換熱機(jī)組二次流量偏大的原因分析及解決方案

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(jì)時(shí)所提供的面積偏小；設(shè)計(jì)時(shí)溫度參數(shù)與實(shí)際參數(shù)相差較大；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況而定（用戶(hù)增加散熱器或者改變供熱方式等）。根據(jù)實(shí)際情況對(duì)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(jì)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(gè)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(lái)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(wèn)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(guò)，熱流體的熱量主要以對(duì)流方式傳給壁面，經(jīng)過(guò)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?chē)鷵Q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(shí)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(wú)相變時(shí)：

（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(jiǎn)化起見(jiàn)，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(shí)出現(xiàn)的二次流量大于設(shè)計(jì)值原因分析

帶有板式換熱器的換熱機(jī)組在運(yùn)行時(shí)，會(huì)出現(xiàn)二次流量遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值的現(xiàn)象，導(dǎo)致?lián)Q熱效果不理性，影響供熱質(zhì)量。現(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(dòng)力，使機(jī)組二次側(cè)水流動(dòng)起來(lái)，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(dòng)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(jì)時(shí)所提供的面積偏小

熱負(fù)荷是根據(jù)設(shè)計(jì)者提供的供熱面積及單位耗熱量來(lái)計(jì)算的。若提供面積偏小，導(dǎo)致熱負(fù)荷小，設(shè)計(jì)換熱器時(shí)計(jì)算出來(lái)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(jì)時(shí)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(shí)，熱負(fù)荷與流量及溫差成正比。若二次側(cè)設(shè)計(jì)溫差遠(yuǎn)大于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的溫差時(shí)，勢(shì)必會(huì)影響二次流量，造成二次實(shí)際流量偏大。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況

根據(jù)實(shí)際情況考察是否有些用戶(hù)私自增加散熱器或者改變供熱方式。例如某些用戶(hù)將換熱器采暖私自改成地板采暖，地板采暖設(shè)計(jì)二次側(cè)供回溫差一般為10℃，此散熱器采暖設(shè)計(jì)溫差為25℃，相同的換熱量下，二次側(cè)流量是設(shè)計(jì)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(jì)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?，F(xiàn)場(chǎng)一次側(cè)流量計(jì)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(jì)流量?jī)H為78.2t/h，實(shí)際運(yùn)行值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值。

根據(jù)設(shè)計(jì)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(jì)并無(wú)問(wèn)題。依照現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)泵前后壓差為0.17MPa，查看循環(huán)泵運(yùn)行曲線(xiàn)樣本可知，此時(shí)循環(huán)泵運(yùn)行點(diǎn)已在曲線(xiàn)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(jì)流量導(dǎo)致的。

依照現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員所述，供熱前期，分水器只開(kāi)部分分支供熱，此時(shí)運(yùn)行效果較好。當(dāng)運(yùn)行一段時(shí)間后，將分水器的四個(gè)分支全部打開(kāi)供熱，此時(shí)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(jì)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(kāi)部分供熱分支，機(jī)組設(shè)計(jì)滿(mǎn)足要求，二次流量比設(shè)計(jì)值要?。划?dāng)供熱分支全部打開(kāi)，機(jī)組滿(mǎn)足不了用戶(hù)需求，導(dǎo)致二次側(cè)流量增大遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(jì)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(jì)值。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員所述，某些用戶(hù)將散熱器采暖私自改成地板采暖，地板采暖設(shè)計(jì)二次側(cè)供回溫差一般為10℃，此散熱器采暖設(shè)計(jì)溫差為25℃，相同的換熱量下，二次側(cè)流量是設(shè)計(jì)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(jì)溫度是否符合實(shí)際要求，根據(jù)實(shí)際情況考察用戶(hù)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(mǎn)足實(shí)際需要，及時(shí)更換。

參考文獻(xiàn)

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[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(jì)[M].東南大學(xué)出版社，2003.

作者簡(jiǎn)介：李書(shū)營(yíng)，男，鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，長(zhǎng)期從事熱動(dòng)及流動(dòng)換熱研究工作。