板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種新型高肖換熱器。各扳片之間形成許多小流通斷面的流道，通過(guò)扳片進(jìn)行熱量交換。它與常規(guī)的殼管式換熱器相比，在相同的流動(dòng)阻力和泵功率消耗情況下，其傳熱系數(shù)要高出很多。在適用范圍內(nèi)有取代殼管式換熱器的趨勢(shì)。國(guó)外自60年代開(kāi)始，應(yīng)用已非常普遍。國(guó)內(nèi)板式換熱器的應(yīng)用遠(yuǎn)不及國(guó)外，這與人們對(duì)扳式換熱器的了解程度、使用習(xí)慣及國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的水平有關(guān)。70年代，我國(guó)板式換熱器大多用在食品、輕工、機(jī)械等部門；70年代初期，擴(kuò)大到民用建筑的集中供熱；80年代中期，隨著高層建筑集中空調(diào)的增多和空調(diào)制冷設(shè)備產(chǎn)品的更新?lián)Q代，在空調(diào)制冷領(lǐng)域里的應(yīng)用已名列前茅。
板式換熱器型式主要有框架式(可拆卸式)和釬焊式兩大類。扳片形式主要有人字形波紋板、水平平直波紋板和瘤形板共三種。
2 、板式換熱器的特點(diǎn)
2．1 板式換熱器與殼管式換熱器的比較
(1)傳熱系數(shù)高。由于不同的波紋板相互倒置，構(gòu)成復(fù)雜流道，使流體在波紋板間流道內(nèi)呈旋轉(zhuǎn)三維流動(dòng)，能在較低的雷諾效(～般Re=50～200)下產(chǎn)生紊流，所以傳熱系數(shù)高，一般認(rèn)為是殼管式的3～5倍。
(2)對(duì)數(shù)平均溫差大，末端溫差小。在殼管式換熱器中，兩種流體分別在殼程和管程內(nèi)流動(dòng)，總體上是錯(cuò)流流動(dòng)，對(duì)數(shù)平均溫差修正系數(shù)小而板式換熱器多是并流或逆流流動(dòng)方式，其修正系數(shù)通常在0 95左右。此外．冷、熱液體在板式換熱器內(nèi)的流動(dòng)平行于換熱面．無(wú)旁流，因此使得板式換熱器的末端溫差小，對(duì)水一水換熱可低于1。c，而殼管式換熱器一般為5。c。
(3)占地面積小。板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積內(nèi)的換熱面積為殼管式的2—5倍，也不象殼管式那樣要預(yù)留抽出管柬的檢修場(chǎng)地，因此實(shí)現(xiàn)同樣的換熱量，扳式換熱器占地面積約為殼管式換熱器的1/5—1/10。
(4)容易改變換熱面積或流程組合。只要增加或減少幾張板片，即可達(dá)到增加或減少換熱面積的目的；改變板片排列或更換幾張板片，即可達(dá)到所要求的流程組合，適應(yīng)新的換熱工況，而殼管式換熱器的傳熱面積幾乎不可能增減。
(5)重量輕。板式換熱器的板片厚度僅為0.4～0.8mm，殼管式換熱器的換熱管厚度為2.0--2.5mm，殼管式的殼體比扳式換熱器的框架重得多，板式換熱器一般只有殼管式重量的1/5左右。
(6)價(jià)格低。采用相同材料，在相同換熱面積下．板式換熱器價(jià)格比殼管式約低40％ ～60％。
(7)制作方便。板式換熱器的傳熱板是采用沖壓加工，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，并可大批生產(chǎn)，殼管式換熱器一般采用手工制作。
(8)容易清洗。框架式板式換熱器只要松動(dòng)壓緊螺掛，即可板開(kāi)板柬，卸下板片進(jìn)行機(jī)械清洗，在需要經(jīng)常清洗設(shè)備的場(chǎng)合使用十分方便。
(9)熱損失小。板式換熱器只有傳熱板的外殼板暴露在大氣中，因此散熱損失可以忽略不計(jì)，不需要保溫措施。而殼管式換熱器熱損失大，則必需保溫。
(10)容量較小。是殼管式換熱器的10％ ～20％。
(11)單位長(zhǎng)度的壓力損失大。由于傳熱面之間的間隙較小，傳熱面上有凹凸，因此比傳統(tǒng)的光滑管的壓力損失大。
(12)不易結(jié)垢。由于內(nèi)部水流湍急，不易結(jié)垢，其結(jié)垢系數(shù)僅為管式換熱器的1/3～1/10。
(13)板式換熱器采用密封墊密封，工作壓力一般不宜超過(guò)2.5MPa，介質(zhì)溫度應(yīng)低于250~C以下，否則有可能泄漏。
