2.1 水质硬度高超标，真空管频繁炸管

案例简介

某北方城市××昌和社区医院为配合全市大气污染综合治理行动，特申请财政专项资金，计划在当年供暖期结束后的四月份对医院锅炉房进行升级改造，将燃煤热水锅炉更换为燃气热水锅炉，改造工期计划为7个月。该医院的改造申请上报区卫生局后得到批准，并拨付100万元启动资金用于施工前期工作。该医院领导指示，在改造期间，医院正常工作不能停，除各大门诊继续接诊服务外，还必须保证患者住院病房每天的生活设施运转。该医院建设和资产管理办公室为能两者兼顾，决定将原来为病房生活热水提供热源的蒸汽锅炉临时改为由太阳能热源来提供，并设置电加热作为辅助热源。当太阳能热源不足时，自动开启电加热进行补充。

××昌和社区医院建设和资产管理办公室招标的设计单位确定后，马上开始了施工图设计工作。病房楼设计为地上三层建筑，楼顶为平层，设计单位考虑到本次改造增设的太阳能制热设备只是用于暂时代替锅炉热源的临时措施，等锅炉房改造完成，安装上新的燃气锅炉以后，太阳能制热设备很有可能被拆除，为节省设备投资，设计人员决定采用集热器产品种类中性能比较稳定，价格相对低廉的全玻璃真空管集热器用于本工程，并将集热器组设计在病房楼三层屋面，该屋面平整的地势恰好为集热器的摆放提供了有利条件，太阳能热水系统设计采用集中式直接加热系统。系统中的贮热水箱设置在与一层库房紧邻的设备间内。

太阳能热水系统工作方式为：屋面太阳能集热器与一楼贮热水箱之间进行循环工作。集热器通过吸收太阳能热，将集热器里面的水加热，到达温度设定值后，由集热器与贮热水箱之间的循环泵把热水送到贮热水箱内，然后再通过连接贮热水箱的热水增压泵，把热水送到末端各个热水点。由于北方地区水质硬度大，设计人员在太阳能热水系统的冷水补水管道上安装了硅磷晶阻垢装置。

施工图设计完成一个月后，医院建设和资产管理办公室经过招标程序确定了太阳能热水系统施工单位。因为系统规模不大，施工难度不高，系统提前一个多月即完成安装调试投入使用。当时正值六月，是一年中阳光最充足的季节，也是吸收太阳能最多，系统效率最高的时间，自改造后的太阳能热水系统使用后，产出的热水温度高，水量足，效果好，患者反应良好，系统运转一直比较稳定。三个月后，锅炉房改造全部完成交用，是否拆除刚投入使用的太阳能热水系统改用新锅炉作为热水系统的供热热源也提到了医院议事日程。医院领导与建设和资产管理办公室负责该项目改造的建设管理人员一致认为新安装的太阳能热水系统运行效果良好，令人满意，应该继续使用，但原来从锅炉房供给病房楼的供热管道继续保留，由新锅炉代替电加热作为辅助热源，沿这条供热管道接入太阳能热水系统。

一切都似乎在正常进行中，医院建设和资产管理办公室早已经投入到了新的工程建设工作中。可就在时间平静地走过三年后，病房楼的热水系统出现了故障，屋面的太阳能集热循环系统开始不断发生水流不畅的问题，之后越来越严重。又一个多月后，全玻璃真空管出现大面积炸管，最终导致太阳能热水系统运行瘫痪。

案例分析

医院建设和资产管理办公室对此大为吃惊，没想到三年里运行稳定，让所有人都感觉很放心的太阳能热水系统还是出现了问题，而且不出则已，一出就是大问题。屋面集热器有80%以上的玻璃真空管全部破碎，屋面一片狼藉。因为被损坏的真空管面积太大，导致产热水量严重不足，系统无法继续运行，只能等待太阳能热水系统施工单位来维修。

