浮動(dòng)盤(pán)管換熱器和U型管換熱器在建筑熱水中的應(yīng)用

宋曉亭 河北保定太行集團(tuán)有限責(zé)任公司

在建筑熱水供應(yīng)設(shè)備中，有浮動(dòng)盤(pán)管換熱器、U型管換熱器、螺旋管換熱器等種類(lèi)。本文重點(diǎn)對(duì)浮動(dòng)盤(pán)管換熱器、U型管換熱器的性能、特點(diǎn)進(jìn)行分析和比對(duì)。

1.浮動(dòng)盤(pán)管換熱器

浮動(dòng)盤(pán)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(dòng)置于殼體內(nèi)，所以稱(chēng)為浮動(dòng)盤(pán)管。由于該換熱器的傳熱管在殼體內(nèi)，水流過(guò)時(shí)可上下浮動(dòng)高頻振動(dòng)，使被加熱的水發(fā)生擾動(dòng)，因而增強(qiáng)了傳熱效果。

浮動(dòng)盤(pán)管主要分為沉浸式和噴淋式盤(pán)管換熱器。其中，沉浸式盤(pán)管換熱器的盤(pán)管放在一個(gè)容器中，盤(pán)管和容器中各走一種流體進(jìn)行熱交換。為了使盤(pán)管充滿(mǎn)液體，液體應(yīng)從盤(pán)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(guò)程中使冷凝液積聚下端，如果需要的傳熱面大，可以將盤(pán)管相互呈同心圓裝的形狀并排排列。

浮動(dòng)盤(pán)管換熱器的優(yōu)點(diǎn)在于采用純銅浮動(dòng)盤(pán)管和純銅內(nèi)膽，可防止“軍團(tuán)菌”的滋生。因?yàn)殂~金屬天然具備殺滅“軍團(tuán)菌”的作用，試驗(yàn)表明，大部分細(xì)菌在銅表面上不能存活，這也就是國(guó)外大部分賓館、醫(yī)院的熱水系統(tǒng)采用銅管、銅內(nèi)膽換熱器的原因之一。隨著人們生活水平的提高，尤其是2003年“非典”以后，國(guó)家非常重視公共衛(wèi)生安全，浮動(dòng)盤(pán)管換熱器無(wú)疑是更加衛(wèi)生、安全、技術(shù)成熟的設(shè)備。

浮動(dòng)盤(pán)管換熱器的傳熱元件采用懸臂式浮動(dòng)盤(pán)管結(jié)構(gòu)。在加熱過(guò)程中，由于盤(pán)管內(nèi)蒸汽離心力的作用，使盤(pán)管產(chǎn)生一種高頻浮動(dòng)，促進(jìn)被加熱介質(zhì)產(chǎn)生擾動(dòng)，破壞了阻礙層流傳熱層的滯留現(xiàn)象。同時(shí)，由于盤(pán)管為懸臂自由端，脹縮自由，可產(chǎn)生高頻浮動(dòng)，使堿性附著物自動(dòng)脫離開(kāi)管臂，形成自動(dòng)脫垢的獨(dú)有特性。

盤(pán)管換熱器通常用于對(duì)管內(nèi)介質(zhì)的冷卻、冷凝，或是對(duì)管外介質(zhì)的加熱、冷卻和蒸發(fā)等。浮動(dòng)盤(pán)管換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、操作方便，且盤(pán)管內(nèi)可承受高壓。此外，浮動(dòng)盤(pán)管換熱器還常用在需要傳熱面積不大的反應(yīng)釜內(nèi)作換熱構(gòu)件。浮動(dòng)盤(pán)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(gòu)造的限制，一般加熱管距容器的底部需有相當(dāng)大的距離，傳統(tǒng)U型管容積式換熱器冷水區(qū)約占整個(gè)容器容積的20%～30%，即它的有效貯熱容積只為70%～80%。浮動(dòng)盤(pán)管型換熱器的換熱盤(pán)管距容器底可以近到100mm左右，換熱器特殊結(jié)構(gòu)可消除無(wú)冷水區(qū)，有效貯熱容積可達(dá)95%～100%，大大提高了換熱器的容積利用率。

