中建二局第三建筑工程有限公司北京100070
摘要：整体换热机组系统以其体积小，占地小，且集结传统换热机房全部功能而作为创新系统设置，现正在被专业人士认可，相信此技术必然得到热力系统的大力应用
关键词：整体式换热机组；传热系数；对数平均温差；占地面积
1．前言
我国目前建筑工程采暖系统绝大部分采用蒸汽或热水作为介质，通过空气对流传热形式来实现取暖，用于闭式循环冷却水系统的水水换热器有两类，一类是管壳换热器，另一类是板式换热器。
目前国外整体式换热机组技术已经相当成熟，而在我国，同国外相比，还存在着差距。本技术是我司在承建北京林业大学学研中心（教学用房）工程施工中，对此系统进行了设计优化、施工及应用，并对同类采暖系统工程进行了调研，经过总结形成的。
2．特点
2.1优点：
2.1.1传热系数高
管壳式换热器的结构，从强度方面看是很好的，但从换热角度看不甚理想，因为流体在壳程中流动时存在着折流板-壳体、折流体-换热管、管束-壳体之间的旁路。通过这些旁路的流体，没有充分参与换热。而板式换热器，不存在旁路，而且板片的波纹能使流体在较小的流速下产生湍流。所以板式换热器有较高的传热系数，是管壳式换热器的3-5倍。
完成同一换热任务，采用管壳式换热器和采用板式换热器的比较，板式换热器的换热面积仅为管壳式换热面积的1/3-1/4。
2.1.2对数平均温差大
在管壳式换热器中，两种流体分别在壳程和管程内流动，总体上是错流的流动方式。如果近一步地分析，壳程为混合流动，管程是多股流动，所以对数平均温差都应采用修正系数。修正系数通常较小。流体在板式换热器内的流动，总体上是并流或者逆流的流动方式，其温差修正系数一般大于0.8，通常为0.95。
2.1.3占地面积小
板式换热器结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式换热器的2-5倍，也不像管壳式换热器那样要预留抽出管束的检修场地（除非吊出安装位置进行检修），因此实现同样的换热任务时，板式换热器的占地面积约为管壳式换热器的1/5-1/10。
2.1.4重量轻
板式换热器的板片厚度仅为0.5mm，管壳式换热器的换热管厚度为2.0-2.5mm，管壳式换热器的壳体比板式换热器的框架重的多。在完成同样换热任务的情况下，板式换热器所需的面积比管壳式换热器的小，一般来说仅为管壳式换热器的1/5左右。
2.1.5价格低
板式换热器主要用金属板材，因而原材料的价格比同样金属的管材要低廉，制造过程主要是冲压成型，机加工较少。板片组装时分A、B两种依次叠加，一般设计板片时，常使A、B板能在一个冲模冲压出来，组装时只要将A板倒转180°即成B板。零件通用性很大，通用零件可达90％以上（管壳式换热器只有13%的零件可以通用），大大降低了制造成本。板式换热器虽然采用耐腐蚀优质不锈钢材料制造，但其制造成本却与碳钢管壳式换热器相当。
2.1.6末端温差小
管壳式换热器在壳程中流动的流体和换热面交错并绕流，还存在旁流。而板式换热器的冷、热流体在板式换热器内的流动平行于换热面，且无旁流，这样使得板式换热器的末端温度很小，对于水-水换热可以低于1℃，而管壳式换热器大约为5℃，这对于回收低温位的热能是很有利的。
2.1.7污垢系数低
板式换热器的污垢系数比管壳式换热器的污垢系数小很多，其原因是流体的剧烈湍流，杂质不易沉积；板间通道的流通死区小；不锈钢制造的换热面光滑且腐蚀附着物少；且清洗容易。
2.1.8多种介质换热
