板式換熱器在集中供暖中的應(yīng)用
- 2019-08-26 10:40:32 -
隨著社會(huì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，集中供熱方式日漸成熟，而板式換熱器作為一種高效的換熱設(shè)備，具有換熱效率高、占地面積小、重量輕、組裝和拆卸方便、板片品種多、污垢系數(shù)小等特點(diǎn)，被供熱系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，當(dāng)前，板式換熱器已成為集中供熱間接式換熱機(jī)組的核心部件。然而在實(shí)際運(yùn)用中，二次網(wǎng)循環(huán)水水質(zhì)硬度不達(dá)標(biāo)、懸浮物高、氯腐蝕或氧腐蝕等容易造成換熱器板結(jié)垢、堵塞、腐蝕或穿孔現(xiàn)象，進(jìn)而影響換熱器正常功能的發(fā)揮，給企業(yè)帶來(lái)巨大的成本壓力或經(jīng)濟(jì)損失。因此，有必要做好換熱器板的選型、阻垢、防腐、安全清洗等工作，確保企業(yè)正常生產(chǎn)。
1.基于集中供熱的板式換熱器選型的注意事項(xiàng)
目前，我國(guó)城市集中供熱中采用的一次熱媒溫度一般為130℃/70℃，二次熱媒溫度為95℃/70℃或85℃/60℃，在這種情況下，板式換熱器一次熱媒流道內(nèi)的流量?jī)H僅為二次熱媒流道內(nèi)流量的一半左右。對(duì)于對(duì)稱(chēng)性流道來(lái)說(shuō)，一次熱媒流速約為二次熱媒流速的50%，則一次熱媒流道內(nèi)流體與板片間的對(duì)流換熱系數(shù)約為二次熱媒流道內(nèi)的70%左右，因此，當(dāng)一次、二次側(cè)介質(zhì)流量較大時(shí)，宜采用非對(duì)稱(chēng)型板式換熱器。一般而言，冷流體和熱流體在板片兩側(cè)界面的對(duì)流換熱系數(shù)決定著板式換熱器表面換熱系數(shù)的大小，且小于冷、熱對(duì)流換熱系數(shù)中較小的一個(gè)，為了使板式換熱器的傳熱性能得到充分發(fā)揮，應(yīng)當(dāng)將冷、熱流體與板片兩側(cè)界面之間的對(duì)流換熱系數(shù)適當(dāng)提高。板式換熱器的選型計(jì)算非常復(fù)雜，要想保證換熱器選型計(jì)算的合理完成，必須綜合考慮換熱器板間流速的影響、冷和熱介質(zhì)板間流速的匹配性等，使流速、溫差、介質(zhì)以及流程的物性參數(shù)都在合理范圍內(nèi)，保證板式換熱器優(yōu)越性的充分發(fā)揮，使設(shè)備獲得經(jīng)濟(jì)、可靠的運(yùn)行。
以下是板式換熱器選型計(jì)算步驟：列出冷、熱介質(zhì)的物性參數(shù)和熱工參數(shù)→選擇板片形式→求出流體流速→對(duì)冷、熱流體的雷諾數(shù)進(jìn)行計(jì)算→對(duì)冷、熱流體的換熱系數(shù)進(jìn)行計(jì)算→計(jì)算傳熱系數(shù)→計(jì)算換熱器理論換熱面積→計(jì)算換熱器一個(gè)流程的流道數(shù)→計(jì)算換熱器流程數(shù)→計(jì)算換熱器壓力降→校核換熱面積→校核壓力降。
2.基于集中供熱的板式換熱器運(yùn)用中存在的問(wèn)題
在集中供熱系統(tǒng)中，熱網(wǎng)循環(huán)水主要為自來(lái)水和深井水，硬度較大，當(dāng)水達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)會(huì)在管網(wǎng)中產(chǎn)生沉淀物，由于板式換熱器流通界面較小，板間流速也就較低，沉淀物容易在熱側(cè)形成水垢或在循環(huán)水中懸浮，進(jìn)而沉積在換熱器表面，形成二次水垢，影響水質(zhì)，并造成換熱器結(jié)垢堵塞。