管殼式與板式水水換熱器的比較

管殼式與板式水水換熱器的比較分析摘要：通過閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中水水換熱器的選型，詳細(xì)論述了管殼式與板式換熱器的結(jié)構(gòu)性能技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，為水水換熱器的選型提供參考。關(guān)鍵字：換熱器性能比較從國內(nèi)已建發(fā)電廠來看，用于閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)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(shè)計(jì)中已得到了廣泛的應(yīng)用，而在國內(nèi)一些進(jìn)口機(jī)組的電廠、燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)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(jìn)行比較，并提出選型參考意見。1管殼式及板式換熱器結(jié)構(gòu)簡介（1）管殼式換熱器管殼式換熱器是由前水室、管束、筒體、后水室等組成。管束采用可抽式管束，它由前后管板、折流板、拉桿、定距管、換熱管組成。拉桿與管板、拆流板采用絲扣連接，換熱管與管板采用脹接加密封焊。在殼側(cè)水入口處的管束上設(shè)置防沖板，以防止被冷卻水直接沖刷換熱管。為了減少管束裝入或抽出筒體時(shí)的摩擦力，在管束上設(shè)有滑軌。為了檢查清理室中垃圾、泥沙及管子的堵塞等，在前后水室端蓋上設(shè)有檢查孔。為了監(jiān)視水水換熱器的運(yùn)行情況，在被冷卻水側(cè)（除鹽水側(cè)）及冷卻水側(cè)（海水側(cè)）進(jìn)出口都設(shè)置溫度和壓力測點(diǎn)，此外還設(shè)有排氣和放水接口等。（2）板式換熱器板式換熱器是由一組波紋形的平行金屬板構(gòu)成的，在板片的4個(gè)拐角處都有通道孔，板被夾緊在一個(gè)側(cè)面附有連接管的固定板和活動壓緊板的框架中，并用夾緊螺栓加以夾緊。這些連接管同板上的通道孔對中，并與熱交換的兩種液體的外部管路相連，傳熱板和活動壓緊板懸掛在頂部承載梁的下面并由底部橫梁使其對準(zhǔn)定位。傳熱板本身是有其有特定形狀并被固緊的墊片密封，以防止外部泄漏，并把熱交換的兩種液體按逆流方式交替地流過另一對傳熱板之間的通道內(nèi)。板片上的波紋不但提高流體的湍流程度，并且形成許多接觸點(diǎn)，以承受正常的運(yùn)行壓力。流體的流量、物理性質(zhì)，壓降和溫度差決定了板片的數(shù)目和尺寸。2換熱器設(shè)計(jì)條件換熱器設(shè)計(jì)應(yīng)滿足電廠從起動到最大出力時(shí)各種負(fù)荷下的運(yùn)行需要，并留有一定的裕量，保證換熱器在最大負(fù)荷、最高進(jìn)水溫度和最大污垢熱阻時(shí)，在規(guī)定的檢修周期內(nèi)，仍能完成給定的冷卻任務(wù)。以國產(chǎn)引進(jìn)型300MW燃煤機(jī)組為例，各冷卻設(shè)備要求冷卻水進(jìn)水溫度不大于37．5℃，從冷卻設(shè)備出來被加熱過的冷卻水最高溫度約為42．8℃，其基本參數(shù)如下：被冷卻水

除鹽水設(shè)計(jì)壓力

1．0MPa流量

1800m3／h進(jìn)出水溫度

42．8／37．5壓降

～0．06MPPa冷卻水

海水（海水水與河水交替替變化）

設(shè)計(jì)壓力

0．5MPa進(jìn)水溫度

33℃出水溫度循環(huán)水量壓降

0．05～0．06MPPa3管殼式及板板式換熱器的的比較3．1設(shè)計(jì)參數(shù)比比較根據(jù)據(jù)換熱器的設(shè)設(shè)計(jì)條件分別別作了如下3個(gè)方案：方案1：2臺100％容量的管管殼式換熱器器方案2：2臺100％容量的板板式換熱器方案3：3臺50％容量的板板式換熱器各方案案的參數(shù)見表表1。3．2開式循循環(huán)冷卻水（水水水換熱器冷冷卻水側(cè)）系系統(tǒng)設(shè)備選擇擇比較

