摘要：在供热企业热力网系统设计中，有少数选用热水锅炉供热的单位没有设计使用换热器，采用锅炉热水直供热用户的供热方式。循环水量特别大，很难保证其水质量，使热网管道里面的杂质流经管径较小的锅炉受热面管道时，不可避免粘附到管壁上。日积月累造成堵塞管道，从而造成管道过热、爆管，给锅炉带来非常大的危害，严重影响了锅炉寿命及生产运行安全。
关键词：换热器 安全 爆管 炉水质量 锅炉寿命
Abstract： In the heating network system design of heating enterprises， there are a few units that use hot water boiler to heat the system without using heat exchangers， but use the heating method of boiler hot water direct heating users. The circulating water volume is particularly large， so it is difficult to ensure its water quality， so that the impurities in the heat supply network pipeline will inevitably adhere to the pipe wall when passing through the boiler heating surface pipeline with small pipe diameter. Time accumulation causes blockage of the pipeline， resulting in overheating and explosion of the pipeline. It brings great harm to the boiler and seriously affects the boiler life and the safety of production and operation.
Key Words： Heat exchanger; Safety; Explosion of the pipeline; Furnace water quality; Boiler life
在供热企业热力系统设计中，有少数选用热水锅炉供热的单位没有设计使用换热器，采用锅炉热水直供热用户的供热方式。本文对此是否需要换热器这个问题及设计使用换热器的必要性进行如下论述分析。
1 换热器的基本技术论述及其与热网的密切联系
1.1 换热器的作用及选用
换热器（heat exchanger）是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器的种类非常多，按结构分类可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等[1]。
热力系统换热器一般常使用的有两种，为管壳式换热器及板式换热器。板式换热器具有结构紧凑、传热效率高、传热面组合灵活以及装拆清洗方便等优点，应用在集中供热系统中的许多方面[2]。板式换热器优于管式换热器。但板式换热器最致命的缺点就是对介质的品质要求非常严格。用户在选用换热器时，要进行全面的考虑及分析，特别是对介质的考虑。管壳式换热器一般使用在介质质量不好的情况下，如果换热介质确保良好，最好选用板式换热器。
1.2 管式換热器工作原理
本案例中设计及采用的换热器为管式换热器，所以在本节重点讲解。案例中主回路换热器为卧式套管式换热器，换热主体由若干个套管式换热器并联组成。一次冷却水和二次冷却水的换热方式为单管程单壳程完全逆流换热[3]。
换热器在热力系统中作为一次热网与二次热网的联络枢纽，把锅炉本体水循环系统与外供热网水循环系统完全分开，各自利用循环水泵独立循环。如图1所示，如此能够更好地控制、检测锅炉炉水的各项指标，切实有效地保证锅炉的使用安全。
