热网换热器型式的选择

摘 要：文章介绍了火力发电厂热网换热器型式（管式换热器和板式换热器）的选择，分析了管式换热器和板式换热器的构造、材质及特点等，并提出一些建议，以降低企业生产成本，增加企业利润的目的。

关键词：热网；换热器；型式

引言

热网换热器型式一般为管式换热器和板式换热器，由于管壳式换热器结构简单，加工制造相对容易，热网换热器常规采用管壳式换热器。而板式换热器具有体积小，散热少，传热端差小等特点，在效率方面比管式换热器有一定的优势。欧美国家自从1982年以来已经广泛使用全焊板式加热器在电厂做热网换热器，运行近30年基本是免维护，产品的可靠性得到了运行验证。国内近几年逐渐开始有了板式热网换热器投运的业绩。目前，已投运的全焊接板式热网换热器均为进口产品。

文章对管壳式热网换热器和全焊接板式热网换热器的性能、造价等进行分析、比较。

1 管壳式热网换热器

管壳式换热器由管箱、壳体、管束等主要元件构成。管束是管壳式换热器的核心，其中换热管作为导热元件，决定换热器的热力性能。对换热器热力性能有较大影响的另一基本元件是折流板（或折流杆）。管箱和壳体主要决定管壳式换热器的承压能力及操作运行的安全可靠性。管壳式换热器的换热管内外表面均呈螺旋状，管程流体在管内呈三维螺旋运动状态向前流动，使换热管层流层厚度减薄，流速很低时就可达到充分湍流，有利于热交换，提高传热效率从而克服了管壳式换热器管程流体界膜传热系数较低的缺点，显著提高换热器的总传热系数，流体阻力损失较小。

总的来说，管壳式换热器有以下特点：

（1）耐高温高压，坚固可靠耐用。

（2）设计、制造应用历史悠久，制造工艺及操作维检技术成熟。

（3）适用范围大，特别是在高温高压和大型换热器中的应用占据绝对优势。

最大设计压力：小于100Mpa

最高设计温度：650℃

最大壳体直径：φ2600mm

单机最大换热面积：4000m2

换热管规格：φ10～φ70mm

换热管长度：100～12000mm

（4）换热管选材广泛：低碳钢、低合金钢、高合金钢、不锈钢、高级不锈钢、铜、渗铝管、渗镍管、钛管等。

（5）占地面积较大，检修空间较大。

（6）总传热系数K一般在1500～2800W/m2·K。

（7）管壳式换热器的换热管如发生断裂或泄漏可以将该故障管在管板处堵死，而不影响其它通道的运行；可设置膨胀节解决热胀冷缩的问题；在蒸汽侧可安装防冲装置，保护换热管。

（8）因堵管使设备出力降低，将造成再投资和检修维护费用的增加。

2 全焊接式板式换热器

国内目前常见的板式换热器多为水-水换热器，其密封方式为：板片与板片之间的密封采用橡胶类密封条进行密封，这种型式的板式换热器的使用范围为：压力不大于1.6MPa，温度不高于120℃。

某工程的热网换热器汽、水侧使用温度均高于120℃，汽侧温度高达250℃左右，如果要使用板式换热器，则需选用全焊接式板式换热器。

全焊接式板式换热器，该产品传热元件为板片，其结合了板式换热器与螺旋板式换热器的优点，具有传热效率高、结构紧凑等优点，适用于汽-水换热和液-液换热等工况，特别适合石化、焦化等行业特殊介质的换热需求。该换热器属于间壁式换热器，换热器的结构形式由一叠不锈纲或其它稀有防腐材料制成的传热波纹板片，经交错焊接形成流道，板片两侧的流道在换热器中的单个流程上是错流流动，形成两侧高效率的错-逆流动传热。两种不同的介质分别在同一板片两侧的通道中流过，每种介质通道通过分程隔板来控制流通面积及流通长度，这样高温流体通过板片将热量传递给低温流体，从而实现了换热的目的。

全焊板式热网换热器与常规板式换热器对比，有如下优势：

（1）具有传热系数高、压降小的特点。用板片作为传热元件，具有和板式换热器相当的传热系数，传热效率高，同时由于不存在板式换热器的角孔分流，阻力损失有所降低。

（2）耐温承压能力强，适应于特殊介质。与可拆式板式换热器相比，由于采用了焊接结构，消除了高温及特殊介质工况对密封垫片的影响和腐蚀，提高了使用温度、压力及适应介质的能力，能满足热网设计压力、温度的要求。