接到通知的太阳能热水系统施工单位立刻联系了集热器供货厂家，厂家很快派有经验的技术人员赶到现场着手进行查原因、排故障的工作。技术人员来到屋面，看到一地破碎的玻璃真空管也吃惊不小，这是他经历过的真空管破碎最严重的一次。技术人员仔细检查了每一只破碎的真空管，发现管内几乎都塞满了水垢。进一步向医院物业管理部询问冷水补水来源，被告知供给太阳能热水系统的补水来自城区一条水量很大的地下河，地下河离××昌和社区医院很近，医院和当地管理部门打好了招呼，水价比自来水便宜一半，医院自行从地下修建了一条DN200的给水管，引入地下水作为医院生活用水水源。太阳能热水系统的补水管就是从这条给水管接出来的分支。

集热器供货厂家技术人员对补水水质进行了现场检测，显示所测水质硬度达到了570mg/L，比国家规范《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）中水质硬度限定值450mg/L高出了120mg/L。技术人员告诉在场人员，根据水质硬度检测结果可以清楚地说明，给太阳能热水系统补水的水质硬度严重超标。太阳能集热系统经过三年多的使用，积存的水垢基本堵满了集热器全玻璃真空管，在较厚的水垢内外层表面会形成较大温差，并产生裂纹。当温度较低的冷水进入真空管，沿裂纹流到水垢外层，与温度很高的真空管内壁相遇时，就导致了真空管炸管。

集热器供货厂家技术人员又进一步补充道：另外还有一种可能，当真空管及热水管道内的水垢不断增多，造成真空管管腔封堵，不能及时换热，真空管内就会形成水蒸气，水蒸气凝结成水滴回流，也会导致真空管大面积炸管。

现场集热器真空管炸管现状如图2-1和图2-2所示。

医院建设和资产管理办公室、物业管理部、设计单位以及太阳能热水系统施工单位的在场人员都表示出疑问，明明设计单位在施工图设计时，考虑到了北方地区水质硬度大，在太阳能热水系统的冷水补水管道上安装了硅磷晶阻垢装置，为什么还会出现这么严重的结垢现象？

集热器供货厂家技术人员讲解说，虽然冷水补水管道上安装了硅磷晶阻垢装置，但该装置主要起到的是延缓水垢形成，拖延结垢时间的作用。而且，这种装置比较适用于一般硬度的水质，对于硬度过大的地下水（当水温≥60℃时会较快产生水垢），该装置是不能解决系统长期使用出现结垢的问题的。

那有没有更好的解决办法呢？大家共同提出了这个问题。特别是设计人员，因为选用的阻垢装置没有解决水垢问题而心存愧疚。

硅磷晶阻垢器装置如图2-3所示。

案例处理

集热器供货厂家技术人员提出了以下

解决方案：不管是符合卫生饮用水标准且硬度较低的自来水，还是硬度超高的地下水，早早晚晚都会产生水结垢的问题，只不过同样选用硅磷晶阻垢装置，采用自来水补水，太阳能热水系统形成较严重结垢的时间较长。如果想比较彻底地解决玻璃真空管结垢问题，建议将原来的集中式直接加热系统改造成集中式间接加热系统。原理是：全玻璃真空管太阳能集热器产出的温度较高的热水（50～55℃）是通过波节管换热器对贮热水箱内的温水进行加热，太阳能集热系统只需要补充日常蒸发掉的少量水即可，这样可以显著地降低水垢量。与此同时，物业管理部门还要定期检查和清洗波节管换热器，防止二次换热器结垢。

设计人员经核算，同意了集热器供货厂家技术人员提出的解决方案，并将原设计的太阳能直接式加热系统改为间接式加热系统。太阳能热水系统施工单位依据设计单位的修改图纸对原太阳能热水系统进行了改造，太阳能集热器供货厂家也将破碎的玻璃真空管全部进行了更换。太阳能热水系统重新运行后，物业管理部每隔半年对波节管换热器进行一次检查清洗，使用三年来运行良好。

