关键词：壁挂炉；超温保护；可靠性；安全

 

    1 前言

 

    随着壁挂炉市场的发展，各厂家销售的壁挂炉结构种类和配置存在差异，当壁挂炉的温度探头安装位置不当，离热交换器的供暖出水口较远时，在水泵卡死且机械温控器故障的极限情况下，温度探头无法正常检测热交换器内的水温，安全保护措施全部失效，最终热交换器内的循环水气化，从而可能导致发生安全事故。

 

    根据国家标准GB 25034-2010《燃气采暖热水炉》的要求：5.5.3 d) 当控制温控器设定在最大位置时，在水流温度超过95℃之前器具应受控停机；5.5.4 d) 限制温控器在水流温度超过110℃之前器具应安全停机；5.5.5 b) 过热保护装置应能在器具可能被损坏或给用户造成危险之前产生非易失锁定；5.5.5 d) 过热保护装置传感器与连接件信号中断时应至少引发安全停机；5.5.6 b) 安全限温器在水温超过110℃之前应使器具产生非易失锁定。

 

    针对上述现象及标准要求，本文对壁挂炉在极限情况下的超温保护可靠性进行分析，并提出改进方案建议。

 

    2 行业产品现状

 

    目前市场上的壁挂炉产品按结构不同主要分为板换动压、板换静压、套管机型三种，不同结构机型使用的温度探头和机械温控器的规格及其安装位置均有所不同，导致极限情况下不同机型超温保护措施的可靠性存在差异。

 

    表1为国内壁挂炉产品常用的超温保护配置，其中内置式表示温度探头与管道内循环水直接接触，外置式表示温度探头通过铜管传温间接检测水温。内置式温度探头易结垢，不便于安装维修；外置式温度探头检测到温度的时间相对滞后，但易安装拆卸，便于售后维修。厂家根据整机结构的具体情况综合考虑选择合适的温度探头安装方式。本文将对表中所列配置情况一一进行测试分析。

 

 

 

    3 供暖超温保护性能分析

 

    测试分析前，先在壁挂炉各项配置和功能均正常的情况下，对内置式、外置式温度探头进行精度测试，结果见表2。

 

 

    由表2可以看出，内置式温度探头和外置式温度探头的精度相差不大，误差范围满足±3K的要求，因此，在壁挂炉正常工作时，两种温度探头安装方式的检测精度都可以满足要求。  

 

    3.1 套管机

 

    套管机超温保护主要通过温度探头和机械温控器的双重检测进行保护。

 

    (1) 测试方法

 

    人为使壁挂炉工作在各种极限情况下，在各温度探头、机械温控器的安装位置处用FLUKE水温测试仪检测实时水温，记录壁挂炉显示屏和水温测试仪的温度变化情况，以及壁挂炉在不同测试条件下的动作情况。图1为套管机温度探头和机械温控器安装位置示意图，实际安装时更靠近热交换器。

 

 

    (2) 测试方法

 

    人为使壁挂炉工作在各种极限情况下，在各温度探头、机械温控器的安装位置处用FLUKE水温测试仪检测实时水温，记录壁挂炉显示屏和水温测试仪的温度变化情况，以及壁挂炉在不同测试条件下的动作情况。图1为套管机温度探头和机械温控器安装位置示意图，实际安装时更靠近热交换器。

 

    (3) 测试结果与分析

 

    1) 水泵正常、外围水路堵死

 

 

    分析：由于供暖旁通管的作用，在外围水路堵死的情况下，换热器内的水可以走旁通循环，不管是内置式还是外置式温度探头都可以正常检测出水温度，并进行停机保护。

 

    2) 水泵卡死或烧坏

 

 

    分析：由于内置式探头和外置式探头安装位置的不同，在水泵卡死的情况下，内置式探头可以正常检测热交换器内的水温，熄火时热交换器内的水温应该在90℃左右；而外置式探头由于安装位置相对靠下，水在不循环流动的情况下传热相对较慢，故无法正常及时检测热交换器内的水温，直到热交换器内的水气化后，压力增大，蒸汽扩散传温，温度探头和机械温控器才能正常动作。

 

    3.2 板换机

 

    (1) 板换动压机型

 

    采用动压检测模式，配置内置式温度探头，当水泵卡死或烧坏时，无法提供动压，压力开关不动作，壁挂炉报水压过低故障，因此，不可能出现上述套管机水泵卡死燃烧的极限情况。图2为板换机温度探头和机械温控器安装位置示意图。

 

 

    (2) 板换静压机型

    

    采用静压检测模式，配置外置式供暖温度探头，无法检测水泵是否卡死，因此当出现水泵卡死的情况时，应与使用外置式温度探头的套管机的现象相同。

 

    实测结果：当水泵卡死时进行燃烧，出现温度探头超温故障，且机械温控器动作，停机时，出水口温度小于110℃。

 