由于污垢層的導(dǎo)熱系數(shù)很低，大大增加了傳熱熱阻，在一定程度上降低了換熱器的傳熱效率；當(dāng)板式換熱器表面有結(jié)垢層形成時(shí)，將會(huì)降低設(shè)備流通面積，增加流體流過(guò)設(shè)備的阻力，進(jìn)而消耗更多泵功率，帶來(lái)不必要的成本浪費(fèi)。一般按照結(jié)垢層沉積的機(jī)理不同，可將污垢分為結(jié)晶、腐蝕、化學(xué)、生物等污垢。另外，在供熱管網(wǎng)施工過(guò)程中，由于管理不當(dāng)或受到環(huán)境影響，難免有些雜質(zhì)會(huì)進(jìn)入管網(wǎng)，比如焊接管道時(shí)殘留的焊渣、一些雜物、垃圾、泥砂、石塊、編織物等在管道施工時(shí)被殘留，長(zhǎng)期使用過(guò)程中管道內(nèi)壁形成的鐵銹泥隨循環(huán)水進(jìn)入換熱器導(dǎo)致?lián)Q熱器結(jié)垢堵塞。
雖然板式換熱器的板片由不銹鋼制成，具有很強(qiáng)的耐腐蝕性，但是若水中的氯離子含量較高就會(huì)對(duì)其造成腐蝕；水和氧也是換熱器板片受腐蝕的必要條件，若腐蝕是在整個(gè)金屬表面均勻地進(jìn)行，腐蝕速度就不會(huì)加快，帶來(lái)的危害性也不會(huì)太大，而若腐蝕集中在金屬表面的某些部位，腐蝕速度就會(huì)加快，容易出現(xiàn)銹穿現(xiàn)象，危害性很大，不僅會(huì)降低設(shè)備工作效率，還會(huì)大大縮短設(shè)備使用壽命，增加維修成本。此外，由于腐蝕的產(chǎn)生，供熱系統(tǒng)金屬材料會(huì)受到損傷，造成管道、末端設(shè)備嚴(yán)重潰爛滲漏，并對(duì)房間裝飾材料帶來(lái)?yè)p傷，嚴(yán)重情況甚至?xí)拱迨綋Q熱器和鍋爐提前報(bào)廢。所以，板式換熱器循環(huán)水的水質(zhì)指標(biāo)非常重要。
3.針對(duì)板式換熱器運(yùn)用中存在的問(wèn)題的應(yīng)對(duì)措施
3.1防止水垢和固體雜質(zhì)
在處理補(bǔ)充水的時(shí)候如果采用的是鈉離子交換器，必須保證補(bǔ)充水硬度符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)供熱系統(tǒng)中循環(huán)水的硬度、懸浮物、PH值等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)，有效防止鈣鎂垢的產(chǎn)生。若補(bǔ)充水采用的是自來(lái)水，在處理過(guò)程中，應(yīng)在水中添加阻垢緩蝕劑，保證阻垢緩蝕劑的腐蝕率和阻垢率能夠達(dá)到要求，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，還要對(duì)阻垢緩蝕劑的添加量進(jìn)行定期檢查和化驗(yàn)，避免出現(xiàn)由添加量不夠造成結(jié)垢或是添加量過(guò)多造成浪費(fèi)或腐蝕。循環(huán)水中的固體雜質(zhì)主要是鐵銹泥、泥砂、殘?jiān)⒀趸~、生物粘泥等，為了將這些固體懸浮物等雜質(zhì)含量排除或降低，應(yīng)將供熱系統(tǒng)中懸浮物的含量控制在2-5mg/L，對(duì)于處理較好的循環(huán)水系統(tǒng)，補(bǔ)充水的懸浮物含量不應(yīng)大于0.5-1.0mg/L，而板式換熱系統(tǒng)循環(huán)水懸浮物含量應(yīng)小于10mg/L；在回水和補(bǔ)充水管線上增加過(guò)濾器，過(guò)濾一部分顆粒較大的懸浮雜質(zhì)；加強(qiáng)施工監(jiān)督管理，大口徑管道安裝每一段管道后，都要及時(shí)組織施工人員將焊渣、焊條清理干凈，而在施工結(jié)束后也要進(jìn)行徹底清理；日常運(yùn)行期間要加強(qiáng)管理，定期排污，從而減少懸浮雜質(zhì)。
3.2防腐和安全清洗