(14)由于板片間通道很窄，一般只有2—5mm，當(dāng)換熱介質(zhì)含有較大顆粒或纖維物質(zhì)時(shí)，容易堵塞。
2．2 國(guó)產(chǎn)板式換熱器與國(guó)外板式換熱器產(chǎn)品比較舉例
產(chǎn) 地： SWEP公司 國(guó)內(nèi)廠家
結(jié)構(gòu)形式： 墊片式．釬焊式 墊片式
品 種： 53種 10種左右
單片換熱面積： 0.012-3.37 0.1-2.0
板材： AISa304、AISI316、鈦鈀合金。AISa304為主
SMO254哈氏合金
板厚(mm) ： 0.3—0.5 0.7—1.0
K值(kcal.m2.h.℃) ：4000一8000 2000一4000
流量( m3／h) ： 最大1800 最大1000
墊片材料： NBR.EPDN .VTTON．PTFE NBR．EPDM
工作溫度(℃) 墊片式：≤265，釬焊式：≤ 225 墊片式：≤170
工作壓力(bar) 墊片式：≤20．釬焊式：≤30 ≤16
板紋 ： 拼裝板 人字型
板紋組臺(tái) ： 6種 3種
3 板式換熱器設(shè)計(jì)選型爰使用中應(yīng)注意的問(wèn)題
3．1 板式換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算中應(yīng)注意的一些問(wèn)題
板式換熱器傳熱計(jì)算基本公式為：Q=KFΔtm ，式中：Q為換熱量(W) ，Q=G(i1一i2 )，G為質(zhì)量流量(kg/s)，i1 、i2為流體進(jìn)、出口的焓值。
(2)K為傳熱系數(shù)( W／m2℃)，K=(1/ac +1/ah+Rp+Rh+ Rco1+ Rco2)-1
其中ab.ah 為熱、冷流體側(cè)換熱系數(shù)(W/m2·℃)，當(dāng)給定流速w時(shí)，可根據(jù)廠家提供的準(zhǔn)則關(guān)系式得出；Rp為板片熱阻( m2.℃/W)；Rh、Rc為熱、冷流體側(cè)污垢熱阻(m2.℃/w)；
Rco1、Rco2為涂層熱阻(m2.℃/W)。
(3)F為有效傳熱面積(m2 )，如樣本未特殊注明，均指成型板減去導(dǎo)流、密封等部分的面積，不是設(shè)想的展平面積。K和 a均以此面積為基準(zhǔn)。
(4)△tm 為有效傳熱面積溫差(℃)，△tm=Ψ△t N，因?yàn)闇夭钚拚禂?shù)，它隨玲、熱流體相對(duì)流動(dòng)方向的不同而異。△t N 為對(duì)數(shù)平均溫差。在利用上式進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)主要參數(shù)的取值問(wèn)題：
3．1．1 △tm值
由于國(guó)內(nèi)外廠家在板形設(shè)計(jì)上有差異，一次成型工藝水乎有區(qū)別，導(dǎo)致分流均勻程度不同，故換熱效率有高低之分。據(jù)有關(guān)資料介紹，國(guó)外板式換熱器的最小對(duì)數(shù)平均溫差標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為1℃，而我國(guó)為3℃，但許多廠家已突破這一點(diǎn)，據(jù)說(shuō)可以達(dá)1.5℃，即△tm=2℃。這樣可以減少換熱面積，節(jié)省換熱設(shè)備投資，但相應(yīng)地要提高空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備的型號(hào)，又增加了投資。因此，溫差的選取，應(yīng)進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析．但對(duì)冷凍水系統(tǒng)而言，應(yīng)控制在1.5～2℃范圍內(nèi)。
3．2．2 水流速W
據(jù)有關(guān)資料介紹，換熱面積的多少與速度的0 6～0．9次冪成正比．而功率消耗則與速度的3次冪成正比。可見(jiàn)，低速可以節(jié)能，減少運(yùn)行費(fèi)用。但過(guò)分低的流速將導(dǎo)致傳熱系
數(shù)的大幅度下降，換熱面積的增加，初投資加大。因此，從理論上講，板式換熱器應(yīng)存在一個(gè)最佳流速問(wèn)題，即在此流速下其初投資和運(yùn)行費(fèi)用最小。經(jīng)實(shí)踐證明，一般水流速控制
在0.2～0.6m／s為宜。對(duì)于高溫水的集中供熱系統(tǒng)，一般外網(wǎng)留給換熱站的允許壓降為30—50kPa．所在板式換熱器的計(jì)算中，一次側(cè)熱媒側(cè)流速應(yīng)控制在0.2～0.4m／s的范圍內(nèi)。
