板式換熱器設(shè)計特點

1、高效節(jié)能：其換熱系數(shù)在3000～4500kcal/m²·°C·h，比管殼式換熱器的熱效率高3~5倍。

2、結(jié)構(gòu)緊湊：板式換熱器板片緊密排列，與其他換熱器類型相比，板式換熱器的占地面積和占用空間較少，面積相同換熱量的板式換熱器僅為管殼式換熱器的1/5。

3、容易清洗拆裝方便：板式換熱器靠夾緊螺栓將夾固板板片夾緊，因此拆裝方便，隨時可以打開清洗，同時由于板面光潔，湍流程度高，不易結(jié)垢。

4、使用壽命長：板式換熱器采用不銹鋼或鈦合金板片壓制，可耐各種腐蝕介質(zhì)，膠墊可隨意更換，并可方便在、拆裝檢修。

5、適應(yīng)性強：板式換熱器板片為獨立元件，可按要求隨意增減流程，形式多樣；可適用于各種不同的、工藝的要求。

6、不串液，板式換熱器密封槽設(shè)置泄液液道，各種介質(zhì)不會串通，即使出現(xiàn)泄露，介質(zhì)總是向外排出。

可拆卸板式換熱器是由許多沖壓有波紋薄板按一定間隔，四周通過墊片密封，并用框架和壓緊螺旋重疊壓緊而成，板片和墊片的四個角孔形成了流體的分配管和匯集管，同時又合理地將冷熱流體分開，使其分別在每塊板片兩側(cè)的流道中流動，通過板片進行熱交換。

板式換熱器的優(yōu)化設(shè)計計算，就是在已知溫差比NTUE的條件下，合理地確定其型號、流程和傳熱面積，使NTUp等于NTUE。

板型選擇

板片型式或波紋式應(yīng)根據(jù)換熱場合的實際需要而定。對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。確定板型時不宜選擇單板面積太小的板片，以免板片數(shù)量過多，板間流速偏小，傳熱系數(shù)過低，對較大的換熱器更應(yīng)注意這個問題。

流程和流道的選擇

流程指板式換熱器內(nèi)一種介質(zhì)同一流動方向的一組并聯(lián)流道，而流道指板式換熱器內(nèi)，相鄰兩板片組成的介質(zhì)流動通道。一般情況下，將若干個流道按并聯(lián)或串聯(lián)的方式連接起來，以形成冷、熱介質(zhì)通道的不同組合。

流程組合形式應(yīng)根據(jù)換熱和流體阻力計算，在滿足工藝條件要求下確定。盡量使冷、熱水流道內(nèi)的對流換熱系數(shù)相等或接近，從而得到最佳的傳熱效果。因為在傳熱表面兩側(cè)對流換熱系數(shù)相等或接近時傳熱系數(shù)獲得較大值。雖然板式換熱器各板間流速不等，但在換熱和流體阻力計算時，仍以平均流速進行計算。由于“U”形單流程的接管都固定在壓緊板上，拆裝方便。

壓降校核

在板式換熱器的設(shè)計選型時，一般對壓降有一定的要求，所以應(yīng)對其進行校核。如果校核壓降超過允許壓降，需重新進行設(shè)計選型計算，直到滿足工藝要求為止。

計算方法

關(guān)于傳熱系數(shù)和壓降的計算，由各個廠家產(chǎn)品的性能曲線計算得到。性能曲線（準則關(guān)聯(lián)式）一般來自于產(chǎn)品的性能測試。對于缺少性能測試的板型，也可通過參考尺寸法，根據(jù)板型的特性幾何尺寸獲得板型的準則關(guān)聯(lián)式，國際上的一些通用軟件均采用這種方法。

選型軟件

關(guān)于板式換熱器的選型軟件，一般各自廠家根據(jù)自己的板型都有自己的選型軟件。國際上通用的軟件有HTRI，HTFS等。通用的計算軟件公開的很少，國內(nèi)一些網(wǎng)站如換熱支持網(wǎng)站提供了提供了板式換熱器的在線計算軟件，可供參考使用。

一般情況下，我們主要根據(jù)結(jié)構(gòu)來區(qū)分板式換熱器，也就是根據(jù)外形來區(qū)分，可分為四大類：①可拆卸板式換熱器（又叫帶密封墊片的板式換熱器）、②焊接板式換熱器、③螺旋板式換熱器、④板卷式換熱器（又叫蜂窩式換熱器）。