若水中氯離子含量超過(guò)200ppm，那么在選板式換熱器時(shí)就不宜選用普通不銹鋼板片，可采取一系列有效的措施將一級(jí)、二級(jí)網(wǎng)介質(zhì)中的氯離子含量降低，使其保持在安全濃度范圍中，但是對(duì)于整個(gè)集中供熱系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，該方法成本較高，管理麻煩。一般而言，使用不銹鋼換熱器較多的系統(tǒng)，應(yīng)將氯離子含量控制在300mg/L以下，嚴(yán)格的話控制在50mg/L以下，可在供熱系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中均勻添加燒堿以提高循環(huán)水PH值，將PH值控制在穩(wěn)定水平，這樣處理后，阻垢緩蝕劑的效果也會(huì)大大提升。正確清洗板式換熱器，確定清洗方法，對(duì)于不銹鋼材料來(lái)說(shuō)，一般采用強(qiáng)酸作為清洗劑，不能使用鹽酸，在清洗過(guò)程中，盡量降低清洗時(shí)間和浸泡時(shí)間，最好小于2h，在浸泡期間，分階段對(duì)清洗母液的腐蝕率和阻垢率進(jìn)行化驗(yàn)，避免換熱器被腐蝕；無(wú)論采用哪種清洗液，在清洗之后都要用清水徹底沖洗換熱器，清除殘留清洗液，避免二次腐蝕。
總之，要想使板式換熱器功能和優(yōu)越性得以充分發(fā)揮，就應(yīng)根據(jù)集中供熱系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行合理計(jì)算選型，同時(shí)，高度重視板式換熱器的結(jié)垢、堵塞、腐蝕等問(wèn)題，重視換熱器的日常運(yùn)行管理，采取切實(shí)有效的措施降低結(jié)垢、堵塞、腐蝕對(duì)換熱器傳熱效率和供熱效果帶來(lái)的不利影響。當(dāng)然，我們還要在實(shí)踐中不斷探索，不斷創(chuàng)新，有效解決板式換熱器運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，最大限度減少設(shè)備故障發(fā)生率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，使板式換熱器在集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值得以充分發(fā)揮。
1.基于集中供熱的板式換熱器選型的注意事項(xiàng)
目前，我國(guó)城市集中供熱中采用的一次熱媒溫度一般為130℃/70℃，二次熱媒溫度為95℃/70℃或85℃/60℃，在這種情況下，板式換熱器一次熱媒流道內(nèi)的流量?jī)H僅為二次熱媒流道內(nèi)流量的一半左右。對(duì)于對(duì)稱(chēng)性流道來(lái)說(shuō)，一次熱媒流速約為二次熱媒流速的50%，則一次熱媒流道內(nèi)流體與板片間的對(duì)流換熱系數(shù)約為二次熱媒流道內(nèi)的70%左右，因此，當(dāng)一次、二次側(cè)介質(zhì)流量較大時(shí)，宜采用非對(duì)稱(chēng)型板式換熱器。一般而言，冷流體和熱流體在板片兩側(cè)界面的對(duì)流換熱系數(shù)決定著板式換熱器表面換熱系數(shù)的大小，且小于冷、熱對(duì)流換熱系數(shù)中較小的一個(gè)，為了使板式換熱器的傳熱性能得到充分發(fā)揮，應(yīng)當(dāng)將冷、熱流體與板片兩側(cè)界面之間的對(duì)流換熱系數(shù)適當(dāng)提高。板式換熱器的選型計(jì)算非常復(fù)雜，要想保證換熱器選型計(jì)算的合理完成，必須綜合考慮換熱器板間流速的影響、冷和熱介質(zhì)板間流速的匹配性等，使流速、溫差、介質(zhì)以及流程的物性參數(shù)都在合理范圍內(nèi)，保證板式換熱器優(yōu)越性的充分發(fā)揮，使設(shè)備獲得經(jīng)濟(jì)、可靠的運(yùn)行。
