熱網(wǎng)換熱器型式的選擇

周淑珍

摘 要：文章介紹了火力發(fā)電廠熱網(wǎng)換熱器型式（管式換熱器和板式換熱器）的選擇，分析了管式換熱器和板式換熱器的構(gòu)造、材質(zhì)及特點(diǎn)等，并提出一些建議，以降低企業(yè)生產(chǎn)成本，增加企業(yè)利潤(rùn)的目的。

關(guān)鍵詞：熱網(wǎng)；換熱器；型式

引言

熱網(wǎng)換熱器型式一般為管式換熱器和板式換熱器，由于管殼式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工制造相對(duì)容易，熱網(wǎng)換熱器常規(guī)采用管殼式換熱器。而板式換熱器具有體積小，散熱少，傳熱端差小等特點(diǎn)，在效率方面比管式換熱器有一定的優(yōu)勢(shì)。歐美國(guó)家自從1982年以來已經(jīng)廣泛使用全焊板式加熱器在電廠做熱網(wǎng)換熱器，運(yùn)行近30年基本是免維護(hù)，產(chǎn)品的可靠性得到了運(yùn)行驗(yàn)證。國(guó)內(nèi)近幾年逐漸開始有了板式熱網(wǎng)換熱器投運(yùn)的業(yè)績(jī)。目前，已投運(yùn)的全焊接板式熱網(wǎng)換熱器均為進(jìn)口產(chǎn)品。

文章對(duì)管殼式熱網(wǎng)換熱器和全焊接板式熱網(wǎng)換熱器的性能、造價(jià)等進(jìn)行分析、比較。

1 管殼式熱網(wǎng)換熱器

管殼式換熱器由管箱、殼體、管束等主要元件構(gòu)成。管束是管殼式換熱器的核心，其中換熱管作為導(dǎo)熱元件，決定換熱器的熱力性能。對(duì)換熱器熱力性能有較大影響的另一基本元件是折流板（或折流桿）。管箱和殼體主要決定管殼式換熱器的承壓能力及操作運(yùn)行的安全可靠性。管殼式換熱器的換熱管內(nèi)外表面均呈螺旋狀，管程流體在管內(nèi)呈三維螺旋運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向前流動(dòng)，使換熱管層流層厚度減薄，流速很低時(shí)就可達(dá)到充分湍流，有利于熱交換，提高傳熱效率從而克服了管殼式換熱器管程流體界膜傳熱系數(shù)較低的缺點(diǎn)，顯著提高換熱器的總傳熱系數(shù)，流體阻力損失較小。

總的來說，管殼式換熱器有以下特點(diǎn)：

（1）耐高溫高壓，堅(jiān)固可靠耐用。

（2）設(shè)計(jì)、制造應(yīng)用歷史悠久，制造工藝及操作維檢技術(shù)成熟。

（3）適用范圍大，特別是在高溫高壓和大型換熱器中的應(yīng)用占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

最大設(shè)計(jì)壓力：小于100Mpa

最高設(shè)計(jì)溫度：650℃

最大殼體直徑：φ2600mm

單機(jī)最大換熱面積：4000m2

換熱管規(guī)格：φ10～φ70mm

換熱管長(zhǎng)度：100～12000mm

（4）換熱管選材廣泛：低碳鋼、低合金鋼、高合金鋼、不銹鋼、高級(jí)不銹鋼、銅、滲鋁管、滲鎳管、鈦管等。

（5）占地面積較大，檢修空間較大。

（6）總傳熱系數(shù)K一般在1500～2800W/m2·K。

（7）管殼式換熱器的換熱管如發(fā)生斷裂或泄漏可以將該故障管在管板處堵死，而不影響其它通道的運(yùn)行；可設(shè)置膨脹節(jié)解決熱脹冷縮的問題；在蒸汽側(cè)可安裝防沖裝置，保護(hù)換熱管。

（8）因堵管使設(shè)備出力降低，將造成再投資和檢修維護(hù)費(fèi)用的增加。

2 全焊接式板式換熱器

國(guó)內(nèi)目前常見的板式換熱器多為水-水換熱器，其密封方式為：板片與板片之間的密封采用橡膠類密封條進(jìn)行密封，這種型式的板式換熱器的使用范圍為：壓力不大于1.6MPa，溫度不高于120℃。

