摘要：随着系统安装越来越规范，技术越来越成熟，尤其是对承压式搪瓷水箱类产品，对使用寿命及使用安全越来越关注，系统管路使用的保护配件也是必不可少的，只有正确使用及安装才能保证整个系统正常运行。因此本文通过理论公式和试验数据分析，说明管路安装安全阀及膨胀罐的必要性。
关键词：承压水箱（热水器）； 水膨胀；安全阀
众所周知，我们使用的搪瓷储热生活水箱及电热水器，无论其材质是不锈钢的还是碳钢搪瓷的，在非用水状态下都是一种封闭式承压容器。水箱里面的水在加热时都会膨胀，这是最基本的物理现象：热胀冷缩原理；加热时水系统里数亿的水分子都会变大，水箱的水体积变大，根据国家标准及欧洲标准水系统必须安装安全阀和膨胀罐进行泄压保护，如不能保证能正常泄压，轻者会导致水箱变形漏水，严重者会导致水箱承压过大出现爆炸的危险。
为什么生活热水箱在加热过程中不及时泄压就会发生胀裂呢？
水在不同温度下的热膨胀系数是不同的：
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那么水在封闭空间中受热膨胀，其压力究竟会发生怎样程度的升高？在实际工况下这是一个比较复杂的问题，为了能够回答这个问题，我们需要将其简化：
给定：在某住宅的生活热水系统中使用了一台额定容积为150L的承压式生活热水箱，在静置状态下，水箱中充满了10°C的冷水，系统静压为0.4MPa。没有为这台水箱安装安全阀。
提问：假设这台水箱的金属内壁足够坚固，完全不会因内部压力升高而发生变形或胀裂。那么将冷水从10°C加热至70°C，水箱内部的压力会升高多少？
水在10°C下的密度为0.9997kg/L，在初始状态下水箱中冷水的质量为150L × 0.9997kg/L = 149.96kg
假设将水从10°C加热至70°C，其质量完全没有发生改变，水在70°C下的密度为0.9778kg/L，则水的体积将会膨胀至149.96kg ÷ 0.9778kg/L = 153.36L。因为我们已经假设水箱不会发生形变，所以水温升高后水的体积依然保持150L不变，也就是说水箱的金属内壁对水体造成了153.36L – 150L = 3.36L的压缩。
根据水体的压缩公式：
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式中：β 水的压缩系数
ΔV 水的体积压缩量
V 水的总体积
ΔP 水体升高的压力，也就是水箱中升高的压力
水的压缩系数β会随着水温和压强的变化而改变，但这种变化非常微小可忽略不计，我们在这里将其视为常数4.85 × 10-10m2/N。
代入公式中得出ΔP = -(-3.36L) ÷ (150L × 4.85 × 10-10m2/N) = 46144000Pa = 46MPa
这表明水箱的金属内壁为了在水温升高60K后对水体进行压缩，需要承受的压力为46MPa + 0.4MPa = 46.4MPa。在实际工况中一般选取安全阀的额定压力为0.8MPa或0.6MPa，这显然已经远远超出水箱的设计额定承压能力了，如果无法及时泄压，它必然会胀裂。
下面是一组试验测试数据：
1000L水在密闭水箱水中从10℃加热到60℃，试验，此系统没有安装泄压装置，导致水的体积变大，容积增加了16.7L。此试验说明了如果水箱系统中没有安装安全泄压装置水箱压力非常大。
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结语
通过以上文字说明，结合举例理论计算及试验测试数据分析，证明了在封闭承压水箱里面安装安全阀及膨胀罐的重要性，只有熟练掌握整个系统的工作原理，合理使用安全配件，才能保证系统的正常运行及延长使用寿命。
参考文献：
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