論換熱器在熱力網(wǎng)使用的必要性

摘要：在供熱企業(yè)熱力網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，有少數(shù)選用熱水鍋爐供熱的單位沒(méi)有設(shè)計(jì)使用換熱器，采用鍋爐熱水直供熱用戶的供熱方式。循環(huán)水量特別大，很難保證其水質(zhì)量，使熱網(wǎng)管道里面的雜質(zhì)流經(jīng)管徑較小的鍋爐受熱面管道時(shí)，不可避免粘附到管壁上。日積月累造成堵塞管道，從而造成管道過(guò)熱、爆管，給鍋爐帶來(lái)非常大的危害，嚴(yán)重影響了鍋爐壽命及生產(chǎn)運(yùn)行安全。

關(guān)鍵詞：換熱器 安全 爆管 爐水質(zhì)量 鍋爐壽命

Abstract： In the heating network system design of heating enterprises， there are a few units that use hot water boiler to heat the system without using heat exchangers， but use the heating method of boiler hot water direct heating users. The circulating water volume is particularly large， so it is difficult to ensure its water quality， so that the impurities in the heat supply network pipeline will inevitably adhere to the pipe wall when passing through the boiler heating surface pipeline with small pipe diameter. Time accumulation causes blockage of the pipeline， resulting in overheating and explosion of the pipeline. It brings great harm to the boiler and seriously affects the boiler life and the safety of production and operation.

Key Words： Heat exchanger; Safety; Explosion of the pipeline; Furnace water quality; Boiler life

在供熱企業(yè)熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，有少數(shù)選用熱水鍋爐供熱的單位沒(méi)有設(shè)計(jì)使用換熱器，采用鍋爐熱水直供熱用戶的供熱方式。本文對(duì)此是否需要換熱器這個(gè)問(wèn)題及設(shè)計(jì)使用換熱器的必要性進(jìn)行如下論述分析。

1 換熱器的基本技術(shù)論述及其與熱網(wǎng)的密切聯(lián)系

1.1 換熱器的作用及選用

換熱器（heat exchanger）是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器的種類非常多，按結(jié)構(gòu)分類可分為：浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、U形管板換熱器、板式換熱器等[1]。

熱力系統(tǒng)換熱器一般常使用的有兩種，為管殼式換熱器及板式換熱器。板式換熱器具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效率高、傳熱面組合靈活以及裝拆清洗方便等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用在集中供熱系統(tǒng)中的許多方面[2]。板式換熱器優(yōu)于管式換熱器。但板式換熱器最致命的缺點(diǎn)就是對(duì)介質(zhì)的品質(zhì)要求非常嚴(yán)格。用戶在選用換熱器時(shí)，要進(jìn)行全面的考慮及分析，特別是對(duì)介質(zhì)的考慮。管殼式換熱器一般使用在介質(zhì)質(zhì)量不好的情況下，如果換熱介質(zhì)確保良好，最好選用板式換熱器。

1.2 管式換熱器工作原理

本案例中設(shè)計(jì)及采用的換熱器為管式換熱器，所以在本節(jié)重點(diǎn)講解。案例中主回路換熱器為臥式套管式換熱器，換熱主體由若干個(gè)套管式換熱器并聯(lián)組成。一次冷卻水和二次冷卻水的換熱方式為單管程單殼程完全逆流換熱[3]。

換熱器在熱力系統(tǒng)中作為一次熱網(wǎng)與二次熱網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)樞紐，把鍋爐本體水循環(huán)系統(tǒng)與外供熱網(wǎng)水循環(huán)系統(tǒng)完全分開(kāi)，各自利用循環(huán)水泵獨(dú)立循環(huán)。如圖1所示，如此能夠更好地控制、檢測(cè)鍋爐爐水的各項(xiàng)指標(biāo)，切實(shí)有效地保證鍋爐的使用安全。

