板式換熱機組的設計

高建廣，張寧，孫鵬，楊文光

板式換熱機組的設計

高建廣1，張寧2，孫鵬3，楊文光4

（1. 上海藍濱石化設備有限責任公司，上海 201518； 2. 機械工業上海藍亞石化設備檢測所有限公司，上海 201518；3. 上海賽科石油化工有限責任公司，上海 201518； 4. 上海晶宇環境工程股份有限公司，上海 201518）

板式換熱機組在城市集中供熱系統改造中，占據了主要地位。本文對板式換熱機組進行了簡要介紹，并對影響板式換熱機組設計的因素進行了分析研究。

換熱器；機組；設計；供熱

為了響應國家節能減排的號召，貫徹落實國家《大氣污染防治行動計劃》等政策，以及人們對于供熱的要求越來越高，傳統粗獷式的供熱方式已經不能滿足市場的需求。集中供熱以其效率高，占地面積小，易于維護等優點，迅速在供熱市場中占據主導地位。集中供熱由熱源-換熱站-用戶三部分組成，其中換熱站作為熱源和用戶的連接橋梁，在集中供熱系統中起著至關重要的作用。

換熱站由板式換熱機組和外圍管路組成，其中板式換熱機組作為核心組成部分，對換熱站的功能發揮起著決定性作用。本文結合國家相關的設計標準及工程實際經驗，對板式換熱機組的優劣勢和設計影響因素進行探討。

1 板式換熱機組簡介

板式換熱機組的定義為由板式換熱器、水泵、變頻器、過濾器、閥門、控制柜、儀表及自動控制系統等組成的整體換熱設備。圖1給出了一種常見的板式換熱機組的工藝控制流程圖。

圖1 水-水換熱機組PID圖

從上圖中可以看出，板式換熱機組由兩個循環回路組成，即一級管網循環系統和二級管網循環系統。一級管網循環系統為熱側輸入，由相應的管道、閥門和儀表等與熱源形成回路；二級管網循環系統為冷側輸出，由循環水泵、管道、閥門、儀表等與用戶管網形成回路。兩個循環回路在換熱器中相遇，進行熱量交換，將熱量輸送給用戶。

板式換熱機組的功能主要包括恒溫控制系統、循環水自動補水系統、熱源供應閥門自調節系統、設備自動運行系統、設備故障保護停止系統等，這一些功能都使板式換熱機組在供熱系統的地位越來越重要。

2 板式換熱機組設計的影響因素

2.1 板式換熱器

板式換熱器作為換熱機組的主要組成部分，其設計直接影響機組的性能和成本。板式換熱機組經常選用兩臺換熱器的并聯的形式，這種方式有兩種使用狀態，一種是一用一備，另一種是兩臺同時使用，無論是哪一種形式，兩臺換熱器之間的距離至少有1.5倍換熱器固定板寬度，便于設備維修。采用同時運行兩臺換熱器的設計時，單臺換熱器的處理能力應為總設計能力的75%，這樣才能保證兩臺同時使用時的效果達到設計要求。

壓力降是板式換熱器的一個重要設計指標，設計時通常要求低壓降，但是一味降低換熱器壓降的設計會導致換熱器的面積過大，成本增加，因此設計時通過提升換熱器內的流體流速，提升設備的換熱效率，在保證壓降的情況下，減少換熱器面積，降低投資成本。根據標準要求及工程經驗，換熱機組一次熱測采用蒸汽加熱情況下，蒸汽流速不宜超過50 m/s，采用熱水加熱時，熱水流速設計為2.5 m/s。

2.2 二次側循環泵

循環泵是熱水循環的動力來源，在選擇上需要認真核算流量Q和耗電輸熱比EHR，在滿足設計供熱能力的情況下，泵的流量設計留有15%的余量，耗電輸熱比選擇最優情況。二次側循環泵設置，根據標準是不宜設置備用泵，但是工程使用中，多數采用一用一備，甚至一用兩備。泵的底座直接與機組撬裝底座連接，不要太高。循環泵啟動控制采用變頻器啟動和控制，根據供熱收費系統和熱量輸送情況來控制循環泵的運轉情況。

