熱網換熱器型式的選擇

周淑珍

摘 要：文章介紹了火力發電廠熱網換熱器型式（管式換熱器和板式換熱器）的選擇，分析了管式換熱器和板式換熱器的構造、材質及特點等，并提出一些建議，以降低企業生產成本，增加企業利潤的目的。

關鍵詞：熱網；換熱器；型式

引言

熱網換熱器型式一般為管式換熱器和板式換熱器，由于管殼式換熱器結構簡單，加工制造相對容易，熱網換熱器常規采用管殼式換熱器。而板式換熱器具有體積小，散熱少，傳熱端差小等特點，在效率方面比管式換熱器有一定的優勢。歐美國家自從1982年以來已經廣泛使用全焊板式加熱器在電廠做熱網換熱器，運行近30年基本是免維護，產品的可靠性得到了運行驗證。國內近幾年逐漸開始有了板式熱網換熱器投運的業績。目前，已投運的全焊接板式熱網換熱器均為進口產品。

文章對管殼式熱網換熱器和全焊接板式熱網換熱器的性能、造價等進行分析、比較。

1 管殼式熱網換熱器

管殼式換熱器由管箱、殼體、管束等主要元件構成。管束是管殼式換熱器的核心，其中換熱管作為導熱元件，決定換熱器的熱力性能。對換熱器熱力性能有較大影響的另一基本元件是折流板（或折流桿）。管箱和殼體主要決定管殼式換熱器的承壓能力及操作運行的安全可靠性。管殼式換熱器的換熱管內外表面均呈螺旋狀，管程流體在管內呈三維螺旋運動狀態向前流動，使換熱管層流層厚度減薄，流速很低時就可達到充分湍流，有利于熱交換，提高傳熱效率從而克服了管殼式換熱器管程流體界膜傳熱系數較低的缺點，顯著提高換熱器的總傳熱系數，流體阻力損失較小。

總的來說，管殼式換熱器有以下特點：

（1）耐高溫高壓，堅固可靠耐用。

（2）設計、制造應用歷史悠久，制造工藝及操作維檢技術成熟。

（3）適用范圍大，特別是在高溫高壓和大型換熱器中的應用占據絕對優勢。

最大設計壓力：小于100Mpa

最高設計溫度：650℃

最大殼體直徑：φ2600mm

單機最大換熱面積：4000m2

換熱管規格：φ10～φ70mm

換熱管長度：100～12000mm

（4）換熱管選材廣泛：低碳鋼、低合金鋼、高合金鋼、不銹鋼、高級不銹鋼、銅、滲鋁管、滲鎳管、鈦管等。

（5）占地面積較大，檢修空間較大。

（6）總傳熱系數K一般在1500～2800W/m2·K。

（7）管殼式換熱器的換熱管如發生斷裂或泄漏可以將該故障管在管板處堵死，而不影響其它通道的運行；可設置膨脹節解決熱脹冷縮的問題；在蒸汽側可安裝防沖裝置，保護換熱管。

（8）因堵管使設備出力降低，將造成再投資和檢修維護費用的增加。

2 全焊接式板式換熱器

國內目前常見的板式換熱器多為水-水換熱器，其密封方式為：板片與板片之間的密封采用橡膠類密封條進行密封，這種型式的板式換熱器的使用范圍為：壓力不大于1.6MPa，溫度不高于120℃。

某工程的熱網換熱器汽、水側使用溫度均高于120℃，汽側溫度高達250℃左右，如果要使用板式換熱器，則需選用全焊接式板式換熱器。

全焊接式板式換熱器，該產品傳熱元件為板片，其結合了板式換熱器與螺旋板式換熱器的優點，具有傳熱效率高、結構緊湊等優點，適用于汽-水換熱和液-液換熱等工況，特別適合石化、焦化等行業特殊介質的換熱需求。該換熱器屬于間壁式換熱器，換熱器的結構形式由一疊不銹綱或其它稀有防腐材料制成的傳熱波紋板片，經交錯焊接形成流道，板片兩側的流道在換熱器中的單個流程上是錯流流動，形成兩側高效率的錯-逆流動傳熱。兩種不同的介質分別在同一板片兩側的通道中流過，每種介質通道通過分程隔板來控制流通面積及流通長度，這樣高溫流體通過板片將熱量傳遞給低溫流體，從而實現了換熱的目的。

全焊板式熱網換熱器與常規板式換熱器對比，有如下優勢：

（1）具有傳熱系數高、壓降小的特點。用板片作為傳熱元件，具有和板式換熱器相當的傳熱系數，傳熱效率高，同時由于不存在板式換熱器的角孔分流，阻力損失有所降低。

（2）耐溫承壓能力強，適應于特殊介質。與可拆式板式換熱器相比，由于采用了焊接結構，消除了高溫及特殊介質工況對密封墊片的影響和腐蝕，提高了使用溫度、壓力及適應介質的能力，能滿足熱網設計壓力、溫度的要求。

