論換熱器在熱力網使用的必要性

摘要：在供熱企業熱力網系統設計中，有少數選用熱水鍋爐供熱的單位沒有設計使用換熱器，采用鍋爐熱水直供熱用戶的供熱方式。循環水量特別大，很難保證其水質量，使熱網管道里面的雜質流經管徑較小的鍋爐受熱面管道時，不可避免粘附到管壁上。日積月累造成堵塞管道，從而造成管道過熱、爆管，給鍋爐帶來非常大的危害，嚴重影響了鍋爐壽命及生產運行安全。

關鍵詞：換熱器 安全 爆管 爐水質量 鍋爐壽命

Abstract： In the heating network system design of heating enterprises， there are a few units that use hot water boiler to heat the system without using heat exchangers， but use the heating method of boiler hot water direct heating users. The circulating water volume is particularly large， so it is difficult to ensure its water quality， so that the impurities in the heat supply network pipeline will inevitably adhere to the pipe wall when passing through the boiler heating surface pipeline with small pipe diameter. Time accumulation causes blockage of the pipeline， resulting in overheating and explosion of the pipeline. It brings great harm to the boiler and seriously affects the boiler life and the safety of production and operation.

Key Words： Heat exchanger; Safety; Explosion of the pipeline; Furnace water quality; Boiler life

在供熱企業熱力系統設計中，有少數選用熱水鍋爐供熱的單位沒有設計使用換熱器，采用鍋爐熱水直供熱用戶的供熱方式。本文對此是否需要換熱器這個問題及設計使用換熱器的必要性進行如下論述分析。

1 換熱器的基本技術論述及其與熱網的密切聯系

1.1 換熱器的作用及選用

換熱器（heat exchanger）是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，又稱熱交換器。換熱器的種類非常多，按結構分類可分為：浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、U形管板換熱器、板式換熱器等[1]。

熱力系統換熱器一般常使用的有兩種，為管殼式換熱器及板式換熱器。板式換熱器具有結構緊湊、傳熱效率高、傳熱面組合靈活以及裝拆清洗方便等優點，應用在集中供熱系統中的許多方面[2]。板式換熱器優于管式換熱器。但板式換熱器最致命的缺點就是對介質的品質要求非常嚴格。用戶在選用換熱器時，要進行全面的考慮及分析，特別是對介質的考慮。管殼式換熱器一般使用在介質質量不好的情況下，如果換熱介質確保良好，最好選用板式換熱器。

1.2 管式換熱器工作原理

本案例中設計及采用的換熱器為管式換熱器，所以在本節重點講解。案例中主回路換熱器為臥式套管式換熱器，換熱主體由若干個套管式換熱器并聯組成。一次冷卻水和二次冷卻水的換熱方式為單管程單殼程完全逆流換熱[3]。

換熱器在熱力系統中作為一次熱網與二次熱網的聯絡樞紐，把鍋爐本體水循環系統與外供熱網水循環系統完全分開，各自利用循環水泵獨立循環。如圖1所示，如此能夠更好地控制、檢測鍋爐爐水的各項指標，切實有效地保證鍋爐的使用安全。

如果沒用換熱器，所有流經鍋爐爐水的熱網管道，都相當于鍋爐的外置鍋爐管道。一般熱網管道管線較長，輻射幾千米。對于熱水管道，由于我國現在絕大多數采用燃煤電廠熱電聯產，一般不在城市中心，一般供熱半徑不宜超過20km。在個別技術和經濟情況滿足要求的情況下，可延伸到25km[4]。這些管道里面的循環水經過熱用戶自家的小換熱器后，都要流經鍋爐鍋筒、水冷壁、省煤器等受熱面進行再加熱。這樣管道里面的雜質，特別是泥漿，都有可能流經鍋爐受熱面管道且粘附到管壁上。這些泥漿異物存留在鍋爐受熱面內部，經過輻射、傳導及對流受熱后，即形成比硬水結垢還復雜及難以處理的硬質物質，即使酸洗都難以處理。當然，設計人員在鍋爐設計前也已經意識到了這種工藝設計的弊端。所以循環水在進入鍋爐之前都設置過濾器，但過濾器一般只能過濾Ф0.5mm左右的顆粒，泥漿等細微雜質是過濾不掉的。實際運行中，當熱網發生大量失水時，供熱單位會向熱網內注入大量未經軟化或除鹽的原水。原水水質變化，在影響多介質過濾器和盤式過濾器過程中，主要體現出淤泥、雜質，并且也導致了濾孔、碟片通道等出現了堵塞現象[5]。特別是新增設的熱網管道，在安裝時沒有清理干凈的泥土，都會沉積到鍋爐受熱面管道里面。日積月累就會堵塞管道，從而造成爆管。

