[摘 要]吐哈油田哈密石油基地集中供热系统（以下简称：供热系统）一期工程为94年10月建成并投运，供热面积80多万m2，由11台14MW热水锅炉提供热源，二次换热由9座换热站分区供热，由42台板式换热器循环换热，大部分采用对称流道的水——水型板式换热器。随着供热面积不断增加和建设时装备水平的局限性，致使水力工况和效率下降、机泵电耗上升。从2002年开始对不对称流道板式换热器研究、试验应用，至2012年9月，换热站已增加到16座，供热面积已到160.3万m2，对10年来，技术淘汰和升级更新效果进行验证、分析，取得了较好的经济和社会效益。
　　[关键词]供热系统 板式换热器 机泵 技术 应用
　　中图分类号：TE964 文献标识码：P 文章编号：1009―914X（2013）22―0368―02
　　一.概述
　　哈密基地采暖系统一次网设计温度为130℃/90℃，二次网设计温度为95℃/70℃，一、二次网设计流量比为1：1.6，由于楼宇采暖系统均为单管垂直顺流式系统，存在严重的垂直失调现象，一楼与五楼的温差可达到4-6℃，因缺乏精确的调控手段，存在严重的水力失调，需保证最不利用户的室温达标，只能采取加大循环流量的做法，造成二次网的温差均≤10℃，80%的二次网供回水温差为5-7℃，最小温差只有3℃，为此二次热网流量偏大，而采暖设备主要为板式换热器均为对称流道设计、制造，一、二次热网过流截面配备不当，换热器进/出口行压降很大，最大值达0.2MPa，阻力也大。导致循环流量截流，采暖循环泵流量无法全额输出，使循环泵扬程升高，电耗增加。
　　二、循环机泵理论依据
　　A.原设循环机泵主要采用92-94年基地建设指挥部建设时选用IS和S系统卧式离心泵，供——换热设备制造、选型和热力参数匹配均没有统一规定，选用设备种类型号真是“五花八门”。生产厂家可谓是“万国牌”，其压力、流量也与一次热网较严重不配套、不统一。根据离心泵相似定理和变频变压器 U/f=定值公式（计算公式略），结合采暖系统循环泵（KQW系列）的特性曲线，计算出循环机泵和电动机配用功率。。
　　B.依據电机频率是循环泵流量函数关系，计算出循环泵流量、电机频率和扬程序的控制参数。
　　三、原对称板式换热器实际参数
　　（1）选择4座换热站对其进行运行参数检测，具体是：一次网侧板换器压降0.01-0.025Mpa；二次侧板换器前压降0.02-0.03Mpa，二次侧板换器后压降0.05-0.10，Mpa；二次侧管网压降0.04-0.16Mpa。
　　（2）采集6座换热站采暖循环泵运行参数及管路特性曲线（如下表）
　　（3）原对称板式换热器热效率
　　计算出对称式换热器换热效率范围为70-80%，板式换热器的换热效率偏低，经解体发现，热效率低是：A.并联的板换器流量分配不均匀，差异大；B.二次网流道积聚泥垢较多，部分板片质量差，表面出现锈蚀；C.二次网流量过高，流速过大，换热不充分。
　　四.不对称流道板式换热器结构及特点
　　（一）不对称流道板式换热器特性
　　届于上述原因，调研“三北”地区集中采暖区域该种类换热器使用情况、检测数据。依据该种类换热器特性、特点：传热板片压制成两侧流体通道横截面积为不等的人字波纹，相邻板片中横截面积大的组成宽流道，横截面积小的组成窄流道，其横截面积之比为2：1；板片上的角孔也相应分成大小两种，流量大的介质通过大角孔、宽流道，流量小的介质通过小角孔、窄流道。对于对称性流道来说，一次热媒的流速仅为二次热媒流速的50%左右，则一次热媒流道内流体与板面间的对流换热系数约为二次热媒流道内的70%，传热系数约为2500—3700W/（m2·K）。若将一次热媒流道内的对流换热系数提高到原来的1.5倍，则总传热系数将增加到 3000—4500 W/（m2·K），依据该板式换热器热效率检测报告，换热效率80-83%。依据《供热用板式换热器两侧流道截面积的最佳比例分析》建立热力网规范规定的温度条件下板式换热器两侧各项参数比之间的关系表（略），得出当 A1/A2=1（对称型）时，两侧流速比为1：2.4，换热系数比为1：1.8，压力降比为1：5.3，流动功率为 1：1.3，若将板式换热器改为非对称型，当换热器的流道流通面积比为1：2.4时，则两侧换热系数近似相等。流动功率损失仅差13%，说明此种流通面积比具有较好的传热性，因此能节约30%的传热面积，也在相同热负荷工况下，压力降可减少50%。
