高建廣，張寧，孫鵬，楊文光

板式換熱機(jī)組的設(shè)計(jì)

高建廣1，張寧2，孫鵬3，楊文光4

（1. 上海藍(lán)濱石化設(shè)備有限責(zé)任公司，上海 201518； 2. 機(jī)械工業(yè)上海藍(lán)亞石化設(shè)備檢測(cè)所有限公司，上海 201518；3. 上海賽科石油化工有限責(zé)任公司，上海 201518； 4. 上海晶宇環(huán)境工程股份有限公司，上海 201518）

板式換熱機(jī)組在城市集中供熱系統(tǒng)改造中，占據(jù)了主要地位。本文對(duì)板式換熱機(jī)組進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)影響板式換熱機(jī)組設(shè)計(jì)的因素進(jìn)行了分析研究。

換熱器；機(jī)組；設(shè)計(jì)；供熱

為了響應(yīng)國家節(jié)能減排的號(hào)召，貫徹落實(shí)國家《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》等政策，以及人們對(duì)于供熱的要求越來越高，傳統(tǒng)粗獷式的供熱方式已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)的需求。集中供熱以其效率高，占地面積小，易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，迅速在供熱市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位。集中供熱由熱源-換熱站-用戶三部分組成，其中換熱站作為熱源和用戶的連接橋梁，在集中供熱系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。

換熱站由板式換熱機(jī)組和外圍管路組成，其中板式換熱機(jī)組作為核心組成部分，對(duì)換熱站的功能發(fā)揮起著決定性作用。本文結(jié)合國家相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)板式換熱機(jī)組的優(yōu)劣勢(shì)和設(shè)計(jì)影響因素進(jìn)行探討。

1 板式換熱機(jī)組簡(jiǎn)介

板式換熱機(jī)組的定義為由板式換熱器、水泵、變頻器、過濾器、閥門、控制柜、儀表及自動(dòng)控制系統(tǒng)等組成的整體換熱設(shè)備。圖1給出了一種常見的板式換熱機(jī)組的工藝控制流程圖。

圖1 水-水換熱機(jī)組PID圖

從上圖中可以看出，板式換熱機(jī)組由兩個(gè)循環(huán)回路組成，即一級(jí)管網(wǎng)循環(huán)系統(tǒng)和二級(jí)管網(wǎng)循環(huán)系統(tǒng)。一級(jí)管網(wǎng)循環(huán)系統(tǒng)為熱側(cè)輸入，由相應(yīng)的管道、閥門和儀表等與熱源形成回路；二級(jí)管網(wǎng)循環(huán)系統(tǒng)為冷側(cè)輸出，由循環(huán)水泵、管道、閥門、儀表等與用戶管網(wǎng)形成回路。兩個(gè)循環(huán)回路在換熱器中相遇，進(jìn)行熱量交換，將熱量輸送給用戶。

板式換熱機(jī)組的功能主要包括恒溫控制系統(tǒng)、循環(huán)水自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)、熱源供應(yīng)閥門自調(diào)節(jié)系統(tǒng)、設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)、設(shè)備故障保護(hù)停止系統(tǒng)等，這一些功能都使板式換熱機(jī)組在供熱系統(tǒng)的地位越來越重要。

2 板式換熱機(jī)組設(shè)計(jì)的影響因素

2.1 板式換熱器

板式換熱器作為換熱機(jī)組的主要組成部分，其設(shè)計(jì)直接影響機(jī)組的性能和成本。板式換熱機(jī)組經(jīng)常選用兩臺(tái)換熱器的并聯(lián)的形式，這種方式有兩種使用狀態(tài)，一種是一用一備，另一種是兩臺(tái)同時(shí)使用，無論是哪一種形式，兩臺(tái)換熱器之間的距離至少有1.5倍換熱器固定板寬度，便于設(shè)備維修。采用同時(shí)運(yùn)行兩臺(tái)換熱器的設(shè)計(jì)時(shí)，單臺(tái)換熱器的處理能力應(yīng)為總設(shè)計(jì)能力的75%，這樣才能保證兩臺(tái)同時(shí)使用時(shí)的效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

壓力降是板式換熱器的一個(gè)重要設(shè)計(jì)指標(biāo)，設(shè)計(jì)時(shí)通常要求低壓降，但是一味降低換熱器壓降的設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱器的面積過大，成本增加，因此設(shè)計(jì)時(shí)通過提升換熱器內(nèi)的流體流速，提升設(shè)備的換熱效率，在保證壓降的情況下，減少換熱器面積，降低投資成本。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求及工程經(jīng)驗(yàn)，換熱機(jī)組一次熱測(cè)采用蒸汽加熱情況下，蒸汽流速不宜超過50 m/s，采用熱水加熱時(shí)，熱水流速設(shè)計(jì)為2.5 m/s。

2.2 二次側(cè)循環(huán)泵

循環(huán)泵是熱水循環(huán)的動(dòng)力來源，在選擇上需要認(rèn)真核算流量Q和耗電輸熱比EHR，在滿足設(shè)計(jì)供熱能力的情況下，泵的流量設(shè)計(jì)留有15%的余量，耗電輸熱比選擇最優(yōu)情況。二次側(cè)循環(huán)泵設(shè)置，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是不宜設(shè)置備用泵，但是工程使用中，多數(shù)采用一用一備，甚至一用兩備。泵的底座直接與機(jī)組撬裝底座連接，不要太高。循環(huán)泵啟動(dòng)控制采用變頻器啟動(dòng)和控制，根據(jù)供熱收費(fèi)系統(tǒng)和熱量輸送情況來控制循環(huán)泵的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