案例启示

未进行软化处理的生活给水、热水系统在长期使用的情况下，管道结垢是一种普遍现象，也可以说是正常想象，水中溶解有各种盐类，如碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、硅酸盐、磷酸盐和氯化物等。当水温不断升高，溶解盐的浓度也随之升高，水中溶解的钙、镁碳酸氢盐会受热分解，容易形成难溶性白色结晶沉淀物从水中析出，渐渐积累附着在容器上，就形成了结垢。

经过大型自来水厂处理的城市供水，水厂出水的水质硬度必须且已经达到了国家生活饮用水标准。但在长距离的输送过程中，部分溶解于水的钙、镁碳酸氢盐会慢慢析出，随流水到达管网的末端即各用户点。我们都有这方面的经验，在自来水常温状态下，结垢的现象并不明显，甚至感觉不到，但把水加热，特别是烧开，放置一段时间以后，水壶内慢慢会有水垢产生，随着时间的推移，烧水次数的增多，水垢也逐渐加厚，这就是钙、镁碳酸氢盐随温度升高受热分解速度加快，析出了难溶性白色结晶沉淀物，即水垢越多的原理。

采用全玻璃真空管的太阳能集热系统，如果不进行水温控制强制循环，全玻璃真空管太阳能集热器的水温甚至会上升到近100℃。为控制真空管和热水管道结垢，太阳能集热系统必须进行水温控制循环，即当全玻璃真空管太阳能集热器的水温达到50～55℃时，起动热水循环泵，将热水送到贮热水箱，再通过热水增压泵供到末端各热水点。但即便如此，集热系统长期处于50～55℃水温状态，结垢仍然会越来越严重。如果不进行定期检查清洗，系统管道很快就因为严重的结垢而无法运行。因此，如果冷水源水质硬度不大，太阳能热水系统可以采用直接式加热系统，但除给太阳能热水系统的冷水补水管上安装了有效的阻垢、除垢装置以外，还要特别注意定期对集热器和热水管道进行清垢检查的处理。但如果冷水源水质硬度很高，通过安装阻垢、除垢装置和定期清垢已不能彻底解决集热系统和热水管道的结垢问题，建议尝试采取本案例介绍的间接式加热的太阳能热水系统，通过一面减少补水量和补水次数，一面定期对集热系统和热水管道检查清垢，可以有效解决或延缓因水质硬度太高造成太阳能集热系统结垢严重，影响热水系统正常运行，甚至出现系统运行瘫痪的问题。

一般情况下，采用全玻璃真空管将水加热的直接式加热太阳能热水系统适用于水质硬度在200mg/L以下的情况下使用。如果水质硬度超过了200mg/L，建议采用二次换热间接式加热太阳能热水系统。

为了及时发现太阳能集热器和热水管道里面水垢的情况，根据多年的工程经验，笔者认为在太阳能集热循环系统和热水循环系统适当位置安装压力表不失为一种可以考虑的检测方法。随着太阳能热水系统管道里面的水垢加重，管道水流将逐步出现循环不畅，管道压力逐渐上升的现象。物业管理人员可以通过观察压力表数值的变化，估测和判断系统结垢的程度，来确定何时采取措施，以及下一步应该采取什么样的处理措施。这种方法或许对及早发现太阳能热水系统结垢情况并尽早处理，消除隐患，避免系统出现问题提供了一种手段和一定的帮助。

物业管理人员在每天的系统运行巡视过程中，除了要关注运转设备的声音、状态，还要对静止的部件如阀门、压力表、各种连接件等逐一进行仔细检查，对存在问题的设备部件及时查明原因，排除故障。而不是等到造成系统无法正常运行，甚至瘫痪的地步才手忙脚乱地通知找人维修。人无远虑必有近忧，与其悔不当初，不如防患于未然。