板式换热器 板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、应用广泛、使用寿命长等特点。在相同压力损失情况下，其传热系数比管式换热器高3-5倍，占地面积为管式换热器的三分之一，热回收率可高达90%以上。 板式换热器的型式主要有框架式（可拆卸式）和钎焊式两大类，板片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板片三种。 中文名 板式换热器 外文名 Plate Type Heat Exchanger 组 成 板式换热器、平衡槽、热水装置等 类 型 框架式（可拆卸式）和钎焊式 标 准 GB16409-1996《板式换热器》 优 点 换热效率高、热损失小 结构原理 板式换热器结构图拆解 可拆卸板式换热器是由许多冲压有波纹薄板按一定间隔，四周通过垫片密封，并用框架和压紧螺旋重叠压紧而成，板片和垫片的四个角孔形成了流体的分配管和汇集管，同时又合理地将冷热流体分开，使其分别在每块板片两侧的流道中流动，通过板片进行热交换。 板式换热器的优化设计计算，就是在已知温差比NTUE的条件下，合理地确定其型号、流程和传热面积，使NTUp等于NTUE。 [4] 基本组成结构如图所示： 板式换热器 ⒈板式换热器板片和板式换热器密封垫片 ⒉固定压紧板 ⒊活动压紧板 ⒋夹紧螺栓 ⒌上导杆 ⒍下导杆 ⒎后立柱 特点 （板式换热器与管壳式换热器的比较） a.传热系数高； 由于不同的波纹板相互倒置，构成复杂的流道，使流体在波纹板间流道内呈旋转三维流动，能在较低的雷诺数（一般Re=50~200）下产生紊流，所以传热系数高，一般认为是管壳式的3~5倍。 b.对数平均温差大，末端温差小。 在管壳式换热器中，两种流体分别在管程和壳程内流动，总体上是错流流动，对数平均温差修正系数小，而板式换热器多是并流或逆流流动方式，其修正系数也通常在0.95左右，此外，冷、热流体在板式换热器内的流动平行于换热面、无旁流，因此使得板式换热器的末端温差小，对水换热可低于1℃，而管壳式换热器一般为5℃fff. 板式换热器 c.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的2~5倍，也不像管壳式那样要预留抽出管束的检修场所，因此实现同样的换热量，板式换热器占地面积约为管壳式换热器的1/5~1/8。 d.容易改变换热面积或流程组合； 只要增加或减少几张板，即可达到增加或减少换热面积的目的；改变板片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，而管壳式换热器的传热面积几乎不可能增加。 e.重量轻； 板式换热器的板片厚度仅为0.4~0.8mm，而管壳式换热器的换热管的厚度为2.0~2.5mm，管壳式的壳体比板式换热器的框架重得多，板式换热器一般只有管壳式重量的1/5左右。 f. 价格低； 采用相同材料，在相同换热面积下，板式换热器价格比管壳式约低40%~60%。 g. 制作方便； 板式换热器的传热板是采用冲压加工，标准化程度高，并可大批生产，管壳式换热器一般采用手工制作。 h. 容易清洗； 框架式板式换热器只要松动压紧螺栓，即可松开板束，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。 板式换热器 i. 热损失小； 板式换热器只有传热板的外壳板暴露在大气中，因此散热损失可以忽略不计，也不需要保温措施。而管壳式换热器热损失大，需要隔热层。 j. 容量较小； 约为管壳式换热器的10%~20%。 k. 单位长度的压力损失大； 由于传热面之间的间隙较小，传热面上有凹凸，因此比传统的光滑管的压力损失大。 l. 不易结垢； 由于内部充分湍动，所以不易结垢，其结垢系数仅为管壳式换热器的1/3~1/10. m. 工作压力不宜过大，可能发生泄露； 板式换热器采用密封垫密封，工作压力一般不宜**过2.5MPa，介质温度应在低于250℃以下，否则有可能泄露。 n. 