板式换热器反冲洗清洗维护方法的应用

板式换热器反冲洗清洗维护方法的应用

随着供热节能技术的不断推广和应用，间接换热机组在供热系统中的应用越来越普遍，作为换热机组的核心部件，板式换热器由于体积小、效率高、结构简单、价格适中的特点，被受广大供热单位青睐。

但是由于我国供热系统普遍存在着系统水质较差、管网冲洗不到位造成杂质和悬浮物超标等问题，板式换热器在使用中经常出现堵塞、结垢、换热效率下降、换热效果差的现象。为了保证供热质量，供热单位只能通过频繁的拆洗板式换热器来改善换热效果。但是，拆装换热器不仅费时费工，造成用户长时间停止供热，而且频繁拆装板式换热器还会出现板片变形、胶条加速老化、流道错位、板间距缩小等问题，大大降低了板式换热期的使用寿命。为了保证换热器换热效果，最根本的解决方案是加强水质处理力度、改善水质环境，减少循环介质的硬度，降低Ca2+、Mg2+与OH-、CO32-离子结合形成水垢的几率，为换热器换热营造良好的使用环境。

但是，在日常运行期间通过不断进行板式换热器的反冲洗维护保养，减少杂质在换热面上沉积、附着的可能性，保持换热面的清洁，也可以收到事半功倍效果。

一、板式换热器堵塞、结垢的原因分析

1.1板式换热器结构

板式换热器的结构简单，它是由板片、密封垫片、固定压紧板、活动压紧板、压紧螺柱和螺母、上下导杆、前支柱等零部件所组成。板片为传热元件，粘好垫片的板片，按一定的顺序置于固定压紧板和活动压紧板之间，用压紧螺柱将固定压紧板、板片、活动压紧板夹紧。在压紧后，相邻板片的触点互相接触，使板片间保持一定的间隙，形成流体的通道，换热介质从固定压紧板、活动压紧板上的接管中出入，并相间地进入板片之间的流体通道，进行换热。从板式换热器出现以来，制造厂家根据换热介质类型、应用环境、对数温差和承压大小的不同，不断更新波纹板片的类型，以求得制造出换热效率更高、流体阻力更低、承压能力更大的换热设备。

1.2板式换热器结构形式上的优点

板式换热器有特殊的结构，相对于其他类型换热设备在传热性能上有着明显的特点：

1)传热系数高

换热介质在板式换热器内进入板片之间的流体通道，没有旁路，且流道是通过两片波纹纹路方向相反的板片叠加组成，因此板片之间出现许多相互碾压的触点，导致流道形状不断变化，形成网状多变的复杂流动状态。因此，流体在流速很小的情况就会产生湍流，流体在流道内不断与板片发生碰撞，大大提高了传热能力。

2)污垢系数低

板式换热器内流体的剧烈湍动，使得杂质不易沉积;板间通道的流通死区小;不锈钢制造的换热面光滑且腐蚀附着物少等特点，导致板式换热器比其他类型换热器的污垢系数小得多。

1.3板式换热器堵塞、结垢的原因

1)板式换热器的板间通道很窄，一般只有3~4mm，当换热介质中含有较大的固体颗粒或纤维物质时，就容易堵塞板间通道。

2)多数换热器选型按照最终负荷进行，容量较大，一旦初期投运负荷较小，换热介质在换热器内的流速远远小于设计流速，且流道形状十分不规则，导致一些进入换热器内杂质不易被带出换热器，极易附着在不锈钢换热面上形成污物。

3)循环介质残余硬度较高，附着于换热面上的污物紧贴高温侧，经过不断烘烤与介质中析出的CaHCO3，Ca(OH)2，MgHCO3，Mg(OH)2晶体结合形成薄垢，又经过长期高温烘烤垢层不断增厚，形成硬垢。板式换热器一旦堵塞和结垢，必然导致换热面被污染，换热效率下降，换热效果差，严重的情况会导致系统阻力增大，高温侧和低温侧流量减少，换热量不足。

二、板式换热器反冲洗清洗方法的原理

2.1板式换热器反冲洗清洗方法简介

通过对板式换热器换热原理，结垢、堵塞原因的分析，我们提出一种换热器反冲洗清洗维护方法。该方法是利用系统高压水所产生的能量，对换热面上的垢层进行反向冲击，使之脱离换热器板片，排出循环系统。经过长期实践，事实这种方法效果十分明显。

2.2板式换热器反冲洗清洗方法操作过程

2.2.1板式换热器一次侧排污操作方法：

A、关闭换热器一次侧接口处供回水球阀1、2，打开一次侧排污球阀4，和一次侧排气阀3，使换热器内一次侧留存的水全部泄空;

B、关闭一次侧排污阀4，迅速打开换热器一次侧回水球阀2，当排气阀3见水后，关闭换热器一次侧回水球阀2;

