辽宁省城乡建设规划设计院 辽宁沈阳 110006
摘要：能源是当今人类面临的重大问题之一，能源开发和转换利用已经成为各国的重要课题。随着我国政策对节能和安全的要求越来越严格，作为能源转换利用的主要设备—换热机组，其节能设计和安全运行更加举足轻重。本文根据多年的设计和管理经验对换热站节能设计和安全运行管理工作等方面提出几点建议。
关键词：换热站；节能设计；安全运行
1 换热站节能设计
换热站节能设计涉及到换热器的选择。
2 设备的选择
2.1 换热器选型
换热器设计选型主要从传热系统、换热效率、阻力以及设备尺寸等因素进行考虑。按换热器结构形式分管壳式换热器、板式换热器、螺旋板式换热器、容积式换热器等。
煤化工项目中换热设备主要是利用蒸汽换热，取得低温热水的汽水换热器。在换热器选型上建议优先选择双纹管换热器。
双纹管换热器是一种新型强化传热的节能高效换热设备，它是在螺旋槽管、波节管换热器的基础上根据强化传热机理而研制成功的。双纹管换热器与其他换热器相比有以下优点：
（1）传热系数高。独特的波纹结构，汽-水传热系数范围可达5000～7619W/m2·℃。水-水传热系数范围可达3500～5000W/m2·℃。
（2）不宜结垢。被加热水高流速冲刷管壁，管内流速保持1.5～2.5m/s，整体单向冲刷管壁使污垢难以实现。
双纹管具有较强的抗垢性能。外螺纹类似膨胀节，当操作过程中介质温度发生变化时，由于金属的膨胀与收缩，使换热关表面曲率发生变化而使垢片自行脱落，重新露出金属光泽。
（3）水侧阻力小，节省循环动力消耗。内外强化换热的双纹管使被加热从进口水温到出口水温的加热行程变短，且双纹管独特的管型，使二次水在较低的水流速下即可达到强烈的紊流换热效果。双纹管换热器不易结垢，具有自洁功能，管内壁能长期保持洁净效果，仍能维持原有的水流道截面积，因此被加热水的压降小，节省循环泵运行费用。
（4）不易泄露，热应力小，自动补偿温差应力。换热管外部采用单头粗螺纹，且波及内壁，类似许多小膨胀节，可补偿管、壳程受不同温度影响而产生的热应力，提高工作的可靠性。
（5）体积小，耗材低，占地面积小。双纹管换热器单位体积传热面积大（约为光管换热器的1.4倍、螺旋板换热器的1.5倍、波纹管换热器的1.7倍、浮动盘管换热器的3.5倍、和板式换热器相当），总传热系数高，再加上有三种结构形式（卧式、耳式支座立式、腿式支座立式），便于在不同位置安装，因此占地面积大大小于光管换热器、螺旋板换热器、波纹管换热器和浮动盘管换热器，其立式换热器的占地面积小于板式换热器。
2.2 选择高效节能、噪声低的水泵
采用高效节能的产品，性能曲线平滑，运行范围广，保证所选择的泵参数在泵曲线高效区内。业主在请购工作中要对泵的选择提出较高的要求。噪声要求不应该仅仅满足国家标准，而应该高于标准，要高标准，严要求。
2.3 凝结水回收采用闭式凝结水回收装置
以往在设计中选择选择闪蒸罐（凝结水罐）配凝结水泵的方案，凝结水在闪蒸出来的蒸汽往往不能直接利用而被白白排放掉，十分不节能。近几年来，闭式凝结水回收装置已经逐渐被广泛采用。闭式凝结水回收装置有以下特点：
（1）闭式回收冷凝水，使冷凝水二次汽及用热设备疏水器所漏蒸汽全部回收，并得以综合利用，既节约了软化水资源，又节约了热能，从而降低生产运行成本。
（2）无二次汽排放，消除热污染和潮湿环境，达到清洁生产。
（3）闭式系统避免了凝结水再次污染及空气中氧分的再次溶入，减少了管路系统内外腐蚀，延长设备使用寿命。
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2.4 取消循环水泵出口的止回阀设置
我们认识到在供暖的密闭循环系统中，循环水泵出口可以不装止回阀，以减少水头损失。此改变在不影响效果的情况下，不仅降低了工程造价，而且降低了电耗。因为供热系统是一个闭式系统，循环水泵的作用是克服网路的循环阻力，使水在网路中循环。当水泵停止工作时，水泵两侧的压强相等，不会作反向流动。因此安装止回阀只会增加网路的阻力，无谓的消耗电能，没有任何作用。热源和换热站的循环水泵出口都可不设止回阀，但补水系统与给水系统一样，泵的出口应设止回阀。