如果没用换热器，所有流经锅炉炉水的热网管道，都相当于锅炉的外置锅炉管道。一般热网管道管线较长，辐射几千米。对于热水管道，由于我国现在绝大多数采用燃煤电厂热电联产，一般不在城市中心，一般供热半径不宜超过20km。在个别技术和经济情况满足要求的情况下，可延伸到25km[4]。这些管道里面的循环水经过热用户自家的小换热器后，都要流经锅炉锅筒、水冷壁、省煤器等受热面进行再加热。这样管道里面的杂质，特别是泥浆，都有可能流经锅炉受热面管道且粘附到管壁上。这些泥浆异物存留在锅炉受热面内部，经过辐射、传导及对流受热后，即形成比硬水结垢还复杂及难以处理的硬质物质，即使酸洗都难以处理。当然，设计人员在锅炉设计前也已经意识到了这种工艺设计的弊端。所以循环水在进入锅炉之前都设置过滤器，但过滤器一般只能过滤Ф0.5mm左右的颗粒，泥浆等细微杂质是过滤不掉的。实际运行中，当热网发生大量失水时，供热单位会向热网内注入大量未经软化或除盐的原水。原水水质变化，在影响多介质过滤器和盘式过滤器过程中，主要体现出淤泥、杂质，并且也导致了滤孔、碟片通道等出现了堵塞现象[5]。特别是新增设的热网管道，在安装时没有清理干净的泥土，都会沉积到锅炉受热面管道里面。日积月累就会堵塞管道，从而造成爆管。
2 分析供热企业对设计使用换热器的说法
主要存在如下两种说法。
2.1 一种说法，不用换热器
主要原因：换热器影响供热效果;增加投资成本及维护运行成本;增加事故点。
2.2 另一种税法，使用换热器
主要原因：对锅炉的安全稳定经济性好;对水质品质有保证，能更好的保护锅炉，且能极大地降低软换水的处理成本;便于运行及维护。
表面看，这两种说法各有道理，且都有非常强的理论及实际经验进行反驳。
本文坚持第二种说法：设计并使用换热器。在热电及供热行业里，众所周知，“安全、稳定、经济”是共同的标准及要求，而且前者是后者的基础及前提，“安全第一”毋庸置疑。换热器在热力系统设计使用中就起到了重要的安全保障，否则就难保安全，也不会稳定，更谈不上经济。至于以换热器影响热效率、增加投资成本及维护运行成本、增加事故点等说辞来不用换热器，在“安全第一”面前就可以一票否决，何况表面的直接投资成本加大及增加的事故点的说法只是建立在锅炉没有因此而出现事故的情况下，万一因为没有换热器而保证不了锅炉炉水质量造成锅炉事故，由此产生的费用及直接、间接的经济损失是不可估量的，由此带来的负面影响也非常大。同时也会大大降低锅炉寿命。
从安全角度分析：在供热管道中，供热管道的腐蚀程度也受水中盐浓度含量的影响，热水中的含盐量增加，热水的导电性能越强，在一定程度上加快了供暖供热管道的腐蚀[6]。长久下去，供热管道出现损坏。因此，供热管网管道必须利用换热器把一次热网与锅炉管道系统隔离开来，不能让供热管网里面的水影响到锅炉本体的炉水，确保锅炉的用水品质及锅炉的安全。同时换热器使用后，可以充分合理采用“换热机组串联”技术[7]，该技术不论是在运行及换热效果还是费用利用上都有非常大的优势，极大地改善及优化了供热效果。
3 案例分析
某热力公司，有3台116MW的循环流化床热水锅炉运行供热，设计院在工艺施工图设计中没有设计使用换热器，采用由锅炉直接把达到额定设计温度及压力的热水借助锅炉给水循环泵的压力把热水直接打到外供一次热网供热的方式。
在第二个采暖季，其中一台锅炉出现一次锅炉水冷壁焊口开裂泄漏。在第三个采暖季，还是本台锅炉出现一次锅炉水冷壁焊口开裂泄漏。在第四个采暖季，本台锅炉再一次出现锅炉水冷壁焊口开裂泄漏，且省煤器出现一次爆管。另一台锅炉也出现二次省煤器爆管。经过对水冷壁及省煤器管道割管检查，发现管道流通面积几乎被污泥等杂质堵死，已造成管道材质过热、蠕变变形。如下图2、图3、图4所示。
3.1原因分析
热网管道管线较长且管径大，辐射上千米，循环水量非常大，因此水里面的杂质也多。这些管道里面的水经过热用户换热后都要流经锅炉进行再加热，使热网管道里面的杂质流经管径较小的锅炉受热面管道时，部分粘附到管壁上。虽然热水在进入锅炉之前有过滤器，但过滤器对于泥浆等细微杂质是过滤不掉的。特别是本企业每年都在增安新的热网管道，在安装时没有清理干净的泥土，都会沉积到锅炉受热面管道里面。
另外，由于热网设计的都在地下2米多深的位置，管道管径粗且长，清洗困难，冲洗质量很难控制。再加上循环水量特别大，也很难保证其水质量，日积月累造成堵塞管道，从而造成管道过热、爆管。对受热面管道进行全面检查，发现许多管道已经因堵塞原因造成变形、过热现象，给锅炉带来非常大的危害，严重影响了生产安全及锅炉寿命。
3.2换热器的使用