（3）結構緊湊、占地面積小。

全焊板式熱網換熱器與管殼式換熱器對比，有如下優勢：

（1）波紋管板促進提高湍流度，使總體的傳熱系數達到管殼式換熱器的三到五倍。

（2）換熱器一、二側溫度接近到3℃時還能工作。

（3）交錯焊接的板片形成湍流，結垢比管殼式換熱器輕微得多，運行周期大為加長，基本可以免維護。

（4）全焊板式熱網換熱器的換熱單元采用激光焊接技術，使得焊層較薄、準確，可顯著減少加熱量，裝置內應力大為減小，具有抗疲勞和交變循環的能力。

（5）特定的板片型式，優化了結構強度和流體力學性能，對壓力峰值和交變循環具有更強的承受能力，設備的安全性、可靠性和傳熱性能極佳。

（6）流程中設置特制的折流板，可實現流動中的自清洗。

（7）全焊板式熱網換熱器的優越性還體現在節能上面。一臺換熱器除了滿足蒸汽冷凝需求外，還以較高的熱效率回收顯熱（凝結水的熱量）。

（8）板片材料選材范圍廣：不銹鋼、銅合金、鈦、鈦-鈀、鐵合金、鎳合金等。

（9）結構緊湊，占用空間僅為管殼式的1/3～1/4。

（10）散熱損失小，一般為0.3%左右，僅為管殼式換熱器的1/3左右。

（11）總傳熱系數K一般在2000～5000W/m2.K，高的可達6000～8000W/m2.K，比管殼式換熱器高幾倍。

（12）設備使用壽命長，可避免采用管殼式熱網換熱器因堵管出力降低須更換換熱管束造成的多次再投資，以及檢修維護帶來的運行費用增加。

（13）系統運行阻力可最小化的優化設計。

（14）全激光焊接板式熱網換熱器因選用特殊精確激光焊接工藝，從而消除了應力破壞，不開裂，從而能承受更高的工作溫度、壓力。換言之，激光焊接提高了產品的可靠性，延長了使用壽命。

關于板式換熱器的阻塞問題，一是板式換熱器的板片間隙在設計時可根據水質調整尺寸；二是板式換熱器的清洗簡單。如果板式換熱器熱交換性能下降，就必須清洗板片表面。通過檢查操作壓力及溫度，可以判斷熱交換器的性能是否下降。清洗有兩種方式，為解體清洗和在線清洗。解體清洗時，板式的管道安裝在固定板一側，清洗時無需拆管，拆幾條螺栓即可，拆開后板片完全暴露，用高壓水可使板片100%清洗干凈，清洗工作量不到管式的30%。在線清洗，利用專門的CIP在線清洗裝置可方便的在線清洗板式換熱器。

3 熱網換熱器技術方案分析（以某300MW供熱工程為例）

3.1 熱網換熱器配置

在《火力發電廠設計技術規程》（DL5000-2000）第10.8.1條中這樣規定“熱網換熱器的容量和臺數應根據采暖、通風和生活熱負荷選擇，不宜備用，但當任何一臺加熱器停止運行時，其余設備應滿足60%～75%（嚴寒地區取上限）熱負荷的需要”。

3.2 熱網換熱器選型

若選用管殼式熱網換熱器，需設置四臺面積約2100m2左右的管殼式換熱器，散熱損失1～2%，壓降約為0.08/0.14MPa（a）（熱側/冷側），換熱材料TP316。

若選用全焊板式熱網換熱器，需設置四臺面積約900m2左右的全焊板式換熱器，散熱損失0.3%，壓降約為0.095/0.157MPa（a）（熱側/冷側），換熱材料TP316。

不難看出，由于散熱損失相差很大，造成換熱面積達到約2.5倍的差值，當然占地相差也很大。

4 熱網換熱器方案經濟性分析

4.1 初投資

管殼式換熱器是一種非常成熟的產品，國內眾多換熱器廠家都可以生產，價格不高，按照換熱管材料TP316，4臺管殼式換熱器的價格約800萬元人民幣。

低參數汽-水板式換熱器目前在國內是一種成熟產品，而高參數（蒸汽溫度高達250～280℃時）汽-水板式換熱器，國內生產比較困難，價格相對高，按照換熱板片材料為TP316，4臺全焊接式進口品牌板式換熱器價格總共約1200萬元人民幣左右。

4.2 年少用汽收益

板式換熱器由于有較小的散熱損失，所以，同樣的循環水對外供熱量情況下，板式換熱器需要的蒸汽量較小約95%。根據以熱定電的原則，節省的抽汽可以繼續在汽機中做功，增加發電出力。

4.3 經濟性比較

通過計算，全焊接板式換熱器方案年費用小，經濟比較占優。全焊接板式換熱器方案比管殼式換熱器方案初投資增加360萬元，年少耗汽節煤收益70萬，增加的初投資動態回收期為7年。

5 結束語

綜合上述，板式熱網換熱器換熱效率高，換熱端差小，在運行中比管式熱網換熱器有明顯的優勢。雖然板式熱網換熱器需要進口，價格較高，但進口板式換熱器具有占地小，運行可靠，維護方便等優點。因此，建議采用進口全激光焊接板式熱網換熱器。

參考文獻

[1]吳斌，江蛟.大型熱網換熱器的選型[F].電力勘測設計，2010（2）.

[2]DL5000-2000.火力發電廠設計技術規程[S].中國標準出版社.