如果板式换热器中间隔板，则一台设备可进行三种或三种以上（多个中间隔板）介质的换热。管壳式换热器无法实现在一台设备中进行多种介质的换热。
2.1.9清洗方便
把板式换热器的压紧螺柱卸掉后，即可卸下板片，进行机械清洗，这对需要经常清洗设备的换热过程十分方便。
2.1.10很容易改变换热面积或流程组合
只要增加（或减少）几张板片，即可达到需要增加（或减少）的换热面积。改变板片的排列，或更换几张板片即可达到所要求的流程组合，适应新的换热工况。
缺点：
2.2.1工作压力在2.5MPa以下
板式换热器是靠垫片密封的，密封周边很长，而且角孔的两道密封处的支撑情况较差，垫片得不到足够的压紧力，所以目前板式换热器的最高工作压力仅为2.5MPa，单板面积在1平方时，其工作压力往往低于2.5MPa。
2.2.2工作温度在250℃以下
板式换热器的工作温度决定于密封垫片能承受的温度。用橡胶类弹性垫片时，最高工作温度在200℃以下；用压缩石棉绒垫片工作温度为250-260℃。由于压缩石棉绒垫片的弹性差，所以工作压力较用橡胶垫片低。
2.2.3不宜于进行堵塞通道的介质的换热
板式换热器的板间通道很窄，一般为3-5mm，当换热介质中含有较大的固体颗粒或纤维物质时，就容易堵塞板间通道。对这种换热场合，应考虑在入口装设过滤器，或采用再生冷却系统。
3．适用范围
整体换热机组系统可广泛的应用于宾馆、办公楼、医院、学校、商场、别墅区、住宅小区的集中供热制冷，以及其它商业和工业建筑空调系统。
4．工艺原理
整体换热机组是二次水经过过滤除污，经由循环进入换热器，被高温水加热后进行供热。高温水进入板式换热器后，变成凝结水或高温回水返回热源，进行一、二次供热系统的回路循环，补水泵将软水打入系统中以保持系统压力的恒定。达到节约部分能量的目的。
5．工艺流程及操作要点
5.1整体换热机组施工工艺流程，见图5.1.1-1：
图5.1.1-1整体换热机组施工工艺流程图
5.2施工操作要点：
该系统包括四大部分，分别为机组设备安装；管道及管件安装；阀门仪表安装；配电柜安装。
5.2.1机组设备安装施工工艺流程及操作要点：
5.2.1.1设备卸车：
将换热机组吊至地面。后用卷扬机、千斤顶、倒链、滚杠等把设备运到机房。吊放时应注意设备的方位。
5.2.1.2设备就位：
机组吊上基础后，在机组四角用四台满足要求的千斤顶将机组提升，进行平面位置找正。待机组中心与基础中心线重合，放下机组。
5.2.1.3找正找平：
设备吊装就位后，使其中心与基础轴线重合。根据设备说明书采用适合的方法进行找平。
5.2.1.4附属设备安装：
机组找平固定后，安装仪表、阀门及附属设备。
5.2.2管道及管件安装施工工艺流程及操作要点：
5.2.2.1施工程序：预留预埋→支架定位→现场定位→支架安装→管道安装→系统试压→刷漆、保温→调试
5.2.2.2施工方法：
预留预埋：所有穿墙的管道都必须准确预留孔洞，以避免后期施工中打洞。管道穿结构墙的位置必须预埋套管，而不准后期打凿，以免破坏结构。
支架制作：同一系统的管道支架必须统一形式，力求整齐、美观，支架应按标准图制安。
支架安装：安装支架采用膨胀螺栓固定，膨胀螺栓的选用应按照国家标准进行。
5.2.2.3管道安装流程及注意事项：
（1）管道在安装前经检查、检验合格，并用水平仪测量出房内标高线，在安装时以此为基准标高线，并查支架立柱垂直偏差和相对位置准确性。
（2）管道安装前，首先应根据设计要求定出阀门、管件的位置，再按管道的标高，根据管道距离和坡度大小，算出每个支架的高度差。