如果沒(méi)用換熱器，所有流經(jīng)鍋爐爐水的熱網(wǎng)管道，都相當(dāng)于鍋爐的外置鍋爐管道。一般熱網(wǎng)管道管線較長(zhǎng)，輻射幾千米。對(duì)于熱水管道，由于我國(guó)現(xiàn)在絕大多數(shù)采用燃煤電廠熱電聯(lián)產(chǎn)，一般不在城市中心，一般供熱半徑不宜超過(guò)20km。在個(gè)別技術(shù)和經(jīng)濟(jì)情況滿足要求的情況下，可延伸到25km[4]。這些管道里面的循環(huán)水經(jīng)過(guò)熱用戶自家的小換熱器后，都要流經(jīng)鍋爐鍋筒、水冷壁、省煤器等受熱面進(jìn)行再加熱。這樣管道里面的雜質(zhì)，特別是泥漿，都有可能流經(jīng)鍋爐受熱面管道且粘附到管壁上。這些泥漿異物存留在鍋爐受熱面內(nèi)部，經(jīng)過(guò)輻射、傳導(dǎo)及對(duì)流受熱后，即形成比硬水結(jié)垢還復(fù)雜及難以處理的硬質(zhì)物質(zhì)，即使酸洗都難以處理。當(dāng)然，設(shè)計(jì)人員在鍋爐設(shè)計(jì)前也已經(jīng)意識(shí)到了這種工藝設(shè)計(jì)的弊端。所以循環(huán)水在進(jìn)入鍋爐之前都設(shè)置過(guò)濾器，但過(guò)濾器一般只能過(guò)濾Ф0.5mm左右的顆粒，泥漿等細(xì)微雜質(zhì)是過(guò)濾不掉的。實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)熱網(wǎng)發(fā)生大量失水時(shí)，供熱單位會(huì)向熱網(wǎng)內(nèi)注入大量未經(jīng)軟化或除鹽的原水。原水水質(zhì)變化，在影響多介質(zhì)過(guò)濾器和盤(pán)式過(guò)濾器過(guò)程中，主要體現(xiàn)出淤泥、雜質(zhì)，并且也導(dǎo)致了濾孔、碟片通道等出現(xiàn)了堵塞現(xiàn)象[5]。特別是新增設(shè)的熱網(wǎng)管道，在安裝時(shí)沒(méi)有清理干凈的泥土，都會(huì)沉積到鍋爐受熱面管道里面。日積月累就會(huì)堵塞管道，從而造成爆管。

2 分析供熱企業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)使用換熱器的說(shuō)法

主要存在如下兩種說(shuō)法。

2.1 一種說(shuō)法，不用換熱器

主要原因：換熱器影響供熱效果;增加投資成本及維護(hù)運(yùn)行成本;增加事故點(diǎn)。

2.2 另一種稅法，使用換熱器

主要原因：對(duì)鍋爐的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)性好;對(duì)水質(zhì)品質(zhì)有保證，能更好的保護(hù)鍋爐，且能極大地降低軟換水的處理成本;便于運(yùn)行及維護(hù)。

表面看，這兩種說(shuō)法各有道理，且都有非常強(qiáng)的理論及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行反駁。

本文堅(jiān)持第二種說(shuō)法：設(shè)計(jì)并使用換熱器。在熱電及供熱行業(yè)里，眾所周知，“安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)”是共同的標(biāo)準(zhǔn)及要求，而且前者是后者的基礎(chǔ)及前提，“安全第一”毋庸置疑。換熱器在熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用中就起到了重要的安全保障，否則就難保安全，也不會(huì)穩(wěn)定，更談不上經(jīng)濟(jì)。至于以換熱器影響熱效率、增加投資成本及維護(hù)運(yùn)行成本、增加事故點(diǎn)等說(shuō)辭來(lái)不用換熱器，在“安全第一”面前就可以一票否決，何況表面的直接投資成本加大及增加的事故點(diǎn)的說(shuō)法只是建立在鍋爐沒(méi)有因此而出現(xiàn)事故的情況下，萬(wàn)一因?yàn)闆](méi)有換熱器而保證不了鍋爐爐水質(zhì)量造成鍋爐事故，由此產(chǎn)生的費(fèi)用及直接、間接的經(jīng)濟(jì)損失是不可估量的，由此帶來(lái)的負(fù)面影響也非常大。同時(shí)也會(huì)大大降低鍋爐壽命。

從安全角度分析：在供熱管道中，供熱管道的腐蝕程度也受水中鹽濃度含量的影響，熱水中的含鹽量增加，熱水的導(dǎo)電性能越強(qiáng)，在一定程度上加快了供暖供熱管道的腐蝕[6]。長(zhǎng)久下去，供熱管道出現(xiàn)損壞。因此，供熱管網(wǎng)管道必須利用換熱器把一次熱網(wǎng)與鍋爐管道系統(tǒng)隔離開(kāi)來(lái)，不能讓供熱管網(wǎng)里面的水影響到鍋爐本體的爐水，確保鍋爐的用水品質(zhì)及鍋爐的安全。同時(shí)換熱器使用后，可以充分合理采用“換熱機(jī)組串聯(lián)”技術(shù)[7]，該技術(shù)不論是在運(yùn)行及換熱效果還是費(fèi)用利用上都有非常大的優(yōu)勢(shì)，極大地改善及優(yōu)化了供熱效果。

3? 案例分析

某熱力公司，有3臺(tái)116MW的循環(huán)流化床熱水鍋爐運(yùn)行供熱，設(shè)計(jì)院在工藝施工圖設(shè)計(jì)中沒(méi)有設(shè)計(jì)使用換熱器，采用由鍋爐直接把達(dá)到額定設(shè)計(jì)溫度及壓力的熱水借助鍋爐給水循環(huán)泵的壓力把熱水直接打到外供一次熱網(wǎng)供熱的方式。

