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管壳式与板式水水换热器性能的比较点击：2124 日期：[ 2014-04-26 22:05:53 ] |
| 管壳式与板式水水换热器性能的比较 冯志毅 (哈尔滨市滨龙热电工程安装有限公司) 摘要:通过对管壳式与板式换热器结构特点、设计参数、安装检修、技术经济性等方面的 性能比较,得出板式换热器优于管壳式换热器的结论。 关键词:换热器;性能;比较 中图分类号:TK223·6 文献标识码:B 文章编号:1009-3230(2008)07-0037-03 0 引言 从国内已建发电厂来看,用于闭式循环冷却 水系统的水水换热器有两类,一类是管壳热换器, 另一类是板式换热器。管壳换热器是常用的换热 器形式,在电厂设计中已得到了广泛的应用,而在 国内一些进口机组的电厂、燃气蒸汽联合循环电 厂和核电站多采用板式换热器。由于板式换热器 紧凑、重量轻、高传热效率,人们对它的兴趣日益 增长。本文针对管壳式及板式换热器二种型式进 行比较,并提出选型参考意见。 1 管壳式及板式换热器结构简介 (1)管壳式换热器 管壳式换热器是由前水室、管束、筒体、后水 室等组成。管束采用可抽式管束,由前后管板、折 流板、拉杆、定距管、换热管组成。拉杆与管板、拆 流板采用丝扣连接,换热管与管板采用胀接加密 封焊。在壳侧水入口处的管束上设置防冲板,以 防止被冷却水直接冲刷换热管。为了减少管束装 入或抽出筒体时的摩擦力,在管束上设有滑轨。为了检查清理室中垃圾、泥沙及管子的堵塞等,在 前后水室端盖上设有检查孔。为了监视水换热器 的运行情况,在被冷却水侧进出口都设置温度和 压力测点,此外还设有排气接口和放水接口等。 (2)板式换热器 板式换热器是由一组波纹形的平行金属板构 成的,在板片的4个拐角处都有通道孔,板被夹紧 在一个侧面附有连接管的固定板和活动压紧板的 框架中,并用夹紧螺栓加以夹紧。这些连接管同 板上的通道孔对中,并与热交换的两种液体的外 部管路相连,传热板和活动压紧板悬挂在顶部承 载梁的下面并由底部横梁使其对准定位。 传热板本身有其特定形状并被固紧的垫片密 封,以防止外部泄漏,并把热交换的两种液体按逆 流方式交替地流过另一对传热板之间的通道内。 板片上的波纹不但提高流体的湍流程度,并且形成 许多接触点,以承受正常的运行压力。流体的流量、 物理性质压降和温度差决定了板片的数目和尺寸。 2 换热器设计条件 换热器设计应满足电厂从起动到最大出力时各 种负荷下的运行需要,并留有一定的裕量,保证换热 器在最大负荷、最高进水温度和最大污垢热阻时,在 规定的检修周期内,仍能完成给定的冷却任务。 3 管壳式及板式换热器的比较 3.1 设计参数比较 根据换热器的设计条件分别作了如下3个方案: 方案1:2台100%容量的管壳式换热器 方案2:2台100%容量的板式换热器 方案3:3台50%容量的板式换热器 各方案的参数见表1。 3.2 开式循环冷却水(水水换热器冷却水侧)系 统设备选择比较 根据管壳式及板式换热器的不同结构形式和 冷却水量,需选择不同的电动滤网和开式循环冷 却水泵,详见表2。 3.3 流动传热设计比较 管壳式换热器的管子是换热器的基本构件, 它为在管内流过一种流体和穿越管外的另一种流 体之间提供传热面。根据两侧流体的性质决定管 子材料,将具有腐蚀性,水质差的海水放在管内流 动,水质较好的除盐水放在管子外壳侧,这样管子 只需采用耐海水腐蚀的钛管,同时清洗污垢较为 方便,管径从传热流体力学角度考虑,在给定壳体 内使用小直径管子,可以得到更大的表面密度,但 大多数流体会在管子表面上沉积污垢层,尤其管 内冷却水水质较差,泥沙和污物及海生物,都可能 会在管壁上形成沉积物,将传热恶化并使定期的 清洗工作成为必要,管子清洗限制管径最小约为 20mm,钛管一般采Φ25mm,对给定的流体,污垢形 成主要受管壁温度和流速的影响,为得到合理的 维修周期,管内侧水的流速应在2m/s左右(视允 许压降的要求)。由于一般冷却水选用海水、河水 等,较易引起结垢,对管壳式换热器,应根据水质 含沙量情况需设置胶球清洗装置进行定期清洗。 板式换热器的冷却水和被冷却水在波纹板的 两侧对流,波纹采用人字形波纹,这些传热板的波纹斜交,即在相邻的传热板上具有倾斜角相同而 方向不同的波纹。沿流动方向横截面积是恒定 的,但是由于流动方向不断变化致使流道形状改 变,而引起湍流。