易堵塞； 由于板片间通道很窄，一般只有2~5mm，当换热介质含有较大颗粒或纤维物质时，容易堵塞板间通道。 基本分类 一般情况下，我们主要根据结构来区分板式换热器，也就是根据外形来区分，可分为四大类：①可拆卸板式换热器（又叫带密封垫片的板式换热器）、②焊接板式换热器、③螺旋板式换热器、④板卷式换热器（又叫蜂窝式换热器）。 其中，焊接板式换热器又分为：半焊接板式换热器、全焊接板式换热器、板壳式换热器、钎焊板式换热器。 经常用到的分类还有以下： 1 根据单位空间内的换热面积的多少，板式换热器属于紧凑式换热器，主要是与管壳式换热器进行比较，传统的管壳式换热器占地较大。 2 根据工艺用途，又有不同的叫法：板式加热器、板式冷却器、板式冷凝器、板式预热器； 3根据流程组合，分为单程板式换热器和多程板式换热器； 4 根据两种介质的流动方向，分为顺流（并流）板式换热器、逆流板式换热器、交叉流（横流）板式换热器，后两者用的比较多； 5 按照流道的间隙大小，分为常规间隙板式换热器和宽间隙板式换热器； 6 按照波纹，板式换热器有更详细的分别，不再累述，请参考：板式换热器板片波纹形式。 7 按照是否是成套产品，可分为单机板式换热器、板式换热器机组。 选型计算 板型选择 板片型式或波纹式应根据换热场合的实际需要而定。对流量大允许压降小的情况，应选用阻力小的板型，反之选用阻力大的板型。根据流体压力和温度的情况，确定选择可拆卸式，还是钎焊式。确定板型时不宜选择单板面积太小的板片，以免板片数量过多，板间流速偏小，传热系数过低，对较大的换热器更应注意这个问题。 流程和流道的选择 流程指板式换热器内一种介质同*动方向的一组并联流道，而流道指板式换热器内，相邻两板片组成的介质流动通道。一般情况下，将若干个流道按并联或串联的方式连接起来，以形成冷、热介质通道的不同组合。 流程组合形式应根据换热和流体阻力计算，在满足工艺条件要求下确定。尽量使冷、热水流道内的对流换热系数相等或接近，从而得到较佳的传热效果。因为在传热表面两侧对流换热系数相等或接近时传热系数获得较大值。虽然板式换热器各板间流速不等，但在换热和流体阻力计算时，仍以平均流速进行计算。由于“U”形单流程的接管都固定在压紧板上，拆装方便。 压降校核 在板式换热器的设计选型时，一般对压降有一定的要求，所以应对其进行校核。如果校核压降**过允许压降，需重新进行设计选型计算，直到满足工艺要求为止。 计算方法 关于传热系数和压降的计算，由各个厂家产品的性能曲线计算得到。性能曲线（准则关联式）一般来自于产品的性能测试。对于缺少性能测试的板型，也可通过参考尺寸法，根据板型的特性几何尺寸获得板型的准则关联式，国际上的一些通用软件均采用这种方法。 选型软件 关于板式换热器的选型软件，一般各自厂家根据自己的板型都有自己的选型软件。国际上通用的软件有HTRI，HTFS等。通用的计算软件公开的很少，国内一些网站如换热支持网站提供了提供了板式换热器的在线计算软件，可供参考使用。 常见故障 外漏 主要表现为渗漏（量不大，水滴不连续）和泄漏（量较大，水滴连续）。外漏出现的主要部位为板片与板片之间的密封处、板片二道密封泄漏槽部位以及端部板片与压紧板内侧。 串液 主要特征为压力较高一侧的介质串入压力较低一侧的介质中，系统中会出现压力和温度的异常。如果介质具有腐蚀性，还可能导致板式换热器密封垫片的腐蚀。串液通常发生在导流区域或者二道密封区域处。 压降大 介质进、出口压降**过设计要求，甚**出设计值许多倍，严重影响系统对流量和温度的要求。在供暖系统中，若热侧压降过大，则一次侧流量将严重不足，即热源不够，导致二次侧出温度不能满足要求。 供热温度不能满足要求 主要特征是出口温度偏低，达不到设计要求。 设计特点 1、高效节能：其换热系数在3000～4500kcal/m2·°C·h，比管壳式换热器的热效率高3~5倍。 2、结构紧凑：板式换热器板片紧密排列，与其他换热器类型相比，板式换热器的占地面积和占用空间较少，面积相同换热量的板式换热器仅为管壳式换热器的1/5。 3、容易清洗拆装方便：板式换热器靠夹紧螺栓将夹固板板片夹紧，因此拆装方便，随时可以打开清洗，同时由于板面光洁，湍流程度高，不易结垢。 