2.3 二次側補水泵

補水泵流量設計宜選用循環泵流量的4%，補水泵的控制采用定壓控制方式，即二次側的回水壓力小于設定值時，啟動補水泵，直至回水壓力高于設定值。壓力測定點最好設置在機組的二次側進水和回水口，此種方式利于調節和操作。

2.4 閥門

機組與外部管路的連接閥，水路宜采用球閥，氣路宜采用截止閥，連接形式宜選用法蘭連接。機組內部管路閥門間應采用該法蘭連接或者焊接連接，只有當公稱直徑在DN50以下時，可以選取螺紋連接形式。機組內設備最低點設置排污閥，宜選用焊接球閥。

2.5 安全閥

安全閥的安裝位置宜選取在機組系統的管路最高點，起跳壓力宜選擇標準中高于管道工作壓力的安全閥，安全閥的接口尺寸應小于其所安裝在的管路的直徑，材質的選擇為，當公稱壓力不大于1.6 MPa時，選用鑄鐵材質，公稱壓力不大于2.5 MPa時，選用碳鋼材質。

2.6 管路

機組內的管路設計時，盡量減少三通和變徑的使用，只有在單線管路，如換熱器進出口，循環泵的進出口等與管路口徑不符的情況下才使用變徑，遇到分路情況，應將管路直接開孔焊接至主管路上，這樣在空間節省上有很好效果，使機組能設計的更緊湊，不會出現因為泵的開啟而導致流量不足的情況。

2.7 管路附件

機組管路的法蘭連接采用的墊片材質，一般情況下選用石棉橡膠墊(XB350)，此種材料可以滿足工況為壓力≤4 MPa，溫度≤350 ℃。

機組的Y型過濾器的濾網選擇宜選擇不銹鋼材質，標準中要求濾網能過濾掉2 mm直徑以上的固體雜質，實際使用過程中，是遠遠不夠的，根據工程經驗，管徑大于DN300的管路，濾網目數選用24目，管徑小于DN300的管路，濾網目數選用40目。

3 結束語

板式換熱機組的設計需要綜合考慮的因素很多，設計標準中有很多設計要求過低，無法滿足實際應用工況，因此設計時，要充分考慮國家相關設計規范和標準的要求，同時要滿足客戶的使用要求，考慮設備的維修、投資成本、運行穩定性等問題。

[1] 肖井雙. 淺談換熱機組在集中供熱中的應用[J]. 中國化工裝備，2017（1）20-21.

[2] 錢江，宋林紅，王洪，等. 供暖用換熱器換熱管材料的選擇[J]. 管道技術與設備，2005（3）：27-29.

[3] 陳瑞軍，段輝偉. 換熱機組超溫、超壓分析及控制[J]. 自動化與儀器儀表，2017（12）：46-47.

[4] 辛佩宏. 智能換熱機組的原理及應用[J]. 科技創新與應用，2014（36）：49.

[5] 楊良仲，邵蓉，任惠中. 全自動板式換熱機組的設計選用[J]. 煤氣與熱力，2001，21（4）：362-364.

Design of Plate Heat Exchange Unit

1,2,3,4

（1. Shanghai Lanbin Petrochemical Equipment Co., Ltd., Shanghai 201518, China; 2. Machinery Industry Shanghai Lanya Petrochemical Equipment Inspection Institute Co., Ltd., Shanghai 201518, China;3. Shanghai SECCO Petrochemical Co., Ltd., Shanghai 201518, China;4. Shanghai Jingyu Environmental Engineering Co., Ltd., Shanghai 201518, China）

Plate heat exchange units are widely used in the transformation of urban central heating system. In this paper, the plate heat exchange unit was briefly introduced, and the factors affecting the design of plate heat exchange unit were analyzed and studied.

heat exchange; unit; design; heating

2019-11-15

高建廣（1984-），男，工程師，碩士，山東省青島市人，2013年畢業于東北石油大學安全技術及工程專業，研究方向：蒸發結晶工藝及工程。

TU833+.1

A

1004-0935（2020）02-0190-02