浮动盘管换热器和U型管换热器在建筑热水中的应用

宋晓亭 河北保定太行集团有限责任公司

在建筑热水供应设备中，有浮动盘管换热器、U型管换热器、螺旋管换热器等种类。本文重点对浮动盘管换热器、U型管换热器的性能、特点进行分析和比对。

1.浮动盘管换热器

浮动盘管换热器是一种间接换热器，传热部分采用铜管，把传热管做成螺旋状浮动置于壳体内，所以称为浮动盘管。由于该换热器的传热管在壳体内，水流过时可上下浮动高频振动，使被加热的水发生扰动，因而增强了传热效果。

浮动盘管主要分为沉浸式和喷淋式盘管换热器。其中，沉浸式盘管换热器的盘管放在一个容器中，盘管和容器中各走一种流体进行热交换。为了使盘管充满液体，液体应从盘管下端送入，为了避免阻塞与水击，蒸汽宜从上方送入，在蒸汽冷凝的过程中使冷凝液积聚下端，如果需要的传热面大，可以将盘管相互呈同心圆装的形状并排排列。

浮动盘管换热器的优点在于采用纯铜浮动盘管和纯铜内胆，可防止“军团菌”的滋生。因为铜金属天然具备杀灭“军团菌”的作用，试验表明，大部分细菌在铜表面上不能存活，这也就是国外大部分宾馆、医院的热水系统采用铜管、铜内胆换热器的原因之一。随着人们生活水平的提高，尤其是2003年“非典”以后，国家非常重视公共卫生安全，浮动盘管换热器无疑是更加卫生、安全、技术成熟的设备。

浮动盘管换热器的传热元件采用悬臂式浮动盘管结构。在加热过程中，由于盘管内蒸汽离心力的作用，使盘管产生一种高频浮动，促进被加热介质产生扰动，破坏了阻碍层流传热层的滞留现象。同时，由于盘管为悬臂自由端，胀缩自由，可产生高频浮动，使碱性附着物自动脱离开管臂，形成自动脱垢的独有特性。

盘管换热器通常用于对管内介质的冷却、冷凝，或是对管外介质的加热、冷却和蒸发等。浮动盘管换热器结构简单、造价低、操作方便，且盘管内可承受高压。此外，浮动盘管换热器还常用在需要传热面积不大的反应釜内作换热构件。浮动盘管型容积式换热器可以提高容积利用率，U型管容积式换热器受容器构造的限制，一般加热管距容器的底部需有相当大的距离，传统U型管容积式换热器冷水区约占整个容器容积的20%～30%，即它的有效贮热容积只为70%～80%。浮动盘管型换热器的换热盘管距容器底可以近到100mm左右，换热器特殊结构可消除无冷水区，有效贮热容积可达95%～100%，大大提高了换热器的容积利用率。

2. 自动除垢分析

除垢的机理为当盘管内输入高温热媒时，将引起管壁的膨胀，附着在管外壁的水垢亦产生膨胀。换热器停止换热时，管内停止输入高温热媒，管壁因降温而收缩，水垢层亦收缩。但管壁与水垢的热膨胀系数不一样，前者大后者小，因而这不同的胀缩量有可能使水垢脱落。

防垢、脱垢的另一个重要因素是控制被加热水的出水温度。从一定意义上讲，这是一条关键因素。换热器的水温严格控制在55℃左右，限制了结垢的条件。相反有的工程换热器用了不到一年，盘外壁空间全被水垢堵死，原因是换热器出水温度控制不好，有时高达80℃以上。如果配备温控精度高的温控阀，将热水出口温度控制在55℃±2℃范围内，就会限制结垢条件，延长设备使用寿命，同时可防止出现烫伤人的事故。

建筑热水换热器除配温度计、压力表、安全阀或膨胀管等外，主要应配备一个好的温度控制阀。半即热式换热器应配灵敏可靠的温控装置和超温超压的安全装置，容积、半容积式换热器亦需配置质量可靠的被加热水温度控制阀。有的用户为了省钱，采用劣质温控阀，设备运行时，根本不起作用，只好人工控温。结果水温得不到良好的控制，盘管外过水断面很快被水垢堵塞，时间一长，整个盘管报废，大大浪费了人力、物力和财力。个别严重者，使用时造成烫伤人的事故。因此，采用合适可靠的温控阀是保证换热器良好运行使用的关键。

《建筑给水排水设计规范》第4.4.13条第一款规定“水加热器的一侧应用净宽不小于0.7m的通道，前端应留有抽出加热盘管的位置。”即水加热设备必须具有抽出换热盘管进行检修、更换的条件。另外，根据《压力容器安全技术监察规程》的要求，压力容器每隔3～6年至少进行一次内外部检验。浮动盘管换热器容积式的可在设备内部维修，半即热式换热器抽出管束所占空间远远小于U型管换热器抽出管束所占空间，在旧设备改造和空间有限的情况下，浮动盘管换热器更适合。

3.U型管换热器

U型管换热器的优点是管束可抽出来机械清洗；壳体与管壁不受温差限制；可在高温、高压下工作，一般温度≤500℃，压力≤10MPa，改变密封形式可用于≥10 MPa；可用于壳程结垢比较严重，管程易腐蚀的区域。U型管式换热器结构简单，只有一个管板，节省材料，质量轻。

U型管换热器的缺点是在U型处易产生冲蚀，特别在两相流存在的情况下应严格控制管内流速；管程不适用结垢较重的部分；不适用于内导流筒，故死区较大；不适用单管程热交换器，换热器管内流体为双程；管间距较大，管束中心有一部分空隙，所以传热性能较差；壳程流体容易走短路；管子不易更换，坏了的管子就只能堵塞无法使用。

因此，U型管换热器适用于管内走高温、高压、腐蚀性较大但不易结垢的流体，管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。管外可以走易结垢的流体。因各排管子曲率不一，管子长度不同，故管子分布不如直管均匀。管束中部管子不能检查更换，堵管后管子报废率较直管大一倍。因为由一块管板承受全部支承作用，相同壳体内径的管板，厚度大于其他形式。换热器直径较大时，U型部分支承有困难，管束抗振性差。焊接工艺相对复杂一些。

在采用自备热源的情况下，由燃油燃气机组配备换热器供给建筑热水时，用什么样的换热器要通过技术性和经济性比较后确定。一般来说，宜选用贮热容积为20min左右的半容积或容积换热器，这样换热器大小适当，又不要加大燃油燃气机组的负荷，且供水安全可靠。