（3）将检验检查合格的管道，在施工现场用手砂轮机打出坡口，并清除管端、四周铁锈，用吊装工具吊装，吊装时要有有经验的吊装工指挥，吊装就位后，用临时支撑或用烘干的电焊条电焊，找平找正，并根据标高调整管托，调整管道的坡度和平直度，以保证安装焊接合格。
（4）管道安装注意事项：
①管材及附件要求：无缝钢管，焊接或法兰连接，主要规格为DN50—DN500，安装前必须按设计要求严格检查，其表面应平整，无裂纹、缩孔、夹渣、折叠、重皮、凹凸等缺陷；管件壁厚不得超过壁厚负偏差；法兰密封面应光洁，不得有径向沟槽、气孔、裂纹、毛刺或其它降低强度和联接可靠性的缺陷。
②管道除锈、防腐、油漆要求：钢管表面应用钢丝刷、砂纸等方式进行手工除锈，除锈应去除钢管表面油污、铁锈、松动或翘起的氧化皮。管道除锈完毕后将管道表面清理干净，管道刷两遍防腐漆，管道表面油漆基层应光洁均匀，不得有露底、油漆流挂等缺陷，钢管两端应为焊接留出100mm长表面不刷防锈漆层，便于焊接。
（5）管道焊接施工方法及要求：
①从事管道焊接的操作工人必须持有上岗证件，其证件必须在施焊范围和有效期内；
②焊接环境温度不得低于-20℃，若温度较低时必须停止施工或设暖棚和围挡设施，管道焊接应多层焊接、焊缝均匀，焊熘不得高于母材，焊口不得有夹杂、焊熘、气孔等现象；
③管道采用角磨机加工坡口，坡口表面应打磨平整；
④管道焊接时先用小直径焊条打底，焊缝经检查清理后再进行填缝和面层焊接；
⑤焊接组对前应将坡口及其内外侧表面不小于10mm范围内的毛刺等清除干净，且不得有裂纹、夹层等缺陷；
⑥从事管道安装前施工人员现场实测实量安装位置、安装尺寸、施工环境、做好现场安全措施；
⑦焊缝距支吊架净距离不应小于50mm。管道对接焊口采用V型坡口，坡口形式及坡口尺寸应符合规范要求；
⑧管道不得进行强力对口进行焊接，内壁应平齐，错边量不得超过管壁厚度的10%，且不应大于2mm。不宜在管道焊缝及其边缘上开孔。管道对接焊口应做到内壁齐平，内壁错边量不宜超壁厚的10%，且不大于2mm，当内壁错边量大于2mm，或外壁错边量大于3mm时应进行修整。管子对口时应在距接口中心200mm处测量平直度，当公称直径小于100mm时，允许偏差为1mm，当公称直径大于或等于100mm时，允许偏差2mm，但全长允许偏差均为10mm。
（4）管道法兰连接施工方法及要求：
法兰连接应保持平行、同轴，其偏差不大于法兰外径的1.5‰，且不大于2mm。螺栓孔中心偏差一般不超过孔径的5％，并保证螺栓自由穿入，不得用强紧螺栓的方法消除歪斜，加热管子、加扁垫或金属垫等方法来消除接口端面的空隙、偏差、错口或不同心等缺陷。螺栓使用同一规格安装方向一致。
5.2.3阀门仪表安装施工工艺流程及操作要点：
进场阀门制造厂首先必须提供产品质量和使用保证书，按照设计文件核对其型号，检查填料，其压盖螺栓应留有调节余量，按规范要求100%进行强度和严密性试验外，阀门的壳体试验压力为公称压力的1.5倍，试验时间不得少于5分钟，以壳体填料无渗漏为合格；密封试验以公称压力进行，以阀辨密封为合格。安装时按介质流向确定安装方向；如设计未明确阀门安装位置时，应安装在便于维修的位置；安装时应将阀芯关闭；水平安装阀门，其阀杆和手轮应放在上方或安装在上半周范围内。
5.2.4管道及阀门试验：管道安装完毕后，必须对管道进行系统水压试验，对阀门应进行强度和严密性试验。
管道水压试验：管道安装完毕应做水压试验，水压试验必须在对管道的坐标、标高、基础、支架、坡度、管件及附属设备安装进行检查。水压试验的介质为水，试验压力为1.6MPa。在试验压力下，稳压10min，压力下降不得大于0.02MPa，再将系统压力降至工作压力，在60min内压力不得下降、外观检查无渗漏为合格。
