板式换热器在集中供热中的应用

2013-11-06李瑞军

山西建筑 2013年3期

李瑞军

(太原市热力公司，山西太原 030001)

0 引言

板式换热器是一种高效的换热设备，近年来，技术日益成熟，由于其换热效率高，体积小，重量轻，污垢系数低，拆卸方便，板片品种多，适应范围广，在供热行业得到广泛的应用。同时在应用过程中也发现一些问题需要改进和完善。本文对板式换热器在集中供热系统中应用的问题进行了探讨。

1 板式换热器的选型与计算

1．1 板式换热器选型的注意事项

1)板式换热器表面换热系数的大小，取决于冷、热流体在板片两侧界面的对流换热系数αc与αh，且小于二者中较小者。因此，要充分发挥板式换热器良好的传热性能，必须同时提高冷、热流体与壁面之间的对流换热系数，在板式换热器选型计算中应当重视。

2)城市集中供热中，国内所采用的一次热媒温度一般为130℃/70℃，二次热媒一般为95℃/70℃或85℃/60℃。在这样的设计参数下，板式换热器一次热媒流道内流量仅为二次热媒流道内流量的1/2左右。对于对称性流道来说一次热媒流速仅为二次热媒流速的50%左右，则一次热媒流道内流体与板片间的对流换热系数约为二次热媒流道内的70%。所以当一次侧和二次侧介质流量比较大时，宜采用非对称型换热器。

3)板式换热器的选型计算过程复杂，要合理地完成一个集中供热系统板式换热器的选择计算，必须对换热器板间流速的影响，冷、热介质板间流速的匹配及如何合理地安排流程作出统筹规划。在工况条件一定的情况下，应对流速、流程、温差及介质的物性参数等诸多因素综合考虑，使其都处在合理的范围内，才能最大限度地发挥板式换热器的优越性，获得最佳的经济效益及可靠的运行工况。

1．2 板式换热器选型计算步骤

1)列出冷、热介质的物性参数及热工参数。

包括总的热负荷，冷、热流体的流量;进出温度(tc1，tc2，th1，th2)，允许的压降、粘度、比重、比热和导热系数等。

2)选择板片形式。

根据Δtm和工艺过程中流体的状况选择板片形式，如Δtm较小时，选择浅密波纹板，在集中供热一次侧和二次侧流量比为1．25 ～2．5 时，采用非对称流道板片。

3)假设一侧流体流道中的流速，假设流速不应过小，以免传热系数过低，一般为υ=0．4 m/s～0．6 m/s。当一侧流体的流速υ1确定后，对单程板式换热器，可求出另一侧流体的流速υ2:

应尽量使υ1≈υ2，若相差过大时，建议对低流速(即流量小)侧采用多流程。

4)计算冷热流体的雷诺数。

5)计算冷、热流体的换热系数 α1，α2。

6)计算传热系数K。

其中，Rp为板片热阻，Rp= δ/λ，m2·℃ /W;δ为板片厚度，m，λ为板片材料导热率，W/(m2·℃);r1为热流体侧污垢系数，m2·℃/W;r2为冷流体侧污垢系数，m2·℃/W。

对于水—水换热器，计算出的传热系数不宜小于3 000W/(m2·℃)，如果过小时，应提高板间流速重新计算。

对于水—水换热器 r1=(17．2～25．6)×10-6m2·℃ /W，r2=(25．8 ～60．2)×10-6m2·℃ /W。

7)计算换热器理论换热面积Aj。

8)计算换热器一个流程的流道数n。

其中，V为热媒的体积流量，m3/s;S为换热器板间流道面积，m2。9)计算换热器的流程数m。

其中，f为单板换热器面积，m2。

10)计算换热器实际换热面积A及实际片数N。

11)计算换热器的压力降。

根据Eu=c'ReP(其中，c'，P为试验常数)计算欧拉数后，再分别计算冷、热流体的压降ΔP1和ΔP2。

将计算出的压力降乘以系数1．2，主要是考虑到板片上积垢对压力降的影响以及分流角孔、汇流角孔的阻力损失。对于集中供热系统中的水—水换热器，预留压头一般在0．03 MPa～0．05 MPa之间。

往往选择一台板式换热器需要重复计算很多次，有时还要涉及到板型、流程改变等。

12)校核换热面积。

与初估的设定换热面积作比较，如不一致，需改变流程和流道布置并重新进行计算，直至一致为止。

13)校核压力降。

传热计算后，进行压力计算。若计算结果超过允许值，则必须重新进行传热计算，或在确定流程后，先求出不超过允许压力降的最大可能流速，在此值之内选取实际流速。

2 板式换热器在集中供热系统应用中出现的问题及解决措施

2．1 板式换热器的腐蚀

板式换热器板片一般为不锈钢制成，有较强的耐腐蚀性，但氯离子能对其腐蚀。我国有些地区水中氯离子含量较高，会腐蚀板式换热器板片。应当在选用板式换热器时注意，并采取防范措施。目前，氯离子对板式换热器不锈钢板片腐蚀浓度还没有一个确切的数量界线，一般认为，氯离子含量超过200 ppm时不宜采用普通不锈钢板片。可以通过降低一级网和二级网介质中氯离子含量，使其在安全浓度范围内来解决，但该法是对整个集中供热系统中介质进行氯离子控制，投资高，运行管理麻烦。

2．2 板式换热器的结垢及堵塞

板式换热器流通截面小，结垢、堵塞等造成换热器效率降低，严重影响供热效果。

供热系统中，热网循环水为自来水或深井水，硬度较大。水达到沸点时在管网中产生沉淀物，板式换热器板间流速较小，容易在热侧形成水垢，或在循环水中悬浮，一旦流速降低便沉积在换热器表面，形成二次水垢，水质问题不能忽视。

供热管网在施工过程中由于管理不善和环境因素，不免有杂质进入管网，杂质的来源主要有以下几部分:1)管道焊接过程中残留的焊条、焊渣;2)施工过程中残留在管道内的泥沙、石块、瓦砾、编织袋、建筑垃圾等;3)热网管道内壁生锈形成的铁锈泥，随循环水进入换热器。由于板式换热器的流通截面小，导致这些杂质在换热器中造成堵塞。

为保证换热器的换热效率，应从以下几方面预防和解决:

1)设计过程中应尽可能采用可拆卸式换热器，并在换热器供、回水管间加装连通管，换热器前加设排污阀和除氧设施。

2)加强施工管理和监督，大口径管道安装每一段管道后，都应组织人员清理焊条、焊渣，施工完毕后组织专人进行彻底清洗。

3)运行人员严格把关，换热器投运之前，必须与系统隔开，利用连通管进行冷运行，循环一定时间后，把除污器和滤网内的杂物清除干净，重复进行，直至把异物彻底清理干净。运行过程中不定期排污，同时应做好水质把关，以保证入网水合格。

4)一旦发生堵塞应及时通过反冲、酸洗、钝化处理或者拆装进行清理。