板式換熱器壓差高影響因素的研究

李灼南

摘 要：板式換熱器憑借諸多優(yōu)勢(shì)成為了食品、冶金、石油化工等領(lǐng)域的主導(dǎo)換熱設(shè)備。在作業(yè)期間，如果換熱器出現(xiàn)壓差升高報(bào)警問(wèn)題，則會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)作，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。主要分析了板式換熱器壓差的影響因素及壓差升高的原因，以期為此類(lèi)問(wèn)題的防治研究提供支持。

關(guān)鍵詞：板式換熱器；壓差升高；SEC流量；影響因素

中圖分類(lèi)號(hào)：TK172 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.132

板式換熱器具有占地面積小、換熱效率高、壓力低、結(jié)構(gòu)緊湊和容易維修等優(yōu)點(diǎn)，是熱力系統(tǒng)中的常見(jiàn)設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于動(dòng)力工程、石油化工等行業(yè)。近些年來(lái)，板式換熱器在電廠(chǎng)的海水淡化處理工藝和冷卻水系統(tǒng)中也得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但是，設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，板式換熱器也不例外。在板式換熱器運(yùn)行的過(guò)程中，如果出現(xiàn)壓差偏高問(wèn)題，則會(huì)影響換熱效果，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅?；诖耍瑸楸Ｕ蠙C(jī)組的安全運(yùn)行，基于機(jī)組系統(tǒng)的簡(jiǎn)介，從設(shè)備運(yùn)行、設(shè)備制造和設(shè)計(jì)方面闡述影響換熱器壓差的因素，繼而從設(shè)備問(wèn)題檢查、壓差測(cè)點(diǎn)位置的影響和設(shè)計(jì)計(jì)算方面對(duì)板式換熱器壓差高的原因進(jìn)行探析，以期在換熱器壓差升高的異常情況下做到正確處理。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

如圖1所示，每臺(tái)機(jī)組RRI/SEC系統(tǒng)由2列組成，互為備用。每列又由2臺(tái)水泵、2臺(tái)熱交換器、若干閥門(mén)和管道組成。循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)（CFI）的主要功能是為應(yīng)急生水系統(tǒng)（SEC）提供過(guò)濾后的海水。SEC從CFI系統(tǒng)取水，然后與冷卻水系統(tǒng)（RRI）進(jìn)行熱量交換。板式換熱器的熱工參數(shù)如表1所示。

2 影響換熱器壓差的因素

2.1 設(shè)備運(yùn)行問(wèn)題

設(shè)備運(yùn)行問(wèn)題主要有以下幾個(gè)：①設(shè)備堵塞。當(dāng)海水中泥沙含量高，管線(xiàn)安裝后吹掃不徹底或有異物進(jìn)入管道時(shí)，設(shè)備流道堵塞，使得流道截面積減小，從而使設(shè)備壓降值升高。②測(cè)量?jī)x表出現(xiàn)問(wèn)題。當(dāng)測(cè)量?jī)x表出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，測(cè)量數(shù)值出現(xiàn)偏差，致使壓差出現(xiàn)測(cè)量誤差。③受物性參數(shù)差異的影響。介質(zhì)溫度會(huì)對(duì)介質(zhì)的黏度產(chǎn)生影響。當(dāng)介質(zhì)溫度降低時(shí)，其黏度就會(huì)增大，從而在相同的流速下壓降值升高。④測(cè)量部分包括管線(xiàn)等的沿程損失。提供的流體計(jì)算的阻力值只是板式換熱器本身，而如果測(cè)量部分包括管線(xiàn)等的沿程損失，則壓差值就會(huì)偏大。

2.2 設(shè)備制造問(wèn)題

常見(jiàn)的設(shè)備制造問(wèn)題主要有以下2個(gè)：①流道截面積變化。板片的流道截面積與波紋深度、波紋節(jié)距和板片寬度有關(guān)。流道截面積越大，流體速度越小，流體阻力就越小，壓差也就越小。②板片角孔尺寸偏差。當(dāng)板片的角孔尺寸存在偏差時(shí)，流動(dòng)阻力就會(huì)發(fā)生變化，角孔的壓降就會(huì)偏離設(shè)計(jì)值。

2.3 設(shè)計(jì)問(wèn)題

在板式換熱器壓降設(shè)計(jì)計(jì)算的過(guò)程中，如果相關(guān)阻力計(jì)算公式、參數(shù)選擇、設(shè)計(jì)余量設(shè)計(jì)等不合適，就會(huì)造成換熱器的運(yùn)行阻力超過(guò)設(shè)計(jì)值。板式換熱器壓降包括角孔壓降和板間壓降兩部分。

