板式換熱器在集中供熱中的應(yīng)用

李瑞軍

(太原市熱力公司，山西太原 030001)

0 引言

板式換熱器是一種高效的換熱設(shè)備，近年來，技術(shù)日益成熟，由于其換熱效率高，體積小，重量輕，污垢系數(shù)低，拆卸方便，板片品種多，適應(yīng)范圍廣，在供熱行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。同時(shí)在應(yīng)用過程中也發(fā)現(xiàn)一些問題需要改進(jìn)和完善。本文對板式換熱器在集中供熱系統(tǒng)中應(yīng)用的問題進(jìn)行了探討。

1 板式換熱器的選型與計(jì)算

1．1 板式換熱器選型的注意事項(xiàng)

1)板式換熱器表面換熱系數(shù)的大小，取決于冷、熱流體在板片兩側(cè)界面的對流換熱系數(shù)αc與αh，且小于二者中較小者。因此，要充分發(fā)揮板式換熱器良好的傳熱性能，必須同時(shí)提高冷、熱流體與壁面之間的對流換熱系數(shù)，在板式換熱器選型計(jì)算中應(yīng)當(dāng)重視。

2)城市集中供熱中，國內(nèi)所采用的一次熱媒溫度一般為130℃/70℃，二次熱媒一般為95℃/70℃或85℃/60℃。在這樣的設(shè)計(jì)參數(shù)下，板式換熱器一次熱媒流道內(nèi)流量僅為二次熱媒流道內(nèi)流量的1/2左右。對于對稱性流道來說一次熱媒流速僅為二次熱媒流速的50%左右，則一次熱媒流道內(nèi)流體與板片間的對流換熱系數(shù)約為二次熱媒流道內(nèi)的70%。所以當(dāng)一次側(cè)和二次側(cè)介質(zhì)流量比較大時(shí)，宜采用非對稱型換熱器。

3)板式換熱器的選型計(jì)算過程復(fù)雜，要合理地完成一個(gè)集中供熱系統(tǒng)板式換熱器的選擇計(jì)算，必須對換熱器板間流速的影響，冷、熱介質(zhì)板間流速的匹配及如何合理地安排流程作出統(tǒng)籌規(guī)劃。在工況條件一定的情況下，應(yīng)對流速、流程、溫差及介質(zhì)的物性參數(shù)等諸多因素綜合考慮，使其都處在合理的范圍內(nèi)，才能最大限度地發(fā)揮板式換熱器的優(yōu)越性，獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益及可靠的運(yùn)行工況。

1．2 板式換熱器選型計(jì)算步驟

1)列出冷、熱介質(zhì)的物性參數(shù)及熱工參數(shù)。

包括總的熱負(fù)荷，冷、熱流體的流量;進(jìn)出溫度(tc1，tc2，th1，th2)，允許的壓降、粘度、比重、比熱和導(dǎo)熱系數(shù)等。

2)選擇板片形式。

根據(jù)Δtm和工藝過程中流體的狀況選擇板片形式，如Δtm較小時(shí)，選擇淺密波紋板，在集中供熱一次側(cè)和二次側(cè)流量比為1．25 ～2．5 時(shí)，采用非對稱流道板片。

3)假設(shè)一側(cè)流體流道中的流速，假設(shè)流速不應(yīng)過小，以免傳熱系數(shù)過低，一般為υ=0．4 m/s～0．6 m/s。當(dāng)一側(cè)流體的流速υ1確定后，對單程板式換熱器，可求出另一側(cè)流體的流速υ2:

應(yīng)盡量使υ1≈υ2，若相差過大時(shí)，建議對低流速(即流量小)側(cè)采用多流程。

4)計(jì)算冷熱流體的雷諾數(shù)。

5)計(jì)算冷、熱流體的換熱系數(shù) α1，α2。

6)計(jì)算傳熱系數(shù)K。

其中，Rp為板片熱阻，Rp= δ/λ，m2·℃ /W;δ為板片厚度，m，λ為板片材料導(dǎo)熱率，W/(m2·℃);r1為熱流體側(cè)污垢系數(shù)，m2·℃/W;r2為冷流體側(cè)污垢系數(shù)，m2·℃/W。

對于水—水換熱器，計(jì)算出的傳熱系數(shù)不宜小于3 000W/(m2·℃)，如果過小時(shí)，應(yīng)提高板間流速重新計(jì)算。

對于水—水換熱器 r1=(17．2～25．6)×10-6m2·℃ /W，r2=(25．8 ～60．2)×10-6m2·℃ /W。

7)計(jì)算換熱器理論換熱面積Aj。

8)計(jì)算換熱器一個(gè)流程的流道數(shù)n。

其中，V為熱媒的體積流量，m3/s;S為換熱器板間流道面積，m2。9)計(jì)算換熱器的流程數(shù)m。

其中，f為單板換熱器面積，m2。

10)計(jì)算換熱器實(shí)際換熱面積A及實(shí)際片數(shù)N。

11)計(jì)算換熱器的壓力降。

根據(jù)Eu=c'ReP(其中，c'，P為試驗(yàn)常數(shù))計(jì)算歐拉數(shù)后，再分別計(jì)算冷、熱流體的壓降ΔP1和ΔP2。

將計(jì)算出的壓力降乘以系數(shù)1．2，主要是考慮到板片上積垢對壓力降的影響以及分流角孔、匯流角孔的阻力損失。對于集中供熱系統(tǒng)中的水—水換熱器，預(yù)留壓頭一般在0．03 MPa～0．05 MPa之間。