某工程的熱網(wǎng)換熱器汽、水側(cè)使用溫度均高于120℃，汽側(cè)溫度高達(dá)250℃左右，如果要使用板式換熱器，則需選用全焊接式板式換熱器。

全焊接式板式換熱器，該產(chǎn)品傳熱元件為板片，其結(jié)合了板式換熱器與螺旋板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)，具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，適用于汽-水換熱和液-液換熱等工況，特別適合石化、焦化等行業(yè)特殊介質(zhì)的換熱需求。該換熱器屬于間壁式換熱器，換熱器的結(jié)構(gòu)形式由一疊不銹綱或其它稀有防腐材料制成的傳熱波紋板片，經(jīng)交錯(cuò)焊接形成流道，板片兩側(cè)的流道在換熱器中的單個(gè)流程上是錯(cuò)流流動(dòng)，形成兩側(cè)高效率的錯(cuò)-逆流動(dòng)傳熱。兩種不同的介質(zhì)分別在同一板片兩側(cè)的通道中流過，每種介質(zhì)通道通過分程隔板來控制流通面積及流通長(zhǎng)度，這樣高溫流體通過板片將熱量傳遞給低溫流體，從而實(shí)現(xiàn)了換熱的目的。

全焊板式熱網(wǎng)換熱器與常規(guī)板式換熱器對(duì)比，有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）具有傳熱系數(shù)高、壓降小的特點(diǎn)。用板片作為傳熱元件，具有和板式換熱器相當(dāng)?shù)膫鳠嵯禂?shù)，傳熱效率高，同時(shí)由于不存在板式換熱器的角孔分流，阻力損失有所降低。

（2）耐溫承壓能力強(qiáng)，適應(yīng)于特殊介質(zhì)。與可拆式板式換熱器相比，由于采用了焊接結(jié)構(gòu)，消除了高溫及特殊介質(zhì)工況對(duì)密封墊片的影響和腐蝕，提高了使用溫度、壓力及適應(yīng)介質(zhì)的能力，能滿足熱網(wǎng)設(shè)計(jì)壓力、溫度的要求。

（3）結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小。

全焊板式熱網(wǎng)換熱器與管殼式換熱器對(duì)比，有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）波紋管板促進(jìn)提高湍流度，使總體的傳熱系數(shù)達(dá)到管殼式換熱器的三到五倍。

（2）換熱器一、二側(cè)溫度接近到3℃時(shí)還能工作。

（3）交錯(cuò)焊接的板片形成湍流，結(jié)垢比管殼式換熱器輕微得多，運(yùn)行周期大為加長(zhǎng)，基本可以免維護(hù)。

（4）全焊板式熱網(wǎng)換熱器的換熱單元采用激光焊接技術(shù)，使得焊層較薄、準(zhǔn)確，可顯著減少加熱量，裝置內(nèi)應(yīng)力大為減小，具有抗疲勞和交變循環(huán)的能力。

（5）特定的板片型式，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和流體力學(xué)性能，對(duì)壓力峰值和交變循環(huán)具有更強(qiáng)的承受能力，設(shè)備的安全性、可靠性和傳熱性能極佳。

（6）流程中設(shè)置特制的折流板，可實(shí)現(xiàn)流動(dòng)中的自清洗。

（7）全焊板式熱網(wǎng)換熱器的優(yōu)越性還體現(xiàn)在節(jié)能上面。一臺(tái)換熱器除了滿足蒸汽冷凝需求外，還以較高的熱效率回收顯熱（凝結(jié)水的熱量）。

（8）板片材料選材范圍廣：不銹鋼、銅合金、鈦、鈦-鈀、鐵合金、鎳合金等。

（9）結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間僅為管殼式的1/3～1/4。

（10）散熱損失小，一般為0.3%左右，僅為管殼式換熱器的1/3左右。

（11）總傳熱系數(shù)K一般在2000～5000W/m2.K，高的可達(dá)6000～8000W/m2.K，比管殼式換熱器高幾倍。

（12）設(shè)備使用壽命長(zhǎng)，可避免采用管殼式熱網(wǎng)換熱器因堵管出力降低須更換換熱管束造成的多次再投資，以及檢修維護(hù)帶來的運(yùn)行費(fèi)用增加。