阀门强度试验：试验压力为公称压力的1.5倍，持续时间不少于5min，阀门的壳体、填料无渗漏为合格。
阀门严密性试验：试验压力为公称压力的1.1倍，试验压力在试验持续的时间内应保持不变，时间应符合表5.2.4-1的规定，以阀瓣密封面无渗漏为合格。
5.2.5.2.配电及控制系统的安装施工操作要点：
配电及控制系统的控制箱、柜的安装及接线须由专业人员施工，控制柜安装所有附件、备件应齐全，外表不应有任何机械损伤。控制箱、柜安装就位顺序应根据现场条件确定，材料进场安装顺序不得妨碍其他箱柜的进场安装为原则，按图就位位置施工；电线、电缆敷设前必须进行绝缘测试，导线绝缘良好，外皮无损伤，接线时应避免交叉，并固定牢固，不得使所接的子排受到机械应力。
试验合格后可以施工，敷设的电线、电缆不得有绝缘层破损或接头现象，进入控制箱、柜的导线应留足够的余量。
接地系统必须可靠连接与跨接，做到连接牢固、可靠，搭接长度、边数符合规范要求，安全保护、防静电等均应按照设计要求施工。施工过程中要及时用接地电阻测试仪做好各点检测，保证达到设计要求的接地电阻≯10Ω。
5.2.6系统调试
5.2.6.1调试前的准备工作
（1）系统调试以前，首先应熟悉整体换热机组系统全部设计资料，包括图纸和设计说明，充分领会设计意图，了解各种设计参数、系统的全貌及设备的性能及使用方法等；
（2）调试前，调试人员必须会同设计、施工和建设单位，对已经安装好的系统机型现场验收，主要是查清施工与设计要求不符合及加工安装质量不合格的地方，并且提出意见整改；
（3）根据前两项工作的准备情况，根据工程特点编制调试计划。
（4）准备好试验调整所需仪器和必须工具，安排好调试人员及调试配合人员，调试配合人员应包括管道工和电工。
5.2.6.2安全措施
（1）进入现场调试人员应严格遵守现场各种规章制度。
（2）调试人员调试时，应遵守各种所调试设备的操作规程，不得随意开启用电设备，及损坏现场设施。
（3）调试人员在高处作业时，应有保护，以防梯子滑动。
（4）调试人员在升降平台上工作时，要有保护装置。
5.2.6.3系统无负荷测定与调试主要项目：
（1）整体换热机组及水泵噪声的测定
（2）系统运行的压力、温度、流量等各项技术数据应符合有关技术文件的规定。
（3）设计要求满足的其它调试项目。
5.2.6.4系统运转前的检查：
（1）系统必须安装完毕，运转调试前会同建设单位进行全面检查，全部符合设计、施工及验收规范和工程质量标准的要求，才能进行运转和调试。
（2）核对机组水泵的型号、规格是否与设计相符；地脚螺栓是否拧紧，减振台座是否平整。
（3）检查调节阀门，开启应灵活、定位装置可靠。
（4）水泵启动可连续运转。
（5）系统的阀门均应处于工作状态。
5.2.6.5系统运转及调试：
系统联动试运转应在暖通空调设备单机试运转测定合格后进行。系统联动试运转时，设备及主要部件的联动必须协调，动作正确，无异常现象。
6．材料与设备
6.1材料与设备，见表6.1.1-1：
7．质量控制
7.1本工法使用的施工规范及技术标准
《建筑给排水与采暖工程施工质量验收规范》GB50242—2002
7.2建立有效的质量控制体系，加强材料采购验收，所用材料必须保证合格证、材质说明书等资料齐全。
7.3在安装过程中，做到随安装、随检查、随记录，施工过程中严格控制管道焊接质量以及设备安装符合规范、标准要求.