以下是板式換熱器選型計(jì)算步驟：列出冷、熱介質(zhì)的物性參數(shù)和熱工參數(shù)→選擇板片形式→求出流體流速→對(duì)冷、熱流體的雷諾數(shù)進(jìn)行計(jì)算→對(duì)冷、熱流體的換熱系數(shù)進(jìn)行計(jì)算→計(jì)算傳熱系數(shù)→計(jì)算換熱器理論換熱面積→計(jì)算換熱器一個(gè)流程的流道數(shù)→計(jì)算換熱器流程數(shù)→計(jì)算換熱器壓力降→校核換熱面積→校核壓力降。
2.基于集中供熱的板式換熱器運(yùn)用中存在的問(wèn)題
在集中供熱系統(tǒng)中，熱網(wǎng)循環(huán)水主要為自來(lái)水和深井水，硬度較大，當(dāng)水達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)會(huì)在管網(wǎng)中產(chǎn)生沉淀物，由于板式換熱器流通界面較小，板間流速也就較低，沉淀物容易在熱側(cè)形成水垢或在循環(huán)水中懸浮，進(jìn)而沉積在換熱器表面，形成二次水垢，影響水質(zhì)，并造成換熱器結(jié)垢堵塞。由于污垢層的導(dǎo)熱系數(shù)很低，大大增加了傳熱熱阻，在一定程度上降低了換熱器的傳熱效率；當(dāng)板式換熱器表面有結(jié)垢層形成時(shí)，將會(huì)降低設(shè)備流通面積，增加流體流過(guò)設(shè)備的阻力，進(jìn)而消耗更多泵功率，帶來(lái)不必要的成本浪費(fèi)。一般按照結(jié)垢層沉積的機(jī)理不同，可將污垢分為結(jié)晶、腐蝕、化學(xué)、生物等污垢。另外，在供熱管網(wǎng)施工過(guò)程中，由于管理不當(dāng)或受到環(huán)境影響，難免有些雜質(zhì)會(huì)進(jìn)入管網(wǎng)，比如焊接管道時(shí)殘留的焊渣、一些雜物、垃圾、泥砂、石塊、編織物等在管道施工時(shí)被殘留，長(zhǎng)期使用過(guò)程中管道內(nèi)壁形成的鐵銹泥隨循環(huán)水進(jìn)入換熱器導(dǎo)致?lián)Q熱器結(jié)垢堵塞。
雖然板式換熱器的板片由不銹鋼制成，具有很強(qiáng)的耐腐蝕性，但是若水中的氯離子含量較高就會(huì)對(duì)其造成腐蝕；水和氧也是換熱器板片受腐蝕的必要條件，若腐蝕是在整個(gè)金屬表面均勻地進(jìn)行，腐蝕速度就不會(huì)加快，帶來(lái)的危害性也不會(huì)太大，而若腐蝕集中在金屬表面的某些部位，腐蝕速度就會(huì)加快，容易出現(xiàn)銹穿現(xiàn)象，危害性很大，不僅會(huì)降低設(shè)備工作效率，還會(huì)大大縮短設(shè)備使用壽命，增加維修成本。此外，由于腐蝕的產(chǎn)生，供熱系統(tǒng)金屬材料會(huì)受到損傷，造成管道、末端設(shè)備嚴(yán)重潰爛滲漏，并對(duì)房間裝飾材料帶來(lái)?yè)p傷，嚴(yán)重情況甚至?xí)拱迨綋Q熱器和鍋爐提前報(bào)廢。所以，板式換熱器循環(huán)水的水質(zhì)指標(biāo)非常重要。
3.針對(duì)板式換熱器運(yùn)用中存在的問(wèn)題的應(yīng)對(duì)措施
3.1防止水垢和固體雜質(zhì)
