李瑞軍
(太原市熱力公司,山西太原 030001)
板式換熱器是一種高效的換熱設(shè)備,近年來,技術(shù)日益成熟,由于其換熱效率高,體積小,重量輕,污垢系數(shù)低,拆卸方便,板片品種多,適應(yīng)范圍廣,在供熱行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。同時在應(yīng)用過程中也發(fā)現(xiàn)一些問題需要改進(jìn)和完善。本文對板式換熱器在集中供熱系統(tǒng)中應(yīng)用的問題進(jìn)行了探討。
1)板式換熱器表面換熱系數(shù)的大小,取決于冷、熱流體在板片兩側(cè)界面的對流換熱系數(shù)αc與αh,且小于二者中較小者。因此,要充分發(fā)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(shù),在板式換熱器選型計算中應(yīng)當(dāng)重視。
2)城市集中供熱中,國內(nèi)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(shè)計參數(shù)下,板式換熱器一次熱媒流道內(nèi)流量僅為二次熱媒流道內(nèi)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(nèi)流體與板片間的對流換熱系數(shù)約為二次熱媒流道內(nèi)的70%。所以當(dāng)一次側(cè)和二次側(cè)介質(zhì)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(fù)雜,要合理地完成一個集中供熱系統(tǒng)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(zhì)板間流速的匹配及如何合理地安排流程作出統(tǒng)籌規(guī)劃。在工況條件一定的情況下,應(yīng)對流速、流程、溫差及介質(zhì)的物性參數(shù)等諸多因素綜合考慮,使其都處在合理的范圍內(nèi),才能最大限度地發(fā)揮板式換熱器的優(yōu)越性,獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益及可靠的運(yùn)行工況。
1)列出冷、熱介質(zhì)的物性參數(shù)及熱工參數(shù)。
包括總的熱負(fù)荷,冷、熱流體的流量;進(jìn)出溫度(tc1,tc2,th1,th2),允許的壓降、粘度、比重、比熱和導(dǎo)熱系數(shù)等。
2)選擇板片形式。
根據(jù)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(cè)和二次側(cè)流量比為1.25 ~2.5 時,采用非對稱流道板片。
3)假設(shè)一側(cè)流體流道中的流速,假設(shè)流速不應(yīng)過小,以免傳熱系數(shù)過低,一般為υ=0.4 m/s~0.6 m/s。當(dāng)一側(cè)流體的流速υ1確定后,對單程板式換熱器,可求出另一側(cè)流體的流速υ2:
應(yīng)盡量使υ1≈υ2,若相差過大時,建議對低流速(即流量小)側(cè)采用多流程。
4)計算冷熱流體的雷諾數(shù)。
5)計算冷、熱流體的換熱系數(shù) α1,α2。
6)計算傳熱系數(shù)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(dǎo)熱率,W/(m2·℃);r1為熱流體側(cè)污垢系數(shù),m2·℃/W;r2為冷流體側(cè)污垢系數(shù),m2·℃/W。
對于水—水換熱器,計算出的傳熱系數(shù)不宜小于3 000W/(m2·℃),如果過小時,應(yīng)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(shù)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(shù)m。
其中,f為單板換熱器面積,m2。
10)計算換熱器實(shí)際換熱面積A及實(shí)際片數(shù)N。
11)計算換熱器的壓力降。
根據(jù)Eu=c'ReP(其中,c',P為試驗(yàn)常數(shù))計算歐拉數(shù)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(shù)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(tǒng)中的水—水換熱器,預(yù)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(fù)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(shè)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(jìn)行計算,直至一致為止。
13)校核壓力降。
傳熱計算后,進(jìn)行壓力計算。若計算結(jié)果超過允許值,則必須重新進(jìn)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(nèi)選取實(shí)際流速。
板式換熱器板片一般為不銹鋼制成,有較強(qiáng)的耐腐蝕性,但氯離子能對其腐蝕。我國有些地區(qū)水中氯離子含量較高,會腐蝕板式換熱器板片。應(yīng)當(dāng)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(shù)量界線,一般認(rèn)為,氯離子含量超過200 ppm時不宜采用普通不銹鋼板片??梢酝ㄟ^降低一級網(wǎng)和二級網(wǎng)介質(zhì)中氯離子含量,使其在安全濃度范圍內(nèi)來解決,但該法是對整個集中供熱系統(tǒng)中介質(zhì)進(jìn)行氯離子控制,投資高,運(yùn)行管理麻煩。
板式換熱器流通截面小,結(jié)垢、堵塞等造成換熱器效率降低,嚴(yán)重影響供熱效果。
供熱系統(tǒng)中,熱網(wǎng)循環(huán)水為自來水或深井水,硬度較大。水達(dá)到沸點(diǎn)時在管網(wǎng)中產(chǎn)生沉淀物,板式換熱器板間流速較小,容易在熱側(cè)形成水垢,或在循環(huán)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(zhì)問題不能忽視。
供熱管網(wǎng)在施工過程中由于管理不善和環(huán)境因素,不免有雜質(zhì)進(jìn)入管網(wǎng),雜質(zhì)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(nèi)的泥沙、石塊、瓦礫、編織袋、建筑垃圾等;3)熱網(wǎng)管道內(nèi)壁生銹形成的鐵銹泥,隨循環(huán)水進(jìn)入換熱器。由于板式換熱器的流通截面小,導(dǎo)致這些雜質(zhì)在換熱器中造成堵塞。
為保證換熱器的換熱效率,應(yīng)從以下幾方面預(yù)防和解決:
1)設(shè)計過程中應(yīng)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(shè)排污閥和除氧設(shè)施。
2)加強(qiáng)施工管理和監(jiān)督,大口徑管道安裝每一段管道后,都應(yīng)組織人員清理焊條、焊渣,施工完畢后組織專人進(jìn)行徹底清洗。
3)運(yùn)行人員嚴(yán)格把關(guān),換熱器投運(yùn)之前,必須與系統(tǒng)隔開,利用連通管進(jìn)行冷運(yùn)行,循環(huán)一定時間后,把除污器和濾網(wǎng)內(nèi)的雜物清除干凈,重復(fù)進(jìn)行,直至把異物徹底清理干凈。運(yùn)行過程中不定期排污,同時應(yīng)做好水質(zhì)把關(guān),以保證入網(wǎng)水合格。
4)一旦發(fā)生堵塞應(yīng)及時通過反沖、酸洗、鈍化處理或者拆裝進(jìn)行清理。
1)換熱器的設(shè)計選型,應(yīng)根據(jù)集中供熱系統(tǒng)的特點(diǎn)合理計算選型,才能最大限度的發(fā)揮板式換熱器的優(yōu)越性。
2)板式換熱器的結(jié)垢、堵塞問題應(yīng)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(jīng)濟(jì)性都有很大優(yōu)勢,只要從選型、施工到運(yùn)行管理均高度重視,在集中供熱中將有更廣泛的應(yīng)用。
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