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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)。

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，需選擇不同的電動濾網(wǎng)和開式循環(huán)冷卻水泵。

   3.2.流動傳熱設(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，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。沿流動方向橫截面積是恒定的，但是由于流動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，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)流動的另一種流體換熱，彼此垂直交叉流動，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)流動均勻湍流，兩種流體逆向流動，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。

   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)。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。