提高板式换热器传热效率的措施初探

提高板式换热器传热效率的措施初探

【摘要】板式换热器是间接供热方式中换热站的核心设备，其传热效率直接影响到供热效果和热能利用效率。本文针对板换效率降低理论分析查找多种原因，并结合实际工作探索板换的正确选型方法及运行管理措施，以提高其传热效率，节约电耗热耗。

【关键词】板式换热器清洗

1、引言

板式换热器属间壁式换热器，冷热流体通过板片传热，具有传热系数高、体积小、结构紧凑、污垢系数低、适应性强、板片种类多等优点，更由于板式换热器便于拆卸清洗，增减换热器面积灵活，在供热行业中应用非常广泛。

锦州热电有限公司是国有独资热电联产企业，下设五个供热公司。2009年按照国家节能减排的工作部署关闭原有火力发电机组，经营模式发生变化，改为从热源厂购热。现有换热站194座，263套供热系统，均采用间供模式，共有板式换热器368台。

随着供热面积逐年扩大，而热源厂的热网最大循环流量无法继续提高，2014-2015采暖季开始出现换热器二次侧供水温度低于一次侧回水温度(俗称“倒温差”)的现象，突出表现是换热器传热效率降低。虽然总体购热量较多，但二次侧供水温度不高，住户端供热效果没有明显改善，对供热企业带来社会效益和经济效益的双重压力。因此分析影响换热器效率的因素，采取有效技术措施以提高板换的换热效率，显得至关重要。

2、原因分析

针对上述暴露的问题，经过对典型换热站的现场实地调研和运行参数统计分析，认为原因既有设备选型和运行管理方面，又有运行调整方面，以下为详细分析。

2.1水质差、结垢影响传热

各换热站内基本没有水处理设备，采用自来水或深井水作为供热补水水源。锦州地区水质硬度CaCO2(367mg/L~412mg/L)和钙镁离子含量(钙离子含量80mg/L)较高，二次侧水温一般在40℃-55℃之间，在此温度下结垢较为明显，尤其部分窄流道板片的阻力增加非常明显。

在清洗板片时，发现换热器临近前、后固定板的板片有杂质和泥垢堆积，而中间的板片比较干净，分析原因主要是流场在换热器中分布并不均匀，在临近前后固定板处存在流速死角。在换热器选型时没有考虑水质和结垢因素，结垢堵塞流道造成流速下降，换热能力不足。

2.2清洗不及时、影响传热

换热器传热系数K值是变化的，其大小实际上是由传热过程总热阻的大小来决定的：换热器传热过程中的总热阻越大，换热器传热系数K值也就越低;换热器传热系数K值越低，换热器传热效果也就越差。实际应用中应着重研究如何控制对总热阻影响最大的分热阻。

水一水板式换热器传热系数K值公式]如下：

K=、1(1)1.6.，6，1a1e入ga2式中：K——换热器的传热系数，W/(m2.℃);a——加热介质至管壁的放热系数，W/(m2·℃);a——管壁至被加热介质的放热系数，W/(m2·℃);6.——管壁厚度，m;入——管壁的导热系数，W/(m2·℃);6.——污垢厚度，m;入.——污垢的导热系数，W/(m2.℃)。

从公式(1)中可以分析出：对于已经投入使用的换热器，污垢热阻的大小是影响换热器传热系数K值的关键因素。当污垢厚度大于0.5mm时，换热器的传热能力下降很多]。

供热公司没有建立板换运行健康档案，运行人员对此了解不清，仍然延续老的运行经验，基本是供热初期、元旦春节之前，或者是住户普遍反映不热才考虑进行清洗。换热器清洗不及时，也是导致板换出现“倒温差”的重要因素之一。

2.3安装不规范、影响传热

供热公司缺乏有效的设备管理制度和应有的技术指导，板片清洗后密封回装时，存在胶条滑离胶条槽、板片发生错位的现象。检修人员罔视板换的原设计，为保证安装后不出现渗漏现象，私自缩小板换夹紧尺寸，造成板片间的流道变小、换热器压降增大;甚至随意将损坏的胶条连同换热器板片拆下闲置，导致板片数量逐年减少，实际有效换热面积低于设计换热面积，换热能力不足。

2.4多套系统或多台换热器之间存在水力失调

各供热公司多着重于各换热站一次网总体流量的平衡，但对个别换热站内的多套换热系统及每个换热系统内多台板式换热器之间的水力平衡调整，未给予足够重视，导致多套换热系统或多台换热器之间存在水力失调，部分换热器流量过小，传热效率降低。

2.5板换一次、二次侧流量不匹配

2016-2017采暖季锦州热电有限公司所辖换热站二次侧供水温度与一次侧回水温度平均差值统计数据。

显示出供暖初期(11月份)和供暖末期(3月份)出现“倒温差”的换热站数量明显增多，由40个扩大至52个;换热器二次侧供水温度与一次侧回水温度平均差值也由-1.15℃增大至-1.22℃，换热效果变差;而严寒期(12月-2月份)出现“倒温差”的换热站数量明显减少。

供热一级主管网在供暖初期和末期采用阶段量调节方式，一级主管网的循环总流量降低，各换热站、各台板换一次侧流量随之降低，而二次侧流量仍然保持不变，板换一次、二次侧流量比增大，换热器换热效率降低，造成换热器二次侧供水温度低于一次侧回水温度(俗称“倒温差”)的现象增多。