2.3.1 角孔壓降設(shè)計(jì)計(jì)算

角孔壓降是流體流過(guò)角孔流道時(shí)為克服其流動(dòng)阻力而形成的壓降，其計(jì)算公式為：

3 原因分析

3.1 設(shè)備問(wèn)題檢查

對(duì)換熱器板片的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行測(cè)量，并與原設(shè)計(jì)值及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，排除了設(shè)備制造方面對(duì)壓降值偏大的影響。

對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有污物?，F(xiàn)場(chǎng)使用的壓差變送器均已校驗(yàn)，且在校驗(yàn)合格期內(nèi)，可以排除設(shè)備堵塞和測(cè)量?jī)x表對(duì)壓降的影響。

由于給定海水溫度為30.2 ℃，而實(shí)際溫度為26.2 ℃，對(duì)此進(jìn)行了溫度差異的壓降計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表2.

通過(guò)兩種溫度下的計(jì)算對(duì)比，可以確定溫度的差異對(duì)換熱器的壓降影響很小，可以忽略不計(jì)。

3.2 壓差測(cè)點(diǎn)位置的影響

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表測(cè)量的壓降值包括了板式換熱器壓降值和管道、彎頭、閥門(mén)、變徑管和軟接頭等沿程阻力損失值，而提供的流體阻力計(jì)算值只是板式換熱器本身。因此，在對(duì)換熱器壓降測(cè)試數(shù)據(jù)與計(jì)算值進(jìn)行比較時(shí)，需要減去沿程損失部分。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的不同流量提供的沿程阻力數(shù)據(jù)，我們對(duì)測(cè)量壓降進(jìn)行了分析和歸納，得出了如圖2所示的單臺(tái)換熱器A列設(shè)備壓降與流量的關(guān)系。

從圖2可以看出，實(shí)測(cè)壓降減去沿程阻力部分所得的值比計(jì)算的理論壓降還要高。由此得知，設(shè)備外的沿程損失是導(dǎo)致壓降偏高的原因之一，且隨著冷卻水流量的增加，實(shí)測(cè)壓降與理論壓降間的誤差呈增大的趨勢(shì)。

3.3 設(shè)計(jì)計(jì)算方面

所用的壓降計(jì)算公式一般是通過(guò)實(shí)驗(yàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)，并經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)回歸處理后獲得的，其本身就存在一定的誤差。

在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，換熱器的運(yùn)行條件與實(shí)驗(yàn)條件存在差異，再加上公式中相關(guān)參數(shù)的選定都有一定的經(jīng)驗(yàn)性，因此，實(shí)際

壓差超過(guò)設(shè)計(jì)值也就可以理解了。

目前，板式換熱器SEC側(cè)實(shí)測(cè)壓降值比設(shè)計(jì)值偏高約50%，主要原因有以下兩點(diǎn)：①因測(cè)點(diǎn)布置位置的原因，壓差測(cè)量值中包含了換熱器外的部分管道的流動(dòng)阻力。這部分占偏高值的36%～46%.因此，在考慮這部分阻力后，可以適當(dāng)提高實(shí)際測(cè)量的換熱器壓差報(bào)警值。②設(shè)計(jì)計(jì)算換熱器壓差時(shí)，應(yīng)該對(duì)設(shè)計(jì)誤差予以足夠的重視，并考慮裕度系數(shù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，板式換熱器在運(yùn)行過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。通過(guò)分析板式換熱器壓差問(wèn)題，我們認(rèn)為該換熱器壓差高的原因是壓差測(cè)點(diǎn)布置不當(dāng)或存在設(shè)計(jì)誤差。筆者建議，可以適當(dāng)提高換熱器的壓差報(bào)警值，對(duì)設(shè)計(jì)誤差予以足夠的重視，并考慮一定的裕度系數(shù)。此外，對(duì)于可能出現(xiàn)的板式換熱器壓差升高的異常情況，筆者建議相關(guān)管理人員制訂應(yīng)急處理預(yù)案，加強(qiáng)對(duì)操作人員的培訓(xùn)和演練，防患于未然，確保出現(xiàn)緊急情況時(shí)做到正確處理，從而提升板式換熱器的運(yùn)行效果。

參考文獻(xiàn)

[1]寇大成.重整焊接板式換熱器壓差升高原因和處理[J].廣州化工，2013（16）.

[2]張偉，李進(jìn).重整板換壓差上升的原因分析與處理[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2015（11）.

〔編輯：劉曉芳〕