在處理補(bǔ)充水的時(shí)候如果采用的是鈉離子交換器，必須保證補(bǔ)充水硬度符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)供熱系統(tǒng)中循環(huán)水的硬度、懸浮物、PH值等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)，有效防止鈣鎂垢的產(chǎn)生。若補(bǔ)充水采用的是自來(lái)水，在處理過(guò)程中，應(yīng)在水中添加阻垢緩蝕劑，保證阻垢緩蝕劑的腐蝕率和阻垢率能夠達(dá)到要求，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，還要對(duì)阻垢緩蝕劑的添加量進(jìn)行定期檢查和化驗(yàn)，避免出現(xiàn)由添加量不夠造成結(jié)垢或是添加量過(guò)多造成浪費(fèi)或腐蝕。循環(huán)水中的固體雜質(zhì)主要是鐵銹泥、泥砂、殘?jiān)⒀趸~、生物粘泥等，為了將這些固體懸浮物等雜質(zhì)含量排除或降低，應(yīng)將供熱系統(tǒng)中懸浮物的含量控制在2-5mg/L，對(duì)于處理較好的循環(huán)水系統(tǒng)，補(bǔ)充水的懸浮物含量不應(yīng)大于0.5-1.0mg/L，而板式換熱系統(tǒng)循環(huán)水懸浮物含量應(yīng)小于10mg/L；在回水和補(bǔ)充水管線上增加過(guò)濾器，過(guò)濾一部分顆粒較大的懸浮雜質(zhì)；加強(qiáng)施工監(jiān)督管理，大口徑管道安裝每一段管道后，都要及時(shí)組織施工人員將焊渣、焊條清理干凈，而在施工結(jié)束后也要進(jìn)行徹底清理；日常運(yùn)行期間要加強(qiáng)管理，定期排污，從而減少懸浮雜質(zhì)。
3.2防腐和安全清洗
若水中氯離子含量超過(guò)200ppm，那么在選板式換熱器時(shí)就不宜選用普通不銹鋼板片，可采取一系列有效的措施將一級(jí)、二級(jí)網(wǎng)介質(zhì)中的氯離子含量降低，使其保持在安全濃度范圍中，但是對(duì)于整個(gè)集中供熱系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，該方法成本較高，管理麻煩。一般而言，使用不銹鋼換熱器較多的系統(tǒng)，應(yīng)將氯離子含量控制在300mg/L以下，嚴(yán)格的話控制在50mg/L以下，可在供熱系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中均勻添加燒堿以提高循環(huán)水PH值，將PH值控制在穩(wěn)定水平，這樣處理后，阻垢緩蝕劑的效果也會(huì)大大提升。正確清洗板式換熱器，確定清洗方法，對(duì)于不銹鋼材料來(lái)說(shuō)，一般采用強(qiáng)酸作為清洗劑，不能使用鹽酸，在清洗過(guò)程中，盡量降低清洗時(shí)間和浸泡時(shí)間，最好小于2h，在浸泡期間，分階段對(duì)清洗母液的腐蝕率和阻垢率進(jìn)行化驗(yàn)，避免換熱器被腐蝕；無(wú)論采用哪種清洗液，在清洗之后都要用清水徹底沖洗換熱器，清除殘留清洗液，避免二次腐蝕。
總之，要想使板式換熱器功能和優(yōu)越性得以充分發(fā)揮，就應(yīng)根據(jù)集中供熱系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行合理計(jì)算選型，同時(shí)，高度重視板式換熱器的結(jié)垢、堵塞、腐蝕等問(wèn)題，重視換熱器的日常運(yùn)行管理，采取切實(shí)有效的措施降低結(jié)垢、堵塞、腐蝕對(duì)換熱器傳熱效率和供熱效果帶來(lái)的不利影響。當(dāng)然，我們還要在實(shí)踐中不斷探索，不斷創(chuàng)新，有效解決板式換熱器運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，最大限度減少設(shè)備故障發(fā)生率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，使板式換熱器在集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值得以充分發(fā)揮。
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