【文章內容簡介】 部用L板片組裝，也有有將H板片和L板片相間組裝、分段組裝，這樣組裝的板式換熱器性能介于前兩者之間，在某種意義上來說，相當于第三種性能的板片，稱之為M板片，(混合板片其實是圖26和圖27表示了組裝情況及其相應的性能。在充分利用允許壓降的情況下，這種稱之為換熱混合設計，其換熱面積可減少25～30 %。圖26 大人字角板片（H板）和小人字角板片（L板）以及三種組合的H、M、L流道示圖圖27 H、M、L流道性能示圖為了提高板式換熱器工作壓力和工作溫度，全焊式和半焊式板式換熱器得到了發(fā)展，前者釬焊而成，是不可拆卸的板式換熱器，雖然提高了工作壓力和工作溫度，但喪失了板式換熱器的一些優(yōu)點；后者則每兩張板片焊接在一起成為焊接單元，然后組裝起來，焊接單元之間用墊片密封，這樣焊接單元中的流道可承受較高的溫度和壓力，但不能拆卸，焊接單元之間的流道，能承受的壓力、溫度仍和一般的板式換熱一樣。 特種形式為了適應各種工程的需要，在傳統(tǒng)板式換熱器的基礎上相繼發(fā)展了一些特殊的板片及特殊的板式換熱器。(1)便于裝卸墊片的板片(2)用于冷凝器的板片(3)用于蒸發(fā)器的板片(4)板管式板片(5)雙層板片(6)石墨材料板片(7)寬窄通道的板片 密封墊片板式換熱器的密封墊片是一個關鍵的零件。板式換熱器的工作溫度實質上就是墊片能承受的溫度；板式換熱器的工作壓力也相當程度上受墊片制約。從板式換熱器結構分析，密封周邊的長度()將是換熱面積()的6～8倍，超過了任何其它類型的換熱器。密封墊片是板式換熱器的重要構件，對它的基本要求是耐熱、耐壓、耐介質腐蝕。板式換熱器是通過壓板壓緊墊片，達到密封。為確?？煽康拿芊?，必須在操作條件下密封面上保持足夠的壓緊力。板式換熱器由于密封周邊長，需用墊片量大，在使用過程中需要頻繁拆卸和清洗，泄漏的可能性很大。如果墊片材質選擇不當，彈性不好，所用的膠水不粘或涂的不勻，都可導致運行中發(fā)生脫墊、伸長、變形、老化、斷裂等。加之板片在制造過程中，有時發(fā)生翹曲，也可造成泄漏。一臺板式換熱器往往由幾十片甚至幾百片傳熱板片組成，墊片的中心線很難準，組裝時容易使墊片某段壓偏或擠出，造成泄漏，因此必須適當增加墊片上下接觸面積。墊片材料廣泛采用天然橡膠、腈橡膠、氯丁橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、硅橡膠和氟化橡 以下，最高不超過膠等。這些材料的安全使用溫度一般在以下，最高不超過（見表21）。對橡膠墊片除要求抗介質腐蝕外，還應保證下列機械性能：抗張強度：相對伸長：邵氏硬度：永久變形：增減量：壓縮變形：上述橡膠墊片有不耐有機溶劑腐蝕的缺點。目前國外有采用壓縮石棉墊片和壓縮石棉橡膠墊片，不僅抗有機溶劑腐蝕，而且可耐較高溫度，達。壓縮石棉墊片由于含橡膠量甚少，和橡膠墊片比幾乎是無彈性的，因此需要較高的密封壓緊力。其次當溫度升高后，墊片的熱膨脹有助于更好密封。為了承受這種較大的密封壓緊力和熱膨脹力，框架和墊片必須有足夠的強度。表21 板片的材料代號墊片材料及代號丁晴橡膠三元乙丙橡膠氟丁橡膠 硅橡膠石棉纖維板NEFQA適用溫度20～110 50～150 0～18040～100 20～250 焊接式板式換熱器 半焊式板式換熱器半焊式板式換熱器的結構是每兩張波紋板焊接在一起，然后將它們組合在一起，彼此之間用墊片進行密封。焊接在一起的板間通道走壓力較高的流體，用墊片密封的板間通道走壓力較低的流體，所以這種板式換熱器提高了其中一側的工作壓力。 全焊接式板式換熱器為了使板式換熱器適用于高溫、高壓下工作，將板片互相焊接在一起，在六十年代就有此類產品。ALFALAVAL公司生產的Lamalla板式換熱器就是屬于全焊接式板式換熱器。但是這種結構制造困難，板片破損后也無法修復。3. 板式換熱器的性能特點雖然人們進行多方研究，以求提高工作壓力和工作溫度，但沒有獲得突破；而只是在產品大型化、使用工況多樣化方面取得了一定進展，這就是現(xiàn)已可以制造的大型板式換熱器和采用各種耐腐蝕材料制造的板式換熱器。