供熱行業(yè)板式換熱器傳熱低效的原因分析及解決方法

宿卓鋒 睿能太宇（沈陽(yáng)）能源技術(shù)有限公司

1 引言

板式換熱器是供熱系統(tǒng)中的主要熱力設(shè)備，筆者根據(jù)多年設(shè)計(jì)運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)影響換熱器使用效果的原因進(jìn)行綜合分析，并提出解決方向和途徑。

2 板式換熱器原理

可拆板式換熱器是由若干張有規(guī)則間隔的壓波紋板，由墊片包圍，并由框架和壓緊螺釘壓制而成。板和墊片的四個(gè)角孔形成流體。管道與收集管同時(shí)合理分離，使其在各板兩側(cè)的流動(dòng)通道中流動(dòng)，并通過(guò)板進(jìn)行熱交換。

板式換熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算基于已知的溫差比NTUE。

合理確定其模型、工藝和傳熱面積，使NTUp等于NTUE。

圖1 基本組成結(jié)構(gòu)

3 傳熱效率低的原因分析

3.1 污垢的形成

（1）高溫側(cè)連接到加熱系統(tǒng)的主網(wǎng)絡(luò)。由于系統(tǒng)的失水量少，基本在1%以下，停機(jī)期間基本采用滿水帶壓力保護(hù)，因此，大量介質(zhì)很少更換，導(dǎo)致微生物的繁殖增多。其附著力強(qiáng)，很容易在板式換熱器的低流量位置，從而形成了污垢。

（2）熱交換器墊片密封失效。通常情況下，板式換熱器泄漏的原因主要包括以下幾個(gè)方面：一是板式換熱器溫度過(guò)高，或者受物料壓力的影響，物料壓力過(guò)大，導(dǎo)致泄漏。其次，由于長(zhǎng)期使用熱交換器墊片，逐漸老化或開(kāi)裂，導(dǎo)致儀器故障。最后，板材永久變形，墊片難以緊固。因此，在發(fā)現(xiàn)墊片密封失效后，應(yīng)取出板式換熱器進(jìn)行檢修，并取出或更換多個(gè)減故障板。如果冷熱介質(zhì)板不能同時(shí)取出，則冷熱介質(zhì)會(huì)混淆。

3.2 運(yùn)行參數(shù)

低溫側(cè)與二次網(wǎng)絡(luò)用戶室內(nèi)系統(tǒng)互相連接。因?yàn)橛懈嗟男孤C(jī)會(huì)，網(wǎng)絡(luò)和室內(nèi)系統(tǒng)的補(bǔ)給水量大,水系統(tǒng)的匯率高,微生物的增長(zhǎng)卻相對(duì)較小,在供熱行業(yè)中,軟化和除氣設(shè)備很少使用在二級(jí)網(wǎng)絡(luò)方面,因此，氧化皮的類型基本上是硬度型和氧化型。上述兩種不同的運(yùn)行環(huán)境會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)的差異，哪些因素會(huì)導(dǎo)致板式換熱器中污垢成分的不同，對(duì)傳熱系數(shù)的影響也不同。

3.3 設(shè)計(jì)的選型

（1）板型選擇。板式或波紋式應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要確定換熱場(chǎng)合。對(duì)于允許的壓降較大的情況，應(yīng)選擇電阻較小的板類型，反之亦然。可移動(dòng)或釬焊類型的選擇基于流體壓力和溫度。在確定板型時(shí)，不利的選擇是單板面積太小板，以免板數(shù)太多，板間速度太小，傳熱系數(shù)太低。這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該引起更多的重視。

（2）流量和流道的選擇。該過(guò)程指的是板式換熱器中一組平行的流道，它們與介質(zhì)的流向相同，流動(dòng)路徑是指板式換熱器中兩個(gè)相鄰板形成的介質(zhì)流動(dòng)通道。通常，幾個(gè)流動(dòng)通道并聯(lián)或串聯(lián)連接，以形成冷熱介質(zhì)通道的不同組合。應(yīng)根據(jù)傳熱和流體阻力計(jì)算工藝組合，以確定工藝條件。使冷熱水流道的對(duì)流換熱系數(shù)相等或相近，以達(dá)到最佳的換熱效果。由于傳熱表面兩側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)相等或接近，因此傳熱系數(shù)較大。雖然板式換熱器板與板之間的流量不相等，但是在計(jì)算傳熱和流體阻力時(shí)，是根據(jù)平均流量來(lái)計(jì)算的。