3．1．3 污垢熱阻R
板式換熱器的污垢熱阻，比普通的殼管式換熱器的污垢熱阻小，這主要是由于傳熱板的凹凸不平，流體在流道中易形成紊流，流體中的固體顆粒難以沉積；在結(jié)構(gòu)上，殼管式換熱器在殼體與折流板連接處流體有停留空間，板式換熱器沒(méi)有這樣的停留空間；板式換熱器表面光滑，有時(shí)好似鏡面：由于板面薄、耐腐蝕強(qiáng)，不易產(chǎn)生沉積，板式換熱器沒(méi)有死區(qū)，滯留量小，可以報(bào)方便地進(jìn)行拆卸清洗或化學(xué)清洗。板式換熱器的污垢熱阻無(wú)論在什么情況下，均不會(huì)超過(guò)0.00014m.℃／W。
3．1．4 壁溫計(jì)算
在計(jì)算換熱系數(shù)時(shí)，為了確定液體的粘度或溫差，必須知道板片的壁面溫度。一般壁面溫度可采用試算法確定，具體步驟如下：
(1)根據(jù)玲、熱流體的溫度，假定一側(cè)壁溫 ；
(2)由準(zhǔn)則關(guān)系式求該側(cè)換熱系數(shù)
(3)由公式q。= a1(t1—tw1 )計(jì)算該側(cè)單位面積上的換熱量ql；
(4)根據(jù)板片的熱阻Rp用公式 ：tw2=tw1-q1 Rp計(jì)算另一側(cè)壁溫 tw2；
(5)由準(zhǔn)則關(guān)系式求出另一側(cè)換熱系數(shù)a2；
(6)由公式q2=a2（tw2-t2）計(jì)算另一單位面積換熱量q2，如果假定的壁溫正確，則應(yīng)有 q1=q2；若 q1≠q2，則應(yīng)重新假定壁溫再進(jìn)行計(jì)算，直至q1與q2基本相當(dāng)為止。
為了準(zhǔn)確快速．可用計(jì)算機(jī)計(jì)算；也可用圖解法計(jì)算，即假定多個(gè)壁溫，把計(jì)算出的 q1與q2畫成圖，其中q1與q2相交點(diǎn)即為壁溫。
3．2 板式換熱器選型時(shí)應(yīng)注意的向題
3．2．1 板型選擇
板片型式或波紋形式應(yīng)根據(jù)換熱場(chǎng)合的實(shí)際需要而定。對(duì)流量大允許壓降小的情況，應(yīng)選用阻力小的板型，反之選用阻力大的板型。根據(jù)流體壓力和溫度的情況，確定選擇可拆卸式，還是釬焊式。確定板型時(shí)不宜選擇單板面積太小的板片，以免板片數(shù)量過(guò)多．板間流速偏小，傳熱系數(shù)過(guò)低，對(duì)較大的換熱站更應(yīng)注意此問(wèn)題。
3．2．2 流程和流道的選擇
流程是指板式換熱器內(nèi)一種介質(zhì)同一流動(dòng)方向的一組并聯(lián)流道，而流道則是指板式換熱器內(nèi)，相鄰兩板片組成的介質(zhì)流動(dòng)通道。一般情況下，將若干個(gè)流道按并聯(lián)或串聯(lián)的方式連接起來(lái)，以形成冷、熱介質(zhì)通道的不同組合形式流程組合形式應(yīng)根據(jù)換熱和流體阻力，在滿足工藝要求下確定。盡量使冷、熱水流流道內(nèi)的對(duì)流換熱系數(shù)相等或接近時(shí)傳熱系數(shù)獲得較大值。雖然板式換熱器各板間流速不相等，但在換熱和辯e體阻力計(jì)算時(shí)，仍以平均流速進(jìn)行計(jì)算。
3．2．3 壓降校核
在板式換熱器的設(shè)計(jì)選型時(shí)．一般對(duì)壓降有一定的要求．所以應(yīng)對(duì)其進(jìn)行校核。如果校核壓降超過(guò)允許壓降，需重新進(jìn)行設(shè)計(jì)選型計(jì)算，直到滿足工藝要求為止。一般廠家在樣本中給出壓降計(jì)算公式，如果生產(chǎn)廠家投有提供計(jì)算公式，可參照文獻(xiàn)[1]進(jìn)行計(jì)算如果工藝對(duì)壓降無(wú)要求，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)上考慮，對(duì)于水一水換熱器的壓降應(yīng)不大于0.06MPa為宜。
3．2．4 板式換熱器用作冷凝器和燕發(fā)器時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題