往往選擇一臺(tái)板式換熱器需要重復(fù)計(jì)算很多次，有時(shí)還要涉及到板型、流程改變等。

12)校核換熱面積。

與初估的設(shè)定換熱面積作比較，如不一致，需改變流程和流道布置并重新進(jìn)行計(jì)算，直至一致為止。

13)校核壓力降。

傳熱計(jì)算后，進(jìn)行壓力計(jì)算。若計(jì)算結(jié)果超過允許值，則必須重新進(jìn)行傳熱計(jì)算，或在確定流程后，先求出不超過允許壓力降的最大可能流速，在此值之內(nèi)選取實(shí)際流速。

2 板式換熱器在集中供熱系統(tǒng)應(yīng)用中出現(xiàn)的問題及解決措施

2．1 板式換熱器的腐蝕

板式換熱器板片一般為不銹鋼制成，有較強(qiáng)的耐腐蝕性，但氯離子能對其腐蝕。我國有些地區(qū)水中氯離子含量較高，會(huì)腐蝕板式換熱器板片。應(yīng)當(dāng)在選用板式換熱器時(shí)注意，并采取防范措施。目前，氯離子對板式換熱器不銹鋼板片腐蝕濃度還沒有一個(gè)確切的數(shù)量界線，一般認(rèn)為，氯離子含量超過200 ppm時(shí)不宜采用普通不銹鋼板片?？梢酝ㄟ^降低一級(jí)網(wǎng)和二級(jí)網(wǎng)介質(zhì)中氯離子含量，使其在安全濃度范圍內(nèi)來解決，但該法是對整個(gè)集中供熱系統(tǒng)中介質(zhì)進(jìn)行氯離子控制，投資高，運(yùn)行管理麻煩。

2．2 板式換熱器的結(jié)垢及堵塞

板式換熱器流通截面小，結(jié)垢、堵塞等造成換熱器效率降低，嚴(yán)重影響供熱效果。

供熱系統(tǒng)中，熱網(wǎng)循環(huán)水為自來水或深井水，硬度較大。水達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)在管網(wǎng)中產(chǎn)生沉淀物，板式換熱器板間流速較小，容易在熱側(cè)形成水垢，或在循環(huán)水中懸浮，一旦流速降低便沉積在換熱器表面，形成二次水垢，水質(zhì)問題不能忽視。

供熱管網(wǎng)在施工過程中由于管理不善和環(huán)境因素，不免有雜質(zhì)進(jìn)入管網(wǎng)，雜質(zhì)的來源主要有以下幾部分:1)管道焊接過程中殘留的焊條、焊渣;2)施工過程中殘留在管道內(nèi)的泥沙、石塊、瓦礫、編織袋、建筑垃圾等;3)熱網(wǎng)管道內(nèi)壁生銹形成的鐵銹泥，隨循環(huán)水進(jìn)入換熱器。由于板式換熱器的流通截面小，導(dǎo)致這些雜質(zhì)在換熱器中造成堵塞。

為保證換熱器的換熱效率，應(yīng)從以下幾方面預(yù)防和解決:

1)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)盡可能采用可拆卸式換熱器，并在換熱器供、回水管間加裝連通管，換熱器前加設(shè)排污閥和除氧設(shè)施。

2)加強(qiáng)施工管理和監(jiān)督，大口徑管道安裝每一段管道后，都應(yīng)組織人員清理焊條、焊渣，施工完畢后組織專人進(jìn)行徹底清洗。

3)運(yùn)行人員嚴(yán)格把關(guān)，換熱器投運(yùn)之前，必須與系統(tǒng)隔開，利用連通管進(jìn)行冷運(yùn)行，循環(huán)一定時(shí)間后，把除污器和濾網(wǎng)內(nèi)的雜物清除干凈，重復(fù)進(jìn)行，直至把異物徹底清理干凈。運(yùn)行過程中不定期排污，同時(shí)應(yīng)做好水質(zhì)把關(guān)，以保證入網(wǎng)水合格。

4)一旦發(fā)生堵塞應(yīng)及時(shí)通過反沖、酸洗、鈍化處理或者拆裝進(jìn)行清理。

3 結(jié)語

1)換熱器的設(shè)計(jì)選型，應(yīng)根據(jù)集中供熱系統(tǒng)的特點(diǎn)合理計(jì)算選型，才能最大限度的發(fā)揮板式換熱器的優(yōu)越性。

2)板式換熱器的結(jié)垢、堵塞問題應(yīng)高度重視，否則將會(huì)影響換熱器的傳熱效率和供熱效果。

3)板式換熱器的傳熱效果和經(jīng)濟(jì)性都有很大優(yōu)勢，只要從選型、施工到運(yùn)行管理均高度重視，在集中供熱中將有更廣泛的應(yīng)用。

［1］程寶華，李先瑞．板式換熱器及換熱裝置技術(shù)應(yīng)用手冊［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005．

［2］余建祖．換熱器原理與設(shè)計(jì)［M］．北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2006．

［3］周 浩，李素梅．板式換熱器反沖清洗維護(hù)方法的應(yīng)用［J］．山西建筑，2011，37(8):112-113．