孫 成，梁子元，梁瑞玲

(1. 河北華電石家莊裕華熱電有限公司，石家莊 050041;2.石家莊華電供熱集團(tuán)有限公司，石家莊 050000)

板式換熱器換熱片結(jié)垢判斷方法研究

孫 成1，梁子元2，梁瑞玲1

(1. 河北華電石家莊裕華熱電有限公司，石家莊 050041;2.石家莊華電供熱集團(tuán)有限公司，石家莊 050000)

板式換熱器以其優(yōu)良的傳熱性能在石油、電力、化工等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。但污垢的存在會(huì)降低板式換熱器的換熱效率，增大壓降，造成能源的浪費(fèi)。文中總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)，從多角度出發(fā)，判斷板式換熱器的結(jié)垢情況。

板式換熱器；結(jié)垢；方法

0 引 言

換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器種類很多，根據(jù)冷、熱流體熱量交換的方式可分為間壁式、混合式和蓄熱式換熱器。在三類換熱器中，間壁式換熱器應(yīng)用最多。板式換熱器是典型的間壁式換熱器。它是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝壓緊而成的一種新型高效換熱器。由于其具有換熱效率高(其傳熱系數(shù)比管式換熱器高3～5倍)、占地面積小(為管式換熱器的1/3)、板片形式多、組裝靈活、拆卸清洗檢修方便、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，板式換熱器在電力、石油、化工、食品、空調(diào)等各個(gè)行業(yè)有著極其廣泛的應(yīng)用[1-2]。

1 板式換熱器結(jié)垢的危害

對(duì)換熱設(shè)備的投資約占化工行業(yè)總投資的70%，煉油行業(yè)的35%～40%，火力發(fā)電廠的40%以上[3]。但是，幾乎所有的換熱器運(yùn)行一段時(shí)間之后，都會(huì)存在程度不等的結(jié)垢現(xiàn)象。

板式換熱器發(fā)生結(jié)垢會(huì)帶來如下一些危害[4-5]：

(1)由于結(jié)垢會(huì)導(dǎo)致板式換熱器的流通截面積縮小，阻力增大，增加了冷卻水水泵的電耗；

(2)當(dāng)板式換熱器表面污垢的厚度達(dá)到一定程度后，會(huì)影響其換熱效率，使傳熱系數(shù)減小，換熱器性能下降，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致局部溫度過高，甚至出現(xiàn)傳熱惡化，從而影響材料的機(jī)械性能與使用周期；

(3)當(dāng)板式換熱器表面污垢厚度達(dá)到一定程度，會(huì)出現(xiàn)垢下腐蝕，造成板式換熱器表面腐蝕甚至因腐蝕穿孔，從而造成板式換熱器泄漏，影響被冷卻介質(zhì)的質(zhì)量，影響換熱設(shè)備的運(yùn)行安全；

(4)當(dāng)板式換熱器結(jié)垢后，必須對(duì)其進(jìn)行清洗與維護(hù)，增加了運(yùn)行成本。

因此采用何種方法來預(yù)判及準(zhǔn)確分析板式換熱器表面結(jié)垢情況，成為了迫切需要解決的問題。

2 板式換熱器結(jié)垢判定方法研究

經(jīng)過查證資料和文獻(xiàn)[6-8]，并通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，總結(jié)出來判斷板式換熱器結(jié)垢情況的兩個(gè)方法。

2.1 判定方法一

判斷換熱器的換熱面上是否結(jié)垢的最直接辦法就是測(cè)算換熱器的熱效能。理論上計(jì)算換熱器的熱效能，通常采用下面的公式進(jìn)行計(jì)算，即輸出熱量與輸入熱量之比：

(1)

式中：Q2為被加熱介質(zhì)吸收的熱量;Q1為加熱介質(zhì)放出的熱量。

根據(jù)熱量的計(jì)算公式：計(jì)算出冷熱流體吸收與放出的熱量，求得此時(shí)換熱器的熱效能η。

若無法得知該換熱器的理論熱效能，則可根據(jù)清洗后的數(shù)據(jù)為依據(jù)，定義為η0。計(jì)算熱效能的變化率ε，計(jì)算公式如下：

(2)

根據(jù)實(shí)際的換熱需求，規(guī)定ε的值，再根據(jù)實(shí)際的變化量與規(guī)定值作比較，從而判斷換熱器的結(jié)垢情況，安排清洗工作。例如規(guī)定ε=5%時(shí)進(jìn)行換熱器的清洗。即當(dāng)ε≥5%時(shí)，對(duì)換熱器進(jìn)行清洗。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于計(jì)算簡(jiǎn)單，方便快捷且不用做實(shí)驗(yàn)測(cè)量，一般工況下運(yùn)行的數(shù)據(jù)就可以使用。缺點(diǎn)在于由于熱效能的變化不僅與換熱面的結(jié)垢有關(guān)還與板換周圍的環(huán)境有關(guān)，因此計(jì)算結(jié)果不夠精確。如果要求精度不高，且環(huán)境溫度與風(fēng)速等變化不大的情況下可以選用。

