板式換熱器在集中供熱中的應用

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備，近年來，技術日益成熟，由于其換熱效率高，體積小，重量輕，污垢系數低，拆卸方便，板片品種多，適應范圍廣，在供熱行業得到廣泛的應用。同時在應用過程中也發現一些問題需要改進和完善。本文對板式換熱器在集中供熱系統中應用的問題進行了探討。

1 板式換熱器的選型與計算

1．1 板式換熱器選型的注意事項

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

2)城市集中供熱中，國內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℃。在這樣的設計參數下，板式換熱器一次熱媒流道內流量僅為二次熱媒流道內流量的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，則一次熱媒流道內流體與板片間的對流換熱系數約為二次熱媒流道內的70%。所以當一次側和二次側介質流量比較大時，宜采用非對稱型換熱器。

3)板式換熱器的選型計算過程復雜，要合理地完成一個集中供熱系統板式換熱器的選擇計算，必須對換熱器板間流速的影響，冷、熱介質板間流速的匹配及如何合理地安排流程作出統籌規劃。在工況條件一定的情況下，應對流速、流程、溫差及介質的物性參數等諸多因素綜合考慮，使其都處在合理的范圍內，才能最大限度地發揮板式換熱器的優越性，獲得最佳的經濟效益及可靠的運行工況。

1．2 板式換熱器選型計算步驟

1)列出冷、熱介質的物性參數及熱工參數。

包括總的熱負荷，冷、熱流體的流量;進出溫度(tc1，tc2，th1，th2)，允許的壓降、粘度、比重、比熱和導熱系數等。

2)選擇板片形式。

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

3)假設一側流體流道中的流速，假設流速不應過小，以免傳熱系數過低，一般為υ=0．4 m/s～0．6 m/s。當一側流體的流速υ1確定后，對單程板式換熱器，可求出另一側流體的流速υ2:

應盡量使υ1≈υ2，若相差過大時，建議對低流速(即流量小)側采用多流程。

4)計算冷熱流體的雷諾數。

5)計算冷、熱流體的換熱系數 α1，α2。

6)計算傳熱系數K。

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

對于水—水換熱器，計算出的傳熱系數不宜小于3 000W/(m2·℃)，如果過小時，應提高板間流速重新計算。

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

7)計算換熱器理論換熱面積Aj。

8)計算換熱器一個流程的流道數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)計算換熱器的流程數m。

其中，f為單板換熱器面積，m2。

10)計算換熱器實際換熱面積A及實際片數N。

11)計算換熱器的壓力降。

根據Eu=c'ReP(其中，c'，P為試驗常數)計算歐拉數后，再分別計算冷、熱流體的壓降ΔP1和ΔP2。

將計算出的壓力降乘以系數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。對于集中供熱系統中的水—水換熱器，預留壓頭一般在0．03 MPa～0．05 MPa之間。

往往選擇一臺板式換熱器需要重復計算很多次，有時還要涉及到板型、流程改變等。

12)校核換熱面積。

與初估的設定換熱面積作比較，如不一致，需改變流程和流道布置并重新進行計算，直至一致為止。

13)校核壓力降。

傳熱計算后，進行壓力計算。若計算結果超過允許值，則必須重新進行傳熱計算，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，在此值之內選取實際流速。

2 板式換熱器在集中供熱系統應用中出現的問題及解決措施

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，有較強的耐腐蝕性，但氯離子能對其腐蝕。我國有些地區水中氯離子含量較高，會腐蝕板式換熱器板片。應當在選用板式換熱器時注意，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確切的數量界線，一般認為，氯離子含量超過200 ppm時不宜采用普通不銹鋼板片。可以通過降低一級網和二級網介質中氯離子含量，使其在安全濃度范圍內來解決，但該法是對整個集中供熱系統中介質進行氯離子控制，投資高，運行管理麻煩。

2．2 板式換熱器的結垢及堵塞

板式換熱器流通截面小，結垢、堵塞等造成換熱器效率降低，嚴重影響供熱效果。

供熱系統中，熱網循環水為自來水或深井水，硬度較大。水達到沸點時在管網中產生沉淀物，板式換熱器板間流速較小，容易在熱側形成水垢，或在循環水中懸浮，一旦流速降低便沉積在換熱器表面，形成二次水垢，水質問題不能忽視。

供熱管網在施工過程中由于管理不善和環境因素，不免有雜質進入管網，雜質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的泥沙、石塊、瓦礫、編織袋、建筑垃圾等;3)熱網管道內壁生銹形成的鐵銹泥，隨循環水進入換熱器。由于板式換熱器的流通截面小，導致這些雜質在換熱器中造成堵塞。

為保證換熱器的換熱效率，應從以下幾方面預防和解決:

1)設計過程中應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，換熱器前加設排污閥和除氧設施。

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

3)運行人員嚴格把關，換熱器投運之前，必須與系統隔開，利用連通管進行冷運行，循環一定時間后，把除污器和濾網內的雜物清除干凈，重復進行，直至把異物徹底清理干凈。運行過程中不定期排污，同時應做好水質把關，以保證入網水合格。

4)一旦發生堵塞應及時通過反沖、酸洗、鈍化處理或者拆裝進行清理。

3 結語

1)換熱器的設計選型，應根據集中供熱系統的特點合理計算選型，才能最大限度的發揮板式換熱器的優越性。

2)板式換熱器的結垢、堵塞問題應高度重視，否則將會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濟性都有很大優勢，只要從選型、施工到運行管理均高度重視，在集中供熱中將有更廣泛的應用。

［1］程寶華，李先瑞．板式換熱器及換熱裝置技術應用手冊［M］．北京:中國建筑工業出版社，2005．

［2］余建祖．換熱器原理與設計［M］．北京:北京航空航天大學出版社，2006．

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