为印证上述分析是否合理，同时掌握一次、二次侧流量比的实际情况，特选取有代表性的六个换热站进行实测。由于大部分换热站内只有一次侧流量计，所以利用便携式流量仪测量二次侧实际流量，并统计出一次、二次侧流量比。

3、结合的统计数据和所有换热站的实际运行记录分析：二次网温差小于10℃、板换一次、二次侧流量比高于1：3.5的换热站内换热器出现“倒温差”的概率较大，而表1中4#、5#、6#、7#管网各换热站内板换一次、二次侧流量比小于14，初末寒期出现“倒温差”的换热站较少。由此可以总结出一次、二次侧流量比是换热器换热效率高低的重要影响因素，板换一次、二次侧流量匹配合理是提高板换换热效率和保证经济运行的有效手段。

4、具体技术措施

通过理论分析和实际运行调整，认识到换热器板片结垢、一次、二次侧流量比过低，是板式换热器传热效率降低和出现“倒温差”的主要影响因素。采取相应的技术措施，同时加强运行调整和设备管理是解决问题的关键所在。

4.1重新核算换热面积、增加板片

增加传热面积是提高板式换热器传热效果使用最多、最简单的一种方法。考虑污垢和杂质对换热器的影响，按照实际供热面积重新核算换热器的换热面积，对换热面积不足的换热器单台增加20%~30%的板片数量，两台以上的换热器以其中一台停用时另一台保证75%的供热负荷为标准，及时补充板片，以确保足够的有效换热面积。

4.2板换加装反冲洗装置

在换热器进出口与阀门间加装泄水阀门和短接，通过阀门切换，利用系统外的清洁水对换热器进行高压反冲洗，将板片上的泥垢等杂物冲洗掉，以减小污垢的热阻，提高换热效率，同时减少板换拆洗频次、节省人工和胶条更换等维护费用。

4.3换热站二次侧加装水处理设备

以前个别换热站内曾试验加装过电子除垢仪等水处理设备，但由于种种原因效果不明显。换热站内加装水处理设备势在必行，这既是减少管道板换结垢、满足热计量系统对二次网水质的要求外，也为混水供热技术的应用创造条件。

利用新建换热站的契机，试验加装多种水处理设备，同时做好试验数据积累、水质处理结果对比和经济运行效果分析，最终选择出适合锦州地区的高效水处理设备。

4.4设置换热器二次侧旁通管

对部分采用窄流道板式换热器、冷热介质(一次侧与二次侧)流量比较大、板换压降大于70kPa的板换，在二次侧进出口之间加装旁通管，以减少板换的二次侧流量和总阻力。

为便于调节，在旁通管上应安装调节阀，调节通过旁通管的流量使换热器冷介质出口的温度提高，并保证与换热器冷出口介质合流后的供水温度达到设计要求，既降低了通过板换的流量、减少“倒温差”现象，提高换热器的传热效率、又减小了换热站总压降，又节约了循环泵电耗。

4.5严格执行换热器管理制度

为掌握好板换的清洗时机，建立换热器运行参数工艺卡片制度，随时监测换热器一次侧、二次侧压降及二次侧供水温度与一次侧回水温度的变化情况，督促各供热公司及时清洗换热器;同时健全设备维护和检修卡片，严格按照每台换热器设计夹紧尺寸安装板片。

对结垢不严重的板片采用高压水枪进行清洗，减轻酸洗过程中酸液对板片保护膜及胶条的腐蚀，节约检修维护费用。同时为防止住户盗用供暖水及管道管件腐蚀，在二次侧水中添加染色剂或阻垢药剂;并化验地下水和自来水与黏性药剂发生反应产生杂物的问题，尽量选择无黏性的药剂防止沾污换热器板片。

4.6加强换热站内参数调整

供热系统是一个密闭的循环系统，换热器二次侧实际流量的大小取决于循环泵的实际流量，即由二次网管路特性曲线与循环泵特性曲线的交汇点决定的。通过换热站内循环泵变频调整，可以减小循环泵的实际流量，以保证换热器一次、二次侧流量的合理匹配。

但随着循环泵频率降低，循环泵的实际扬程也随之降低，为保证二次网末端的住户正常供热，需要整个二次管网进行再次平衡调整调整后管路总阻抗S增大，管路特性曲线变陡，与循环泵特性曲线的交点由原来的交点1移动到交点2;循环泵的流量由原来的G1减小到G2，扬程由原来的H1增大到H2。

所以二次网平衡调整与循环泵降频相结合，既减小了二次网总流量又保证了住户端的压差需求，同时提高循环泵效率节约动力电耗。

换热站内多套换热系统并存的，要经过详细计算合理分配各系统的一次侧流量，并按照回水温度法将各系统一次侧回水温度调节一致，以达到更好的运行效果。

5、实际效果

通过在两个采暖季贯彻落实上述技术和管理措施，基本消除了换热器的“倒温差”现象、换热器传热效率有所提高：二次侧压降平均降低2mH20-3mH20、二次网单位采暖面积循环流量由原来的2.8kg/m2降低至2.2kg/m2、二次网供回水温差提高3℃~5℃;单位采暖面积动力电耗由2016-2017采暖季的1.322kWh/m2降低至1.06kWh/m2。

6、结语

随着板式换热器技术的不断进步，其适用的工艺条件也在不断的更新和发展。本文在借鉴前人经验、结合多年实际运行经验基础上，对发现的换热器应用问题进行了分析和探索，取得了一定的成效。在保证热住户室温稳步提高的同时，企业的节能降耗工作取得了较好的成效，但我们也清醒的认识到与先进企业的指标相比还有较大差距，节能降耗工作永远在路上。