2. 自動(dòng)除垢分析

除垢的機(jī)理為當(dāng)盤(pán)管內(nèi)輸入高溫?zé)崦綍r(shí)，將引起管壁的膨脹，附著在管外壁的水垢亦產(chǎn)生膨脹。換熱器停止換熱時(shí)，管內(nèi)停止輸入高溫?zé)崦?，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(shù)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(gè)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(guān)鍵因素。換熱器的水溫嚴(yán)格控制在55℃左右，限制了結(jié)垢的條件。相反有的工程換熱器用了不到一年，盤(pán)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(shí)高達(dá)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(nèi)，就會(huì)限制結(jié)垢條件，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，同時(shí)可防止出現(xiàn)燙傷人的事故。

建筑熱水換熱器除配溫度計(jì)、壓力表、安全閥或膨脹管等外，主要應(yīng)配備一個(gè)好的溫度控制閥。半即熱式換熱器應(yīng)配靈敏可靠的溫控裝置和超溫超壓的安全裝置，容積、半容積式換熱器亦需配置質(zhì)量可靠的被加熱水溫度控制閥。有的用戶(hù)為了省錢(qián)，采用劣質(zhì)溫控閥，設(shè)備運(yùn)行時(shí)，根本不起作用，只好人工控溫。結(jié)果水溫得不到良好的控制，盤(pán)管外過(guò)水?dāng)嗝婧芸毂凰付氯瑫r(shí)間一長(zhǎng)，整個(gè)盤(pán)管報(bào)廢，大大浪費(fèi)了人力、物力和財(cái)力。個(gè)別嚴(yán)重者，使用時(shí)造成燙傷人的事故。因此，采用合適可靠的溫控閥是保證換熱器良好運(yùn)行使用的關(guān)鍵。

《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.4.13條第一款規(guī)定“水加熱器的一側(cè)應(yīng)用凈寬不小于0.7m的通道，前端應(yīng)留有抽出加熱盤(pán)管的位置?！奔此訜嵩O(shè)備必須具有抽出換熱盤(pán)管進(jìn)行檢修、更換的條件。另外，根據(jù)《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的要求，壓力容器每隔3～6年至少進(jìn)行一次內(nèi)外部檢驗(yàn)。浮動(dòng)盤(pán)管換熱器容積式的可在設(shè)備內(nèi)部維修，半即熱式換熱器抽出管束所占空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于U型管換熱器抽出管束所占空間，在舊設(shè)備改造和空間有限的情況下，浮動(dòng)盤(pán)管換熱器更適合。

3.U型管換熱器

U型管換熱器的優(yōu)點(diǎn)是管束可抽出來(lái)機(jī)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≥10 MPa；可用于殼程結(jié)垢比較嚴(yán)重，管程易腐蝕的區(qū)域。U型管式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有一個(gè)管板，節(jié)省材料，質(zhì)量輕。

U型管換熱器的缺點(diǎn)是在U型處易產(chǎn)生沖蝕，特別在兩相流存在的情況下應(yīng)嚴(yán)格控制管內(nèi)流速；管程不適用結(jié)垢較重的部分；不適用于內(nèi)導(dǎo)流筒，故死區(qū)較大；不適用單管程熱交換器，換熱器管內(nèi)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無(wú)法使用。

因此，U型管換熱器適用于管內(nèi)走高溫、高壓、腐蝕性較大但不易結(jié)垢的流體，管程清洗困難，管程流體必須是潔凈和不易結(jié)垢的物料。管外可以走易結(jié)垢的流體。因各排管子曲率不一，管子長(zhǎng)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(bào)廢率較直管大一倍。因?yàn)橛梢粔K管板承受全部支承作用，相同殼體內(nèi)徑的管板，厚度大于其他形式。換熱器直徑較大時(shí)，U型部分支承有困難，管束抗振性差。焊接工藝相對(duì)復(fù)雜一些。

在采用自備熱源的情況下，由燃油燃?xì)鈾C(jī)組配備換熱器供給建筑熱水時(shí)，用什么樣的換熱器要通過(guò)技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性比較后確定。一般來(lái)說(shuō)，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(dāng)，又不要加大燃油燃?xì)鈾C(jī)組的負(fù)荷，且供水安全可靠。