4 具體的解決措施

4.1 重新核算換熱面積、增加板片

增加傳熱面積是提高板式換熱器傳熱效果使用最多、最簡(jiǎn)單的一種方法。考慮污垢和雜質(zhì)對(duì)換熱器的影響，按照實(shí)際供熱面積重新核算換熱器的換熱面積，對(duì)換熱面積不足的換熱器單臺(tái)增加20%～30%的板片數(shù)量,兩臺(tái)以上的換熱器以其中一臺(tái)停用時(shí)另一臺(tái)保證75%的供熱負(fù)荷為標(biāo)準(zhǔn),及時(shí)補(bǔ)充板片,以確保足夠的有效換熱面積。

4.2 板換加裝反沖洗裝置

在換熱器進(jìn)出口與閥門(mén)間加裝泄水閥門(mén)和短接,通過(guò)閥門(mén)切換，利用系統(tǒng)外的清潔水對(duì)換熱器進(jìn)行高壓反沖洗，將板片上的泥垢等雜物沖洗掉,以減小污垢的熱阻，提高換熱效率，同時(shí)減少板換的拆洗頻次、節(jié)省人工和膠條更換等維護(hù)費(fèi)用。

4.3 換熱站二次側(cè)加裝水處理設(shè)備

以前個(gè)別換熱站內(nèi)曾試驗(yàn)加裝過(guò)電子除垢儀等水處理設(shè)備，但由于種種原因效果不明顯。換熱站內(nèi)加裝水處理設(shè)備勢(shì)在必行，這既是減少管道、板換結(jié)垢，滿足熱計(jì)量系統(tǒng)對(duì)二次網(wǎng)水質(zhì)的要求外，也為混水供熱技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造條件利用新建換熱站的契機(jī)，試驗(yàn)加裝多種水處理設(shè)備,同時(shí)做好試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累、水質(zhì)處理結(jié)果對(duì)比和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效果分析，最終選擇出適合的高效水處理設(shè)備。

4.4 嚴(yán)格執(zhí)行換熱器管理制度

為掌握好板換的清洗時(shí)機(jī)，建立換熱器運(yùn)行參數(shù)工藝卡片制度，隨時(shí)監(jiān)測(cè)換熱器一次側(cè)、二次側(cè)壓降及二次側(cè)供水溫度與一次側(cè)回水溫度的變化情況，督促各供熱公司及時(shí)清洗換熱器;同時(shí)健全設(shè)備維護(hù)和檢修卡片，嚴(yán)格按照每臺(tái)換熱器設(shè)計(jì)夾緊尺寸安裝板片。

對(duì)結(jié)垢不嚴(yán)重的板片采用高壓水槍進(jìn)行清洗，減輕酸洗過(guò)程中酸液對(duì)板片保護(hù)膜及膠條的腐蝕,節(jié)約檢修維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)為防止住戶盜用供暖用水及管道管件腐蝕，在二次側(cè)水中添加染色劑或阻垢藥劑;并化驗(yàn)地下水和自來(lái)水與黏性藥劑發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生雜物的問(wèn)題，盡量選擇無(wú)黏性的藥劑以防止其附著在換熱器板片上。

4.5 加強(qiáng)換熱站內(nèi)參數(shù)調(diào)整

供熱系統(tǒng)是一個(gè)密閉的循環(huán)系統(tǒng)，換熱器二次側(cè)實(shí)際流量的大小取決于循環(huán)泵的實(shí)際流量，即由二次網(wǎng)管路特性曲線與循環(huán)泵特性曲線的交匯點(diǎn)決定的。通過(guò)換熱站內(nèi)循環(huán)泵變頻調(diào)整,可以減小循環(huán)泵的實(shí)際流量，以保證換熱器一次、二次側(cè)流量的合理匹配。但隨著循環(huán)泵頻率降低，循環(huán)泵的實(shí)際揚(yáng)程也隨之降低，為保證二次網(wǎng)末端的住戶正常供熱，需要整個(gè)二次管網(wǎng)進(jìn)行再次平衡調(diào)整。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，板式換熱器是一種高科技，先進(jìn)，高效的設(shè)備。 采用拆裝維修的方法，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決相應(yīng)的故障問(wèn)題。 但是，根據(jù)板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和維護(hù)要求，只有細(xì)心的工作才能保證維護(hù)過(guò)程的順利完成，從而保證板式換熱器的穩(wěn)定運(yùn)行。