表31列出了當前國內外板式換熱器的一些技術參數(shù)。表31板式換熱器的技術參數(shù)項目國外國內最大單板面積，2最大單臺面積，2200～1000最高工作壓力，MPa最高工作溫度橡膠墊片200200石棉墊片250250單臺流量3600總體熱系數(shù)3500～7500 板式換熱器的主要優(yōu)點（1）傳熱系數(shù)高管殼式換熱器的結構，從強度方面看是很好的，但從換熱角度看并不理想，因為流體在殼程中流動時存在著折流板—殼體、折流板—換熱管、管束—殼體之間的旁路。通過這些旁路的流體，并沒有充分地參與換熱。而板式換熱器，不存在旁路，而板片的波紋能使流體在較小的流速下產生湍流。所以板式換熱器有較高的傳熱系數(shù)，一般情況下是管殼式換熱器的3～5倍，特別適用于迅速加熱和迅速冷卻的換熱過程。板式換熱器的板間流道，是一個截面多變、曲折的流道見。圖31人字形板片流道截面的變化示圖（2）對數(shù)平均溫差大在管殼式換熱器中，兩種流體分別在殼程和管程內流動，總體上是錯流的流動方式。如果進一步分析，殼程為混合流動，管程是多股流動，所以對數(shù)平均溫差都應采用修正系數(shù)。修正系數(shù)通常較小。流體在板式換熱器內的流動，總體上是并流或逆流的流動方式。（3）占地面積小板式換熱器結構緊湊，單位體積內的換熱面積為管殼式換熱器的2～5倍，也不像管殼式換熱器那樣需要預留抽出管束的檢修場地，因此實現(xiàn)同樣的換熱任務時，板式換熱器的占地面積約為管殼式換熱器的1/5～1/10。（4）～，～；管殼式換熱器的殼體比板式換熱器的框架重得多。在完成同樣的換熱任務的情況下，板式換熱器所需要的換熱面積比管殼式換熱器的小。（5）價格低在使用材料相同的前提下，因為框架所需要的材料較少，所以生產成本必然要比管殼式換熱器低。（6）末端溫差小管殼式換熱器，在殼程中流動的流體和換熱面交錯并繞流，還存在旁流，而板式換熱器的冷、熱流體在板式換熱器內的流動平行于換熱面，且無旁流，這樣使得板式換熱器的末端溫差很小，對于水—水換熱可以低于1，而管殼式換熱器大約為5，這對于回收低溫位的熱能是很有利的。（7）污垢系數(shù)低板式換熱器的污垢系數(shù)比管殼式換熱器的污垢系數(shù)小得多，其原因是流體的劇烈湍流，雜質不宜沉積；板間通道的流通死區(qū)小；不銹鋼制造的換熱面光滑、且腐蝕附著物少，以及清洗容易。（8）多種介質換熱如果板式換熱器安裝有中間隔板，則一臺設備可以進行三種或三種以上介質的換熱。（9）清洗方便板式換熱器的壓緊板卸掉后，即可松開板束，卸下板片，進行機械清洗。（10）容易改變換熱面積或流程組合只需要增加（或減少）板片，即可達到需要增加（或減少）的換熱面積。（11） 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。 （12）容量較小 是管殼式換熱器的10%～20%。（13）不易結垢 由于內部充分湍動，所以不易結垢，其結垢系數(shù)僅為管殼式換熱器的1/3～1/10。 板式換熱器的主要缺點（1）工作壓力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。 板式換熱器是靠墊片進行密封的，密封的周邊很長，而且角孔的兩道密封處的支撐情況較差，墊片得不到足夠的壓緊力，；單板面積在1以上時。 （2）工作溫度板式換熱器的工作溫度決定于密封墊片能承受的溫度。用橡膠類彈性墊片時，最高工作溫度在200以下；用壓縮石棉絨墊片時，最高工作溫度為250～260。 （3）固體介質板式換熱器的板間通道很窄，一般為3～5mm，當換熱介質中含有較大的固體顆?；蚶w維物質，就容易堵塞板間通道。對這種換熱場合，應考慮在入口安裝過濾裝置，或者選擇特殊的大間隙板式換熱器。 