其中，焊接板式換熱器又分為：半焊接板式換熱器、全焊接板式換熱器、板殼式換熱器、釬焊板式換熱器。

經(jīng)常用到的分類還有以下：

1 根據(jù)單位空間內(nèi)的換熱面積的多少，板式換熱器屬于緊湊式換熱器，主要是與管殼式換熱器進行比較，傳統(tǒng)的管殼式換熱器占地較大。

2 根據(jù)工藝用途，又有不同的叫法：板式加熱器、板式冷卻器、板式冷凝器、板式預熱器；

3根據(jù)流程組合，分為單程板式換熱器和多程板式換熱器；

4 根據(jù)兩種介質(zhì)的流動方向，分為順流（并流）板式換熱器、逆流板式換熱器、交叉流（橫流）板式換熱器，后兩者用的比較多；

5 按照流道的間隙大小，分為常規(guī)間隙板式換熱器和寬間隙板式換熱器；

6 按照波紋，板式換熱器有更詳細的分別，不再累述，請參考：板式換熱器板片波紋形式。

7 按照是否是成套產(chǎn)品，可分為單機板式換熱器、板式換熱器機組。

（板式換熱器與管殼式換熱器的比較）

a.傳熱系數(shù)高；

由于不同的波紋板相互倒置，構(gòu)成復雜的流道，使流體在波紋板間流道內(nèi)呈旋轉(zhuǎn)三維流動，能在較低的雷諾數(shù)（一般Re=50~200）下產(chǎn)生紊流，所以傳熱系數(shù)高，一般認為是管殼式的3~5倍。

b.對數(shù)平均溫差大，末端溫差小。

在管殼式換熱器中，兩種流體分別在管程和殼程內(nèi)流動，總體上是錯流流動，對數(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方式，其修正系數(shù)也通常在0.95左右，此外，冷、熱流體在板式換熱器內(nèi)的流動平行于換熱面、無旁流，因此使得板式換熱器的末端溫差小，對水換熱可低于1℃，而管殼式換熱器一般為5℃fff.

c.占地面積小。

板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積內(nèi)的換熱面積為管殼式的2~5倍，也不像管殼式那樣要預留抽出管束的檢修場所，因此實現(xiàn)同樣的換熱量，板式換熱器占地面積約為管殼式換熱器的1/5~1/8。

d.容易改變換熱面積或流程組合；

只要增加或減少幾張板，即可達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，即可達到所要求的流程組合，適應(yīng)新的換熱工況，而管殼式換熱器的傳熱面積幾乎不可能增加。

e.重量輕；

板式換熱器的板片厚度僅為0.4~0.8mm，而管殼式換熱器的換熱管的厚度為2.0~2.5mm，管殼式的殼體比板式換熱器的框架重得多，板式換熱器一般只有管殼式重量的1/5左右。

f. 價格低；

采用相同材料，在相同換熱面積下，板式換熱器價格比管殼式約低40%~60%。

g. 制作方便；

板式換熱器的傳熱板是采用沖壓加工，標準化程度高，并可大批生產(chǎn)，管殼式換熱器一般采用手工制作。

h. 容易清洗；

框架式板式換熱器只要松動壓緊螺栓，即可松開板束，卸下板片進行機械清洗，這對需要經(jīng)常清洗設(shè)備的換熱過程十分方便。

i. 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，也不需要保溫措施。而管殼式換熱器熱損失大，需要隔熱層。

j. 容量較小；

約為管殼式換熱器的10%~20%。

k. 單位長度的壓力損失大；

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。

l. 不易結(jié)垢；

由于內(nèi)部充分湍動，所以不易結(jié)垢，其結(jié)垢系數(shù)僅為管殼式換熱器的1/3~1/10.

m. 工作壓力不宜過大，可能發(fā)生泄露；

板式換熱器采用密封墊密封，工作壓力一般不宜超過2.5MPa，介質(zhì)溫度應(yīng)在低于250℃以下，否則有可能泄露。

n. 易堵塞；

由于板片間通道很窄，一般只有2~5mm，當換熱介質(zhì)含有較大顆?；蚶w維物質(zhì)時，容易堵塞板間通道。

外漏

主要表現(xiàn)為滲漏（量不大，水滴不連續(xù)）和泄漏（量較大，水滴連續(xù)）。外漏出現(xiàn)的主要部位為板片與板片之間的密封處、板片二道密封泄漏槽部位以及端部板片與壓緊板內(nèi)側(cè)。

串液

主要特征為壓力較高一側(cè)的介質(zhì)串入壓力較低一側(cè)的介質(zhì)中，系統(tǒng)中會出現(xiàn)壓力和溫度的異常。如果介質(zhì)具有腐蝕性，還可能導致板式換熱器密封墊片的腐蝕。串液通常發(fā)生在導流區(qū)域或者二道密封區(qū)域處。