根據(jù)管殼式式及板式換熱熱器的不同結(jié)結(jié)構(gòu)形式和冷冷卻水量，需需選擇不同的的電動濾網(wǎng)和和開式循環(huán)冷冷卻水泵，詳詳見表2。3．3流動傳傳熱設(shè)計(jì)比較較管殼式換換熱器的管子子是換熱器的的基本構(gòu)件，它它為在管內(nèi)流流過一種流體體和穿越管外外的另一種流流體之間提供供傳熱面。根根據(jù)兩側(cè)流體體的性質(zhì)決定定管子材料，將將具有腐蝕性，水質(zhì)差差的海水放在在管內(nèi)流動，水水質(zhì)較好的除除鹽水放在管管子外殼側(cè)，這這樣管子只需需采用耐海水水腐蝕的鈦管管，同時(shí)清洗洗污垢較為方方便，管徑從從傳熱流體力力學(xué)角度考慮，在給定定殼體內(nèi)使用用小直徑管子子，可以得到到更大的表面面密度，但大大多數(shù)流體會會在管子表面面上沉積污垢垢層，尤其管管內(nèi)冷卻水水水質(zhì)較差，泥泥沙和污物及及海生物的存存在，都可能會在在管壁上形成成沉積物，將將傳熱惡化并并使定期的清清洗工作成為為必要，管子子清洗限制管管徑最小約為為20mm，鈦管一般般采Φ25mm，對給定的的流體，污垢垢形成主要受受管壁溫度和和流速的影響響，為得到合合理的維修周周期，管內(nèi)側(cè)側(cè)水的流速應(yīng)應(yīng)在2m／s左右（視允允許壓降的要要求）。由于于一般冷卻水水選用海水、河河水等，較易易引起結(jié)垢，對對管殼式換熱熱器，應(yīng)根據(jù)據(jù)水質(zhì)含沙量量情況需設(shè)置置膠球清洗裝裝置進(jìn)行定期期清洗。板板式換熱器的的冷卻水和被被冷卻水在波波紋板的兩側(cè)側(cè)對流，波紋紋采用人字形形波紋，這些些傳熱板的波波紋斜交，即即在相鄰的傳傳熱板上具有有傾斜角相同而方向不不同的波紋。沿沿流動方向橫橫截面積是恒恒定的，但是是由于流動方方向不斷變化化致使流道形形狀改變，而而引起湍流。一一般傳熱板的的波紋深度為為3～5mm，湍流區(qū)流流速約為0.1～1.0m／s，波紋板很很薄，厚度為為0．6～1mm，相鄰板間間要有許多接接觸點(diǎn)，以承承受正常的運(yùn)運(yùn)行壓力，相相鄰的板有相相反方向的人人字形溝槽，兩兩種溝槽的交交叉點(diǎn)就形成成接觸點(diǎn)，這這樣還可消除除振動，并且且在促進(jìn)湍流和熱交換換的同時(shí)，消消除了由于疲疲勞裂縫引起起的內(nèi)部泄漏漏。人字形波波紋板湍流度度較高，高湍湍流還能充分分發(fā)揮清洗作作用，可以特特別有效的將將沉積污垢減減至最小，但但是波紋板的接觸觸點(diǎn)較多，當(dāng)當(dāng)液體水質(zhì)差差，含有懸浮浮的固體顆粒粒、雜物和水水草等時(shí)，由由于板間隙很很窄，所以要要盡可能地保保證將所有2mm以上顆粒在在進(jìn)入換熱器器以前，都要要過濾掉，假假如濾網(wǎng)不能能有效地發(fā)揮揮作用，就容容易發(fā)生堵塞塞。3．4傳熱系數(shù)的的比較管管殼體換熱器器中，一種流流體橫向掠過過管子通過管管壁與管內(nèi)流流動的另一種種流體換熱，彼彼此垂直交叉叉流動，其傳傳熱系數(shù)一般般為1000～3000w／（m2．k）。板式換熱器中，冷冷卻水側(cè)與被被冷卻水側(cè)流流動均勻湍流流，兩種流體體逆向流動，由由于波紋的作作用引起湍流流，從而產(chǎn)生生高傳熱率，高高阻力壓降以以及高切應(yīng)力力場，這將導(dǎo)導(dǎo)致抑制污垢垢在傳熱面上上形成。其傳傳熱系數(shù)一般般為3500～5500w／（m2．k），由此，可可節(jié)省換熱器器的換熱面積積。3．5端差比較管殼式換熱熱器傳熱端差差（即冷卻水水進(jìn)口溫度和和被冷卻水出出口溫度差）為5℃左右。板式換熱器由于它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以經(jīng)濟(jì)地做到低至1℃的端差。3．6冷卻水水量比較管殼式換熱熱器一般冷卻卻水量和被冷冷卻水量之比比為1．2～2．5∶1。板式式換熱器，由由于2種介質(zhì)流道道基本相同且且傳熱效率高高，因此板式式換熱器可大大大降低冷卻卻水量，一般般冷卻水量和和被冷卻水量量之比為0．8～1．1∶1，這樣可以以降低管道閥閥門和泵的安安裝運(yùn)行費(fèi)用用。3．7安裝檢修的的比較板式換熱熱器具有體積積小，重量輕輕的特點(diǎn)，檢檢修方便，不不需設(shè)檢修起起吊設(shè)施，故故安裝占地較較少。板式換換熱器的人工工維護(hù)包括將將整機(jī)折開，用用噴水槍和刷刷子清洗板和和墊片，檢查板板片和墊片，如如有必要，更更換板片和墊墊片。板式換換熱器一般每每年要清洗1次，并且無無論是否實(shí)際際需要都要做做。當(dāng)應(yīng)用河河水、海水等等水質(zhì)較差的的冷卻水時(shí)，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(xiǎn)。