2.2 判定方法二

板式換熱器是否結(jié)垢最直接的表現(xiàn)在于進(jìn)出口溫度的變化，及板式換熱器的對(duì)數(shù)平均溫差變化，如僅用來判斷是否結(jié)垢需要清洗的情況下，可通過板式換熱器對(duì)數(shù)平均溫差的變化來判斷。對(duì)數(shù)平均溫差的計(jì)算如下面所示：

若冷熱流體為順流時(shí)：

(3)

(4)

若冷熱流體為逆流時(shí)：

(5)

(6)

利用上述公式，通過計(jì)算不同時(shí)間段板式換熱器的，對(duì)比板換的設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)平均溫差，能粗略的判斷板式換熱器的結(jié)垢情況，若運(yùn)行情況參數(shù)穩(wěn)定，結(jié)合對(duì)數(shù)平均溫差變化幅度，可安排定期清洗，提高換熱器的換熱能力。

3 板式換熱器結(jié)垢判定方法的應(yīng)用

2013～2014年供暖季石家莊某換熱站運(yùn)行參數(shù)如下，筆者選取不同日期，同一時(shí)間段數(shù)據(jù)，依據(jù)上述兩種方法對(duì)板式換熱器結(jié)垢情況進(jìn)行分析判定，見表1。

表1 2013年12月7日換熱器參數(shù)

通過表1，剔除無意義參數(shù)后，計(jì)算換熱器的對(duì)數(shù)平均溫差△t均值為11.72，平均熱效能為99.71%,見表2。

表2剔除無意義參數(shù)后，計(jì)算換熱器的對(duì)數(shù)平均溫差△t均值為16.23，平均熱效能為94.79%。與表1數(shù)據(jù)比較得：

對(duì)數(shù)平均溫差差值為△t2-△t1=16.23-11.72=4.51；

結(jié)合兩種方法判斷后，于3月9日對(duì)換熱器進(jìn)行清洗，清洗后參數(shù)見表3。

表3 2014年3月10日換熱站參數(shù)

表3剔除無意義參數(shù)后，計(jì)算換熱器的對(duì)數(shù)平均溫差△t均值為12.5，平均熱效能為99.00%，換熱效果明顯改善。

4 結(jié)束語

板式換熱器作為電力、石油、化工、食品、空調(diào)等各個(gè)行業(yè)的重要換熱器設(shè)備，其發(fā)生結(jié)垢危害極大，筆者通過查閱文獻(xiàn)結(jié)合多年經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了換熱器熱效能測(cè)算、對(duì)數(shù)平均溫差計(jì)算等兩種方法，并在石家莊某換熱站獲得了應(yīng)用，為準(zhǔn)確判斷板式換熱器結(jié)垢情況，提高換熱器換熱能力提供了重要思路。

[1] 孔文彬.板式換熱器失效分析研究[D].廣州:華南理工大學(xué),2011.

[2] 徐云武,黃長(zhǎng)山,吳晉英,等.板式換熱器的清洗[J].清洗世界,2010,26(1):39-43.

[3] E F C Somescales. Fouling of Heat Transfer Surface: A Historical Review. Heat Transfer Engineer.1990,11(1):19-36.

[4] 王丙林.兩相流動(dòng)對(duì)板式換熱器性能影響研究[D].吉林:東北電力大學(xué),2014.

[5] 馮小菲,蔡建林. 影響板式換熱器傳熱系數(shù)的因素[J]. 應(yīng)用能源技術(shù),2003(6):32-33.

[6] 宋繼學(xué),郭 江,朱廣昌. 換熱器在強(qiáng)化傳熱方面的進(jìn)展及應(yīng)用[J]. 應(yīng)用能源技術(shù),1999,01:36-38.

[7] 沈維道,蔣智敏,童均耕.工程熱力學(xué)(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2000.

[8] 楊世銘,陶文銓.傳熱學(xué)(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2006.

Research on the method of plate heat exchanger fouling judgment

SUN Cheng1，LIANG Zi-yuan2，LIANG Rui-ling1

(1. Huadian Shijiazhuang Yuhua Thermal Power Co Ltd, Shijiazhuang 050041, China;2. Shijiazhuang Huadian Heating Group Co. Shijiazhuang 050000, China)

Plate heat ex-changer was widely used in the oil、electric power、chemical and other industry because of its good heat transfer performance .However，the existence of dirt will reduce the heat transfer efficiency, increase the pressure drop, as well as cause the waste of energy. To summarize, this text will analyze the scaling situation of the plate heat ex-changer from multi-angle with scholars valuable experiences.

Plate heat ex-changer; Fouling; methods

2015-03-25

2015-04-11

孫成(1974-)，男，河北石家莊人，主要從事電廠熱力動(dòng)能工作。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.05.012

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