在第二個(gè)采暖季，其中一臺(tái)鍋爐出現(xiàn)一次鍋爐水冷壁焊口開(kāi)裂泄漏。在第三個(gè)采暖季，還是本臺(tái)鍋爐出現(xiàn)一次鍋爐水冷壁焊口開(kāi)裂泄漏。在第四個(gè)采暖季，本臺(tái)鍋爐再一次出現(xiàn)鍋爐水冷壁焊口開(kāi)裂泄漏，且省煤器出現(xiàn)一次爆管。另一臺(tái)鍋爐也出現(xiàn)二次省煤器爆管。經(jīng)過(guò)對(duì)水冷壁及省煤器管道割管檢查，發(fā)現(xiàn)管道流通面積幾乎被污泥等雜質(zhì)堵死，已造成管道材質(zhì)過(guò)熱、蠕變變形。如下圖2、圖3、圖4所示。

3.1原因分析

熱網(wǎng)管道管線較長(zhǎng)且管徑大，輻射上千米，循環(huán)水量非常大，因此水里面的雜質(zhì)也多。這些管道里面的水經(jīng)過(guò)熱用戶換熱后都要流經(jīng)鍋爐進(jìn)行再加熱，使熱網(wǎng)管道里面的雜質(zhì)流經(jīng)管徑較小的鍋爐受熱面管道時(shí)，部分粘附到管壁上。雖然熱水在進(jìn)入鍋爐之前有過(guò)濾器，但過(guò)濾器對(duì)于泥漿等細(xì)微雜質(zhì)是過(guò)濾不掉的。特別是本企業(yè)每年都在增安新的熱網(wǎng)管道，在安裝時(shí)沒(méi)有清理干凈的泥土，都會(huì)沉積到鍋爐受熱面管道里面。

另外，由于熱網(wǎng)設(shè)計(jì)的都在地下2米多深的位置，管道管徑粗且長(zhǎng)，清洗困難，沖洗質(zhì)量很難控制。再加上循環(huán)水量特別大，也很難保證其水質(zhì)量，日積月累造成堵塞管道，從而造成管道過(guò)熱、爆管。對(duì)受熱面管道進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)許多管道已經(jīng)因堵塞原因造成變形、過(guò)熱現(xiàn)象，給鍋爐帶來(lái)非常大的危害，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)安全及鍋爐壽命。

3.2換熱器的使用

萬(wàn)事萬(wàn)物有利就有弊，當(dāng)然換熱器也有一個(gè)麻煩的問(wèn)題，就是容易堵塞、結(jié)垢問(wèn)題。一旦堵塞、結(jié)垢就會(huì)降低循環(huán)水的換熱效果，稍微影響供熱質(zhì)量。前面已經(jīng)提到二次熱網(wǎng)的水質(zhì)質(zhì)量難以保證，循環(huán)水里面的泥沙難以去除，雖然利用換熱器避免了對(duì)鍋爐本體的危害，然而換熱器本體也難免受堵塞的影響。因此，要求供熱企業(yè)還是盡量保證循環(huán)水的良好質(zhì)量，充分發(fā)揮換熱器前面過(guò)濾器的作用，且定期對(duì)換熱器進(jìn)行檢查、清洗，確保換熱器的最佳換熱效果。建議供熱企業(yè)最好有備用換熱器，以便進(jìn)行檢查、清洗，確保換熱效果。

《城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中也明確規(guī)定：大型城市集中供熱熱力網(wǎng)，用戶采暖系統(tǒng)與熱力網(wǎng)連接應(yīng)采用間接連接[8]。同時(shí)，《城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》也明確指出由于直接連接，而使管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)不便、管網(wǎng)失水率過(guò)大及安全可靠性不能有效保證。本規(guī)范也對(duì)換熱器的選擇做了明確的規(guī)定及要求，在本規(guī)范中有非常多的內(nèi)容提及換熱器的有關(guān)問(wèn)題。由此可見(jiàn)，換熱器在熱力網(wǎng)中的必要性是無(wú)可厚非。

《城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)熱力網(wǎng)循環(huán)水補(bǔ)水質(zhì)量做了嚴(yán)格要求，要求對(duì)補(bǔ)給水進(jìn)行軟化處理或加藥處理，且達(dá)到其相應(yīng)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，詳見(jiàn)圖5[8]。