壓降大

介質(zhì)進、出口壓降超過設(shè)計要求，甚至高出設(shè)計值許多倍，嚴重影響系統(tǒng)對流量和溫度的要求。在供暖系統(tǒng)中，若熱側(cè)壓降過大，則一次側(cè)流量將嚴重不足，即熱源不夠，導致二次側(cè)出溫度不能滿足要求。

供熱溫度不能滿足要求

主要特征是出口溫度偏低，達不到設(shè)計要求。

板水加熱器的主要控制參數(shù)為水加熱器的單板換熱面積、總換熱面積、熱水產(chǎn)量、換熱量、傳熱系數(shù)K、設(shè)計壓力、工作壓力、熱媒參數(shù)等。

⒈板式換熱器板片和板式換熱器密封墊片

⒉固定壓緊板

⒊活動壓緊板

⒋夾緊螺栓

⒌上導桿

⒍下導桿

⒎后立柱

板式換熱器已廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、石油、化工、電力、醫(yī)藥、食品、化纖、造紙、輕紡、船舶、供熱等部門，可用于加熱、冷卻、蒸發(fā)、冷凝、殺菌消毒、余熱回收等各種情況。

太陽能利用：參與太陽能集熱板中傳熱介質(zhì)乙二醇等防凍液熱量交換過程，以達到利用太陽能目的。

化學工業(yè)：制造氧化鈦、酒精發(fā)酵、合成氨、樹脂合成、制造橡膠、冷卻磷酸、冷卻甲醛水、堿炭工業(yè)、電解制堿。

鋼鐵工業(yè)：冷卻淬火油，冷卻電鍍用液、冷卻減速器潤滑油、冷卻軋制機、拉絲機冷卻液。

冶金行業(yè)：鋁酸鹽母液的加熱和冷卻，冷卻鋁酸鈉，煉鋁軋機潤滑油冷卻。

機械制造業(yè)：各種淬火液冷卻，冷卻壓力機、工業(yè)母機潤滑油，加熱發(fā)動機用油。

食品工業(yè)

制鹽，乳品，醬油，醋的殺菌、冷卻，動植物油加熱、冷卻，啤酒生產(chǎn)中啤酒、麥芽汁的加熱冷卻，制糖，明膠濃縮，殺菌、冷卻，制造谷氨酸鈉。

紡織工業(yè)：各種廢液熱回收，沸騰磷化纖維的冷卻，冷卻粘膠液，醋酸和酸醋酐的冷卻，冷卻堿水溶液，粘膠絲的加熱和冷卻。

造紙工業(yè)：冷卻黑水，漂白用鹽、堿液的加熱、冷卻，玻璃紙廢液的熱回收，加熱蒸煮酸，冷卻氫氧化鈉水溶液，回收漂白張紙的廢液，排氣的凝縮，預熱濃縮紙漿似的廢液。

集中供暖

熱電廠廢熱區(qū)域供暖，加熱生活用水，鍋爐區(qū)域供暖。

油脂工業(yè)：加熱、冷卻合成洗滌劑，加熱鯨油，冷卻植物油，冷卻氫氧化鈉，冷卻甘油、乳化油。

電力工業(yè)：發(fā)電機軸泵冷卻，變壓器油冷卻。

船 舶：柴油機，中央冷卻器，卸套水冷卻器，活塞冷卻器，潤滑油冷卻器，預熱器，海水淡化系統(tǒng)（包括多級及單級）。

海水養(yǎng)殖育苗：

配套鍋爐給育苗海水升溫已節(jié)約煤炭的使用，從而節(jié)能環(huán)保提高效率。

其他：醫(yī)藥、石油、建陶、玻璃、水泥、地熱利用等。

⒈ 板式換熱器選用控制參數(shù)為換熱器材質(zhì)、工作壓力、設(shè)計溫度等。

⒉ 選用換熱器時，應(yīng)盡量使換熱系數(shù)小的一側(cè)得到大的流速，并且盡量使兩流體換熱面兩側(cè)的換熱系數(shù)相等或相近，提高傳熱系數(shù)。經(jīng)換熱器加熱的流體溫度應(yīng)比換熱器出口壓力下的飽和溫度低10℃，且應(yīng)低于二次水所用水泵的工作溫度。

