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      哈雷釬焊板式換熱器
      專業生產:換熱器;分水器;過水熱;冷卻器
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      管殼式與板式水水換熱器的比較分析

      點擊:1927 日期:[ 2014-04-20 00:59:05 ]

      從國內已建發電廠來看,用于閉式循環冷卻水系統的水水換熱器有兩類,一類是管殼熱換器,另一類是板式換熱器。管殼換熱器是常用的換熱器形式,在電廠設計中已得到了廣泛的應用,而在國內一些進口機組的電廠、燃氣蒸汽聯合循環電廠和核電站多有采用板式換熱器。由于板式換熱器緊湊、重量輕、高傳熱效率,人們對它的興趣日益增長。本文針對管殼式及板式換熱器二種型式進行比較,并提出選型參考意見。

      1

      2 換熱器設計條件

      換熱器設計應滿足電廠從起動到最大出力時各種負荷下的運行需要,并留有一定的裕量,保證換熱器在最大負荷、最高進水溫度和最大污垢熱阻時,在規定的檢修周期內,仍能完成給定的冷卻任務。

      以國產引進型300 MW燃煤機組為例,各冷卻設備要求冷卻水進水溫度不大于37.5℃,從冷卻設備出來被加熱過的冷卻水最高溫度約為42.8℃,其基本參數如下:

      被冷卻水 除鹽水
      設計壓力 1.0 MPa
      流量 1800 m3/h
      進出水溫度 42.8/37.5
      壓降 ~0.06 MPa
      冷卻水 海水(海水與河水交替變化)
      設計壓力 0.5 MPa
      進水溫度 33℃
      出水溫度
      循環水量
      壓降 0.05~0.06 MPa

      3 管殼式及板式換熱器的比較

      3.1 設計參數比較

      根據換熱器的設計條件分別作了如下3個方案:

      方案1:2臺100%容量的管殼式換熱器
      方案2:2臺100%容量的板式換熱器
      方案3:3臺50%容量的板式換熱器

      各方案的參數見表1。
      表1


      3.2 開式循環冷卻水(水水換熱器冷卻水側)系統設備選擇比較

      根據管殼式及板式換熱器的不同結構形式和冷卻水量,需選擇不同的電動濾網和開式循環冷卻水泵,詳見表2。


      3.3 流動傳熱設計比較

      管殼式換熱器的管子是換熱器的基本構件,它為在管內流過一種流體和穿越管外的另一種流體之間提供傳熱面。根據兩側流體的性質決定管子材料,將具有腐蝕性,水質差的海水放在管內流動,水質較好的除鹽水放在管子外殼側,這樣管子只需采用耐海水腐蝕的鈦管,同時清洗污垢較為方便,管徑從傳熱流體力學角度考慮,在給定殼體內使用小直徑管子,可以得到更大的表面密度,但大多數流體會在管子表面上沉積污垢層,尤其管內冷卻水水質較差,泥沙和污物及海生物的存在,都可能會在管壁上形成沉積物,將傳熱惡化并使定期的清洗工作成為必要,管子清洗限制管徑最小約為20 mm,鈦管一般采Φ25 mm,對給定的流體,污垢形成主要受管壁溫度和流速的影響,為得到合理的維修周期,管內側水的流速應在2 m/s左右(視允許壓降的要求)。由于一般冷卻水選用海水、河水等,較易引起結垢,對管殼式換熱器,應根據水質含沙量情況需設置膠球清洗裝置進行定期清洗。

      板式換熱器的冷卻水和被冷卻水在波紋板的兩側對流,波紋采用人字形波紋,這些傳熱板的波紋斜交,即在相鄰的傳熱板上具有傾斜角相同而方向不同的波紋。沿流動方向橫截面積是恒定的,但是由于流動方向不斷變化致使流道形狀改變,而引起湍流。一般傳熱板的波紋深度為3~5 mm,湍流區流速約為0.1~1.0 m/s,波紋板很薄,厚度為0.6~1 mm,相鄰板間要有許多接觸點,以承受正常的運行壓力,相鄰的板有相反方向的人字形溝槽,兩種溝槽的交叉點就形成接觸點,這樣還可消除振動,并且在促進湍流和熱交換的同時,消除了由于疲勞裂縫引起的內部泄漏。人字形波紋板湍流度較高,高湍流還能充分發揮清洗作用,可以特別有效的將沉積污垢減至最小,但是波紋板的接觸點較多,當液體水質差,含有懸浮的固體顆粒、雜物和水草等時,由于板間隙很窄,所以要盡可能地保證將所有2 mm以上顆粒在進入換熱器以前,都要過濾掉,假如濾網不能有效地發揮作用,就容易發生堵塞。

      3.4 傳熱系數的比較

      管殼體換熱器中,一種流體橫向掠過管子通過管壁與管內流動的另一種流體換熱,彼此垂直交叉流動,其傳熱系數一般為1000~3000 w/(m2.k)。

      板式換熱器中,冷卻水側與被冷卻水側流動均勻湍流,兩種流體逆向流動,由于波紋的作用引起湍流,從而產生高傳熱率,高阻力壓降以及高切應力場,這將導致抑制污垢在傳熱面上形成。其傳熱系數一般為3500~5500 w/(m2.k),由此,可節省換熱器的換熱面積。