2.5 除污器
此设备虽然价格不高，但对换热站安全经济运行至关重要。如果选择不当，会出现前后压差大增加电耗、过滤网损坏致使换热器堵塞、旋转轴漏水烫伤运行人员等问题。我们通常在除污器两侧加一次压力仪表，通过管理人员的现场观察来确定除污器是否需要刷洗或者更换，一般情况下管理人员是做不到位的，建议在设计的时候直接加压差报警功能，及时发现问题，达到节能的目的。
3 安全运行
随着自控技术的发展，煤化工项目换热站应用PLC可编程控制器实现无人值守自控模式已得到了越来越广泛的应用。而换热站实现无人值守的关键点和技术难点在于安全保护系统，该系统必须经过热态调试检验方能确保换热站无人值守后的安全稳定运行。在安保系统热态调试中，由于运行和调试需同步进行，且测试时换热站各方面参数均为非正常的安全临界状态，在操作时稍有不慎即会影响供热运行，甚至会损坏供热设备，在此，笔者结合以往的换热站自控项目调试经验，谈一谈如何保证调试过程安全完成，并最大限度减小对于换热站运行的影响。
4 监控系统概况
监控系统分为两级监控：一级监控为主控室（MCC）；二级监控为就地监控单元（LCM1、LCM2），下位采用可编程控制器。系统连接以光缆通讯为主，非对称数字用户环路（ADSL）作为备用通道。
本系统投运后将实现以下功能：
4.1 及时检测热网运行参数，了解系统运行工况
实时采集所有热力站的技术数据，包括温度、压力、流量、热量、液位、循环泵、补水泵运行状态、水电消耗等参数，实现各站点的水压图、温度、流量分布状况的实时监测，实现远程集中抄表，对运行工况能做到“情况明朗，心中有数”。
4.2 均匀调节流量，消除冷热不均
热网监控系统能随时对热网进行调节，消除管网水力失调，达到流量的合理分配，进而消除冷热不均的现象。
4.3 及时诊断系统故障，确保安全运行，实现换热站无人值守
热网监控系统通过对各热力站的运行参数分析，当各热力站发生超压、失压、泄漏、停电、设备等故障时进行及时诊断和自动操作保护，并向监控中心发送报警信号，保证系统安全运行，实现换热站无人值守。
5 换热站安全保护设计
5.1 对换热站内设备的保护
（1）所有循环泵停转时紧急关闭一次调节门，以防止二次水温度过高发生汽化损坏换热设备；（2）当二次网回水压力过低时自动停止二次网循环泵，以防止水泵发生汽蚀损坏叶轮。
5.2 停电保护
系统停电后，由继电器向PLC提供失电信号，由PLC控制立即关断一次网调节阀以防止二次水高温汽化，阀门的动力均由站内UPS提供。
5.3 补水系统保护
（1）补水箱液位过低时停补水泵；
（2）补水箱液位过高时停水处理设备进水阀；
（3）自动软化水装置入口管道上应设置排污隔断阀，用于防止生活饮用水管道发生回流污染的安全装置，以确保生活饮用水的卫生和安全。
5.4 泄压旁通管的设置
在热水供热系统中，为了减小事故停泵水锤，可以在循环水泵的出水管和回水管之间设置一止回阀的泄压旁通管。在循环水泵运行时，由于水泵出水侧水压高于回水侧的水压，止回阀呈关闭状态。当突然停泵的瞬间，泵出水侧压力急剧降低，而吸水侧压力则大幅度增高，在此压差作用下，循环水泵回水侧管路中的水即推开止回阀至泵出水侧的管网系统，从而降低了吸水侧管网中压力增高的幅度；减少和防止了水锤的危害。
参考文献
[1]实用集中供热手册（第二版）.北京：中国电力出版社，2006.
[2]热力站系统结构的优化.合肥：合肥工业大学，2005.
论文作者:冷冰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第24期
论文发表时间:2018/1/26
标签：换热器论文; 水泵论文; 系统论文; 止回阀论文; 凝结水论文; 换热站论文; 设备论文; 《建筑学研究前沿》2017年第24期论文;