在國外，應(yīng)用河水作冷卻水時(shí)，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(shí)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(shè)施。管殼式換熱器的設(shè)計(jì)壽命一般為30年，大修周期4年，當(dāng)換熱器發(fā)生泄漏時(shí)，（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(shí)間內(nèi)恢復(fù)工作性能，管殼式換熱器允許有7％的堵管裕量。對于管內(nèi)的清洗可以根據(jù)需要采用膠球清洗裝置進(jìn)行定期的機(jī)械清洗。4換熱器在國內(nèi)電廠的運(yùn)行情況（1）華能岳陽電廠的2臺362MW機(jī)組，是由英國制造，板式換熱器是隨主機(jī)成套供應(yīng)。電廠位于長江邊，循環(huán)水為長江水，當(dāng)?shù)亻L江水質(zhì)特點(diǎn)為粗沙少、細(xì)沙多，水草多，對此循環(huán)水進(jìn)汽機(jī)房前設(shè)置三道濾網(wǎng)以對付水草等，但據(jù)電廠反映，板式換熱器易被堵塞，據(jù)分析原因是旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)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(jī)是上海生產(chǎn)的300MW引進(jìn)型機(jī)組，該機(jī)組閉式冷卻水系統(tǒng)中，管殼式水水換熱器的冷卻水由循環(huán)水系統(tǒng)供給，循環(huán)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(shè)置了兩臺開式旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，11號機(jī)原設(shè)計(jì)裝用的濾網(wǎng)為國外進(jìn)口設(shè)備，濾網(wǎng)孔徑3～4mm，由于黃浦江水質(zhì)差，經(jīng)常發(fā)生堵塞，運(yùn)行中無法進(jìn)行自動清洗，經(jīng)多次調(diào)試無效，為此在運(yùn)行中進(jìn)行人工拆、裝總清洗，勞動強(qiáng)度大，又影響機(jī)組安全運(yùn)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(wǎng)孔徑太小，濾網(wǎng)在結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)上不太適合我國水質(zhì)情況。針對上述問題，采用了新的自動反沖洗電動濾網(wǎng)，濾網(wǎng)孔徑為ψ6mm后運(yùn)行情況良好，未曾發(fā)生堵塞。我國早期投產(chǎn)的300MW的燃煤機(jī)組閉式冷卻水系統(tǒng)大多選用管殼式水水換熱器，運(yùn)行情況都比較好。近年來由于技術(shù)的不斷進(jìn)步，設(shè)計(jì)優(yōu)化的需要，管殼式水水換器占地面積大、檢修場地大的缺點(diǎn)在主廠房布置優(yōu)化中更顯突出，在一些循環(huán)水系統(tǒng)為二次循環(huán)冷卻水的機(jī)組中，考慮到水水換熱器的冷卻水水質(zhì)相對較好、雜質(zhì)少、污染小以及濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)，閉式冷卻水系統(tǒng)中亦有選用板式換熱器。5技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析以國產(chǎn)引進(jìn)型300MW機(jī)組為例，根據(jù)水水換熱器的設(shè)計(jì)條件及閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的要求，管殼式及板式制造廠家分別作了初步的報(bào)價(jià)，其他主要輔助設(shè)備只是估價(jià)，比較情況詳見表3。板式換熱熱器采用進(jìn)口口設(shè)備，它的的報(bào)價(jià)已按報(bào)報(bào)價(jià)時(shí)的匯率率折算成人民民幣，并只考考慮了增值稅稅。上表中未未包括維護(hù)和和檢修費(fèi)用，因因其較難估出出，只能定性性分析，對于于管殼式換熱器器主要包括水水室里污物的的處理，發(fā)生生泄漏時(shí)進(jìn)行行堵管的費(fèi)用用。對板式換換熱器包括板板片的清洗和和墊片更換，因因?yàn)樗那逑聪创螖?shù)較管殼殼式多及墊片片使用2～3年后需