換熱站中可拆式板式換熱器的技術(shù)應(yīng)用

板式換熱器 (plateheatexchangers,簡(jiǎn)稱 PHE)是一種新型高效換熱器。在傳統(tǒng)可拆式板式換熱器前加減溫裝置的方案。此方案充份利用了兩種熱交換器的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)采暖水側(cè)采用并聯(lián)的運(yùn)行方式，較串聯(lián)方式更有效地減小了壓力降，更加節(jié)能。
    1、板式換熱器  
     板式換熱器 (plateheatexchangers,簡(jiǎn)稱 PHE)是一種新型高效換熱器。其發(fā)明始于 1872年 ,最初主要用于食品工業(yè) ,后來(lái)逐漸擴(kuò)大至造紙、醫(yī)藥、冶金、礦山、機(jī)械制造、電力、船舶、采暖及石油化工等其它工業(yè)領(lǐng)域。目前世界較知名的板式換熱器生產(chǎn)廠家有瑞典的 Alfa-laval(阿法拉伐 )、 SWEP(舒瑞普 )、德國(guó)的 GEA公司、英國(guó)的 APV、日本的 Hisaka(日版制作所 )等。板式換熱器由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成 ,由于其特殊結(jié)構(gòu) ,使得板式換熱器具有以下優(yōu)點(diǎn)。
1.1 、總傳熱系數(shù)高 ,設(shè)備占地面積小
    板式換熱器的板片一般制成槽形或波紋形 ,介質(zhì)在流道內(nèi)的流動(dòng)呈復(fù)雜的三維流動(dòng)結(jié)構(gòu) ,其流動(dòng)方向及流動(dòng)速度均不斷變化 ,造成很大的擾動(dòng) ,在低雷諾數(shù) (一般 Re=50~200)下即可誘發(fā)湍流 (而列管式換熱器則要求雷諾數(shù)達(dá)到 2000以上 )。由于大的擾動(dòng)減薄了液膜的厚度 ,可防止雜質(zhì)在傳熱面上沉積粘附 ,從而減小污垢熱阻 ,加之板片厚度僅 0.6~0.8mm,熱阻較小 ,另外在板式換熱器中 ,冷熱流體分別從板片的兩側(cè)通過(guò) ,流體流道較小 ,不會(huì)出現(xiàn)象管殼式換熱器那樣的旁路流 ,故總傳熱系數(shù)較高。若以水 /水為傳熱介質(zhì) ,板式換熱器的總傳熱系數(shù)可達(dá) 8360~25080kJ/m2•； h•； ℃為管殼式換熱器傳熱系數(shù)的 3~5倍 ,但其設(shè)備體積僅為管殼式換熱器的 30%左右。
1.2 、傳熱效率高。
     板式換熱器的傳熱效率非常高 ,國(guó)際上已有多家公司能提供最小對(duì)數(shù)平均溫差 △ Tm=1℃的板式換熱器產(chǎn)品。但冷熱物流最小對(duì)數(shù)平均溫差過(guò)小將導(dǎo)致?lián)Q熱器的換熱面積很大 ,從工程應(yīng)用角度而言并不經(jīng)濟(jì)。
1.3 、對(duì)數(shù)平均溫差大。
    提高傳熱對(duì)數(shù)平均溫差是強(qiáng)化傳熱效果的重要手段。流體的流動(dòng)方向和方式都會(huì)影響對(duì)數(shù)平均溫差。板式換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)總體上呈并流或逆流的方式 ,其傳熱平均溫差的修正系數(shù)通常為 0.95左右。而在管殼式換熱器中 ,兩種流體分別在殼程和管程內(nèi)流動(dòng) ,總體上是錯(cuò)流的流動(dòng)方式 ,即在殼程為混合流動(dòng) ,在管程為多股流動(dòng) ,所以傳熱平均溫差的修正系數(shù)一般較小 (約 0.8左右 )。
1.4 、組裝靈活 ,操作彈性大。
    使用維修方便板式換熱器由若干張板片組裝而成 ,只需增、減板片的數(shù)量即可方便地調(diào)節(jié)換熱面積的大小 ,因此使用非常靈活 ,操作彈性大 ,并且不象管殼式那樣 ,需要預(yù)留出很大的空間用來(lái)拉出管束檢修。而板式換熱器只需要松開(kāi)夾緊螺桿 ,即可在原空間范圍內(nèi) 100%地接觸倒換熱板的表面 ,維修方便。 
    2、板式換熱器的適用條件及應(yīng)用于換熱站的實(shí)施方案 