    若将外置式供暖温度探头安装在图2所示动压温度探头位置处，显然，机械温控器将先断开报故障，且此时外置式温度探头处的温度都不一定能达到报警温度。因此，在无水泵防卡检测时，静压检测模式的板换机的外置式温度探头应安装在靠近热交换器的位置，而不能像某些动压检测的板换机型一样安装在壁挂炉的出水口附近。

 

    4 卫浴超温保护性能分析

 

    目前，卫浴超温保护主要通过检测卫浴出水探头温度来实现，当卫浴实时水温超过设定目标温度15℃时停机保护，同时也受供暖超温保护影响。

 

    4.1 套管机

 

    卫浴状态下，当卫浴出水温度探头发生故障（探头阻值不随温度变化而变化，壁挂炉屏显为某一固定温度），且水流量较小时，卫浴温度可超过100℃，仍能正常燃烧，供暖温度探头和机械温控器无动作，无法正常起保护作用。

 

    分析：卫浴时，水泵停止，热交换器内的供暖水静止，卫浴水经过热交换器的几个回程流动换热后，当卫浴出水温度检测点的水温为100℃时，由于供暖温度探头及机械温控器安装位置的原因，如图3所示，此时供暖温度探头及机械温控器处的卫浴水较卫浴出水处的水少换热2回程，卫浴水温仅为65℃左右。故此处静止供暖水与卫浴水换热后的温度，远低于热交换器中供暖水的最高温度，不能使供暖温度探头和机械温控器报故障，因而无法起到保护作用。

 

 

    4.2 板换机

 

    (1) 板换动压

 

    卫浴状态下，供暖水路切换到小循环，当卫浴温度探头发生故障时，由于供暖温度探头安装在供暖出水阀上，位于小循环之内，可检测到小循环的水温，故而能起到保护作用。

 

    实测：当卫浴水温为80℃时，壁挂炉报供暖温度探头超温故障，熄火停机。

 

    (2) 板换静压

 

    由于供暖温度探头安装在热交换器出水口处，也位于小循环之内，故当卫浴温度探头故障时，供暖温度探头能正常检测到小循环的水温，供暖水温超90℃时报供暖温度探头超温故障，熄火停机，而此时卫浴水温为70℃，无安全隐患。

 

    5 小结

 

    通过以上测试分析我们可以得知，可起到供暖超温保护的有：供暖温度探头超温检测、机械温控器超温检测、水泵防卡检测；可起到卫浴超温保护的有：卫浴温度探头超温检测、供暖温度探头超温检测、机械温控器超温检测。

 

    在总结国内外壁挂炉生产厂家的结构配置情况后可以发现：国内套管机大部分都无法检测水泵是否卡死，只能通过机械温控器和温度探头来进行保护，温度探头大部分使用外置式；国外板换机基本都采用静压检测模式，国内已上市的板换机采用动压检测模式或静压检测模式的都有，但动压检测模式由于易导致三通水路漏水，正逐步被各生产厂家淘汰。

 

    在极限情况下，壁挂炉供暖和卫浴的超温保护的可靠性有所差异。

 

    供暖时，内置式温度探头能可靠地保护供暖功能的运行；外置式温度探头的安装位置直接影响壁挂炉超温保护的可靠性。卫浴时，由于供暖温度探头和机械温控器安装位置均优先考虑保护供暖，因此卫浴的超温保护能力相比供暖稍弱。但是，不同于供暖的水温变化不易被发现，用户在使用卫浴功能时能即时感受到水温，一旦发现温度变化有异，即可关闭卫浴水，检查壁挂炉工作状态。

 

    安全可靠的超温保护，关键在于发生极限情况时系统对水温检测的时效性。因此，温度探头和机械温控器的安装位置选择以及水泵防卡检测功能的有无，对做好壁挂炉的超温保护和其它安全防护功能，显得尤为重要。

 

    套管机在结构允许的情况下尽可能使用内置探头，针对内置探头结垢问题，可考虑改进探头材料，由铜镀镍外壳改为不锈钢外壳；在结构不允许的情况下使用外置探头，但安装位置应尽可能靠近热交换器。

 

    对于套管机的水泵防卡检测，可通过升级主控制器程序，检测温度上升的幅度或速率，从而判断水泵是否卡死；或通过检测水泵电流、供暖流量、水泵启动后系统压力变化等方式，来检测水泵是否卡死，提升安全性能。

 

    在考虑增强卫浴超温保护的可靠性时，可考虑更改机械温控器安装位置，同时兼顾卫浴和供暖的过热保护；或新增卫浴过热温控器，防止卫浴水超温；或升级主控制器程序，分析燃烧功率与水温上升速率之间的关系，间接检测温度探头是否失效。