今天，欧亚小编继续分享板式换热器的常见故障与维修（二）
四、压降大的诊断与处理
1.压降大的表现与危害
板式换热器进出口压差是衡量其运行阻力的重要指标,过大的压差会导致:
(1)泵功耗增加:
为克服PHE阻力,输送泵须提高扬程,增大功率,耗电量显著上升。
(2)系统能效降低:
泵的效率下降,会拖累整个制冷系统的性能系数,能耗成本大幅攀升。据测算,PHE压降每升高10kPa,制冷COP就降低0.1以上。
(3)振动噪声:
压差过大引起流体高速射流,冲刷板片,产生剧烈振动和空化噪声,加速设备磨损老化。
欧亚1360kw水源热泵机组，出水温度75°
2.压降大的成因分析
PHE压降异常增大的原因主要包括:
(1)板片结垢堵塞:
水垢在狭长流道内的沉积会显著减小过流面积,是造成高压差的最主要原因。当堵塞面积超过20%时,压降可增加1倍以上。
(2)纹路磨损:
波纹板片的凸凹纹路在长期冲刷下会逐渐磨平,粗糙度下降,紊流强化效应减弱,导致流阻增大。
(3)流量超标:
实际运行流量超过PHE设计流量,会引起局部流速过高,雷诺数偏大,摩擦阻力急剧上升。
(4)介质物性变化:
流体温度、密度等物性参数的波动,尤其是黏度的升高,会引起流体流动状态改变,压降增大。
(5)气泡夹带:
冷凝器冷媒出口夹带汽泡进入PHE,会干扰流场,形成局部紊流,引起额外压损。
3.压降大的诊断与处理
针对PHE压降异常问题,可采取以下诊断、清洗、优化措施:
(1)诊断监测
常规压降诊断主要靠人工巡检,记录PHE进出口压力表读数,计算差值并绘制压降趋势曲线。先进的智能诊断系统采用差压变送器自动采集数据,结合热工参数,评估PHE实时运行状态。如程林等搭建的在线监测平台可实现压降的无人值守诊断,并及时预警。
此外,结合热工参数分析也可辅助压降诊断。如PHE进出口温差或传热系数突变,往往说明结垢堵塞;出口温度波动明显,则暗示流量超标;夹带气泡会导致出口测温reads波动。
(2)清洗疏通
对于轻度堵塞,可采用在线冲洗,即利用流体动压强化冲刷,剥离垢块。具体做法是在PHE进口加装旁通管,定期切换高速水流,可使堵塞度降低50%。王振东等设计的智能冲洗装置可根据压降反馈实时优化冲洗周期和流速。
重度堵塞则需化学清洗。常用10%盐酸加0.5%缓蚀剂,60℃浸泡6h,可溶解大部分垢。清洗后用高压水枪冲洗,再用NaOH中和,最后用清水冲净。近年来兴起的超声波清洗技术利用空化效应剥蚀污垢,可使PHE压降恢复到出厂水平的90%以上。
(3)工况优化
针对PHE纹路磨损导致的高压差,可对波纹板进行抛光处理,提高表面光洁度,减小流阻。激光抛光可使粗糙度降低80%,压降降低40%以上。
针对流量偏差问题,应结合PHE设计工况,优化流量调节阀的控制策略。采用变频调速,实现流量的柔性调控,可将压降控制在设计值的120%以内。
针对气泡夹带,可在PHE进口装汽液分离器,滤除冷媒夹带汽泡。离心式分离器对直径大于0.1mm的气泡,捕集率可达98%以上。
两台1360kw水源热泵机组，出水温度75°
五、换热恶化的诊断与处理
1.换热恶化的表现与危害
PHE的传热系数是衡量其换热性能的核心指标,其恶化会导致:
(1)出口温差增大:
PHE冷热流体出口温度差距拉大,换热不充分,降低了制冷效果。
(2)系统效率下降:
为弥补换热量损失,压缩机功率需增大,制冷系统性能系数(COP)显著下降。有研究表明,传热系数每降低10%,COP就下降5%。
(3)换热面结霜:
部分制冷剂温度过低,易在PHE冷侧表面凝华成霜,进一步恶化传热,引发连锁反应。
2.换热恶化的成因分析
引起PHE换热恶化的主因除结垢堵塞外,还包括:
(1)板片数量不足:
实际换热量大于设计值时,板片数量配置不足,换热面积偏小,难以传递足够热量。
(2)板型选择不当:
板片波纹角度、斜度等参数选择不当,易形成热点、死水区,导致局部传热恶化。
(3)板间错流:
相邻板片的错流引起了冷热流体的掺混,降低了端差温,恶化了传热温差。
(4)热应力变形:
PHE启停时的温度应力会引起板片变形,改变了流道间距,加大了边界层热阻。
3.换热恶化的诊断与处理
针对PHE换热恶化问题,可采取以下诊断、检修、优化措施:
(1)诊断评估
常规诊断主要通过测量PHE进出口冷热流体温度,计算对数平均温差(LMTD),再结合实测换热量,评估传热系数。先进的诊断方法如Wilson-plot法,通过多次测试拟合传热系数与流量的函数关系,可实现传热系数的动态评估。Zhang等还提出了基于人工神经网络的PHE智能诊断模型,输入工况参数即可预测传热系数,诊断准确率高达95%。
针对PHE结霜问题,目视检查冷侧板片是最直观的诊断手段。红外热成像技术可实现更精细的诊断,通过温度云图可判断结霜部位和程度。
(2)检修清洗
对于轻微的换热恶化,及时清洗可有效恢复性能。采用前述的化学浸泡、高压冲洗等方法,可使板片清洁如初,传热系数恢复到90%以上。对于因板片数量不足引起的恶化,应重新设计、增加板片,扩大换热面积。
对于因热应力变形导致的恶化,需矫正变形错位的板片。轻微弯曲可用橡胶锤扳正,而严重变形则需热处理矫平。PHE换热恶化的修复中,板片平整度公差应小于0.2mm,波纹错位小于2mm。
(3)优化设计
针对PHE换热恶化,优化设计主要从以下方面着手:
首先,应优选高传热、低阻力的板型。采用人字形波纹可强化湍流,传热系数提高20%以上;采用不等角度螺旋波纹,可削弱死水区,换热量提高15%。
其次,减小板间距可强化紊流换热。当板间距从3mm减小到1.5mm,传热系数可提高50%以上,但板数也应随之增加,以免流速过高。
第三,错开上下板片的进出口位置,可避免错流引起的换热温差损失。同时,进出口管径应采用渐扩结构,减小局部流动死区。
第四,控制PHE内外温差在合理范围内,可减小热应力变形。板片宜采用低膨胀系数材料,温差控制在80℃以内。Gherasim等采用梯度布置板片厚度,由内向外递增,将热变形量降低70%。
此外,在PHE冷侧铺设亲水涂层,可有效抑制结霜。Wang等采用TiO2纳米涂层,提高了表面亲水性,使冰霜晶粒尺寸减小60%,换热系数提高25%。
文章内容来自网络，图片为欧亚制冷工厂实拍
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