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太古中继能源站大型板式换热器换热性能分析

2020-01-12 09:18:55浏览:7 来源:清洗联盟   

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太古中继能源站大型板式换热器换热性能分析

【摘要】本文根据太古中继能源站板式换热器实际运行参数,采用对数平均温差法分析换热器堵塞及反冲洗对其换热性能影响。结果表明,反冲洗可在一定程度上提升换热系数,改善换热性能。对换热器拆卸清洗发现,换热器内杂质主要为泥沙,结垢现象不明显。

【关键词】板式换热器换热清洗

0、引言

供热工程作为能源工程及环保工程问,采用清洁发展方式势在必行。受城市发展影响,长输管网、能源梯级利用、大温差、煤改气、煤改电等将逐渐趋于普遍。长输管网输送距离超过20km,供热面积在1500万m2以上],供热系统包括中继泵站、隔压站。太古供热项目为国内首个长距离输送供热工程,供热面积7600万m2,全长37.8km,沿途设置4座泵站。中继能源站作为太古高温网和市区一级网连接枢纽,通过板式换热器隔压换热,实现设计压力为2.5MPa的高温网与设计压力为1.6MPa的一级网的有效隔离,提高热网系统安全性。

板式换热器因结构紧凑、换热效率高、造 价低、清洗方便等优点被广泛应用于供热系统中。影响板换换热性能的主要有板间流速、流体分配均衡性、进出口温度等。学者大多从板式换热器设计选型及理论计算进行研究,而有关实际应用过程中的研究偏少。本文将针对板式换热器实际运行情况进行相关分析。

1、板式换热器基础参数

太古中继能源站为太古供热工程项目建设的一大亮点,共设置90台板式换热器,分为两个车间,每个车间为一个系统,其换热器的布置方式一致,共有5个阵列,每个阵列3组并联,每组有A、B、C三台串联。A、B、C换热器参数如表1。

太古热网主要承担低海拔和高海拔一级网负荷,一级网设计参数为:供/回水温度120℃/25℃,循环流量30000/h。根据负荷情况,一车间和二车间均投运13组换热器阵列,低海拔一级网换热器阵列为:一车间1-4阵列和二车间5个阵列,其中一车间1-3、4-3,二车间1-3、3-3未投运;高海拔一级网换热器阵列为一车间阵列5。实际运行过程中,为避免高温侧回水温度和一级网侧供水温度偏高,调整堵塞较严重的换热器高温侧供水阀门,车间一、二换热器阀门未全开。


2、换热系数计算方法

根据换热器实际运行参数采用对数平均温差法计算,计算公式如下:

Mm=(Alams-dtmia)/In(Atma/Ataia)(1)k=dy(cqax4)(2)式中:Atm为对数平均温差;am为冷、热流体温度差值较大者;aa为冷热流体温度差值较小者;k为换热系数;p为热负荷;A为换热面积;c为比热容;qa为冷、热流体流量较大者。

此次以板式换热器阵列组进行分析,换热面积每个阵列组串联的A、B、C三台板式换热器换热面积之和,为5492.77m2。

由此计算车间一和车间二换热器阵列组换热系数。能源站换热器设计换热系数为 5000W/(m2·K),设计对数平均温差为4.6℃。

3、反冲洗对换热性能影响分析

3.1车间一换热性能分析

以严寒期末实际运行数据分析,车间一热网运行参数为:供回水温度为97.22℃/38.75℃,循环流量为8882/h。根据换热器在一天中实际运行参数变化,计算换热器相关参数。表3为采用对数平均温差法车间一计算结果。

根据表中结果可知,换热器的对数平均温差基本在4℃~5℃之间,高温侧供水阀门未全开及堵塞较严重的换热器对数平均温差较大。换热器换热系数较设计值偏小,这与系统供回水温度及循环流量未达设计工况有关。

为进一步分析换热器阀门开度及换热器堵塞对换热系数的影响,选择换热器反冲洗前、后参数进行对比。

8:30为换热器1-2反冲洗前参数,9:30、16:555:22为换热器1-2反冲洗后参数。整体来看,在换热器各进出口阀门均全开的情况下,换热器阵列3的换热性能最优,其次是换热器阵列2和阵列4,3-2的换热系数在1-2反冲洗后最大,为2508.3W/(m2·K)。

流体介质在板间以螺旋状态流动,形成漩涡,换热器反冲洗后,板间流速升高,强化了高低温侧的传热。换热器阵列5由于阀门未全开,换热系数相对较小,但是随高温侧供水阀门开度增加,换热器换热性能得到改善。

