摘 要:文章分析了換熱機(jī)組二次流量偏大的原因,主要表現(xiàn)為:循環(huán)泵選擇不合理;設(shè)計時所提供的面積偏小;設(shè)計時溫度參數(shù)與實(shí)際參數(shù)相差較大;現(xiàn)場實(shí)際情況而定(用戶增加散熱器或者改變供熱方式等)。根據(jù)實(shí)際情況對上述現(xiàn)象進(jìn)行逐一排查,找出最終原因。
關(guān)鍵詞:板式換熱器;設(shè)計參數(shù);循環(huán)泵;供熱
板式換熱器是換熱機(jī)組中的重要組成部件,板式換熱器運(yùn)行情況的好壞直接影響整個機(jī)組的運(yùn)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(shè)備,由于其傳熱系數(shù)高,結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積少,組裝靈活,維修保養(yǎng)方便等一系列優(yōu)點(diǎn),因此在石油、化工、冶金、電力、輕工食品等工業(yè)得到了廣泛應(yīng)用[1]。隨著城市集中供熱事業(yè)的發(fā)展,采用熱電聯(lián)產(chǎn)方式集中供熱的城市越來越多,板式換熱器在供熱領(lǐng)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(xiàn)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(cè)流過,熱流體的熱量主要以對流方式傳給壁面,經(jīng)過壁面導(dǎo)熱再傳給冷流體。為了強(qiáng)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(wěn)態(tài)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(yīng)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(fù)荷,W;M1M2-熱流體、冷流體的質(zhì)量流量,kg/s;i'■■i'■-熱流體、冷流體的進(jìn)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(zhì)量比熱,J/(kg·℃);t1t2-熱流體、冷流體的進(jìn)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(shù),為了簡化起見,在工程中一般都采用在溫度t'及t\"范圍內(nèi)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(nèi)的平均定壓質(zhì)量比熱J/(kg·℃)
2 換熱機(jī)組在運(yùn)行時出現(xiàn)的二次流量大于設(shè)計值原因分析
帶有板式換熱器的換熱機(jī)組在運(yùn)行時,會出現(xiàn)二次流量遠(yuǎn)大于設(shè)計值的現(xiàn)象,導(dǎo)致?lián)Q熱效果不理性,影響供熱質(zhì)量?,F(xiàn)分析原因有以下幾點(diǎn)。
2.1 循環(huán)泵選擇不合理
在供熱機(jī)組中,循環(huán)泵的作用是提供二次循環(huán)水的動力,使機(jī)組二次側(cè)水流動起來,從而在換熱器內(nèi)與一次側(cè)的水進(jìn)行熱量交換。若循環(huán)泵流量選擇偏小,提供動力不足,導(dǎo)致流量和揚(yáng)程均有所降低;若選擇偏大,流量和揚(yáng)程均有所增加,導(dǎo)致系統(tǒng)流速增大,系統(tǒng)損失增大。因此需根據(jù)實(shí)際情況合理選擇循環(huán)泵。
2.2 設(shè)計時所提供的面積偏小
熱負(fù)荷是根據(jù)設(shè)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(dǎo)致熱負(fù)荷小,設(shè)計換熱器時計算出來的二次流量偏小,與實(shí)際流量不相符。導(dǎo)致機(jī)組二次流量較大。
2.3 設(shè)計時溫度參數(shù)與實(shí)際參數(shù)相差較大
由上式(3)可以看出,當(dāng)溫度參數(shù)一定時,熱負(fù)荷與流量及溫差成正比。若二次側(cè)設(shè)計溫差遠(yuǎn)大于現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行時的溫差時,勢必會影響二次流量,造成二次實(shí)際流量偏大。
2.4 現(xiàn)場實(shí)際情況
根據(jù)實(shí)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(shè)計二次側(cè)供回溫差一般為10℃,此散熱器采暖設(shè)計溫差為25℃,相同的換熱量下,二次側(cè)流量是設(shè)計的2.5倍,流量增加很多。
3 應(yīng)用實(shí)例
2012年天津市某學(xué)校熱力站供熱面積為3.7*104m2,熱負(fù)荷2226kW,設(shè)計溫度參數(shù)為115/70,60/85,該機(jī)組供四片小區(qū)域,由站內(nèi)分水器分出,回水統(tǒng)一到達(dá)站內(nèi)集水器,供給換熱機(jī)組進(jìn)行換熱。現(xiàn)場一次側(cè)流量計讀數(shù)為50.12t/h,根據(jù)上式(3)算出機(jī)組二次流量約為120t/h。而二次側(cè)設(shè)計流量僅為78.2t/h,實(shí)際運(yùn)行值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計值。
根據(jù)設(shè)計參數(shù):供熱面積、熱負(fù)荷、溫度參數(shù)、允許壓降等,校核該機(jī)組板式換熱器及循環(huán)泵,設(shè)計并無問題。依照現(xiàn)場循環(huán)泵前后壓差為0.17MPa,查看循環(huán)泵運(yùn)行曲線樣本可知,此時循環(huán)泵運(yùn)行點(diǎn)已在曲線末端,循環(huán)泵運(yùn)行效果較差,這是因?yàn)槎蝹?cè)實(shí)際流量遠(yuǎn)大于設(shè)計流量導(dǎo)致的。
依照現(xiàn)場運(yùn)行人員所述,供熱前期,分水器只開部分分支供熱,此時運(yùn)行效果較好。當(dāng)運(yùn)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(xiàn)二次流量較大,導(dǎo)致遠(yuǎn)端不熱的現(xiàn)象。分析原因,可能由于供熱面積統(tǒng)計不全,導(dǎo)致所提供的供熱面積比實(shí)際供熱面積要小。當(dāng)只開部分供熱分支,機(jī)組設(shè)計滿足要求,二次流量比設(shè)計值要?。划?dāng)供熱分支全部打開,機(jī)組滿足不了用戶需求,導(dǎo)致二次側(cè)流量增大遠(yuǎn)大于設(shè)計值。
根據(jù)現(xiàn)場采集的參數(shù)可知,站內(nèi)二次側(cè)實(shí)際溫度為42℃/50℃,與設(shè)計二次供回水溫差相差17℃,在相同熱負(fù)荷下,所需要的流量要遠(yuǎn)大于設(shè)計值。
根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)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(shè)計二次側(cè)供回溫差一般為10℃,此散熱器采暖設(shè)計溫差為25℃,相同的換熱量下,二次側(cè)流量是設(shè)計的2.5倍。從而導(dǎo)致二次側(cè)流量增加。
根據(jù)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(shè)計溫度是否符合實(shí)際要求,根據(jù)實(shí)際情況考察用戶私自增加散熱器的數(shù)量以及將散熱器采暖改裝地板采暖的數(shù)目等,核算出該換熱站具體的二次側(cè)流量約為160t,現(xiàn)有板式換熱器及循環(huán)泵已經(jīng)不能滿足實(shí)際需要,及時更換。
參考文獻(xiàn)
[1]張金萍,張強(qiáng).板式換熱器及其在供熱工程中的應(yīng)用分析[J].甘肅科技,2004,11.
[2]綦升輝,等.水一水板式換熱器運(yùn)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(shè)計[M].東南大學(xué)出版社,2003.
作者簡介:李書營,男,鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師,長期從事熱動及流動換熱研究工作。