板式換熱器與管殼式換熱器的比較 各種換熱器都有其優(yōu)缺點，迄今為止，管殼式換熱器仍是用途最廣的換熱器，但在某些場合，采用板式換熱器更為優(yōu)越；各類板式換熱器也各有其優(yōu)缺點，表32為板式換熱器和管殼式換熱器各種性能的比較。表32 板式換熱器和管殼式換熱器的比較 項目板式換熱器 管殼式換熱器 溫度交叉 能 不能 末端溫差 約15 多種介質操作 能 不能 管線連接 可集中在一個方位 要幾個方位設在 總傳熱系數(shù)比 3～5 1 設備重量比 1 3～10 滯液體積 小 大 占地面積 1 2～5 變更程數(shù) 可以改變流程組合 不能最高工作壓力， 決定于設計對含顆粒較差固體 較差 可以4. 板式換熱器熱力及相關計算 板式換熱器的設計計算概述板式熱交換器的設計和其它熱交換器的設計一樣，分為設計計算和校核計算。一般設計計算時，換熱器的流程及尺寸都是待定值。介質的初溫和終溫、流量等則預先給定。此外，還給定最大許用壓力損失(流動阻力)。有了這些基本數(shù)據(jù)以及流體的物理性能之后，就可建立每段(或一臺)中流體的溫度變化圖，并按此算出乎均溫差、平均溫度和每一段中的熱負荷。然后選擇一種認為合適的板片，加熱側和被加熱側的雷諾數(shù)和努塞爾數(shù)進行設計。設計時先給定板間通道中流體的流速的一次近似值，于是可以根據(jù)選定的板型的準則方程式計算傳熱系數(shù)。根據(jù)熱負荷、平均溫差及傳熱系數(shù)就可算出需要的換熱面積，依此而求出所需的板片一致。然后根據(jù)開始時所選的流速確定流體需要的總的通道橫斷面。這樣，由板片尺寸就可確定每一組中所需的并聯(lián)通道數(shù)和每一段中的組數(shù)。每一段中的組數(shù)和每一組中的板片數(shù)都應湊成整數(shù)。這樣就可確定整個換熱器中的流動系統(tǒng)。得到換熱器設計的第一近似方案。有了第一方案的系統(tǒng)之后，就可以用相應的阻力系數(shù)和準則關系式計算出每一組和整臺換熱器的阻力損失，并與給定的壓力損失作比較。 如果所得的總阻力值超過許用的數(shù)值，則必須將流速取低一些重新計算。流速取低，將使傳熱系數(shù)降低，換熱面積增大，每一組中的板片數(shù)要增多，而總的組數(shù)則可能減少。新的結果再與許用阻力相比，如不合適就再重顏計算，一直到滿意為止。如果所得的阻力遠低于給定值，這意味著換熱的效能很差，這對應增加流體的流速，即換熱器設計也須重新計算。上述方法是先作熱力計算，然后定設備結構，最后進行阻力計算。用這種方法計算板式換熱器的最大缺點是沒有將熱力計算和阻力計算直接聯(lián)系起來；它是先假定一個流速而后進行計算。 傳熱過程板式換熱器中冷、熱流體之間的換熱一般都是通過流體的對流換熱（或相變換熱）、垢層及板片的導熱來完成的，由于參與傳熱的流體通常都是液體而不是氣體，故不存在輻射換熱。 對流換熱對流和導熱都是傳熱的基本方式。對于工程上的傳熱過程，流體總是和固體壁面直接相接觸的。因此，熱量的傳遞一方面是依靠流體質點的不斷運動的混合，即所謂的對流作用；另一方面依靠由于流體和壁面以及流體各處存在溫差面造成的導熱作用。這種對流和導熱同時存在的過程，稱為對流換熱。由于引起流體流動的原因不同而使對流換熱的情況有很大的差異，所以將對流換熱分為兩大類。一類是自然對流（或稱自由流動）換熱，即因流體各部分溫度不同引起的密度差異所產生的流動換熱，如：空氣沿散熱器表面的自然對流換熱；另一類是強制對流（或稱為強迫流動）換熱，即流體在泵或風機等外力作用下流動時的換熱，如：熱水在泵的驅動下，在管內流動時的換熱。一般情況下，強制流動時，流體的流速高于自由流動時，所以強制流動的對流換熱系數(shù)高。如：空氣的自由流動換熱系數(shù)約為5～25W /(m) ，而它的強制流動傳熱系數(shù)為10～100W /(m) 。影響對流換熱的因素很多，如流體的物性（比熱容、導熱系數(shù)、密度、粘度等），換熱器表面形狀、大小，流體的流動方式，都會影響對流換熱，而且情況很復雜。在傳