2.3 二次側(cè)補(bǔ)水泵

補(bǔ)水泵流量設(shè)計(jì)宜選用循環(huán)泵流量的4%，補(bǔ)水泵的控制采用定壓控制方式，即二次側(cè)的回水壓力小于設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)補(bǔ)水泵，直至回水壓力高于設(shè)定值。壓力測(cè)定點(diǎn)最好設(shè)置在機(jī)組的二次側(cè)進(jìn)水和回水口，此種方式利于調(diào)節(jié)和操作。

2.4 閥門

機(jī)組與外部管路的連接閥，水路宜采用球閥，氣路宜采用截止閥，連接形式宜選用法蘭連接。機(jī)組內(nèi)部管路閥門間應(yīng)采用該法蘭連接或者焊接連接，只有當(dāng)公稱直徑在DN50以下時(shí)，可以選取螺紋連接形式。機(jī)組內(nèi)設(shè)備最低點(diǎn)設(shè)置排污閥，宜選用焊接球閥。

2.5 安全閥

安全閥的安裝位置宜選取在機(jī)組系統(tǒng)的管路最高點(diǎn)，起跳壓力宜選擇標(biāo)準(zhǔn)中高于管道工作壓力的安全閥，安全閥的接口尺寸應(yīng)小于其所安裝在的管路的直徑，材質(zhì)的選擇為，當(dāng)公稱壓力不大于1.6 MPa時(shí)，選用鑄鐵材質(zhì)，公稱壓力不大于2.5 MPa時(shí)，選用碳鋼材質(zhì)。

2.6 管路

機(jī)組內(nèi)的管路設(shè)計(jì)時(shí)，盡量減少三通和變徑的使用，只有在單線管路，如換熱器進(jìn)出口，循環(huán)泵的進(jìn)出口等與管路口徑不符的情況下才使用變徑，遇到分路情況，應(yīng)將管路直接開孔焊接至主管路上，這樣在空間節(jié)省上有很好效果，使機(jī)組能設(shè)計(jì)的更緊湊，不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)楸玫拈_啟而導(dǎo)致流量不足的情況。

2.7 管路附件

機(jī)組管路的法蘭連接采用的墊片材質(zhì)，一般情況下選用石棉橡膠墊(XB350)，此種材料可以滿足工況為壓力≤4 MPa，溫度≤350 ℃。

機(jī)組的Y型過濾器的濾網(wǎng)選擇宜選擇不銹鋼材質(zhì)，標(biāo)準(zhǔn)中要求濾網(wǎng)能過濾掉2 mm直徑以上的固體雜質(zhì)，實(shí)際使用過程中，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，管徑大于DN300的管路，濾網(wǎng)目數(shù)選用24目，管徑小于DN300的管路，濾網(wǎng)目數(shù)選用40目。

3 結(jié)束語

板式換熱機(jī)組的設(shè)計(jì)需要綜合考慮的因素很多，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中有很多設(shè)計(jì)要求過低，無法滿足實(shí)際應(yīng)用工況，因此設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮國家相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時(shí)要滿足客戶的使用要求，考慮設(shè)備的維修、投資成本、運(yùn)行穩(wěn)定性等問題。

[1] 肖井雙. 淺談?chuàng)Q熱機(jī)組在集中供熱中的應(yīng)用[J]. 中國化工裝備，2017（1）20-21.

[2] 錢江，宋林紅，王洪，等. 供暖用換熱器換熱管材料的選擇[J]. 管道技術(shù)與設(shè)備，2005（3）：27-29.

[3] 陳瑞軍，段輝偉. 換熱機(jī)組超溫、超壓分析及控制[J]. 自動(dòng)化與儀器儀表，2017（12）：46-47.

[4] 辛佩宏. 智能換熱機(jī)組的原理及應(yīng)用[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（36）：49.

[5] 楊良仲，邵蓉，任惠中. 全自動(dòng)板式換熱機(jī)組的設(shè)計(jì)選用[J]. 煤氣與熱力，2001，21（4）：362-364.

Design of Plate Heat Exchange Unit

1,2,3,4

（1. Shanghai Lanbin Petrochemical Equipment Co., Ltd., Shanghai 201518, China; 2. Machinery Industry Shanghai Lanya Petrochemical Equipment Inspection Institute Co., Ltd., Shanghai 201518, China;3. Shanghai SECCO Petrochemical Co., Ltd., Shanghai 201518, China;4. Shanghai Jingyu Environmental Engineering Co., Ltd., Shanghai 201518, China）

Plate heat exchange units are widely used in the transformation of urban central heating system. In this paper, the plate heat exchange unit was briefly introduced, and the factors affecting the design of plate heat exchange unit were analyzed and studied.

heat exchange; unit; design; heating

2019-11-15

高建廣（1984-），男，工程師，碩士，山東省青島市人，2013年畢業(yè)于東北石油大學(xué)安全技術(shù)及工程專業(yè)，研究方向：蒸發(fā)結(jié)晶工藝及工程。

TU833+.1

A

1004-0935（2020）02-0190-02