      3.5 端差比較

      管殼式換熱器傳熱端差(即冷卻水進口溫度和被冷卻水出口溫度差)為5℃左右。

      板式換熱器由于它的結構特點可以經濟地做到低至1℃的端差。

      3.6 冷卻水量比較

      管殼式換熱器一般冷卻水量和被冷卻水量之比為1.2~2.5∶1。

      板式換熱器,由于2種介質流道基本相同且傳熱效率高,因此板式換熱器可大大降低冷卻水量,一般冷卻水量和被冷卻水量之比為0.8~1.1∶1,這樣可以降低管道閥門和泵的安裝運行費用。

      3.7 安裝檢修的比較

      板式換熱器具有體積小,重量輕的特點,檢修方便,不需設檢修起吊設施,故安裝占地較少。板式換熱器的人工維護包括將整機折開,用噴水槍和刷子清洗板和墊片,檢查板片和墊片,如有必要,更換板片和墊片。板式換熱器一般每年要清洗1次,并且無論是否實際需要都要做。當應用河水、海水等水質較差的冷卻水時,由于泥沙和污物的存在,以及微生物的快速生長有引起表面污染和堵塞的危險。在國外,應用河水作冷卻水時,清洗頻率很高,平均每年3.3次。

      管殼式換熱器是由管束組成,自身重量體積都較大,在檢修抽管時需要留出管束一樣長的距離,故占地較多,還需配備必要的起吊檢修設施。管殼式換熱器的設計壽命一般為30年,大修周期4年,當換熱器發生泄漏時,(可能是管子與管板間的泄漏或是管子破裂引起的泄漏)可以采用堵管的辦法在短時間內恢復工作性能,管殼式換熱器允許有7%的堵管裕量。對于管內的清洗可以根據需要采用膠球清洗裝置進行定期的機械清洗。

      4 換熱器在國內電廠的運行情況

      (1)華能岳陽電廠的2臺362 MW機組,是由英國制造,板式換熱器是隨主機成套供應。電廠位于長江邊,循環水為長江水,當地長江水質特點為粗沙少、細沙多,水草多,對此循環水進汽機房前設置三道濾網以對付水草等,但據電廠反映,板式換熱器易被堵塞,據分析原因是旋轉濾網密封性差,漏入水草,根本問題是三道過濾效果差。

      (2)上海吳涇電廠六期工程主機是上海生產的300 MW引進型機組,該機組閉式冷卻水系統中,管殼式水水換熱器的冷卻水由循環水系統供給,循環水取之黃浦江之水,水中垃圾、雜物較多,因此在水水換熱器入口前設置了兩臺開式旋轉濾網,11號機原設計裝用的濾網為國外進口設備,濾網孔徑3~4 mm,由于黃浦江水質差,經常發生堵塞,運行中無法進行自動清洗,經多次調試無效,為此在運行中進行人工拆、裝總清洗,勞動強度大,又影響機組安全運行,基本上每隔一天,需人工清洗一次。

      分析原因主要是由于濾網孔徑太小,濾網在結構等設計上不太適合我國水質情況。針對上述問題,采用了新的自動反沖洗電動濾網,濾網孔徑為ψ6 mm后運行情況良好,未曾發生堵塞。

      我國早期投產的300 MW的燃煤機組閉式冷卻水系統大多選用管殼式水水換熱器,運行情況都比較好。近年來由于技術的不斷進步,設計優化的需要,管殼式水水換器占地面積大、檢修場地大的缺點在主廠房布置優化中更顯突出,在一些循環水系統為二次循環冷卻水的機組中,考慮到水水換熱器的冷卻水水質相對較好、雜質少、污染小以及濾網結構的不斷改進,閉式冷卻水系統中亦有選用板式換熱器。

      5 技術經濟性分析

      以國產引進型300 MW機組為例,根據水水換熱器的設計條件及閉式循環冷卻水系統的要求,管殼式及板式制造廠家分別作了初步的報價,其他主要輔助設備只是估價,比較情況詳見表3。


      板式換熱器采用進口設備,它的報價已按報價時的匯率折算成人民幣,并只考慮了增值稅。上表中未包括維護和檢修費用,因其較難估出,只能定性分析,對于管殼式換熱器主要包括水室里污物的處理,發生泄漏時進行堵管的費用。對板式換熱器包括板片的清洗和墊片更換,因為它的清洗次數較管殼式多及墊片使用2~3年后需要更換,故板式換熱器的檢修維護費用要高。從以上比較可以看出,方案1與方案2投資上相差不多。

      6 結論

      通過對管殼式及板式換熱器的比較,可以得出以下結論:板式換熱器傳熱器傳熱效率高、體積小、重量輕便于拆裝,當冷卻水水質較好時,它是一種比較理想的換熱器設備。但是對于冷卻水中有大量泥沙、污物、水草等存在時,濾網又不能有效地發揮作用,很容易使其堵塞,造成頻繁地清洗,影響機組的安全運行。


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