7.4管道试验：管道安装完毕后，必须对管道系统进行水压试验。
7.4.1管道水压试验：管道安装完毕应做水压试验，水压试验必须在对管道的坐标、标高、基础、支架、坡度、管件及附属设备安装进行检查。水压试验的介质为水，试验压力为1.6MPa。在试验压力下，稳压10min，压力下降不得大于0.02MPa，再将系统压力降至工作压力，在60min内压力不得下降、外观检查无渗漏为合格。
7.4.2阀门强度试验：试验压力为公称压力的1.5倍，持续时间不少于5min，阀门的壳体、填料无渗漏为合格。
7.4.3阀门严密性试验：试验压力为公称压力的1.1倍，试验压力在规定的试验持续时间内应保持不变，以阀瓣密封面无渗漏为合格。
7.5设备与管道连接点要牢固，以免运行过程中出现故障。
7.6设备与管道之间必须采用金属软连接，减少振动。
8.安全措施
8.1严禁高空坠落物件伤人。
8.2在有孔洞和无防护栏处，将孔洞遮盖和搭设临时防护栏，保证施工安全。
8.3高空安装时必须要要戴好安全带，防止高空坠落。
8.4除锈工作人员，应按操作工艺施工，要做好自我保护，不要使铁渣溅到身上造成击伤。
8.5现场设置专职检查员，全面检查施工措施的落实情况，将人员和设备事故的苗头消灭在萌芽之中。
8.6管道试压时应划定安全区，禁止闲杂人员入内。
8.7在进行吊装作业时，只能由专人指挥，不得多人进行指挥。
8.8施工中不乱扔物品，每一工序施工中不给后面工序留隐患，严格文明操作，杜绝不文明行为；服从施工现场统一管理。
8.9现场的材料要码放整齐，施工人员要坚持文明施工。
8.10对安装施工中的电线管采用临时封堵措施。对安装的成品、半成品、设备等放置在专门的材料库中由专人看管。
8.11树立成品保护意识，每个工序要保质保量完成，尤其是交叉作业中，杜绝破坏其它专业成品。
8.12人员着装整齐，不酗酒闹事，举止文明。
9.环保措施
9.1严格遵守和执行国家和有关部门的环境保护法律、法规和规章，认真做好施工区域的环境保护工作。
9.2施工中切割机、打磨机、电钻机、焊机等要专人操作，持证上岗，要轻拿轻放，平稳运转，减少产生粉尘；选用低噪音机械，力求减少噪音污染；对运转机械要经常性维护，要及时加润滑脂；
9.3切管、打磨、修口等施工人员要配备防尘器具，如：面具、口罩等；及时湿润环境。
9.4施工现场做好通风措施。
9.5施工垃圾、废弃物要及时清理，要做到工完场清。
9.6避免夜间施工，控制噪声值，昼间施工小于85db，夜间小于55db。
总结：
整体换热机组取代了热交换站，节约了设备机房成本，节约了人工费，应用前景广大。
作者简介：
1：卞昊，男，1973年1月出生，高级工程师，中建二局第三建筑工程有限公司，，重庆大学毕业给排水专业，现机电项目经理。
2：吕宝平，男，1965年12月出生，助理工程师，中建二局第三建筑工程有限公司，重庆建筑专科学校，暖通专业，现机电项目经理。
3：赵建胜，男，1988年12月出生，助理工程师，中建二局第三建筑工程有限公司，北方交通大学毕业，给排水专业，现机电项目经理。