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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(duì)它的興趣日益增長。

1.管殼式及板式換熱器結(jié)構(gòu)簡介

 1.1.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。

   1.2.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(dòng)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(duì)中，并與熱交換的兩種液體的外部管路相連，傳熱板和活動(dòng)壓緊板懸掛在頂部承載梁的下面并由底部橫梁使其對(duì)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(duì)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(dòng)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)。

3.管殼式與板式換熱器結(jié)構(gòu)比較

  3.1.開式循環(huán)冷卻水（水水換熱器冷卻水側(cè)）系統(tǒng)設(shè)備選擇比較

   根據(jù)管殼式及板式換熱器的不同結(jié)構(gòu)形式和冷卻水量，需選擇不同的電動(dòng)濾網(wǎng)和開式循環(huán)冷卻水泵。

   3.2.流動(dòng)傳熱設(shè)計(jì)比較

   管殼式換熱器的管子是換熱器的基本構(gòu)件，它為在管內(nèi)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(jù)兩側(cè)流體的性質(zhì)決定管子材料，將具有腐蝕性，水質(zhì)差的海水放在管內(nèi)流動(dòng)，水質(zhì)較好的除鹽水放在管子外殼側(cè)，這樣管子只需采用耐海水腐蝕的鈦管，同時(shí)清洗污垢較為方便，管徑從傳熱流體力學(xué)角度考慮，在給定殼體內(nèi)使用小直徑管子，可以得到更大的表面密度，但大多數(shù)流體會(huì)在管子表面上沉積污垢層，尤其管內(nèi)冷卻水水質(zhì)較差，泥沙和污物及海生物的存在，都可能會(huì)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20mm，鈦管一般采Φ25mm，對(duì)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(nèi)側(cè)水的流速應(yīng)在2m／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(jié)垢，對(duì)管殼式換熱器，應(yīng)根據(jù)水質(zhì)含沙量情況需設(shè)置膠球清洗裝置進(jìn)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(cè)對(duì)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(dòng)方向橫截面積是恒定的，但是由于流動(dòng)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3～5mm，湍流區(qū)流速約為0.1～1.0m／s，波紋板很薄，厚度為0．6～1mm，相鄰板間要有許多接觸點(diǎn)，以承受正常的運(yùn)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(diǎn)就形成接觸點(diǎn)，這樣還可消除振動(dòng)，并且在促進(jìn)湍流和熱交換的同時(shí)，消除了由于疲勞裂縫引起的內(nèi)部泄漏。人字形波紋板湍流度較高，高湍流還能充分發(fā)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(diǎn)較多，當(dāng)液體水質(zhì)差，含有懸浮的固體顆粒、雜物和水草等時(shí)，由于板間隙很窄，所以要盡可能地保證將所有2mm以上顆粒在進(jìn)入換熱器以前，都要過濾掉，假如濾網(wǎng)不能有效地發(fā)揮作用，就容易發(fā)生堵塞。

   3.3傳熱系數(shù)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(nèi)流動(dòng)的另一種流體換熱，彼此垂直交叉流動(dòng)，其傳熱系數(shù)一般為1000～3000w／（m2．k）。板式換熱器中，冷卻水側(cè)與被冷卻水側(cè)流動(dòng)均勻湍流，兩種流體逆向流動(dòng)，由于波紋的作用引起湍流，從而產(chǎn)生高傳熱率，高阻力壓降以及高切應(yīng)力場，這將導(dǎo)致抑制污垢在傳熱面上形成。其傳熱系數(shù)一般為3500～5500w／（m2．k），由此，可節(jié)省換熱器的換熱面積。

   3.4端差比較

   管殼式換熱器傳熱端差（即冷卻水進(jìn)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以經(jīng)濟(jì)地做到低至1℃的端差。

   3.5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(zhì)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(yùn)行費(fèi)用。

   3.6安裝檢修的比較

   板式換熱器具有體積小，重量輕的特點(diǎn)，檢修方便，不需設(shè)檢修起吊設(shè)施，故安裝占地較少。板式換熱器的人工維護(hù)包括將整機(jī)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(shí)際需要都要做。當(dāng)應(yīng)用河水、海水等水質(zhì)較差的冷卻水時(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(duì)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

 4.1.362MW機(jī)組，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(duì)此循環(huán)水進(jìn)汽機(jī)房前設(shè)置三道濾網(wǎng)以對(duì)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。

   4.2.300MW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(tái)開式旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，11號(hào)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(dòng)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(dòng)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(duì)上述問題，采用了新的自動(dòng)反沖洗電動(dòng)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(duì)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)。板式換熱器采用進(jìn)口設(shè)備，它的報(bào)價(jià)已按報(bào)價(jià)時(shí)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(hù)和檢修費(fèi)用，因其較難估出，只能定性分析，對(duì)于管殼式換熱器主要包括水室里污物的處理，發(fā)生泄漏時(shí)進(jìn)行堵管的費(fèi)用。對(duì)板式換熱器包括板片的清洗和墊片更換，因?yàn)樗那逑创螖?shù)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(hù)費(fèi)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(jié)論

通過對(duì)管殼式及板式換熱器的比較，可以得出以下結(jié)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(dāng)冷卻水水質(zhì)較好時(shí)，它是一種比較理想的換熱器設(shè)備。但是對(duì)于冷卻水中有大量泥沙、污物、水草等存在時(shí)，濾網(wǎng)又不能有效地發(fā)揮作用，很容易使其堵塞，造成頻繁地清洗，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。