　　（二）不对称流道优势
　　1. 提高换热能力：经实地调查不对称流道板式换热器因流道横截面积比为2：1、两流体比、热容量比和温差比范围大，一般可达1.5—3.0，设计制造压力达2.5MPa左右。
　　2.降低投资成本：不等截面比等截面的传热系数可提高20--30%，降低了设备投资。
　　3.压力损失少：因不对称流道板式换热器通常为单流程，且传热板片上采用了不等截面导流分布，大小处理量各行其道，板间流速和管间流速较等截面更加科学、合理，有效地降低了压力损失。
　　五、技术试验及推广应用
　　至2002年后，原设板式换热器、循环机泵已进入资产折旧后期，运行效率下降，能力不能完全地满足运行要求，经济效益低、泄漏严重。届此，我们通过考察取经、分析论证，决定采用“升级——换装”方式，有计划逐年施行淘汰更新或扩容。在2002-2008年间，利用供热系统检修和技改——投资费用，既：淘汰旧装备，逐年升级更新新设备，费用施行分摊当年进入生产成本，未形成全民性质的固定资产；在2009-2012年中，因指挥部与油田公司合并重组，施行投资方式，全部形成国有资产。
　　全部“换装”工作量均由我们员工，在供热系夏季检修、大修技改时，利用现有的工程（施工）机械、机具，按自营工程项目管理，节约了大量的人工、机械和安装调试费。 　　六、应用效果对比
　　10年来，在采暖面积净增了近80万m2的前提下，共更新扩容不等边流道板式换热器53台（其中11台为新增扩容）、此外淘汰了12组浮头式和半即式容积式换热器；共计更換76台KQW系列机泵，其中一次热网泵6台，二次热网70台。基本上实现了系统换热——循环设备“换装”目标。
　　（一）选择6座换热站更新改造前、后装备数量、参变化对比
　　该6座换热站至2002年以来，换热器装备数量从20台减少为18台，二次热网循环机泵也从21台减少为19台，装机容量和功率略有增加。
　　（二）改造前后板式换热器一二次网的压降对比
　　由上表可知，更新后板换器二次网侧压降明显下降，下降幅度为40-75%，平均下降率为58%。一次网侧压降略有上升，平均上升20%。
　　（三）改造前后板式换热器效率变化对比
　　更新后板式换热器换热效率提升了为11—46.18%，平均升值为27.12%，换热效率显著提升。
　　七.经济与社会效益
　　（1）.仍选用该6座换站从采暖周期耗电量对比，升级后机泵平均节电率13.83%（详见下表）
　　（2）.更新前每座换站装备需安装同型4组对称流道板式换热器，其固定资产折旧期为10-12年，其净值约为0.8-3.0万元；装备3-4台循环泵，折旧期为8-10年，净值为0.40-1.20万元；按每座换热站平均装备4组不对称流道板式换热器，此类撬装设备原值为8.80-12.5万元，装备4台KQW系列循环泵原值平均为2.5万元/台，变频控制柜0.85—2.60万元/组，每座换热站升级更新总投资约60万元。每个采暖周期折旧费为均值为6.0万元，节耗电费均值约在2.20万元左右，在不计算维修费用的情况下，7个周期可全部收回投资。
　　（3）.更新改造后，一、二次热网的换热—循环设备基本上实现整齐划一，种类型号和制造厂家也基本统一，装备水平得到了“质”的提升，也便于系统检修、维修作业，也同步地节省了站内设备安装工位，使之较为宽敞、有利于标准化岗位建设，此外新设备已录入油田公司机电产品推荐目录，并推广到中石化西北油田公司和新疆国投罗钾公司。
　　八.结束语
　　（1）.升级换装后各站节电效果不完全一致，经分析，主要是运行调整上未统一标准，各站根据实际对二次热网的动态调整，有的站流量偏大，有的站流量偏小，造成了节能效果各不相同。
　　（2）.不对称流道板式换热器能效受二次热网水力失调因素影响较大。二次热网水力失调仍较严重，为了保证最不利循环点的采暖温度达标，必须加大循环流量，也使得耗电量增加，节能效果下降，为此在2009-2010年中，在实施供热系统热源大修技改项目中，同步增设了供热系统锅炉——热平衡PLC控制信息系统，实现了一、二次热网热力平衡实时动态监控和及时调控。