万事万物有利就有弊，当然换热器也有一个麻烦的问题，就是容易堵塞、结垢问题。一旦堵塞、结垢就会降低循环水的换热效果，稍微影响供热质量。前面已经提到二次热网的水质质量难以保证，循环水里面的泥沙难以去除，虽然利用换热器避免了对锅炉本体的危害，然而换热器本体也难免受堵塞的影响。因此，要求供热企业还是尽量保证循环水的良好质量，充分发挥换热器前面过滤器的作用，且定期对换热器进行检查、清洗，确保换热器的最佳换热效果。建议供热企业最好有备用换热器，以便进行检查、清洗，确保换热效果。
《城市热力网设计规范》中也明确规定：大型城市集中供热热力网，用户采暖系统与热力网连接应采用间接连接[8]。同时，《城市热力网设计规范》也明确指出由于直接连接，而使管网运行调节不便、管网失水率过大及安全可靠性不能有效保证。本规范也对换热器的选择做了明确的规定及要求，在本规范中有非常多的内容提及换热器的有关问题。由此可见，换热器在热力网中的必要性是无可厚非。
《城市热力网设计规范》对热力网循环水补水质量做了严格要求，要求对补给水进行软化处理或加药处理，且达到其相应规定标准，详见图5[8]。
本文论述使用换热器是为了减少化学水质水量，方便且能够更好地控制锅炉炉水质量达标，符合热网设计要求，这种做法是为了确保锅炉安全、稳定、经济运行。对于蒸汽热网，如果每天锅炉蒸汽产量均在300～400t，而外销蒸汽量则在200～300t，热管网损失率在25%～30%[9]。供热管网每小时失水率一般要求不超过其循环水量的1%，而目前有些供热管网的实际失水率远超过这个数值，个别热网的实际失水率甚至高达4%～5%[10]。另外，根据鸡西市供热管理處的历年统计数据显示：每年从10月15日进入采暖期以来，各换热站二次供热管网每日总平均失水约 3500 t[11]。多方数据表明，供热管网的失水率非常大，且不稳定。
使用换热器换热的方式，锅炉的本身循环水量较直供方式大大减少，对于炉水的质量很容易控制达标，能完全满足锅炉的使用要求，且能更好有效的保护锅炉。同时，也减少了化学水的制水成本及劳动量。
3.3 分析论述
强烈建议对生产用水质量不能保证的供热企业尽量设计采用换热器，至于换热器的选型应该参照《城市热力网设计规范》的设计要求，结合实际情况，可以因地制宜、按需所配，在此不做过多论述。
4 优化供热管网控制，采用智能自动控制
在供暖系统中设计且加装换热器，在保障锅炉安全的同时，也便于实现供热管网的智能自动控制。同时采用变频调速，实现对水泵流量、压力的调节，减少对换热器换热元件的冲击振动及膨胀缓冲，使供热系统运行更加稳定，操作更为方便。热计量监控平台可以对供热管网的运行实况进行实时监控，运行人员可据此对系统进行实时调整，最终实现供热节能[12]。
鉴于新旧动能转换的方针政策，换热器也在不断更新换代，换热效率越来越高，节能降耗在持续改进，所以这不是阻碍使用换热器的根本原因。此外，参考“供热管网的动态可靠评价指标，环状供热管网系统的可靠性在供暖期内随着室外温度升高而增长、随着服役年限增加而逐渐降低的动态规律” [13] 的说法，供热管网是有寿命周期的，供热单位要全面考虑供热的稳定性、持续性，就离不开管网的检修、技改、系统优化等，这些都需要换热器这个中间隔离设备来保障系统的可操作性及稳定性，确保民生工程的保全。
针对目前煤价的飞涨及紧缺，节能降耗、革新挖潜是每一个热电企业的头等大事。“没法改变世界，只有先改变自己”，摆在热电厂面前的就是绞尽脑汁地进行节能降耗，杜绝一切浪费。那么供热管网的换热器则在节能降耗方面，发挥了综合的节能降耗作用，同时确保了供热安全和稳定性，也带来了经济效益。
5 结语
总而言之，供热企业要切实根据自己的实际情况，长远考虑，综合分析判断问题，本着“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，不计眼前利益，大胆地采用新科技、新思路，充分分享新时代、新科技的发展成果，积极推进新旧动能转换的步骤，确保机组安全、持续稳定、综合经济生产运行，为热用户负责，公益社会。
参考文献 [林4]
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作者简介：杨洪良（1975—），男，本科，工程师，研究方向为热电行业的生产运行及技术管理、设备管理、工程项目筹建及管理、节能创新、检修技改等。
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