供熱工程上用的蒸汽一熱水換熱器，制冷空調(diào)設(shè)備如冷水機(jī)組、熱泵冷熱水機(jī)組上用的水側(cè)換熱器(蒸發(fā)器、冷凝器)，已往經(jīng)常是用殼管式換熱器。為了減少體積，提高傳熱效率，目前應(yīng)用板式換熱器的日趨增多。迄今為止，板式換熱器的板型基本上是為液一液換熱目的而設(shè)計(jì)的，但這種換熱器不作任何改動(dòng)用作冷凝器，其換熱效果仍然比殼管式換熱器好。近年來(lái)，國(guó)外陸續(xù)研制出若干專用的板式蒸發(fā)器和冷凝器，并已大量應(yīng)用，收到了良好的效果。
目前板式換熱器生產(chǎn)廠家均未提供凝結(jié)換熱和沸騰換熱的準(zhǔn)則式，在進(jìn)行板式換熱器的設(shè)計(jì)選型計(jì)算時(shí)可利用文獻(xiàn)[1]提供的參考公式。但要注意以下一些問(wèn)題：
(1)一般玲凝和沸騰均可在一個(gè)流程中完成，因此，相變一側(cè)經(jīng)常布置成單流程，液體側(cè)可根據(jù)需要布置成單程或多程。在暖通空調(diào)翩冷疆域，水側(cè)一般也是單流程為多。
(2)對(duì)板式冷凝器，設(shè)計(jì)時(shí)一般不要使冷凝段與過(guò)冷段并存．因?yàn)檫^(guò)冷段的換熱效率低，如果需要過(guò)冷 原則上應(yīng)單獨(dú)設(shè)過(guò)冷器。
(3)板式冷凝器及蒸發(fā)器設(shè)計(jì)同樣存在一個(gè)允許壓降問(wèn)題冷凝器內(nèi)壓降大，會(huì)壤蒸汽的冷凝溫度降低，造成對(duì)數(shù)平均溫差小；蒸發(fā)器內(nèi)壓降大，會(huì)造成出口蒸汽過(guò)熱度加大，兩者都會(huì)使換熱器面積加大，對(duì)換熱是不利的。因此，在選擇板式蒸發(fā)器時(shí)，應(yīng)盡量選阻力較小的板片，且每臺(tái)的板片數(shù)不宜過(guò)多；盡量使供液分配均勻。板式冷凝器應(yīng)采用中間隔板向兩邊分掖的方法。
(4)在選型時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用板式冷凝器和板式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)型式，在無(wú)合適型號(hào)時(shí)可選常用的一般板式換熱器。
(5)對(duì)使用在制冷空調(diào)設(shè)備上的板式換熱器，由于制冷劑壓力高，滲漏能力強(qiáng)，宜采用釬焊式板式換熱器
3．3 板式換熱器使用時(shí)應(yīng)注意的一些問(wèn)題
3．3．1 墊片
對(duì)于可拆卸式板式換熱器，墊片的密封性決定了整個(gè)換熱器的性能。墊片經(jīng)多次松開(kāi)和壓緊容易損壞，需要更換。墊片是用機(jī)械或粘接的方式嵌入溝槽的，當(dāng)使用壓縮石棉墊片時(shí)，必須在表面涂上防粘劑，以防粘在換熱板槽中。
3．3．2 檢修
板式換熱器屬于壓力容器，必須定期檢查，檢查腐蝕狀態(tài)，如有腐蝕，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，必須修理；當(dāng)腐蝕嚴(yán)重，不可能修復(fù)，必須更換新件。板件拆裝時(shí)順序不要搞錯(cuò)。此外，板式換熱器應(yīng)定期清洗。
3．3．3 使用
板式換熱器盡管應(yīng)用廣泛，可處理的流體達(dá)200種以上，但對(duì)于每種板式換熱器而言．有其特定的使用條件板式換熱器一經(jīng)選定，便不可隨便作它用，否則會(huì)造成嚴(yán)重后果。如板式換熱器對(duì)運(yùn)行工作壓力和溫度有一定的限制，如果超出該范圍，勢(shì)必造成泄漏、腐蝕甚至爆裂等后果。
4 結(jié)論
目前供熱、制冷空調(diào)設(shè)備及系統(tǒng)應(yīng)用板式換熱器的越來(lái)越大，已成為板式換熱器的重要用戶．但設(shè)計(jì)選型方法很不一致，造成有的選型過(guò)大，工程投資增加，效果也未充分發(fā)揮；有的選型偏小，造成使用效果不好．不能滿足運(yùn)行工況要求，甚至造成損失。本文指出的板式換熱器設(shè)計(jì)選型應(yīng)注意的一些問(wèn)題，對(duì)于工程設(shè)計(jì)選型、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)人員興許有一定的參考價(jià)值，還應(yīng)當(dāng)指出，這些問(wèn)題，對(duì)于不同的板式換熱器都是適用的。
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