換熱機組二次流量偏大的原因分析及解決方案

摘 要：文章分析了換熱機組二次流量偏大的原因，主要表現為：循環泵選擇不合理；設計時所提供的面積偏小；設計時溫度參數與實際參數相差較大；現場實際情況而定（用戶增加散熱器或者改變供熱方式等）。根據實際情況對上述現象進行逐一排查，找出最終原因。

關鍵詞：板式換熱器；設計參數；循環泵；供熱

板式換熱器是換熱機組中的重要組成部件，板式換熱器運行情況的好壞直接影響整個機組的運行狀況，因此需合理的選用。板式換熱器（PHE）是一種高效緊湊的換熱設備，由于其傳熱系數高，結構緊湊、占地面積少，組裝靈活，維修保養方便等一系列優點，因此在石油、化工、冶金、電力、輕工食品等工業得到了廣泛應用[1]。隨著城市集中供熱事業的發展，采用熱電聯產方式集中供熱的城市越來越多，板式換熱器在供熱領域得到了普遍推廣。因此，分析和研究板式換熱器在供熱工程中出現的問題是十分必要的。

1 板式換熱器的熱平衡方程

在換熱器中，冷、熱流體分別在固體壁面的兩側流過，熱流體的熱量主要以對流方式傳給壁面，經過壁面導熱再傳給冷流體。為了強化傳熱效果，冷熱流體常采用逆流傳熱方式，換熱器通常在穩態下工作[2]。

若不考慮散至周圍換熱的熱損失，則冷流體所吸收的熱量就應該等于熱流體所放出的熱量。這時熱平衡方程式為[3]：

（1）

Q-熱負荷，W；M1M2-熱流體、冷流體的質量流量，kg/s；i'■■i'■-熱流體、冷流體的進口焓值，J/kg；i\"■■i\"■-熱流體、冷流體的出口焓值，J/kg

若流體無相變時：

（2）

C1C2-熱流體、冷流體的定壓質量比熱，J/（kg·℃）；t1t2-熱流體、冷流體的進口溫度，℃；t\"1t\"2-熱流體、冷流體的出口溫度，℃。

比熱C是溫度的函數，為了簡化起見，在工程中一般都采用在溫度t'及t\"范圍內的平均比熱，即

Q1=M1c1（t'1t\"1）及Q2=M2c2（t\"2-t'2）（3）

c1c2-兩種流體在t'及t\"，溫度范圍內的平均定壓質量比熱J/（kg·℃）

2 換熱機組在運行時出現的二次流量大于設計值原因分析

帶有板式換熱器的換熱機組在運行時，會出現二次流量遠大于設計值的現象，導致換熱效果不理性，影響供熱質量。現分析原因有以下幾點。

2.1 循環泵選擇不合理

在供熱機組中，循環泵的作用是提供二次循環水的動力，使機組二次側水流動起來，從而在換熱器內與一次側的水進行熱量交換。若循環泵流量選擇偏小，提供動力不足，導致流量和揚程均有所降低；若選擇偏大，流量和揚程均有所增加，導致系統流速增大，系統損失增大。因此需根據實際情況合理選擇循環泵。

2.2 設計時所提供的面積偏小

熱負荷是根據設計者提供的供熱面積及單位耗熱量來計算的。若提供面積偏小，導致熱負荷小，設計換熱器時計算出來的二次流量偏小，與實際流量不相符。導致機組二次流量較大。

2.3 設計時溫度參數與實際參數相差較大

由上式（3）可以看出，當溫度參數一定時，熱負荷與流量及溫差成正比。若二次側設計溫差遠大于現場實際運行時的溫差時，勢必會影響二次流量，造成二次實際流量偏大。

2.4 現場實際情況

根據實際情況考察是否有些用戶私自增加散熱器或者改變供熱方式。例如某些用戶將換熱器采暖私自改成地板采暖，地板采暖設計二次側供回溫差一般為10℃，此散熱器采暖設計溫差為25℃，相同的換熱量下，二次側流量是設計的2.5倍，流量增加很多。

3 應用實例

2012年天津市某學校熱力站供熱面積為3.7*104m2，熱負荷2226kW，設計溫度參數為115/70，60/85，該機組供四片小區域，由站內分水器分出，回水統一到達站內集水器，供給換熱機組進行換熱。現場一次側流量計讀數為50.12t/h，根據上式（3）算出機組二次流量約為120t/h。而二次側設計流量僅為78.2t/h，實際運行值遠遠大于設計值。

根據設計參數：供熱面積、熱負荷、溫度參數、允許壓降等，校核該機組板式換熱器及循環泵，設計并無問題。依照現場循環泵前后壓差為0.17MPa，查看循環泵運行曲線樣本可知，此時循環泵運行點已在曲線末端，循環泵運行效果較差，這是因為二次側實際流量遠大于設計流量導致的。

依照現場運行人員所述，供熱前期，分水器只開部分分支供熱，此時運行效果較好。當運行一段時間后，將分水器的四個分支全部打開供熱，此時出現二次流量較大，導致遠端不熱的現象。分析原因，可能由于供熱面積統計不全，導致所提供的供熱面積比實際供熱面積要小。當只開部分供熱分支，機組設計滿足要求，二次流量比設計值要小；當供熱分支全部打開，機組滿足不了用戶需求，導致二次側流量增大遠大于設計值。

根據現場采集的參數可知，站內二次側實際溫度為42℃/50℃，與設計二次供回水溫差相差17℃，在相同熱負荷下，所需要的流量要遠大于設計值。

根據現場運行人員所述，某些用戶將散熱器采暖私自改成地板采暖，地板采暖設計二次側供回溫差一般為10℃，此散熱器采暖設計溫差為25℃，相同的換熱量下，二次側流量是設計的2.5倍。從而導致二次側流量增加。

根據上述分析，提出解決方案：確定此換熱站所供熱的具體面積，校核設計溫度是否符合實際要求，根據實際情況考察用戶私自增加散熱器的數量以及將散熱器采暖改裝地板采暖的數目等，核算出該換熱站具體的二次側流量約為160t，現有板式換熱器及循環泵已經不能滿足實際需要，及時更換。

參考文獻

[1]張金萍，張強.板式換熱器及其在供熱工程中的應用分析[J].甘肅科技，2004，11.

[2]綦升輝，等.水一水板式換熱器運行故障原因及排除方法[J].煤氣與熱力，2007，4.

[3]史美中，王中錚.熱交換器原理與設計[M].東南大學出版社，2003.

作者簡介：李書營，男，鄭州鐵路職業技術學院教師，長期從事熱動及流動換熱研究工作。