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板式换热器换热板片微变形特性浅析
俞立凡 吴胜法
(杭州华电半山发电有限公司,浙江杭州 310015)
摘 要:介绍了板式换热器的工作原理;分析了其主要部件换热板片的微变形能力(该特性容易被忽视),即在换热器某侧的压力变化时,会影响板片形状,造成换热器内部两侧的容积发生变化,从而引起另一侧压力波动;讨论了该特性在实际应用中存在的案例,给出了处理对策。
关键词:板式换热器;换热板片;微变形特性;容积变化;处理对策
中图分类号:TK 224. 1+2 文献标志码:B 文章编号: 1674-1951(2009)11-0018-02
1 板式换热器的特点
板式换热器的工作原理: 2种工作流体在2块板片间形成的窄小而曲折的通道中流过,冷、热流体依次通过流道,中间有一隔层板片将流体分开,并通过此板片进行换热。
板式换热器的外形如图1所示,片基结构展开如图2所示。
板式换热器2种介质的平均温差可以小至1℃,换热效率可达99%以上。在相同压力损失情况下,板式换热器的传热效果是列管式换热器的3~5倍,占地面积为其1/3,金属耗量只有其2/3。在应用中,可根据需要将板式换热器若干流道并联成一组,也可将并联的组串联在一起,形成冷、热介质的通道,这就是板式换热器的“流程组合”。应根据工艺条件的计算结果来选择板式换热器流程组合。板式换热器流程分为单流程和多流程,流程数为1的流程组合称之为单流程,流程数为2以上的称之为多流程。
板式换热器的结构及换热原理决定了其具有结构紧凑、占地面积小、传热效率高、操作灵活性大、应用范围广、热损失小、安装和清洗方便等特点。在新建电厂的低温换热系统中,旧式的管壳式换热器已逐步被该换热器替代。
2 板式换热器在应用中容易被忽视的特性某发电厂的开式/闭式水系统的原理简图如图3 所示。下面给出其主要参数。
(1)开式泵电动机:功率132kW,电压380V,电流245. 24A,转速989 r/min;开式泵:功率132 kW ,扬程20m,流量500m3/h,转速980 r/min。
(2)闭式泵电动机:功率280 kW,电压6 kV,电流33. 6A,转速1485 r/min;闭式泵:功率280kW,扬程50m,流量1400m3/h,转速1480 r/min。
(3)板式换热器:换热功率13 018 kW,流量1615. 730m3/h,换热面积337m2,最大工作压力1/1MPa,最大试验压力1. 3/1. 3MPa,工作温度0 ~110℃。
从图3可以看出,该机组闭式水系统中的热量是通过板式换热器来实现向开式水系统释放的。板式换热器的核心元件换热板片由不锈钢、工业纯钛或其他材料的薄板压制而成(一般厚度为0. 5~1. 0mm)。通常用模具将板片压制成各种槽型或波纹形(有水平平直波纹、人字形波纹、斜波纹等类型),这样,既可以增大板片的刚度,又可以防止板片受压时变形,也增强了流体的湍流程度及换热面积,它同时又承受两侧的压力差。因此,板片结构形式是保证板片换热器高效换热的关键因素之一。
由于板式换热器的板片厚度较薄,当换热器两侧的压力变化时,会影响板片形状,即换热器两侧内的容积会随之发生轻微的变化。这一特性在应用中容易被忽视。
例如,图4为某次开式水侧压力波动(p2压力由0. 187MPa下降为0. 135MPa,再恢复为0. 18MPa,原因是机组停役后,停循环水泵的瞬间,开式水泵进口压力波动,引起出口压力波动),板式热交换器在开式水侧压力变小,板片发生变形,开式水侧容积被压缩,闭式水侧容积变大,导致闭式水侧压力瞬间下降,从而引起闭式水泵出口侧压力波动(压力由0.61MPa,瞬间下降为0.53MPa),备用闭式冷却水泵自动启动(低压力自动启动定值为0. 55MPa)。此例中板式换热器是2组并联运行时的工况。
查阅机组其他的历史曲线也发现:在板式换热器的开式水侧压力发生波动时(进行启、停循环水泵或辅助循环水泵时),通常也会导致备用闭式冷却水泵的自动启动。
通过对板式换热器结构分析发现,开式水/闭式水热交换器,在某侧压力变化时,确实会影响另一侧的通流情况。
另外,机组正常运行时,板式换热器2组并联运行和单侧运行时的参数见表1;机组停役后,板式换热器2组并联运行和单侧运行时的参数见表2。
3 处理对策
从图4的曲线中可以看出,由于开式水系统的压力变化是瞬时的,因此,引起的两侧容积的轻微变化也是瞬时的。所以,板式热交换器在应用中要考虑一侧压力变化引起另一侧压力变化的因素。建议采取的措施有:
(1)在图3的系统中,在闭式冷却水泵出口压力低而启动备用闭式冷却水泵的逻辑中增加一个延时,躲过此瞬间的低压,时间一般以5 s为宜(时间还需要实际校验),这样就能避开由于开式水系统压力波动而引起备用闭式冷却水泵低压力自启动;
(2)调低现有的备用闭式冷却水泵自启动的整定值,但调低后对机组运行的安全性有一定影响;
(3)在改造前,运行人员要注意:当开式水系统压力波动后,要及时检查闭式水系统的运行工况,如因压力波动造成备用泵启动,应及时恢复原运行方式。
4 结论
板式换热器目前已广泛用于各种领域,但它在实际应用中存在的一个特性:换热板片的微变形能力,在应用中往往被忽视,而这对设备的安全运行有一定影响。因此,希望板式换热器应用单位在设计及运行中加以重视。(编辑:白银雷)
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