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淺析浮動盤管換熱器和U型管換熱器在建筑熱水中應用

點擊:1862 日期:[ 2014-04-26 21:08:05 ]
          淺析浮動盤管換熱器和U型管換熱器在建筑熱水中的應用                                 宋曉亭               (作者單位:河北保定太行集團有限責任公司)     摘要:本文分析了浮動盤管換熱器和U型管換熱器的性能優缺點,并重點分析了浮動盤管換熱器自動除垢功能和兩種換熱器在建筑熱水系統中的應用,為使用方、設計方提供了選用的依據。     關鍵詞:浮動盤管換熱器;自動除垢;溫控精度高的溫控閥;U型管換熱器;容積利用率;自備熱源     [中圖分類號]TU832.13[文獻標識碼]C[文章編號]1671-3362(2012)09-0064-02     在建筑熱水供應設備中,有浮動盤管換熱器、U型管換熱器、螺旋管換熱器等,下面重點分析前兩種換熱器。     一、浮動盤管換熱器     浮動盤管換熱器是一種間接換熱器。傳熱部分采用銅管,把傳熱管做成螺旋狀浮動置于殼體內,所以稱為浮動盤管。由于該換熱器的傳熱管在殼體內水流過時可上下浮動高頻振動,可使被加熱水發生擾動,增強了傳熱效果。     浮動盤管主要分為沉浸式盤管換熱器和噴淋式盤管換熱器,其中沉浸式盤管換熱器的盤管放在一個容器中,盤管和容器中各走一種流體進行熱交換,為了使盤管充滿液體,液體應從盤管下端送入,為了避免阻塞與水擊,蒸汽宜從上方送入,在蒸汽冷凝的過程中使冷凝液積聚下端,如果需要的傳熱面大,可以將盤管相互呈同心圓狀的并排排列。     1.浮動盤管換熱器的優點      浮動盤管換熱器采用純銅浮動盤管和純銅內膽,可防止“軍團菌”的滋生。銅金屬具備天然殺滅“軍團菌”的作用,試驗表明,大部分細菌在銅表面上不能存活,這也就是國外大部分賓館,尤其是賓館、醫院的熱水系統采用銅管、銅內膽的換熱器原因之一。隨著人們生活水平的提高,尤其是“非典”以后國家重視公共衛生安全,浮動盤管換熱器無疑是更加衛生安全、技術成熟的設備。換熱器的傳熱元件采用懸臂式浮動盤管結構。在加熱過程中,由于盤管內蒸汽離心力的作用,使盤管產生一種高頻浮動,促進被加熱介質產生擾動,破壞了阻礙層流傳熱層滯留現象。同時由于盤管為懸臂自由端,脹縮自由,產生高頻浮動,使堿性附著物自動脫離開管臂,形式自動脫垢的獨有特性(下文有具體分析介紹)。盤管換熱器通常用于對管內介質的冷卻、冷凝或是對管外介質的加熱、冷卻和蒸發等。浮動盤管換熱器結構簡單、造價低、操作方便,且盤管內可承受高壓。此外,浮動盤管換熱器還常用在需要傳熱面積不大的反應釜內作換熱構件。浮動盤管型容積式換熱器可以提高容積利用率,U型管容積式換熱器受容器構造之要求,一般加熱管距容器的底部需有相當大的距離,傳統U型管容積式換熱器冷水區約占整個容器容積的20%--30%,即它的有效貯熱容積只為70%--80%。浮動盤管型換熱器的換熱盤管距容器底可以近到100mm左右,換熱器特殊結構可消除無冷水區,有效貯熱容積可達95%-100%,大大提高了換熱器的容積利用率。     2.自動除垢的具體分析     除垢的機理:當盤管內輸入高溫熱媒時,將引起管壁的膨脹,附著在管外壁的水垢亦產生膨脹。換熱器停止換熱時,管內停止輸入高溫熱媒,管壁因降溫而收縮,水垢層亦收縮。但管壁與水垢的熱膨脹系數不一樣,前者大后者小,因而這不同的脹縮量有可能使水垢脫落。     防垢、脫垢的另一個重要因素是控制被加熱水的出水溫度。