板式换热机组的设计

高建广，张宁，孙鹏，杨文光

板式换热机组的设计

高建广1，张宁2，孙鹏3，杨文光4

（1. 上海蓝滨石化设备有限责任公司，上海 201518； 2. 机械工业上海蓝亚石化设备检测所有限公司，上海 201518；3. 上海赛科石油化工有限责任公司，上海 201518； 4. 上海晶宇环境工程股份有限公司，上海 201518）

板式换热机组在城市集中供热系统改造中，占据了主要地位。本文对板式换热机组进行了简要介绍，并对影响板式换热机组设计的因素进行了分析研究。

换热器；机组；设计；供热

为了响应国家节能减排的号召，贯彻落实国家《大气污染防治行动计划》等政策，以及人们对于供热的要求越来越高，传统粗犷式的供热方式已经不能满足市场的需求。集中供热以其效率高，占地面积小，易于维护等优点，迅速在供热市场中占据主导地位。集中供热由热源-换热站-用户三部分组成，其中换热站作为热源和用户的连接桥梁，在集中供热系统中起着至关重要的作用。

换热站由板式换热机组和外围管路组成，其中板式换热机组作为核心组成部分，对换热站的功能发挥起着决定性作用。本文结合国家相关的设计标准及工程实际经验，对板式换热机组的优劣势和设计影响因素进行探讨。

1 板式换热机组简介

板式换热机组的定义为由板式换热器、水泵、变频器、过滤器、阀门、控制柜、仪表及自动控制系统等组成的整体换热设备。图1给出了一种常见的板式换热机组的工艺控制流程图。

图1 水-水换热机组PID图

从上图中可以看出，板式换热机组由两个循环回路组成，即一级管网循环系统和二级管网循环系统。一级管网循环系统为热侧输入，由相应的管道、阀门和仪表等与热源形成回路；二级管网循环系统为冷侧输出，由循环水泵、管道、阀门、仪表等与用户管网形成回路。两个循环回路在换热器中相遇，进行热量交换，将热量输送给用户。

板式换热机组的功能主要包括恒温控制系统、循环水自动补水系统、热源供应阀门自调节系统、设备自动运行系统、设备故障保护停止系统等，这一些功能都使板式换热机组在供热系统的地位越来越重要。

2 板式换热机组设计的影响因素

2.1 板式换热器

板式换热器作为换热机组的主要组成部分，其设计直接影响机组的性能和成本。板式换热机组经常选用两台换热器的并联的形式，这种方式有两种使用状态，一种是一用一备，另一种是两台同时使用，无论是哪一种形式，两台换热器之间的距离至少有1.5倍换热器固定板宽度，便于设备维修。采用同时运行两台换热器的设计时，单台换热器的处理能力应为总设计能力的75%，这样才能保证两台同时使用时的效果达到设计要求。

压力降是板式换热器的一个重要设计指标，设计时通常要求低压降，但是一味降低换热器压降的设计会导致换热器的面积过大，成本增加，因此设计时通过提升换热器内的流体流速，提升设备的换热效率，在保证压降的情况下，减少换热器面积，降低投资成本。根据标准要求及工程经验，换热机组一次热测采用蒸汽加热情况下，蒸汽流速不宜超过50 m/s，采用热水加热时，热水流速设计为2.5 m/s。

2.2 二次侧循环泵

循环泵是热水循环的动力来源，在选择上需要认真核算流量Q和耗电输热比EHR，在满足设计供热能力的情况下，泵的流量设计留有15%的余量，耗电输热比选择最优情况。二次侧循环泵设置，根据标准是不宜设置备用泵，但是工程使用中，多数采用一用一备，甚至一用两备。泵的底座直接与机组撬装底座连接，不要太高。循环泵启动控制采用变频器启动和控制，根据供热收费系统和热量输送情况来控制循环泵的运转情况。

2.3 二次侧补水泵

补水泵流量设计宜选用循环泵流量的4%，补水泵的控制采用定压控制方式，即二次侧的回水压力小于设定值时，启动补水泵，直至回水压力高于设定值。压力测定点最好设置在机组的二次侧进水和回水口，此种方式利于调节和操作。

2.4 阀门

机组与外部管路的连接阀，水路宜采用球阀，气路宜采用截止阀，连接形式宜选用法兰连接。机组内部管路阀门间应采用该法兰连接或者焊接连接，只有当公称直径在DN50以下时，可以选取螺纹连接形式。机组内设备最低点设置排污阀，宜选用焊接球阀。

2.5 安全阀

安全阀的安装位置宜选取在机组系统的管路最高点，起跳压力宜选择标准中高于管道工作压力的安全阀，安全阀的接口尺寸应小于其所安装在的管路的直径，材质的选择为，当公称压力不大于1.6 MPa时，选用铸铁材质，公称压力不大于2.5 MPa时，选用碳钢材质。

2.6 管路

机组内的管路设计时，尽量减少三通和变径的使用，只有在单线管路，如换热器进出口，循环泵的进出口等与管路口径不符的情况下才使用变径，遇到分路情况，应将管路直接开孔焊接至主管路上，这样在空间节省上有很好效果，使机组能设计的更紧凑，不会出现因为泵的开启而导致流量不足的情况。

2.7 管路附件

机组管路的法兰连接采用的垫片材质，一般情况下选用石棉橡胶垫(XB350)，此种材料可以满足工况为压力≤4 MPa，温度≤350 ℃。

机组的Y型过滤器的滤网选择宜选择不锈钢材质，标准中要求滤网能过滤掉2 mm直径以上的固体杂质，实际使用过程中，是远远不够的，根据工程经验，管径大于DN300的管路，滤网目数选用24目，管径小于DN300的管路，滤网目数选用40目。

3 结束语

板式换热机组的设计需要综合考虑的因素很多，设计标准中有很多设计要求过低，无法满足实际应用工况，因此设计时，要充分考虑国家相关设计规范和标准的要求，同时要满足客户的使用要求，考虑设备的维修、投资成本、运行稳定性等问题。

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Design of Plate Heat Exchange Unit

1,2,3,4

（1. Shanghai Lanbin Petrochemical Equipment Co., Ltd., Shanghai 201518, China; 2. Machinery Industry Shanghai Lanya Petrochemical Equipment Inspection Institute Co., Ltd., Shanghai 201518, China;3. Shanghai SECCO Petrochemical Co., Ltd., Shanghai 201518, China;4. Shanghai Jingyu Environmental Engineering Co., Ltd., Shanghai 201518, China）

Plate heat exchange units are widely used in the transformation of urban central heating system. In this paper, the plate heat exchange unit was briefly introduced, and the factors affecting the design of plate heat exchange unit were analyzed and studied.

heat exchange; unit; design; heating

2019-11-15

高建广（1984-），男，工程师，硕士，山东省青岛市人，2013年毕业于东北石油大学安全技术及工程专业，研究方向：蒸发结晶工艺及工程。

TU833+.1

A

1004-0935（2020）02-0190-02