4、使用寿命长：板式换热器采用不锈钢或钛合金板片压制，可耐各种腐蚀介质，胶垫可随意更换，并可方便在、拆装检修。 5、适应性强：板式换热器板片为独立元件，可按要求随意增减流程，形式多样；可适用于各种不同的、工艺的要求。 6、不串液，板式换热器密封槽设置泄液液道，各种介质不会串通，即使出现泄露，介质总是向外排出。 应用领域 板式换热器已广泛应用于冶金、矿山、石油、化工、电力、医药、食品、化纤、造纸、轻纺、船舶、供热等部门，可用于加热、冷却、蒸发、冷凝、杀菌消毒、余热回收等各种情况。 太阳能利用：参与太阳能集热板中传热介质乙二醇等防冻液热量交换过程，以达到利用太阳能目的。 化学工业：制造氧化钛、酒精发酵、合成氨、树脂合成、制造橡胶、冷却磷酸、冷却甲醛水、碱炭工业、电解制碱。 钢铁工业：冷却淬火油，冷却电镀用液、冷却减速器润滑油、冷却轧制机、拉丝机冷却液。 冶金行业：铝酸盐母液的加热和冷却，冷却铝酸钠，炼铝轧机润滑油冷却。 机械制造业：各种淬火液冷却，冷却压力机、工业母机润滑油，加热发动机用油。 食品工业 制盐，乳品，酱油，醋的杀菌、冷却，动植物油加热、冷却，啤酒生产中啤酒、麦芽汁的加热冷却，制糖，明胶浓缩，杀菌、冷却，制造谷氨酸钠。 纺织工业：各种废液热回收，沸腾磷化纤维的冷却，冷却粘胶液，醋酸和酸醋酐的冷却，冷却碱水溶液，粘胶丝的加热和冷却。 造纸工业：冷却黑水，漂白用盐、碱液的加热、冷却，玻璃纸废液的热回收，加热蒸煮酸，冷却氢氧化钠水溶液，回收漂白张纸的废液，排气的凝缩，预热浓缩纸浆似的废液。 集中供暖 热电厂废热区域供暖，加热生活用水，锅炉区域供暖。 油脂工业：加热、冷却合成洗涤剂，加热鲸油，冷却植物油，冷却氢氧化钠，冷却甘油、乳化油。 电力工业：发电机轴泵冷却，变压器油冷却。 船 舶：柴油机，*冷却器，卸套水冷却器，活塞冷却器，润滑油冷却器，预热器，海水淡化系统（包括多级及单级）。 海水养殖育苗： 配套锅炉给育苗海水升温已节约煤炭的使用，从而节能环保提高效率。 其他：医药、石油、建陶、玻璃、水泥、地热利用等。 故障处理 外漏 产生原因：①夹紧尺寸不到位、各处尺寸不均匀（各处尺寸偏差不应大于3 mm）或夹紧螺栓松动。② 部分密封垫脱离密封槽，密封垫主密封面有脏物，密封垫损坏或板式换热器密封垫片老化。③ 板片发生变形，组装错位引起跑垫。④在板片密封槽部位或二道密封区域有裂纹。实例：北京、青海和新疆等地的多个热力站均采用饱和蒸汽作为一次侧热源供暖，由于蒸汽温度较高，在设备运行初期系统不稳定的情况下，橡胶密封垫在高温下失效，引起蒸汽外漏。 处理方法：① 在无压状态，按制造厂提供的夹紧尺寸重新夹紧设备，尺寸应均匀一致，压紧尺寸的偏差应不大于±0．2N (mm)(N。为板片总数），两压紧板间的平行度应保持在2 mm 以内。② 在外漏部位上做好标记，然后换热器解体逐一排查解决，重新装配或更换垫片和板片。③ 将开换热器解体，对板片变形部位进行修理或者更换板片。在没有板片备件时可将变形部位板片暂时拆除后重新组装使用。④ 重新组装拆开的板片时，应清洁板面，防止污物粘附着于垫片密封面。 串液 产生原因：① 由于板材选择不当导致板片腐蚀产生裂纹或穿孔。②操作条件不符合设计要求。③ 板片冷冲压成型后的残余应力和装配中夹紧尺寸过小造成应力腐蚀。④板片泄漏槽处有轻微渗漏，造成介质中有害物质（如C1）浓缩腐蚀板片，形成串液。实例：某铝业有限公司硫酸系统中1台板片材料为254 SMo的BR03板式换热器，在运行5个月后出现冷却水侧碳钢接管腐蚀泄漏，酸液泄漏到了冷却水侧。检查发现板片酸液进口处和导流区域有严重的腐蚀及开裂现象。现场分析发现，系统运行温度、流量和浓度等工艺参数均**出设计条件，使用温度远**出材料的适用范围。采用饱和蒸汽作为一次侧热源的板式换热器在运行过程中容易发生板片腐蚀，导致产品串液。这是 由于蒸汽温度较高，设备运行中很容易造成橡胶密封垫在高温下失效，引起蒸汽外漏并在二道密封区域急速冷凝。随着外漏的不断进行，冷凝残液越聚越多，局部形成cl质量浓度较高区域，达到破坏板片表面钝化层的腐蚀条件。