從一定意義上講,這是一條關鍵因素。換熱器的水溫嚴格控制在55℃左右,限制了結垢的條件。相反有的工程換熱器用了不到一年,盤外壁空間全被水垢堵死,原因是換熱器出水溫度控制不好,有時高達80℃以上。如果配備溫控精度高的溫控閥,將熱水出口溫度控制在55℃±2℃范圍內,就會限制結垢條件,延長設備使用壽命,同時可防止出現燙傷人的事故。     建筑熱水換熱器除配溫度計、壓力表、安全閥或膨脹管等外,主要應配備一個好的溫度控制閥。半即熱式換熱器應配靈敏可靠的溫控裝置和超溫超壓的安全裝置自不必說,就是容積、半容積式換熱器亦需配置質量可靠的被加熱水溫度控制閥。有的用戶為了省錢,采用劣質溫控閥,設備運行時,根本不起作用,只好人工控溫。結果水溫得不到良好的控制,盤管外過水斷面很快被水垢堵塞,時間一長,整個盤管報廢,大大地浪費了人力、物力和財力。個別嚴重者,使用時造成燙傷人的事故。因此,采用了一個合適可靠的溫控閥是保證換熱器良好運行使用的關鍵因素。     《建筑給水排水設計規范》第4.4.13條第一款規定“水加熱器的一側應用凈寬不小于0.7m的通道,前端應留有抽出加熱盤管的位置”即水加熱設備必須具有抽出換熱盤管進行檢修、更換的條件。另外,根據“壓力容器安全技術監察規程”的要求,壓力容器每隔3-6年至少進行一次內外部檢驗。浮動盤管換熱器容積式的可在設備內部維修,半即熱式換熱器抽出管束所占空間遠遠小于U型管換熱器抽出管束所占空間,在舊設備改造和空間有限的情況下,浮動盤管換熱器更適合。     二、U型管換熱器     1.U管換熱器的優點     管束可抽出來機械清洗;殼體與管壁不受溫差限制;可在高溫、高壓下工作,一般溫度≤500℃,壓力≤10MPa,改變密封形式可用于≥10MPa;可用于殼程結垢比較嚴重的場合;可用于管程易腐蝕場合。U形管式換熱器結構簡單,只有一個管板,節省材料,質量輕。     2.U管換熱器的缺點     在U型處易產生沖蝕,特別在兩相流存在的情況下應嚴格控制管內流速;管程不適用結垢較重的場合;不適用于內導流筒,故死區較大;單管程熱交換器不適用,換熱器管內流體為雙程;管間距較大,管束中心有一部分空隙,所以傳熱性能較差。殼程流體容易走短路。管子不易更換,壞了的管子就只能堵塞不用。適用于管內走高溫、高壓、腐蝕性較大,但不易結垢的流體,管程清洗困難,管程流體必須是潔凈和不易結垢的物料。管外可以走易結垢的流體。因各排管子曲率不一,管子長度不同,故管子分布不如直管均勻。管束中部管子不能檢查更換,堵管后管子報廢率較直管大一倍,因為由一塊管板承受全部支承作用,相同殼體內徑的管板,厚度大于其他形式。換熱器直徑較大時,U型部分支承有困難,管束抗振性差。焊接工藝相對復雜一些。     當采用自備熱源時,由燃油燃氣機組配換熱器供給建筑熱水時,用什么樣的換熱器宜經技術經濟比較確定。一般來說宜選用貯熱容積為20min左右的半容積或容積換熱器,這樣換熱器大小適當,又不要加大燃油燃氣機組的負荷,供水安全可靠。 參考文獻 [1]半即熱式水加熱器熱水供應設計規程.CECS60:94[2]中華人民共和國城鎮建設行業標準:半即熱式換熱器.CJ/T3047-1995 [3]劉振印.淺析浮動盤管型換熱器.給水排水,2000.26(6) [4]《建筑給水排水設計手冊》(第二版).中國建筑工業出版社 [5]劉振印.從亞運會的RV-02到奧運會的DBHRV-01/02看近二十年國內生活熱水換熱器的發展.給水排水,2007.33
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