板式換熱器反沖洗清洗維護方法的應用

周 浩 李素梅

隨著供熱節能技術的不斷推廣和應用,間接換熱機組在供熱系統中的應用越來越普遍,作為換熱機組的核心部件,板式換熱器由于體積小、效率高、結構簡單、價格適中的特點,也受廣大供熱單位青睞。

但是由于我國供熱系統普遍存在著系統水質較差、管網沖洗不到位造成雜質和懸浮物超標等問題,板式換熱器在使用中經常出現堵塞、結垢、換熱效率下降、換熱效果差的現象。為了保證供熱質量,供熱單位只能通過頻繁的拆洗板式換熱器來改善換熱效果。但是,拆裝換熱器不僅費時費工,造成用戶長時間停止供熱,而且頻繁拆裝板式換熱器還會出現板片變形、膠條加速老化、流道錯位、板間距縮小等問題,大大降低了板式換熱器的使用壽命。

為了保證換熱器換熱效果,最根本的解決方案是加強水質處理力度,改善水質環境,減少循環介質的硬度,降低 Ca2+,Mg2+與OH-,CO2-3離子結合形成水垢的幾率,為換熱器換熱營造良好的使用環境。

但是,在日常運行期間通過不斷進行板式換熱器的反沖洗維護保養,減少雜質在換熱面上沉積、附著的可能性,保持換熱面的清潔,也可以收到事半功倍的效果。

1 板式換熱器堵塞、結垢的原因分析

1)板式換熱器的板間通道很窄,一般只有 3mm～4mm,當換熱介質中含有較大的固體顆粒或纖維物質時,就容易堵塞板間通道。

2)多數換熱器選型按照最終負荷進行,容量較大,一旦初期投運負荷較小,換熱介質在換熱器內的流速遠遠小于設計流速,且流道形狀十分不規則,導致一些進入換熱器內的雜質不易被帶出換熱器,極易附著在不銹鋼換熱面上形成污物。

3)循環介質殘余硬度較高,附著于換熱面上的污物緊貼高溫側,經過不斷烘烤與介質中析出的CaHCO3,Ca(OH)2,MgHCO3, Mg(OH)2晶體結合形成薄垢,又經過長期高溫烘烤垢層不斷增厚,形成硬垢。

板式換熱器一旦堵塞和結垢,必然導致換熱面被污染,換熱效率下降,換熱效果差,嚴重的情況會導致系統阻力增大,高溫側和低溫側流量減少,換熱量不足。

2 板式換熱器反沖洗清洗方法的原理

2.1 板式換熱器反沖洗清洗方法簡介

通過對板式換熱器換熱原理,結垢、堵塞原因的分析,我們提出一種換熱器反沖洗清洗維護方法。該方法是利用系統高壓水所產生的能量,對換熱面上的垢層進行反向沖擊,使之脫離換熱器板片,排出循環系統。經過長期實踐,事實證明這種方法效果十分明顯。

2.2 板式換熱器反沖洗清洗方法操作過程

系統原理圖見圖 1。

2.2.1 板式換熱器一次側排污操作方法

1)關閉換熱器一次側接口處供回水球閥 1,2,打開一次側排污球閥 3和一次側排氣閥 4,使換熱器內一次側留存的水全部泄空;

2)關閉一次側排污閥 3,迅速打開換熱器一次側回水球閥 2,當排氣閥 4見水后,關閉換熱器一次側回水球閥2;

3)打開換熱器一次側排污球閥 3,泄空換熱器一次側存水,迅速打開一次供水球閥 1,進行排污,待排出的液體澄清后,關閉排污球閥,上述操作連續進行兩次;

4)打開換熱器排氣閥 4,同時開啟一次回水球閥 2,待換熱器內充滿水后,打開供水球閥 1,恢復正常運行,換熱器一次側反沖洗清洗完成。

2.2.2 板式換熱器二次側排污操作方法

1)關閉換熱器二次側接口處供回水球閥 5,6,打開一次側排污球閥 7和一次側排氣閥 7,使換熱器內二次側的存水全部泄空;

2)關閉二次側排污閥 8,迅速打開換熱器二次側回水球閥 6,當排氣閥 7見水后,關閉換熱器二次側回水球閥 6;