同时，由于此区域板片冷冲压形成的内部应力较大，在表面钝化层被破坏的情况下，内部应力作用导致应力腐蚀的发生。 处理方法：① 更换有裂纹或穿孔板片，在现场用透光法查找板片裂纹。②调整运行参数，使其达到设计条件。③换热器维修组装时夹紧尺寸应符合要求，并不是越小越好。④板式换热器板片材料合理匹配。 压降过大 产生原因：①运行系统管路未进行正常吹洗，特别是新安装系统管路中许多脏物（如焊渣等）进入板式换热器的内部，由于板式换热器流道截面积较窄，换热器内的沉淀物和悬浮物聚集在角孔处和导流区内，导致该处的流道面积大为减小，造成压力主要损失在此部位。② 板式换热器**选型时面积偏小，造成板间流速过高而压降偏大。③ 板式换热器运行一段时间后，因板片表面结垢引起压降过大。 实例：2000年我厂为新疆用户提供了BR10型板式换热器，用于水一水换热的集中供热系统，一次供水设计温度为130℃。在换热器设计选型时，传热导数偏高，接近5 500 w/(rn ·K），而实际应在3 500 w/(rn ·K）。同时，设计单位在水泵选型时流量余量又偏大，造成换热器二次侧介质板间流速**过1 m/s，实际运行压降在0.2～0.3 MPa，使得二次网水力平衡严重失调。 处理方法： ① 清除换热器流道中的脏物或板片结垢，对于新运行的系统，根据实际情况每周清洗一次。清洗板片表面水垢（主要指CaCO3）时，选用含0.3 氨基磺酸溶液或含0.3 乌洛托品、0.2 苯胺、0.1硫氰酸钾的0.8 硝酸溶液作为清洗液，清洗温度4O～6O℃。不拆卸设备化学浸泡清洗时，要打开换热器冷介质进、出口，或安装设备时在介质进、出口接管上安装DN25清洗口，将配好的清洗液注入设备中，浸泡后用清水清洗干净残留酸液，使pH≥7。拆开清洗时，将板片在清洗液中浸泡30 min，然后用软刷轻刷结垢，最后用清水清洗干净。清洗过程中应避免损伤板片与橡胶垫。若采用不拆卸机械反冲洗方法，应事先在介质进、出口管路上接一管口，将设备与机械清洗车连接，把清洗液按介质流动的反方向注入设备，循环清洗时间10～15 min，介质流速控制在0.05～0.15 m/s。最后再用清水循环几遍，使清水中Cl质量浓度控制在25 mg/I 以下。 ② 二次循环水较好采用经过软化处理后的软水，一般要求水中悬浮物质量浓度不大于5 mg/L、杂质直径不大于3 mm、pH≥ 7。当水温不大于95℃时，Ca 、Mg 浓度应不大于2 mmol/L；当水温大于95℃ 时，Ca 、Mg 浓度应不大于0．3 mmol/L、溶解氧质量浓度应不大于0．1 mg/L。 ③对于集中供热系统，可以采用一次向二次补水的方法。 供热温度不能满足要求 产生原因：① 一次侧介质流量不足，导致热侧温差大，压降小。② 冷侧温度低，并且冷、热末端温度低。③ 并联运行的多台板式换热器流量分配不均。④换热器内部结垢严重。 处理方法：① 增加热源的流量或加大热源介质管路直径。② 平衡并联运行的多台板式换热器的流量。③拆开板式换热器清洗板片表面结垢。 主要控制参数 板水加热器的主要控制参数为水加热器的单板换热面积、总换热面积、热水产量、换热量、传热系数K、设计压力、工作压力、热媒参数等。 产品选用要点 ⒈ 板式换热器选用控制参数为换热器材质、工作压力、设计温度等。 ⒉ 选用换热器时，应尽量使换热系数小的一侧得到大的流速，并且尽量使两流体换热面两侧的换热系数相等或相近，提高传热系数。经换热器加热的流体温度应比换热器出口压力下的饱和温度低10℃，且应低于二次水所用水泵的工作温度。 ⒊ 含有泥沙脏物的流体宜经过过滤后进入换热器。 ⒋ 选用板式换热器时，温差较小侧流体的接口处流速不宜过大，应能满足压力降的要求。 ⒌ 对于流量大允许压力降小的情况应选用阻力小的板型，反之，选用阻力大的板型。 ⒍ 根据流体压力和温度情况选用可拆卸式或电焊式。 ⒎ 不宜选用单板面积太小的板片，以免板片数量过多，板间流速偏小，降低传热系数。 ⒏ 板式换热器的换热介质不宜为蒸汽。
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