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板式换热器在供热系统中的应用情况
刘明伟
(辽宁省城乡建设规划设计院辽宁沈阳 110006)
摘要：本文通过分析板式换热器的传热系数、阻力及流程组合,结合工程实际对板式换热器在集中供热系统中的应用和应注意的问题做以介绍。
关键词：板式换热器 传热系数 阻力 流程
中图分类号：TU833 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2010)04(c)-0060-01
1·前言
板式换热器在我国生产已有40多年的历史,由于它具有换热效率高、结构紧凑、节省金属、占地面积小、重量轻、具有通用性、互换性强、可根据需要进行组装等一系列优点,因此在石油、化工、冶金、电力、轻工食品等工业得到了广泛应用。
随着城市集中供热事业的发展,从八十年代起在供热系统中逐渐应用。近些年由于供热管网多采用三环制方案,通过换热器将一、二级管网分隔开来,因此板式换热器的应用越来越多。板式换热器的选用是一个比较繁杂的工作,本文结合设计中所遇到的实际问题,对板式换热器的构造、作用、流程组合、流体阻力做以探讨、分析。
2·板式换热器的构造和作用
板式换热器主要由传热板片、密封垫片、框架组成。传热板片是其核心,用各种金属薄板制作。金属板压制成人字形、锯齿形、水平形等。各片板间形成方形通道,每片波纹板是主要传热元件,冷、热流体相间的流过这些通道,通过板片的两面进行换热。
板式换热器的传热系数K值可表示为：
式中:α1、α2—热、冷流体通道内流体与壁面的放热系数,W/m2·K。
λ1、λ2、λ3—板片、污垢的导热系数,W/m 2·K
δ1、δ2、δ3—板片、污垢层的厚度m
当上式中板片两侧介质相同时,近似认为δ2/λ2、δ3/λ3为一常数,又因实际工程对一定型号板片其厚度δ1为定值,则δ/λ也为常数,则(1)式变为︰
式中:C1、C2、C3为常数,那末从(2)式中可以看出,板式换热器的传热系数K值主要取决于α1和α2,只有同时提高冷、热流体通道内的对流换热系数,才能使板式换热器充分发挥传热性能。
一般所作工程中板式换热器热侧流体的温度通常为130／70℃(120／60℃),冷侧流体的温度为80／60℃(70／50℃),这时冷流体的流量是热流体流量的3.0倍,因此为了提高换热能力,使冷热介质的板间流速接近或相等,实际工程中多采用不等截面的换热器。
3·板式换热器的阻力
从传热学和流体力学可知,流体在板式换热器内流动,是流体和换热壁面间进行对流换热,流道的阻力可从准则方程中给出:
当流体流过流道时,对一定型号的板式换热器来说,其体积流量不变,进、出口水温不变时,则Re和Pr不发生变化,放热系数只和Nu准则有关,即和板间距有关,当b值增大时,流体的放热系数和流体的阻力(α、ΔP)都将减小。
4·板式换热器的流程组合
板式换热器的流程组合是否合理,直接影响板式换热器的传热性能和工程的初投资。
当工程条件已知时,Δtm为定值。就辽阳热网工程设计而言,当热负荷为3492KW,热流体侧温度为120／65℃,冷流体侧的温度为75／55℃,按四平换热器厂产品对热流体和冷流体流程组合2/1、1/1时,对板片的面积、流体阻力等进行计算。以BR0.5板式换热器,按厂家给定的准则方程得出如表1结果:
从表1中可以看出,当热流体侧采用双流程时,传热系数较高,所需板片的换热面积比单流程减少24%,可降低工程造价。热流体侧采用双流程时,热流体侧的流动阻力增加,但从热流体侧看二环管网提供的资用压头完全可以满足要求,热流体阻力增加使二环管网运行费用增加不多,所以设计中热流体侧采用双流程为好。上述结果是在产品性能曲线适当、控制流速在0.3～0.4左右的原则下进行的。从理论上讲可以采用更多的流程组合,减少换热面积,降低工程造价。设计时应考虑阻力增加要适当,避免运行费用增加过多。
5·板式换热器选用时应注意以下几点
(1)因为板式换热器在实验室中得出的准则方程使用的边界条件与某些工程实际运行工况差距较大,因此建议厂家按供热系统去进行实验,反映更接近实际的板式换热器的性能,为设计选用提供可靠依据。
(2)通过工程运行看,密封垫的质量是保证换热器能否正常工作的重要零件,要提高它的抗老化性,减少更换次数。
(3)设计中一定要掌握水质情况,注意氯离子含量,其含量是板片产生锈蚀的主要因素。
(4)为减少板式换热器堵塞,必须从减少悬浮物的含量入手,在板式换热器入口处增设过滤器。
(5)注意板式换热器的清洗,清洗应做到定期,一般不锈钢板片在钙镁离子结垢严重的地方,不能用盐酸清洗。
(6)三环管网至少应做简易水处理,有条件时应对水进行处理,安装一套全自动软水器,以提高其传热效果。
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