承受能力，从而引起玻璃破损。 　　2.由于系统内部或者局部高温，造成系统内部或者局部的水蒸发而缺水。在系统内部或者局部高温情况下，突然进入系统的冷水接触到高温的部件就会蒸发，使系统内部在短时间内形成高压。高压压迫全玻璃真空太阳集热管向外偏移。这时，如果支撑全玻璃真空太阳集热管的尾架变形严重，就会使全玻璃真空太阳集热管脱离内胆而破损。如果支撑系统全玻璃真空太阳集热管的尾架变形没有造成全玻璃真空太阳集热管脱离内胆，也会使尾架受到很大的压力。这时由于全玻璃真空管破损，大量水蒸气从破损的全玻璃真空太阳集热管处外泄和大量的冷水进入系统对系统进行了冷却，使系统瞬间出现负压或者回到常压，这时以前承受正压变形的尾架得到压力的瞬间释放，就会把全玻璃真空太阳集热管推进内胆，造成全玻璃真空太阳集热管管口相互撞击或和内胆相互撞击而造成大量的二次破损。 　　综上所述，笔者认为在全玻璃真空太阳集热管集热系统中，系统缺水空晒是造成全玻璃真空太阳集热管炸管的主要原因。 　　3系统缺水形成的原因分析 　　1.晴天系统突然停电空晒一段时间后又恢复供电时 　　晴天系统突然停电，如果停电时间较长，使系统内全玻璃真空太阳集热管内的水蒸发，水蒸气由排气阀排出。随时间延长，全玻璃真空太阳集热管管内和系统内局部水被蒸发完，全玻璃真空太阳集热管在光照下进行升温，使全玻璃真空太阳集热管和系统达到高温状况，此时如果系统突然恢复供电，循环水泵就会按照设定参数开启，将冷水打入系统和全玻璃真空太阳集热管内造成炸管现象发生。 　　2.晴天自来水停水而保温水箱又缺水再恢复供水时 　　晴天自来水突然停水，如果停水时间较长，保温水箱内的水又被使用而造成缺水，就会使集热系统内部缺水，而使系统内全玻璃真空太阳集热管内的水蒸发，水蒸气由排气阀排出。随时间延长，全玻璃真空太阳集热管管内和系统内局部水被蒸发完，全玻璃真空太阳集热管在光照下升温，使全玻璃真空太阳集热管和系统达到高温，此时如果自来水突然恢复供水，循环水泵就会按照设定参数开启，将冷水打入系统和全玻璃真空太阳集热管内造成炸管现象发生。 　　3.系统设计安装时没有考虑防回流和虹吸现象 　　全玻璃真空太阳集热管集热系统在设计安装时一般要考虑集热器和保温水箱的相对位置，如果集热器全部或者部分高出保温水箱时就一定要考虑防回流和虹吸装置（见图1），如果没有考虑或者没有安装，在系统循环泵停水运转后，集热器内部的水就会倒流回保温水箱，直到集热器和保温水箱内的水保持平衡为止，这样就是高出保温水箱的部分集热器内部无水而空晒；如果在集热器进水端安装了防倒流装置，而没有在上端安装防虹吸装置，也会在循环泵停止工作后，由集热器顶部出水端向低位置的保温水箱继续流水，这就是所谓的虹吸现象，从而造成集热器部分缺水空晒。一般情况下要两套装置缺一不可。 图1防虹吸装置 　　4.不在同一水平面安装的太阳能集热器（图2） 　　如图2所示，个别全玻璃真空太阳集热管集热工程安装时由于安装面积和位置所限制。不得不将太阳能集热器安装在不同高度的施工面上，而保温水箱在较低的施工面上，造成太阳能集热器之间、太阳能集热器和保温水箱之间有较大的高度差，如果不考虑防回流和虹吸现象就会造成太阳能集热器内部缺水而引起空晒炸管。 图2不在同一水平面安装的太阳能集热器 　　4全玻璃真空太阳集热管集热工程炸管现象的预防措施 　　1.预防晴天突然停电和停水 　　对于全玻璃真空太阳集热管集热工程，晴天突然停电停水现象的发生是一个无法预知的情况，但是我们在设计和施工时一定要做好这种现象发生时的预防措施，避免大面积的真空集热管破损。预防措施如下： 　　首先，在设计时可以考虑在控制系统中加入防过热保护装置，即太阳能集热器的温度如果超过90℃，系统停止循环，停止向太阳能集热器内供水，从而预防炸管。 　　其次，在系统停电后再恢复供电时，最好控制系统不要全部自动恢复运行，尤其是系统循环泵的运行最好是人工手动运行。如果采用停电后人工手动循环时，可以观察太阳能集热器内的温度，如果温度很高就停止运行，待系统温度降低后再运行。 　　最后，在系统停水后，保温水箱水位较低（低于20%水位）而太阳能集热器内温度较高时，循环泵处于空转状态时，应该设计系统报警，同时强制停止系统循环泵的运转。强制停止后如果再启动应该先检测系统集热器内的温度和保温水箱内的水位，满足条件后再自动启动，当然最好还是强制停止循环后再启动时应该用人工手动启动较为安全。 　　2.预防回流和虹吸现象 　　回流和虹吸现象是所有的全玻璃真空太阳集热管集热工程设计和施工都要考虑的问题。图1、图2的设施就是两种预防办法和工程案例。我们强调的是在设计系统时一定要两个问题都要考虑，缺一不可。同时要考虑采用比较安全和保险的方式方法，最好是双保险。一般在考虑防系统回流问题时，大多数设计者会考虑使用止回阀（单向阀），但是在使用中我们发现止回阀（单向阀）会经常失灵，大部分是由于水中的杂质和水垢造成的，所以我们建议采用管道U型结构比较安全可靠。 　　3.施工安装 　　在安装施工时，对于循环泵的选择、固定全玻璃真空太阳集热管尾架的安装和全玻璃真空太阳集热管在联箱内的相对位置也要引起注意，这些也是造成全玻璃真空太阳集热管炸管的因素。