为1-2和3-2在不同时间换热系数变化情况。1-2反冲洗后,其换热系 数提高81.4%,且基本维持在2500W/(m2·K);但约8h后,因1-2换热器堵塞较严重,换热系数逐渐降低,随堵塞程度增加,板间流速降低,传热弱化。1-2换热器反冲洗会影响3-2换热性能,但影响较小。根据不同时间段3-2换热系数变化可知,3-2基本不堵塞。

3.2车间二换热性能分析

车间二热网运行参数为:供/回水温度为102.75℃/44.59℃,循环流量为11702t/h。表4为采用对数平均温差法车间二换热器计算结果。由表可知,车间二换热器阵列的换热系数要高于相同阵列组下车间一换热器换热系数。车间二对数平均温差基本在3.5-4.5℃范围内,换热系数均大于2000W/(m2·K),其中3-2的换热系数最大为2857.98W/(m2.K)。

为换热器1-2、3-2、5-3在不同时间下换热系数的变化。由图可知,同一时间段下,换热器阵列1-2的换热效果最差,5-1次 之,3-2的换热器换热效果最好,且3-2换热系数随时间变化不大。因1-2堵塞较严重,随时间变化,换热系数降低幅度较5-3明显。这是因为,换热器堵塞后,低温侧流体杂质主要分布在回水中末端,导致流体流速逐渐降低,换热效果变差。

4、换热器性能对比分析

车间一、二换热器换热端差均与设计端差偏差不大,但换热系数与设计值偏差较大,这与换热器堵塞及换热器未达设计工况有关。以严寒期参数进行分析,严寒期参数为:车间一供回水温度为103.69℃/37.37℃,循环流量为8882/h,车间二供回水温度为102.38/44.87℃,循环流量为11834/h。计算分析得车间一、二换热系数分别为3131.33W/(m2,K)、3643.96W/(m2.K)。换热系数较严寒期末升高25%左右,分别为设计工况的63%、73%。在系统运行参数与设计工况偏差减小的情况下, 换热器换热系数增加、换热性能提高。

对比车间一、车间二换热系数发现,车间二换热系数要高于车间一,这与车间一、车间二初次投运时间有关,车间二较车间一晚投运45天,投运初期,一级管网杂质较多且旋流除污器除污效果差,导致车间一换热器堵塞严重。严寒期末在车间一单组换热器循环流量较车间二偏低的运行情况下,对比换热器压降,发现车间一、二换热器压降分别为25m(H20)、19m(H20),这一趋势换热系数一致,进一步证明车间一堵塞严重,导致其换热器压降大,换热系数低于车间二。

5、换热器清洗为分析影响

换热器换热性能的因素,将换热器内水放空静置后再进行反冲洗,发现反冲洗后,水质为浑浊的黄色,杂质主要为泥,仅含有极少量泥沙。这说明,反冲洗可在短时间内改善换热器换热性能,但无法有效 去除换热器内杂质。

为明确换热器内杂质及换热器堵塞情况,拆洗车间一1台换热器进行分析。拆洗后换热器内杂质主要为泥沙、小石块、树枝等。

因泥沙较重,换热器反冲洗时不易冲出,导致换热器换热效果得不到改善。

6、结论

换热器换热系数表示能源站换热器高温水和一级网低温水之间的传热能力,传热系数越高,换热器的换热效果越好。通过采用对数平均温差法对能源站两个车间的换热器进行分析,可得到如下结论:

(1)换热器的换热系数可以反映换热器的堵塞情况及换热器反冲洗前后换热性能的改变。反冲洗可以明显改善换热性能,反冲洗后,车间一1-2换热器换热系数提高81.4%。

(2)换热器的换热系数与换热器的布置方式有关,呈现中间大,两侧小的情形。

(3)受换热器堵塞情况影响,车间二换热器的换热性能优于车间一换热器换热效果,相同时间下,换热效果最好的为3-2,车间二的换热系数较车间一的换热系数高407.7W/(m2K)。

(4)车间一的对数平均温差较车间二的对数平均温差大,车间一的换热器的对数平均温差基本在4℃~5℃之间,车间二换热器对数平均温差基本在3.5℃~4.5℃。

(5)换热器运行参数与设计参数偏差减小,换热系数偏差也相应减小。

(6)换热器内杂质主要为泥沙,其对换热器换热性能有较大影响。

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