⒊ 含有泥沙臟物的流體宜經(jīng)過過濾后進入換熱器。

⒋ 選用板式換熱器時，溫差較小側(cè)流體的接口處流速不宜過大，應(yīng)能滿足壓力降的要求。

⒌ 對于流量大允許壓力降小的情況應(yīng)選用阻力小的板型，反之，選用阻力大的板型。

⒍ 根據(jù)流體壓力和溫度情況選用可拆卸式或電焊式。

⒎ 不宜選用單板面積太小的板片，以免板片數(shù)量過多，板間流速偏小，降低傳熱系數(shù)。

⒏ 板式換熱器的換熱介質(zhì)不宜為蒸汽。

板式換熱器外漏

產(chǎn)生原因：①夾緊尺寸不到位、各處尺寸不均勻（各處尺寸偏差不應(yīng)大于3 mm）或夾緊螺栓松動。② 部分密封墊脫離密封槽，密封墊主密封面有臟物，密封墊損壞或板式換熱器密封墊片老化。③ 板片發(fā)生變形，組裝錯位引起跑墊。④在板片密封槽部位或二道密封區(qū)域有裂紋。實例：北京、青海和新疆等地的多個熱力站均采用飽和蒸汽作為一次側(cè)熱源供暖，由于蒸汽溫度較高，在設(shè)備運行初期系統(tǒng)不穩(wěn)定的情況下，橡膠密封墊在高溫下失效，引起蒸汽外漏。

處理方法：① 在無壓狀態(tài)，按制造廠提供的夾緊尺寸重新夾緊設(shè)備，尺寸應(yīng)均勻一致，壓緊尺寸的偏差應(yīng)不大于±0．2N (mm)(N。為板片總數(shù)），兩壓緊板間的平行度應(yīng)保持在2 mm 以內(nèi)。② 在外漏部位上做好標記，然后換熱器解體逐一排查解決，重新裝配或更換墊片和板片。③ 將開換熱器解體，對板片變形部位進行修理或者更換板片。在沒有板片備件時可將變形部位板片暫時拆除后重新組裝使用。④ 重新組裝拆開的板片時，應(yīng)清潔板面，防止污物粘附著于墊片密封面。

板式換熱器串液

產(chǎn)生原因：① 由于板材選擇不當導致板片腐蝕產(chǎn)生裂紋或穿孔。②操作條件不符合設(shè)計要求。③ 板片冷沖壓成型后的殘余應(yīng)力和裝配中夾緊尺寸過小造成應(yīng)力腐蝕。④板片泄漏槽處有輕微滲漏，造成介質(zhì)中有害物質(zhì)（如C1）濃縮腐蝕板片，形成串液。實例：某鋁業(yè)有限公司硫酸系統(tǒng)中1臺板片材料為254 SMo的BR03板式換熱器，在運行5個月后出現(xiàn)冷卻水側(cè)碳鋼接管腐蝕泄漏，酸液泄漏到了冷卻水側(cè)。檢查發(fā)現(xiàn)板片酸液進口處和導流區(qū)域有嚴重的腐蝕及開裂現(xiàn)象?，F(xiàn)場分析發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)運行溫度、流量和濃度等工藝參數(shù)均超出設(shè)計條件，使用溫度遠超出材料的適用范圍。采用飽和蒸汽作為一次側(cè)熱源的板式換熱器在運行過程中容易發(fā)生板片腐蝕，導致產(chǎn)品串液。這是 由于蒸汽溫度較高，設(shè)備運行中很容易造成橡膠密封墊在高溫下失效，引起蒸汽外漏并在二道密封區(qū)域急速冷凝。隨著外漏的不斷進行，冷凝殘液越聚越多，局部形成cl質(zhì)量濃度較高區(qū)域，達到破壞板片表面鈍化層的腐蝕條件。同時，由于此區(qū)域板片冷沖壓形成的內(nèi)部應(yīng)力較大，在表面鈍化層被破壞的情況下，內(nèi)部應(yīng)力作用導致應(yīng)力腐蝕的發(fā)生。

處理方法：① 更換有裂紋或穿孔板片，在現(xiàn)場用透光法查找板片裂紋。②調(diào)整運行參數(shù)，使其達到設(shè)計條件。③換熱器維修組裝時夾緊尺寸應(yīng)符合要求，并不是越小越好。④板式換熱器板片材料合理匹配。

壓降過大

產(chǎn)生原因：①運行系統(tǒng)管路未進行正常吹洗，特別是新安裝系統(tǒng)管路中許多臟物（如焊渣等）進入板式換熱器的內(nèi)部，由于板式換熱器流道截面積較窄，換熱器內(nèi)的沉淀物和懸浮物聚集在角孔處和導流區(qū)內(nèi)，導致該處的流道面積大為減小，造成壓力主要損失在此部位。② 板式換熱器首次選型時面積偏小，造成板間流速過高而壓降偏大。③ 板式換熱器運行一段時間后，因板片表面結(jié)垢引起壓降過大。