（13）系統(tǒng)運(yùn)行阻力可最小化的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（14）全激光焊接板式熱網(wǎng)換熱器因選用特殊精確激光焊接工藝，從而消除了應(yīng)力破壞，不開裂，從而能承受更高的工作溫度、壓力。換言之，激光焊接提高了產(chǎn)品的可靠性，延長(zhǎng)了使用壽命。

關(guān)于板式換熱器的阻塞問題，一是板式換熱器的板片間隙在設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)水質(zhì)調(diào)整尺寸；二是板式換熱器的清洗簡(jiǎn)單。如果板式換熱器熱交換性能下降，就必須清洗板片表面。通過檢查操作壓力及溫度，可以判斷熱交換器的性能是否下降。清洗有兩種方式，為解體清洗和在線清洗。解體清洗時(shí)，板式的管道安裝在固定板一側(cè)，清洗時(shí)無需拆管，拆幾條螺栓即可，拆開后板片完全暴露，用高壓水可使板片100%清洗干凈，清洗工作量不到管式的30%。在線清洗，利用專門的CIP在線清洗裝置可方便的在線清洗板式換熱器。

3 熱網(wǎng)換熱器技術(shù)方案分析（以某300MW供熱工程為例）

3.1 熱網(wǎng)換熱器配置

在《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL5000-2000）第10.8.1條中這樣規(guī)定“熱網(wǎng)換熱器的容量和臺(tái)數(shù)應(yīng)根據(jù)采暖、通風(fēng)和生活熱負(fù)荷選擇，不宜備用，但當(dāng)任何一臺(tái)加熱器停止運(yùn)行時(shí)，其余設(shè)備應(yīng)滿足60%～75%（嚴(yán)寒地區(qū)取上限）熱負(fù)荷的需要”。

3.2 熱網(wǎng)換熱器選型

若選用管殼式熱網(wǎng)換熱器，需設(shè)置四臺(tái)面積約2100m2左右的管殼式換熱器，散熱損失1～2%，壓降約為0.08/0.14MPa（a）（熱側(cè)/冷側(cè)），換熱材料TP316。

若選用全焊板式熱網(wǎng)換熱器，需設(shè)置四臺(tái)面積約900m2左右的全焊板式換熱器，散熱損失0.3%，壓降約為0.095/0.157MPa（a）（熱側(cè)/冷側(cè)），換熱材料TP316。

不難看出，由于散熱損失相差很大，造成換熱面積達(dá)到約2.5倍的差值，當(dāng)然占地相差也很大。

4 熱網(wǎng)換熱器方案經(jīng)濟(jì)性分析

4.1 初投資

管殼式換熱器是一種非常成熟的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)眾多換熱器廠家都可以生產(chǎn)，價(jià)格不高，按照換熱管材料TP316，4臺(tái)管殼式換熱器的價(jià)格約800萬元人民幣。

低參數(shù)汽-水板式換熱器目前在國(guó)內(nèi)是一種成熟產(chǎn)品，而高參數(shù)（蒸汽溫度高達(dá)250～280℃時(shí)）汽-水板式換熱器，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)比較困難，價(jià)格相對(duì)高，按照換熱板片材料為TP316，4臺(tái)全焊接式進(jìn)口品牌板式換熱器價(jià)格總共約1200萬元人民幣左右。

4.2 年少用汽收益

板式換熱器由于有較小的散熱損失，所以，同樣的循環(huán)水對(duì)外供熱量情況下，板式換熱器需要的蒸汽量較小約95%。根據(jù)以熱定電的原則，節(jié)省的抽汽可以繼續(xù)在汽機(jī)中做功，增加發(fā)電出力。

4.3 經(jīng)濟(jì)性比較

通過計(jì)算，全焊接板式換熱器方案年費(fèi)用小，經(jīng)濟(jì)比較占優(yōu)。全焊接板式換熱器方案比管殼式換熱器方案初投資增加360萬元，年少耗汽節(jié)煤收益70萬，增加的初投資動(dòng)態(tài)回收期為7年。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜合上述，板式熱網(wǎng)換熱器換熱效率高，換熱端差小，在運(yùn)行中比管式熱網(wǎng)換熱器有明顯的優(yōu)勢(shì)。雖然板式熱網(wǎng)換熱器需要進(jìn)口，價(jià)格較高，但進(jìn)口板式換熱器具有占地小，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。因此，建議采用進(jìn)口全激光焊接板式熱網(wǎng)換熱器。

參考文獻(xiàn)

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