浅析浮动盘管换热器和U型管换热器在建筑热水中的应用

浅析浮动盘管换热器和U型管换热器在建筑热水中的应用

摘要：本文分析了浮动盘管换热器和U型管换热器的性能优缺点，并重点分析了浮动盘管换热器自动除垢功能和两种换热器在建筑热水系统中的应用，为使用方、设计方提供了选用的依据。

在建筑热水供应设备中，有浮动盘管换热器、U型管换热器、螺旋管换热器等，下面重点分析前两种换热器。

一、浮动盘管换热器

浮动盘管换热器是一种间接换热器。传热部分采用铜管，把传热管做成螺旋状浮动置于壳体内，所以称为浮动盘管。由于该换热器的传热管在壳体内水流过时可上下浮动高频振动，可使被加热水发生扰动，增强了传热效果。

浮动盘管主要分为沉浸式盘管换热器和喷淋式盘管换热器，其中沉浸式盘管换热器的盘管放在一个容器中，盘管和容器中各走一种流体进行热交换，为了使盘管充满液体，液体应从盘管下端送入，为了避免阻塞与水击，蒸汽宜从上方送入，在蒸汽冷凝的过程中使冷凝液积聚下端，如果需要的传热面大，可以将盘管相互呈同心圆状的并排排列。

1.浮动盘管换热器的优点

浮动盘管换热器采用纯铜浮动盘管和纯铜内胆，可防止“军团菌”的滋生。铜金属具备天然杀灭“军团菌”的作用，试验表明，大部分细菌在铜表面上不能存活，这也就是国外大部分宾馆，尤其是宾馆、医院的热水系统采用铜管、铜内胆的换热器原因之一。随着人们生活水平的提高，尤其是“非典”以后国家重视公共卫生安全，浮动盘管换热器无疑是更加卫生安全、技术成熟的设备。换热器的传热元件采用悬臂式浮动盘管结构。在加热过程中，由于盘管内蒸汽离心力的作用，使盘管产生一种高频浮动，促进被加热介质产生扰动，破坏了阻碍层流传热层滞留现象。同时由于盘管为悬臂自由端，胀缩自由，产生高频浮动，使碱性附着物自动脱离开管臂，形式自动脱垢的独有特性（下文有具体分析介绍）。盘管换热器通常用于对管内介质的冷却、冷凝或是对管外介质的加热、冷却和蒸发等。浮动盘管换热器结构简单、造价低、操作方便，且盘管内可承受高压。此外，浮动盘管换热器还常用在需要传热面积不大的反应釜内作换热构件。浮动盘管型容积式换热器可以提高容积利用率，U型管容积式换热器受容器构造之要求，一般加热管距容器的底部需有相当大的距离，传统U型管容积式换热器冷水区约占整个容器容积的20%--30%，即它的有效贮热容积只为70%--80%。浮动盘管型换热器的换热盘管距容器底可以近到100mm左右，换热器特殊结构可消除无冷水区，有效贮热容积可达95%-100%，大大提高了换热器的容积利用率。

2.自动除垢的具体分析

除垢的机理：当盘管内输入高温热媒时，将引起管壁的膨胀，附着在管外壁的水垢亦产生膨胀。换热器停止换热时，管内停止输入高温热媒，管壁因降温而收缩，水垢层亦收缩。但管壁与水垢的热膨胀系数不一样，前者大后者小，因而这不同的胀缩量有可能使水垢脱落。

防垢、脱垢的另一个重要因素是控制被加热水的出水温度。从一定意义上讲，这是一条关键因素。换热器的水温严格控制在55℃左右，限制了结垢的条件。相反有的工程换热器用了不到一年，盘外壁空间全被水垢堵死，原因是换热器出水温度控制不好，有时高达80℃以上。如果配备温控精度高的温控阀，将热水出口温度控制在55℃±2℃范围内，就会限制结垢条件，延长设备使用寿命，同时可防止出现烫伤人的事故。

建筑热水换热器除配温度计、压力表、安全阀或膨胀管等外，主要应配备一个好的温度控制阀。半即热式换热器应配灵敏可靠的温控装置和超温超压的安全装置自不必说，就是容

积、半容积式换热器亦需配置质量可靠的被加热水温度控制阀。有的用户为了省钱，采用劣质温控阀，设备运行时，根本不起作用，只好人工控温。结果水温得不到良好的控制，盘管外过水断面很快被水垢堵塞，时间一长，整个盘管报废，大大地浪费了人力、物力和财力。个别严重者，使用时造成烫伤人的事故。因此，采用了一个合适可靠的温控阀是保证换热器良好运行使用的关键因素。

《建筑给水排水设计规范》第4.4.13条第一款规定“水加热器的一侧应用净宽不小于0.7m的通道，前端应留有抽出加热盘管的位置”即水加热设备必须具有抽出换热盘管进行检修、更换的条件。另外，根据“压力容器安全技术监察规程”的要求，压力容器每隔3-6年至少进行一次内外部检验。浮动盘管换热器容积式的可在设备内部维修，半即热式换热器抽出管束所占空间远远小于U型管换热器抽出管束所占空间，在旧设备改造和空间有限的情况下，浮动盘管换热器更适合。

二、U型管换热器

1.U管换热器的优点

管束可抽出来机械清洗；壳体与管壁不受温差限制；可在高温、高压下工作，一般温度≤500℃，压力≤10MPa，改变密封形式可用于≥10MPa；可用于壳程结垢比较严重的场合；可用于管程易腐蚀场合。U形管式换热器结构简单，只有一个管板，节省材料，质量轻。

2.U管换热器的缺点

在U型处易产生冲蚀，特别在两相流存在的情况下应严格控制管内流速；管程不适用结垢较重的场合；不适用于内导流筒，故死区较大；单管程热交换器不适用，换热器管内流体为双程；管间距较大，管束中心有一部分空隙，所以传热性能较差。壳程流体容易走短路。管子不易更换，坏了的管子就只能堵塞不用。适用于管内走高温、高压、腐蚀性较大，但不易结垢的流体，管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。管外可以走易结垢的流体。因各排管子曲率不一，管子长度不同，故管子分布不如直管均匀。管束中部管子不能检查更换，堵管后管子报废率较直管大一倍，因为由一块管板承受全部支承作用，相同壳体内径的管板，厚度大于其他形式。换热器直径较大时，U型部分支承有困难，管束抗振性差。焊接工艺相对复杂一些。

当采用自备热源时，由燃油燃气机组配换热器供给建筑热水时，用什么样的换热器宜经技术经济比较确定。一般来说宜选用贮热容积为20min左右的半容积或容积换热器，这样换热器大小适当，又不要加大燃油燃气机组的负荷，供水安全可靠。

注：本资料由【广州能科换热设备有限公司】整理，仅供学习参考！