C、打开换热器一次侧排污球阀4，泄空换热器一次侧存水，迅速打开一次供水球阀1，进行排污，待排出的液体澄清后，关闭排污球阀，上述操作连续进行2次;

D、打开换热器排气阀3，同时开启一次回水球阀2，待换热器内充满水后，打开供水球阀1，恢复正常运行，换热器一次侧反冲洗清洗完成。

2.2.2板式换热器二次侧排污操作方法

A、关闭换热器二次侧接口处供回水球阀5、6，打开二次侧排污球阀8，和二次侧排气阀7使换热器内二次侧的存水全部泄空;

B、关闭二次侧排污阀8，迅速打开换热器二次侧回水球阀6，当排气阀7见水后，关闭换热器二次侧回水球阀6;

C、打开换热器二次侧排污球阀8，泄空换热器内的水，迅速打开二次供水球阀5，进行排污，待排出的液体澄清后，关闭排污球阀，上述操作连续进行3-5次;

D、打开换热器排气阀7，同时开启二次回水球阀6，待换热器内充满水后，打开供水球阀5，换热器一次侧恢复正常运行。

2.3板式换热器反冲洗清洗方法的原理分析

2.3.1冲洗采用干式冲洗方法，即将换热器内的水全部泄空，使附着于板片上的污垢暴露于空气中，减少污垢与换热面的黏贴力;在换热器内充满水的情况下，污垢处于完全湿润状态，与吸附板面的接触面积大，所产生的黏贴力较大，不易被剥落。而当泄空换热器后，污垢暴露在空气当中，含水量减少，与吸附板面的接触面积减小，黏贴力减弱，同时一部分与板片结合不够紧密的污垢，会随着泄水的过程排出换热器。

2.3.2迅速充水过程中瞬时出现强大冲击，对板片产生剧烈振动，剥离或松动黏贴于换热面上的污垢;随着空气的迅速进入，形成气水共腾，产生强大的冲击波，强烈冲击不锈钢板片，由于换热器已经泄空，板片振动幅度十分剧烈，这种振动足以将还没有形成硬垢的杂质从换热面上剥离下来。

2.3.3迅速充水时，由于水流在系统压力的推动下产生的巨大流速，远远大于杂质悬浮速度Vc，因此可以将已经被剥离或松动的污垢冲走，通过排污排出换热器;迅速充水的过程，流体一侧是较高的系统压力，另一侧直接与空气接触。按照流体力学，可以简化为“孔口自由流”的数学模型进行分析计算。

根据《流体力学》中孔口自由流相关章节中关于圆形薄壁小孔的公式推导，得Q=μA×(2gHc)1/2(1)其中，Q———体积流量，m3/s;μ———流量系数，对于薄壁小孔口，μ=0.60~0.62;A———孔口面积，m2;Hc———作用压头，mH2O。

例如，一台板式换热器规格为：760mm(宽)×1500mm(高)，板片数量为80片，板间距为3mm，二次侧出口压力为0.40MPa，折合为40mH2O，换热器接口口径=150mm。

按照公式(1)，计算反冲洗时的体积流量Q：Q=μA×(2gHc)1/2=0.61×0.785×0.152×(2×9.81×40)1/2=0.3018m3/s

按照质量守恒定律，通过换热器二次侧每个流道的流动速度V，V=Q/S=0.3018/(0.76×0.003×80)=1.655m/s

根据相关资料，直径De=3mm及以下的固体杂质的最大悬浮速度Vc=0.33m/s，远远小于反冲洗排污过程中换热器板间流体流动速度V，因此杂质可以轻易被排出系统。

三、板式换热器反冲洗排污方法的实际效果

包头市热力总公司现有间接连接热力站282座，有板式换热器进600台。2005年进行热力站间供改造后，由于二次网失水严重，热力站采用投药的方式进行水质处理，由于水处理药剂具有很强的除锈除垢功能，导致二次网管道中原来产生的锈蚀、杂质大量剥落，随着水流循环进入换热器，造成换热器堵塞无*****常工作。

开始时，我们只能频繁拆卸清洗换热器，一方面消耗了大量的人力物力，另一方面一部分换热器板片经过多次拆卸后陆续出现胶条老化、板片变形甚至击穿的现象，对设备造成了很大的损伤。认识到这一点后，我们开始从换热器的结构特点入手，探索一种切实可行的换热器清洗维护方法，经过反复实验和理论上论证，我公司创造出了上述反冲洗排污方法。方法在全公司推广后，收到很好的效果，换热器清洗率有原来每采暖季40%，下降到目前每采暖季10%左右。而且随着供热系统“大流量、小温差”运行模式逐渐向“小流量，大温差”运行模式转变，板式换热器的反冲洗排污维护方法，在保持换热器换热效率方面发挥了更加突出的作用。