2 分析供熱企業對設計使用換熱器的說法

主要存在如下兩種說法。

2.1 一種說法，不用換熱器

主要原因：換熱器影響供熱效果;增加投資成本及維護運行成本;增加事故點。

2.2 另一種稅法，使用換熱器

主要原因：對鍋爐的安全穩定經濟性好;對水質品質有保證，能更好的保護鍋爐，且能極大地降低軟換水的處理成本;便于運行及維護。

表面看，這兩種說法各有道理，且都有非常強的理論及實際經驗進行反駁。

本文堅持第二種說法：設計并使用換熱器。在熱電及供熱行業里，眾所周知，“安全、穩定、經濟”是共同的標準及要求，而且前者是后者的基礎及前提，“安全第一”毋庸置疑。換熱器在熱力系統設計使用中就起到了重要的安全保障，否則就難保安全，也不會穩定，更談不上經濟。至于以換熱器影響熱效率、增加投資成本及維護運行成本、增加事故點等說辭來不用換熱器，在“安全第一”面前就可以一票否決，何況表面的直接投資成本加大及增加的事故點的說法只是建立在鍋爐沒有因此而出現事故的情況下，萬一因為沒有換熱器而保證不了鍋爐爐水質量造成鍋爐事故，由此產生的費用及直接、間接的經濟損失是不可估量的，由此帶來的負面影響也非常大。同時也會大大降低鍋爐壽命。

從安全角度分析：在供熱管道中，供熱管道的腐蝕程度也受水中鹽濃度含量的影響，熱水中的含鹽量增加，熱水的導電性能越強，在一定程度上加快了供暖供熱管道的腐蝕[6]。長久下去，供熱管道出現損壞。因此，供熱管網管道必須利用換熱器把一次熱網與鍋爐管道系統隔離開來，不能讓供熱管網里面的水影響到鍋爐本體的爐水，確保鍋爐的用水品質及鍋爐的安全。同時換熱器使用后，可以充分合理采用“換熱機組串聯”技術[7]，該技術不論是在運行及換熱效果還是費用利用上都有非常大的優勢，極大地改善及優化了供熱效果。

3? 案例分析

某熱力公司，有3臺116MW的循環流化床熱水鍋爐運行供熱，設計院在工藝施工圖設計中沒有設計使用換熱器，采用由鍋爐直接把達到額定設計溫度及壓力的熱水借助鍋爐給水循環泵的壓力把熱水直接打到外供一次熱網供熱的方式。

在第二個采暖季，其中一臺鍋爐出現一次鍋爐水冷壁焊口開裂泄漏。在第三個采暖季，還是本臺鍋爐出現一次鍋爐水冷壁焊口開裂泄漏。在第四個采暖季，本臺鍋爐再一次出現鍋爐水冷壁焊口開裂泄漏，且省煤器出現一次爆管。另一臺鍋爐也出現二次省煤器爆管。經過對水冷壁及省煤器管道割管檢查，發現管道流通面積幾乎被污泥等雜質堵死，已造成管道材質過熱、蠕變變形。如下圖2、圖3、圖4所示。

3.1原因分析

熱網管道管線較長且管徑大，輻射上千米，循環水量非常大，因此水里面的雜質也多。這些管道里面的水經過熱用戶換熱后都要流經鍋爐進行再加熱，使熱網管道里面的雜質流經管徑較小的鍋爐受熱面管道時，部分粘附到管壁上。雖然熱水在進入鍋爐之前有過濾器，但過濾器對于泥漿等細微雜質是過濾不掉的。特別是本企業每年都在增安新的熱網管道，在安裝時沒有清理干凈的泥土，都會沉積到鍋爐受熱面管道里面。

另外，由于熱網設計的都在地下2米多深的位置，管道管徑粗且長，清洗困難，沖洗質量很難控制。再加上循環水量特別大，也很難保證其水質量，日積月累造成堵塞管道，從而造成管道過熱、爆管。對受熱面管道進行全面檢查，發現許多管道已經因堵塞原因造成變形、過熱現象，給鍋爐帶來非常大的危害，嚴重影響了生產安全及鍋爐壽命。

3.2換熱器的使用

萬事萬物有利就有弊，當然換熱器也有一個麻煩的問題，就是容易堵塞、結垢問題。一旦堵塞、結垢就會降低循環水的換熱效果，稍微影響供熱質量。前面已經提到二次熱網的水質質量難以保證，循環水里面的泥沙難以去除，雖然利用換熱器避免了對鍋爐本體的危害，然而換熱器本體也難免受堵塞的影響。因此，要求供熱企業還是盡量保證循環水的良好質量，充分發揮換熱器前面過濾器的作用，且定期對換熱器進行檢查、清洗，確保換熱器的最佳換熱效果。建議供熱企業最好有備用換熱器，以便進行檢查、清洗，確保換熱效果。