實例：2000年我廠為新疆用戶提供了BR10型板式換熱器，用于水一水換熱的集中供熱系統(tǒng)，一次供水設(shè)計溫度為130℃。在換熱器設(shè)計選型時，傳熱導數(shù)偏高，接近5 500 w/(rn ·K），而實際應(yīng)在3 500 w/(rn ·K）。同時，設(shè)計單位在水泵選型時流量余量又偏大，造成換熱器二次側(cè)介質(zhì)板間流速超過1 m/s，實際運行壓降在0.2～0.3 MPa，使得二次網(wǎng)水力平衡嚴重失調(diào)。

① 清除換熱器流道中的臟物或板片結(jié)垢，對于新運行的系統(tǒng)，根據(jù)實際情況每周清洗一次。清洗板片表面水垢（主要指CaCO₃）時，選用含0.3 氨基磺酸溶液或含0.3 烏洛托品、0.2 苯胺、0.1硫氰酸鉀的0.8 硝酸溶液作為清洗液，清洗溫度4O～6O℃。不拆卸設(shè)備化學浸泡清洗時，要打開換熱器冷介質(zhì)進、出口，或安裝設(shè)備時在介質(zhì)進、出口接管上安裝DN25清洗口，將配好的清洗液注入設(shè)備中，浸泡后用清水清洗干凈殘留酸液，使pH≥7。拆開清洗時，將板片在清洗液中浸泡30 min，然后用軟刷輕刷結(jié)垢，最后用清水清洗干凈。清洗過程中應(yīng)避免損傷板片與橡膠墊。若采用不拆卸機械反沖洗方法，應(yīng)事先在介質(zhì)進、出口管路上接一管口，將設(shè)備與機械清洗車連接，把清洗液按介質(zhì)流動的反方向注入設(shè)備，循環(huán)清洗時間10～15 min，介質(zhì)流速控制在0.05～0.15 m/s。最后再用清水循環(huán)幾遍，使清水中Cl質(zhì)量濃度控制在25 mg/I 以下。

② 二次循環(huán)水最好采用經(jīng)過軟化處理后的軟水，一般要求水中懸浮物質(zhì)量濃度不大于5 mg/L、雜質(zhì)直徑不大于3 mm、pH≥ 7。當水溫不大于95℃時，Ca 、Mg 濃度應(yīng)不大于2 mmol/L；當水溫大于95℃ 時，Ca 、Mg 濃度應(yīng)不大于0．3 mmol/L、溶解氧質(zhì)量濃度應(yīng)不大于0．1 mg/L。

③對于集中供熱系統(tǒng)，可以采用一次向二次補水的方法。

供熱溫度不能滿足要求

產(chǎn)生原因：① 一次側(cè)介質(zhì)流量不足，導致熱側(cè)溫差大，壓降小。② 冷側(cè)溫度低，并且冷、熱末端溫度低。③ 并聯(lián)運行的多臺板式換熱器流量分配不均。④換熱器內(nèi)部結(jié)垢嚴重。

處理方法：① 增加熱源的流量或加大熱源介質(zhì)管路直徑。② 平衡并聯(lián)運行的多臺板式換熱器的流量。③拆開板式換熱器清洗板片表面結(jié)垢。

⒈ 換熱器不應(yīng)有變形，緊固件不應(yīng)有松動或其它機械損傷。

⒉ 設(shè)備吊裝時，吊繩不得掛在接管、定位橫梁或板片上。

⒊ 換熱器周圍預留足夠空間，以便于檢修。

⒋ 冷熱介質(zhì)進出口接管安裝，應(yīng)按照出廠銘牌所規(guī)定方向連接。

⒌ 連接換熱器的管道應(yīng)進行清洗，防止砂石焊渣等雜物進入換熱器，造成堵塞。

⒍ 換熱器應(yīng)以最大工作壓力的1.5倍做水壓試驗，蒸汽部分應(yīng)不低于蒸汽供汽壓力加0.3MPa；熱水部分應(yīng)不低于0.4MPa。

產(chǎn)品標準：

NB/T 47004-2009《板式熱交換器》

工程標準：

GB50242-2016《建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》

CJJ28-2014《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)工程施工及驗收規(guī)范》

相關(guān)標準圖集：05R103《熱交換站工程設(shè)計施工圖集》