板式换热器换热片结垢判断方法研究

孙 成，梁子元，梁瑞玲

(1. 河北华电石家庄裕华热电有限公司，石家庄 050041;2.石家庄华电供热集团有限公司，石家庄 050000)

板式换热器换热片结垢判断方法研究

孙 成1，梁子元2，梁瑞玲1

(1. 河北华电石家庄裕华热电有限公司，石家庄 050041;2.石家庄华电供热集团有限公司，石家庄 050000)

板式换热器以其优良的传热性能在石油、电力、化工等行业得到广泛应用。但污垢的存在会降低板式换热器的换热效率，增大压降，造成能源的浪费。文中总结前人经验，从多角度出发，判断板式换热器的结垢情况。

板式换热器；结垢；方法

0 引 言

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器种类很多，根据冷、热流体热量交换的方式可分为间壁式、混合式和蓄热式换热器。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。板式换热器是典型的间壁式换热器。它是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装压紧而成的一种新型高效换热器。由于其具有换热效率高(其传热系数比管式换热器高3～5倍)、占地面积小(为管式换热器的1/3)、板片形式多、组装灵活、拆卸清洗检修方便、结构紧凑等优点，板式换热器在电力、石油、化工、食品、空调等各个行业有着极其广泛的应用[1-2]。

1 板式换热器结垢的危害

对换热设备的投资约占化工行业总投资的70%，炼油行业的35%～40%，火力发电厂的40%以上[3]。但是，几乎所有的换热器运行一段时间之后，都会存在程度不等的结垢现象。

板式换热器发生结垢会带来如下一些危害[4-5]：

(1)由于结垢会导致板式换热器的流通截面积缩小，阻力增大，增加了冷却水水泵的电耗；

(2)当板式换热器表面污垢的厚度达到一定程度后，会影响其换热效率，使传热系数减小，换热器性能下降，严重的会导致局部温度过高，甚至出现传热恶化，从而影响材料的机械性能与使用周期；

(3)当板式换热器表面污垢厚度达到一定程度，会出现垢下腐蚀，造成板式换热器表面腐蚀甚至因腐蚀穿孔，从而造成板式换热器泄漏，影响被冷却介质的质量，影响换热设备的运行安全；

(4)当板式换热器结垢后，必须对其进行清洗与维护，增加了运行成本。

因此采用何种方法来预判及准确分析板式换热器表面结垢情况，成为了迫切需要解决的问题。

2 板式换热器结垢判定方法研究

经过查证资料和文献[6-8]，并通过现场实践，总结出来判断板式换热器结垢情况的两个方法。

2.1 判定方法一

判断换热器的换热面上是否结垢的最直接办法就是测算换热器的热效能。理论上计算换热器的热效能，通常采用下面的公式进行计算，即输出热量与输入热量之比：

(1)

式中：Q2为被加热介质吸收的热量;Q1为加热介质放出的热量。

根据热量的计算公式：计算出冷热流体吸收与放出的热量，求得此时换热器的热效能η。

若无法得知该换热器的理论热效能，则可根据清洗后的数据为依据，定义为η0。计算热效能的变化率ε，计算公式如下：

(2)

根据实际的换热需求，规定ε的值，再根据实际的变化量与规定值作比较，从而判断换热器的结垢情况，安排清洗工作。例如规定ε=5%时进行换热器的清洗。即当ε≥5%时，对换热器进行清洗。

这种方法的优点在于计算简单，方便快捷且不用做实验测量，一般工况下运行的数据就可以使用。缺点在于由于热效能的变化不仅与换热面的结垢有关还与板换周围的环境有关，因此计算结果不够精确。如果要求精度不高，且环境温度与风速等变化不大的情况下可以选用。

2.2 判定方法二

板式换热器是否结垢最直接的表现在于进出口温度的变化，及板式换热器的对数平均温差变化，如仅用来判断是否结垢需要清洗的情况下，可通过板式换热器对数平均温差的变化来判断。对数平均温差的计算如下面所示：

若冷热流体为顺流时：

(3)

(4)

若冷热流体为逆流时：

(5)

(6)

利用上述公式，通过计算不同时间段板式换热器的，对比板换的设计对数平均温差，能粗略的判断板式换热器的结垢情况，若运行情况参数稳定，结合对数平均温差变化幅度，可安排定期清洗，提高换热器的换热能力。

3 板式换热器结垢判定方法的应用

2013～2014年供暖季石家庄某换热站运行参数如下，笔者选取不同日期，同一时间段数据，依据上述两种方法对板式换热器结垢情况进行分析判定，见表1。

表1 2013年12月7日换热器参数

通过表1，剔除无意义参数后，计算换热器的对数平均温差△t均值为11.72，平均热效能为99.71%,见表2。

表2剔除无意义参数后，计算换热器的对数平均温差△t均值为16.23，平均热效能为94.79%。与表1数据比较得：

对数平均温差差值为△t2-△t1=16.23-11.72=4.51；

结合两种方法判断后，于3月9日对换热器进行清洗，清洗后参数见表3。

表3 2014年3月10日换热站参数

表3剔除无意义参数后，计算换热器的对数平均温差△t均值为12.5，平均热效能为99.00%，换热效果明显改善。

4 结束语

板式换热器作为电力、石油、化工、食品、空调等各个行业的重要换热器设备，其发生结垢危害极大，笔者通过查阅文献结合多年经验，总结出了换热器热效能测算、对数平均温差计算等两种方法，并在石家庄某换热站获得了应用，为准确判断板式换热器结垢情况，提高换热器换热能力提供了重要思路。

[1] 孔文彬.板式换热器失效分析研究[D].广州:华南理工大学,2011.

[2] 徐云武,黄长山,吴晋英,等.板式换热器的清洗[J].清洗世界,2010,26(1):39-43.

[3] E F C Somescales. Fouling of Heat Transfer Surface: A Historical Review. Heat Transfer Engineer.1990,11(1):19-36.

[4] 王丙林.两相流动对板式换热器性能影响研究[D].吉林:东北电力大学,2014.

[5] 冯小菲,蔡建林. 影响板式换热器传热系数的因素[J]. 应用能源技术,2003(6):32-33.

[6] 宋继学,郭 江,朱广昌. 换热器在强化传热方面的进展及应用[J]. 应用能源技术,1999,01:36-38.

[7] 沈维道,蒋智敏,童均耕.工程热力学(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2000.

[8] 杨世铭,陶文铨.传热学(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2006.

Research on the method of plate heat exchanger fouling judgment

SUN Cheng1，LIANG Zi-yuan2，LIANG Rui-ling1

(1. Huadian Shijiazhuang Yuhua Thermal Power Co Ltd, Shijiazhuang 050041, China;2. Shijiazhuang Huadian Heating Group Co. Shijiazhuang 050000, China)

Plate heat ex-changer was widely used in the oil、electric power、chemical and other industry because of its good heat transfer performance .However，the existence of dirt will reduce the heat transfer efficiency, increase the pressure drop, as well as cause the waste of energy. To summarize, this text will analyze the scaling situation of the plate heat ex-changer from multi-angle with scholars valuable experiences.

Plate heat ex-changer; Fouling; methods

2015-03-25

2015-04-11

孙成(1974-)，男，河北石家庄人，主要从事电厂热力动能工作。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.05.012

TK

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