為裝置區(qū)內(nèi)控制中心、化驗(yàn)樓、變配電樓和部分泵房及加藥間等冬季供暖的換熱站原來一直采用管殼式換熱器。加熱載體為 1.1MPa、 230℃的蒸汽;供暖載體為熱水 ,供水溫度為 92℃ ,回水溫度為 70℃ ,供水壓力為 0.5MPa、回水壓力為 0.14MPa。因原管殼式換熱器設(shè)備陳舊 ,維修量大 ,并且蒸汽的消耗量有逐年遞增的趨勢。于是在 2006年大修期間 ,將原管殼式換熱器改造成板式冷卻器。
1、板式換熱器
板式換熱器 (plateheatexchangers,簡稱 PHE)是一種新型高效換熱器。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)的流動呈復(fù)雜的三維流動結(jié)構(gòu) ,其流動方向及流動速度均不斷變化 ,造成很大的擾動 ,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 ,流體流道較小 ,不會出現(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 ,國際上已有多家公司能提供*小對數(shù)平均溫差 △ Tm=1℃的板式換熱器產(chǎn)品。但冷熱物流*小對數(shù)平均溫差過小將導(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 、對數(shù)平均溫差大。提高傳熱對數(shù)平均溫差是強(qiáng)化傳熱效果的重要手段。流體的流動方向和方式都會影響對數(shù)平均溫差。板式換熱器內(nèi)流體的流動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 ,總體上是錯流的流動方式 ,即在殼程為混合流動 ,在管程為多股流動 ,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拉出管束檢修。而板式換熱器只需要松開夾緊螺桿 ,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)備購置成本大 (約是可拆式板式換熱器價格的 3~5倍 )，且不可拆卸，不便于維修。
所以，*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，同時采暖水側(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，需要拆保溫、抽芯等工作量。改造后運(yùn)行了兩個周期后才拆檢了一次，并且拆裝很方便，只需要松開夾緊螺桿，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)過換熱器的壓降明顯降低，供水壓力由原來的 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，由原來的 1.11kg/s下降到 0.97kg/s，每小時節(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： 5000元，檢修板式換熱器及減溫裝置費(fèi)用合計： 1000元。改造前每個運(yùn)行周期檢修 1次，而改造后每兩個運(yùn)行周期檢修 1次。所以，改造后每個運(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
每小時節(jié)約蒸汽 0.504， t按每個運(yùn)行周期 5個月計算，每個運(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計算，每個運(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
改造前后每個運(yùn)行周期節(jié)約費(fèi)用合計： 217728+4500=222228元
5 、結(jié)語
經(jīng)過兩個周期的實(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)計要求，相對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
公安機(jī)關(guān)備案號：