本文論述使用換熱器是為了減少化學(xué)水質(zhì)水量，方便且能夠更好地控制鍋爐爐水質(zhì)量達(dá)標(biāo)，符合熱網(wǎng)設(shè)計(jì)要求，這種做法是為了確保鍋爐安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。對(duì)于蒸汽熱網(wǎng)，如果每天鍋爐蒸汽產(chǎn)量均在300～400t，而外銷蒸汽量則在200～300t，熱管網(wǎng)損失率在25%～30%[9]。供熱管網(wǎng)每小時(shí)失水率一般要求不超過(guò)其循環(huán)水量的1%，而目前有些供熱管網(wǎng)的實(shí)際失水率遠(yuǎn)超過(guò)這個(gè)數(shù)值，個(gè)別熱網(wǎng)的實(shí)際失水率甚至高達(dá)4%～5%[10]。另外，根據(jù)雞西市供熱管理處的歷年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：每年從10月15日進(jìn)入采暖期以來(lái)，各換熱站二次供熱管網(wǎng)每日總平均失水約 3500 t[11]。多方數(shù)據(jù)表明，供熱管網(wǎng)的失水率非常大，且不穩(wěn)定。

使用換熱器換熱的方式，鍋爐的本身循環(huán)水量較直供方式大大減少，對(duì)于爐水的質(zhì)量很容易控制達(dá)標(biāo)，能完全滿足鍋爐的使用要求，且能更好有效的保護(hù)鍋爐。同時(shí)，也減少了化學(xué)水的制水成本及勞動(dòng)量。

3.3 分析論述

強(qiáng)烈建議對(duì)生產(chǎn)用水質(zhì)量不能保證的供熱企業(yè)盡量設(shè)計(jì)采用換熱器，至于換熱器的選型應(yīng)該參照《城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的設(shè)計(jì)要求，結(jié)合實(shí)際情況，可以因地制宜、按需所配，在此不做過(guò)多論述。

4 優(yōu)化供熱管網(wǎng)控制，采用智能自動(dòng)控制

在供暖系統(tǒng)中設(shè)計(jì)且加裝換熱器，在保障鍋爐安全的同時(shí)，也便于實(shí)現(xiàn)供熱管網(wǎng)的智能自動(dòng)控制。同時(shí)采用變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵流量、壓力的調(diào)節(jié)，減少對(duì)換熱器換熱元件的沖擊振動(dòng)及膨脹緩沖，使供熱系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，操作更為方便。熱計(jì)量監(jiān)控平臺(tái)可以對(duì)供熱管網(wǎng)的運(yùn)行實(shí)況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，運(yùn)行人員可據(jù)此對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)供熱節(jié)能[12]。

鑒于新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的方針政策，換熱器也在不斷更新?lián)Q代，換熱效率越來(lái)越高，節(jié)能降耗在持續(xù)改進(jìn)，所以這不是阻礙使用換熱器的根本原因。此外，參考“供熱管網(wǎng)的動(dòng)態(tài)可靠評(píng)價(jià)指標(biāo)，環(huán)狀供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性在供暖期內(nèi)隨著室外溫度升高而增長(zhǎng)、隨著服役年限增加而逐漸降低的動(dòng)態(tài)規(guī)律” [13] 的說(shuō)法，供熱管網(wǎng)是有壽命周期的，供熱單位要全面考慮供熱的穩(wěn)定性、持續(xù)性，就離不開(kāi)管網(wǎng)的檢修、技改、系統(tǒng)優(yōu)化等，這些都需要換熱器這個(gè)中間隔離設(shè)備來(lái)保障系統(tǒng)的可操作性及穩(wěn)定性，確保民生工程的保全。

針對(duì)目前煤價(jià)的飛漲及緊缺，節(jié)能降耗、革新挖潛是每一個(gè)熱電企業(yè)的頭等大事。“沒(méi)法改變世界，只有先改變自己”，擺在熱電廠面前的就是絞盡腦汁地進(jìn)行節(jié)能降耗，杜絕一切浪費(fèi)。那么供熱管網(wǎng)的換熱器則在節(jié)能降耗方面，發(fā)揮了綜合的節(jié)能降耗作用，同時(shí)確保了供熱安全和穩(wěn)定性，也帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，供熱企業(yè)要切實(shí)根據(jù)自己的實(shí)際情況，長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，綜合分析判斷問(wèn)題，本著“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的方針，不計(jì)眼前利益，大膽地采用新科技、新思路，充分分享新時(shí)代、新科技的發(fā)展成果，積極推進(jìn)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的步驟，確保機(jī)組安全、持續(xù)穩(wěn)定、綜合經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)運(yùn)行，為熱用戶負(fù)責(zé)，公益社會(huì)。

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作者簡(jiǎn)介：楊洪良（1975—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)闊犭娦袠I(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行及技術(shù)管理、設(shè)備管理、工程項(xiàng)目籌建及管理、節(jié)能創(chuàng)新、檢修技改等。

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