3)打開換熱器二次側排污球閥 8,泄空換熱器內的水,迅速打開二次供水球閥5,進行排污,待排出的液體澄清后,關閉排污球閥,上述操作連續進行 3次～5次;

4)打開換熱器排氣閥 7,同時開啟二次回水球閥 6,待換熱器內充滿水后,打開供水球閥 5,換熱器一次側恢復正常運行。

2.3 板式換熱器反沖洗清洗方法的原理分析

1)沖洗采用干式沖洗方法,即將換熱器內的水全部泄空,使附著于板片上的污垢暴露于空氣中,減少污垢與換熱面的黏貼力。

在換熱器內充滿水的情況下,污垢處于完全濕潤狀態,與吸附板面的接觸面積大,所產生的黏貼力較大,不易被剝落。而當泄空換熱器后,污垢暴露在空氣當中,含水量減少,與吸附板面的接觸面積減小,黏貼力減弱,同時一部分與板片結合不夠緊密的污垢,會隨著泄水的過程排出換熱器。

2)迅速充水過程中瞬時出現強大沖擊,對板片產生劇烈振動,剝離或松動黏貼于換熱面上的污垢。

隨著空氣的迅速進入,形成汽水共騰,產生強大的沖擊波,強烈沖擊不銹鋼板片,由于換熱器已經泄空,板片振動幅度十分劇烈,這種振動足以將還沒有形成硬垢的雜質從換熱面上剝離下來。

3)迅速充水時,由于水流在系統壓力的推動下產生巨大流速,遠遠大于雜質懸浮速度 Vc,因此可以將已經被剝離或松動的污垢沖走,通過排污排出換熱器。

迅速充水的過程,流體一側是較高的系統壓力,另一側直接與空氣接觸。按照流體力學,可以簡化為“孔口自由流”的數學模型進行分析計算。

根據《流體力學》中孔口自由流相關章節中關于圓形薄壁小孔的公式推導,得:

其中,Q為體積流量,m3/s;μ為流量系數,對于薄壁小孔口, μ=0.60～0.62;A為孔口面積,m2;Hc為作用壓頭,mH2O。

例如,一臺板式換熱器規格為:760mm(寬)×1 500mm(高),板片數量為80片,板間距為3mm,二次側出口壓力為0.40MPa,折合為40mH2O,換熱器接口口徑為150mm。

按照式(1),計算反沖洗時的體積流量Q:

按照質量守恒定律,通過換熱器二次側每個流道的流動速度V:

根據相關資料,直徑De為 3mm及以下的固體雜質的最大懸浮速度Vc=0.33m/s,遠遠小于反沖洗排污過程中換熱器板間流體流動速度 V,因此雜質可以輕易被排出系統。

3 板式換熱器反沖洗排污方法的實際效果

包頭市熱力總公司現有間接連接熱力站 282座,有板式換熱器近 600臺。2005年進行熱力站間改造后,由于二次網失水嚴重,熱力站采用投藥的方式進行水質處理,由于水處理藥劑具有很強的除銹除垢功能,導致二次網管道中原來產生的銹蝕、雜質大量剝落,隨著水流循環進入換熱器,造成換熱器堵塞無法正常工作。

開始時,我們只能頻繁拆卸清洗換熱器,一方面消耗了大量的人力物力,另一方面一部分換熱器板片經過多次拆卸后陸續出現膠條老化、板片變形甚至擊穿的現象,對設備造成了很大的損傷。認識到這一點后,我們開始從換熱器的結構特點入手,探索一種切實可行的換熱器清洗維護方法,經過反復實驗和理論論證,我公司創造出了上述反沖洗排污方法。方法在全公司推廣后,收到很好的效果,換熱器清洗率由原來每采暖季 40%,下降到目前每采暖季 10%左右。而且隨著供熱系統“大流量、小溫差”運行模式逐漸向“小流量,大溫差”運行模式轉變,板式換熱器的反沖洗排污維護方法,在保持換熱器換熱效率方面發揮了更加突出的作用。

[1] 周謨仁.流體力學 泵與風機[M].第2版.北京:中國建筑工業出版社,2010.

[2] 張永振.熱力管網沖洗流速的探討[J].區域供熱,1995(2): 8-11.