《城市熱力網設計規范》中也明確規定：大型城市集中供熱熱力網，用戶采暖系統與熱力網連接應采用間接連接[8]。同時，《城市熱力網設計規范》也明確指出由于直接連接，而使管網運行調節不便、管網失水率過大及安全可靠性不能有效保證。本規范也對換熱器的選擇做了明確的規定及要求，在本規范中有非常多的內容提及換熱器的有關問題。由此可見，換熱器在熱力網中的必要性是無可厚非。

《城市熱力網設計規范》對熱力網循環水補水質量做了嚴格要求，要求對補給水進行軟化處理或加藥處理，且達到其相應規定標準，詳見圖5[8]。

本文論述使用換熱器是為了減少化學水質水量，方便且能夠更好地控制鍋爐爐水質量達標，符合熱網設計要求，這種做法是為了確保鍋爐安全、穩定、經濟運行。對于蒸汽熱網，如果每天鍋爐蒸汽產量均在300～400t，而外銷蒸汽量則在200～300t，熱管網損失率在25%～30%[9]。供熱管網每小時失水率一般要求不超過其循環水量的1%，而目前有些供熱管網的實際失水率遠超過這個數值，個別熱網的實際失水率甚至高達4%～5%[10]。另外，根據雞西市供熱管理處的歷年統計數據顯示：每年從10月15日進入采暖期以來，各換熱站二次供熱管網每日總平均失水約 3500 t[11]。多方數據表明，供熱管網的失水率非常大，且不穩定。

使用換熱器換熱的方式，鍋爐的本身循環水量較直供方式大大減少，對于爐水的質量很容易控制達標，能完全滿足鍋爐的使用要求，且能更好有效的保護鍋爐。同時，也減少了化學水的制水成本及勞動量。

3.3 分析論述

強烈建議對生產用水質量不能保證的供熱企業盡量設計采用換熱器，至于換熱器的選型應該參照《城市熱力網設計規范》的設計要求，結合實際情況，可以因地制宜、按需所配，在此不做過多論述。

4 優化供熱管網控制，采用智能自動控制

在供暖系統中設計且加裝換熱器，在保障鍋爐安全的同時，也便于實現供熱管網的智能自動控制。同時采用變頻調速，實現對水泵流量、壓力的調節，減少對換熱器換熱元件的沖擊振動及膨脹緩沖，使供熱系統運行更加穩定，操作更為方便。熱計量監控平臺可以對供熱管網的運行實況進行實時監控，運行人員可據此對系統進行實時調整，最終實現供熱節能[12]。

鑒于新舊動能轉換的方針政策，換熱器也在不斷更新換代，換熱效率越來越高，節能降耗在持續改進，所以這不是阻礙使用換熱器的根本原因。此外，參考“供熱管網的動態可靠評價指標，環狀供熱管網系統的可靠性在供暖期內隨著室外溫度升高而增長、隨著服役年限增加而逐漸降低的動態規律” [13] 的說法，供熱管網是有壽命周期的，供熱單位要全面考慮供熱的穩定性、持續性，就離不開管網的檢修、技改、系統優化等，這些都需要換熱器這個中間隔離設備來保障系統的可操作性及穩定性，確保民生工程的保全。

針對目前煤價的飛漲及緊缺，節能降耗、革新挖潛是每一個熱電企業的頭等大事。“沒法改變世界，只有先改變自己”，擺在熱電廠面前的就是絞盡腦汁地進行節能降耗，杜絕一切浪費。那么供熱管網的換熱器則在節能降耗方面，發揮了綜合的節能降耗作用，同時確保了供熱安全和穩定性，也帶來了經濟效益。

5 結語

總而言之，供熱企業要切實根據自己的實際情況，長遠考慮，綜合分析判斷問題，本著“安全第一、預防為主、綜合治理”的方針，不計眼前利益，大膽地采用新科技、新思路，充分分享新時代、新科技的發展成果，積極推進新舊動能轉換的步驟，確保機組安全、持續穩定、綜合經濟生產運行，為熱用戶負責，公益社會。

參考文獻 [林4]

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作者簡介：楊洪良（1975—），男，本科，工程師，研究方向為熱電行業的生產運行及技術管理、設備管理、工程項目籌建及管理、節能創新、檢修技改等。

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