     板式換熱器雖然具有以上優(yōu)點(diǎn)，但它并不能完全取代管殼式換熱器。一方面是因?yàn)榘迨綋Q熱器對(duì)介質(zhì)的潔凈程度要求較高，它要求介質(zhì)中雜質(zhì)顆粒直徑小于 1.5~2mm;另一方面是因?yàn)樵缙诘陌蹇蚴綋Q熱器 (俗稱可拆式板式換熱器 )只能適用于工作壓力小于 1.6MPa、工作溫度介于 120~165℃之間的工況。
因換熱站熱源采用的是 1.1MPa;230℃的過(guò)熱蒸汽，受密封墊片的耐溫限制 (普通 EPDM墊片耐溫 150℃，耐高溫的 EPDM墊片耐溫為 180℃，耐高溫 PTFE墊片耐溫也僅為 220℃，且價(jià)格昂貴，為耐高溫 EPDM墊片的 8倍左右 )，故傳統(tǒng)可拆式板式換熱器不適用于該工況要求。 如采用釬焊式板式換熱器或激光全焊接式板式換熱器，設(shè)備購(gòu)置成本大 (約是可拆式板式換熱器價(jià)格的 3~5倍 )，且不可拆卸，不便于維修。
    所以，最終采用在傳統(tǒng)可拆式板式換熱器前加減溫裝置的方案，在此方案中，采用傳熱效率較低，但耐溫等級(jí)較高的管殼式換熱器作為蒸汽減溫器，利用一部分供暖回水 (約占總回水流量的 10%左右 )將過(guò)熱蒸汽降到 150~180℃，之后，進(jìn)入板式換熱器將剩余部分的供暖回水進(jìn)行加熱，此方案充份利用了兩種熱交換器的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)采暖水側(cè)采用并聯(lián)的運(yùn)行方式，較串聯(lián)方式更有效地減小了壓力降，更加節(jié)能。 
    3、技術(shù)分析
3.1 、占地面積 板式換熱器的結(jié)構(gòu)極為緊湊，并且減溫裝置體積較小 (φ 300;L=1500)，布置在板式換熱器上方，與板式換熱器有機(jī)的結(jié)合成一體，所占地面積僅為管殼式換熱器的 1/4左右。
3.2 、維修工作量 改造前，每個(gè)運(yùn)行周期后，因管殼式換熱器內(nèi)結(jié)垢，換熱效果明顯降低，都需要拆檢、清洗管殼式換熱器，并且在維修時(shí)，需要拆保溫、抽芯等工作量。改造后運(yùn)行了兩個(gè)周期后才拆檢了一次，并且拆裝很方便，只需要松開(kāi)夾緊螺桿，露出板片，即可進(jìn)行清洗。
3.3 、壓力損失 在供暖載體流量相等的情況下，經(jīng)過(guò)換熱器的壓降明顯降低，供水壓力由原來(lái)的 1.4MPa提高到了 1.6MPa。
3.4 、蒸汽消耗量 蒸汽的消耗量明顯降低，由原來(lái)的 1.11kg/s下降到 0.97kg/s，每小時(shí)節(jié)約蒸汽：
(1.11-0.97) × 3600/1000=0.504t 。
3.5 、換熱效果 在蒸汽的消耗量降低的情況下，傳熱量卻大大提高，供水溫度由原來(lái)的 92℃提高到 95℃。 
   4、效益分析
4.1 、維修費(fèi)用 拆檢原管殼式換熱器，拆裝保溫，抽芯，清洗等費(fèi)用合計(jì)： 5000元，檢修板式換熱器及減溫裝置費(fèi)用合計(jì)： 1000元。改造前每個(gè)運(yùn)行周期檢修 1次，而改造后每?jī)蓚€(gè)運(yùn)行周期檢修 1次。所以，改造后每個(gè)運(yùn)行周期能節(jié)省檢修費(fèi)用： 5000-1000/2=4500元
4.2 、蒸汽費(fèi)用
每小時(shí)節(jié)約蒸汽 0.504， t按每個(gè)運(yùn)行周期 5個(gè)月計(jì)算，每個(gè)運(yùn)行周期能夠節(jié)約蒸汽：
0.504 × 24× 30× 5=1814.4t
按蒸汽費(fèi)用 120元 /t計(jì)算，每個(gè)運(yùn)行周期能夠節(jié)省蒸汽費(fèi)用：
1814.4 × 120=217728 元。
4.3 、總節(jié)約費(fèi)用
改造前后每個(gè)運(yùn)行周期節(jié)約費(fèi)用合計(jì)： 217728+4500=222228元 
    5、結(jié)語(yǔ) 
    經(jīng)過(guò)兩個(gè)周期的實(shí)際運(yùn)行證明，用可拆式板式換熱器前加減溫裝置取代傳統(tǒng)的管殼式換熱器，運(yùn)行可靠，其實(shí)際運(yùn)行參數(shù)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，相對(duì)于釬焊式板式換熱器或激光全焊接式板式換熱器，大大降低了總投資，并且與傳統(tǒng)的管殼式換熱器相比較，又能大大的降低換熱站能耗及維修費(fèi)用。