（3）结构紧凑、占地面积小。

全焊板式热网换热器与管壳式换热器对比，有如下优势：

（1）波纹管板促进提高湍流度，使总体的传热系数达到管壳式换热器的三到五倍。

（2）换热器一、二侧温度接近到3℃时还能工作。

（3）交错焊接的板片形成湍流，结垢比管壳式换热器轻微得多，运行周期大为加长，基本可以免维护。

（4）全焊板式热网换热器的换热单元采用激光焊接技术，使得焊层较薄、准确，可显著减少加热量，装置内应力大为减小，具有抗疲劳和交变循环的能力。

（5）特定的板片型式，优化了结构强度和流体力学性能，对压力峰值和交变循环具有更强的承受能力，设备的安全性、可靠性和传热性能极佳。

（6）流程中设置特制的折流板，可实现流动中的自清洗。

（7）全焊板式热网换热器的优越性还体现在节能上面。一台换热器除了满足蒸汽冷凝需求外，还以较高的热效率回收显热（凝结水的热量）。

（8）板片材料选材范围广：不锈钢、铜合金、钛、钛-钯、铁合金、镍合金等。

（9）结构紧凑，占用空间仅为管壳式的1/3～1/4。

（10）散热损失小，一般为0.3%左右，仅为管壳式换热器的1/3左右。

（11）总传热系数K一般在2000～5000W/m2.K，高的可达6000～8000W/m2.K，比管壳式换热器高几倍。

（12）设备使用寿命长，可避免采用管壳式热网换热器因堵管出力降低须更换换热管束造成的多次再投资，以及检修维护带来的运行费用增加。

（13）系统运行阻力可最小化的优化设计。

（14）全激光焊接板式热网换热器因选用特殊精确激光焊接工艺，从而消除了应力破坏，不开裂，从而能承受更高的工作温度、压力。换言之，激光焊接提高了产品的可靠性，延长了使用寿命。

关于板式换热器的阻塞问题，一是板式换热器的板片间隙在设计时可根据水质调整尺寸；二是板式换热器的清洗简单。如果板式换热器热交换性能下降，就必须清洗板片表面。通过检查操作压力及温度，可以判断热交换器的性能是否下降。清洗有两种方式，为解体清洗和在线清洗。解体清洗时，板式的管道安装在固定板一侧，清洗时无需拆管，拆几条螺栓即可，拆开后板片完全暴露，用高压水可使板片100%清洗干净，清洗工作量不到管式的30%。在线清洗，利用专门的CIP在线清洗装置可方便的在线清洗板式换热器。

3 热网换热器技术方案分析（以某300MW供热工程为例）

3.1 热网换热器配置

在《火力发电厂设计技术规程》（DL5000-2000）第10.8.1条中这样规定“热网换热器的容量和台数应根据采暖、通风和生活热负荷选择，不宜备用，但当任何一台加热器停止运行时，其余设备应满足60%～75%（严寒地区取上限）热负荷的需要”。

3.2 热网换热器选型

若选用管壳式热网换热器，需设置四台面积约2100m2左右的管壳式换热器，散热损失1～2%，压降约为0.08/0.14MPa（a）（热侧/冷侧），换热材料TP316。

若选用全焊板式热网换热器，需设置四台面积约900m2左右的全焊板式换热器，散热损失0.3%，压降约为0.095/0.157MPa（a）（热侧/冷侧），换热材料TP316。

不难看出，由于散热损失相差很大，造成换热面积达到约2.5倍的差值，当然占地相差也很大。

4 热网换热器方案经济性分析

4.1 初投资

管壳式换热器是一种非常成熟的产品，国内众多换热器厂家都可以生产，价格不高，按照换热管材料TP316，4台管壳式换热器的价格约800万元人民币。

低参数汽-水板式换热器目前在国内是一种成熟产品，而高参数（蒸汽温度高达250～280℃时）汽-水板式换热器，国内生产比较困难，价格相对高，按照换热板片材料为TP316，4台全焊接式进口品牌板式换热器价格总共约1200万元人民币左右。

4.2 年少用汽收益

板式换热器由于有较小的散热损失，所以，同样的循环水对外供热量情况下，板式换热器需要的蒸汽量较小约95%。根据以热定电的原则，节省的抽汽可以继续在汽机中做功，增加发电出力。

4.3 经济性比较

通过计算，全焊接板式换热器方案年费用小，经济比较占优。全焊接板式换热器方案比管壳式换热器方案初投资增加360万元，年少耗汽节煤收益70万，增加的初投资动态回收期为7年。

5 结束语

综合上述，板式热网换热器换热效率高，换热端差小，在运行中比管式热网换热器有明显的优势。虽然板式热网换热器需要进口，价格较高，但进口板式换热器具有占地小，运行可靠，维护方便等优点。因此，建议采用进口全激光焊接板式热网换热器。

参考文献

[1]吴斌，江蛟.大型热网换热器的选型[F].电力勘测设计，2010（2）.

[2]DL5000-2000.火力发电厂设计技术规程[S].中国标准出版社.

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