一般传热板的波纹深度为3~ 5mm,湍流区流速约为0.1~1.0m/s,波纹板很薄, 厚度为0.6~1mm,相邻板间要有许多接触点,以 承受正常的运行压力,相邻的板有相反方向的人 字形沟槽,两种沟槽的交叉点就形成接触点,这样 还可消除振动,并且在促进湍流和热交换的同时, 消除了由于疲劳裂缝引起的内部泄漏。人字形波 纹板湍流度较高,高湍流还能充分发挥清洗作用, 可以特别有效的将沉积污垢减至最小,但是波纹 板的接触点较多,当液体水质差,含有悬浮的固体 颗粒、杂物和水草等时,由于板间隙很窄,所以要 尽可能地保证将所有2mm以上颗粒在进入换热 器以前过滤掉,假如滤网不能有效地发挥作用,就 容易发生堵塞。 3.4 传热系数的比较 管壳体换热器中,一种流体横向掠过管子通 过管壁与管内流动的另一种流体换热,彼此垂直 交叉流动,其传热系数一般为1000~3000w/(m2·k)。 板式换热器中,冷却水侧与被冷却水侧流动 均匀湍流,两种流体逆向流动,由于波纹的作用引 起湍流,从而产生高传热率,高阻力压降以及高切 应力场,这将导致抑制污垢在传热面上形成。其 传热系数一般为3500~5500w/(m2·k),由此,可 节省换热器的换热面 3.5 端差比较 管壳式换热器传热端差(即冷却水进口温度 和被冷却水出口温度差)为5℃左右。 板式换热器由于它的结构特点可以经济地做 到低至1℃的端差。 3.6 冷却水量比较 管壳式换热器一般冷却水量和被冷却水量之 比为1.2~2.5∶1。 板式换热器,由于2种介质流道基本相同且 传热效率高,因此板式换热器可大大降低冷却水 量,一般冷却水量和被冷却水量之比为0.8~1.1∶1, 这样可以降低管道阀门和泵的安装运行费用。 3.7 安装检修的比较 板式换热器具有体积小,重量轻的特点,检修 方便,不需设检修起吊设施,故安装占地较少。板 式换热器的人工维护包括将整机折开,用喷水枪 和刷子清洗板和垫片,检查板片和垫片,如有必 要,更换板片和垫片。板式换热器一般每年要清 洗1次,并且无论是否实际需要都要做。当应用 河水、海水等水质较差的冷却水时,由于泥沙和污 物的存在,以及微生物的快速生长有引起表面污染和堵塞的危险。在国外,应用河水作冷却水时, 清洗频率很高,平均每年3.3次。 管壳式换热器是由管束组成,自身重量体积 都较大,在检修抽管时需要留出管束一样长的距 离,故占地较多,还需配备必要的起吊检修设施。 管壳式换热器的设计寿命一般为30年,大修周期 4年,当换热器发生泄漏时,(可能是管子与管板 间的泄漏或是管子破裂引起的泄漏)可以采用堵 管的办法在短时间内恢复工作性能,管壳式换热 器允许有7%的堵管裕量。对于管内的清洗可以 根据需要采用胶球清洗装置进行定期的机械 清洗。 4 换热器在国内的运行情况 我国早期投产的300MW的燃煤机组闭式冷 却水系统大多选用管壳式水水换热器,运行情况 都比较好。近年来由于技术的不断进步,设计优 化的需要,管壳式水水换器占地面积大、检修场地 大的缺点在主厂房布置优化中更显突出,在一些 循环水系统为二次循环冷却水的机组中,考虑到 水水换热器的冷却水水质相对较好、杂质少、污染 小以及滤网结构的不断改进,闭式冷却水系统中 亦有选用板式换热器。 5 技术经济性分析 以国产引进型300MW机组为例,根据水水 换热器的设计条件及闭式循环冷却水系统的要 求,管壳式及板式制造厂家分别作了初步的报价, 其他主要辅助设备只是估价,比较情况详见表3。 板式换热器采用进口设备,它的报价已按报 价时的汇率折算成人民币,并只考虑了增值税。 上表中未包括维护和检修费用,因其较难估出,只 能定性分析,对于管壳式换热器主要包括水室里 污物的处理,发生泄漏时进行堵管的费用。对板 式换热器包括板片的清洗和垫片更换,因为它的 清洗次数较管壳式多及垫片使用2~3年后需要 更换,故板式换热器的检修维护费用要高。从以 上比较可以看出,方案1与方案2投资上相差不多。 6 结论 通过对管壳式及板式换热器的比较,可以得 出以下结论:板式换热器传热器传热效率高、体积 小、重量轻便于拆装,当冷却水水质较好时,它是 一种比较理想的换热器设备。但是对于冷却水中 有大量泥沙、污物、水草等存在时,滤网又不能有 效地发挥作用,很容易使其堵塞,造成频繁地清 洗,影响机组的安全运行。 |
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