【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(lái)說(shuō)，相當(dāng)于第三種性能的板片，稱(chēng)之為M板片，(混合板片其實(shí)是圖26和圖27表示了組裝情況及其相應(yīng)的性能。在充分利用允許壓降的情況下，這種稱(chēng)之為換熱混合設(shè)計(jì)，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(diǎn)；后者則每?jī)蓮埌迤附釉谝黄鸪蔀楹附訂卧?，然后組裝起來(lái)，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(yīng)各種工程的需要，在傳統(tǒng)板式換熱器的基礎(chǔ)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(gè)關(guān)鍵的零件。板式換熱器的工作溫度實(shí)質(zhì)上就是墊片能承受的溫度；板式換熱器的工作壓力也相當(dāng)程度上受墊片制約。從板式換熱器結(jié)構(gòu)分析，密封周邊的長(zhǎng)度()將是換熱面積()的6～8倍，超過(guò)了任何其它類(lèi)型的換熱器。密封墊片是板式換熱器的重要構(gòu)件，對(duì)它的基本要求是耐熱、耐壓、耐介質(zhì)腐蝕。板式換熱器是通過(guò)壓板壓緊墊片，達(dá)到密封。為確保可靠的密封，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(zhǎng)，需用墊片量大，在使用過(guò)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(zhì)選擇不當(dāng)，彈性不好，所用的膠水不粘或涂的不勻，都可導(dǎo)致運(yùn)行中發(fā)生脫墊、伸長(zhǎng)、變形、老化、斷裂等。加之板片在制造過(guò)程中，有時(shí)發(fā)生翹曲，也可造成泄漏。一臺(tái)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(zhǔn)，組裝時(shí)容易使墊片某段壓偏或擠出，造成泄漏，因此必須適當(dāng)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(guò)膠等。這些材料的安全使用溫度一般在以下，最高不超過(guò)（見(jiàn)表21）。對(duì)橡膠墊片除要求抗介質(zhì)腐蝕外，還應(yīng)保證下列機(jī)械性能：抗張強(qiáng)度：相對(duì)伸長(zhǎng)：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(jī)溶劑腐蝕的缺點(diǎn)。目前國(guó)外有采用壓縮石棉墊片和壓縮石棉橡膠墊片，不僅抗有機(jī)溶劑腐蝕，而且可耐較高溫度，達(dá)。壓縮石棉墊片由于含橡膠量甚少，和橡膠墊片比幾乎是無(wú)彈性的，因此需要較高的密封壓緊力。其次當(dāng)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(qiáng)度。表21 板片的材料代號(hào)墊片材料及代號(hào)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(jié)構(gòu)是每?jī)蓮埐y板焊接在一起，然后將它們組合在一起，彼此之間用墊片進(jìn)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(cè)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(lèi)產(chǎn)品。ALFALAVAL公司生產(chǎn)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(jié)構(gòu)制造困難，板片破損后也無(wú)法修復(fù)。3. 板式換熱器的性能特點(diǎn)雖然人們進(jìn)行多方研究，以求提高工作壓力和工作溫度，但沒(méi)有獲得突破；而只是在產(chǎn)品大型化、使用工況多樣化方面取得了一定進(jìn)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(dāng)前國(guó)內(nèi)外板式換熱器的一些技術(shù)參數(shù)。表31板式換熱器的技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目國(guó)外國(guó)內(nèi)最大單板面積，2最大單臺(tái)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(tái)流量3600總體熱系數(shù)3500～7500 板式換熱器的主要優(yōu)點(diǎn)（1）傳熱系數(shù)高管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)，從強(qiáng)度方面看是很好的，但從換熱角度看并不理想，因?yàn)榱黧w在殼程中流動(dòng)時(shí)存在著折流板—?dú)んw、折流板—換熱管、管束—?dú)んw之間的旁路。通過(guò)這些旁路的流體，并沒(méi)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(chǎn)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(guò)程。板式換熱器的板間流道，是一個(gè)截面多變、曲折的流道見(jiàn)。圖31人字形板片流道截面的變化示圖（2）對(duì)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(nèi)流動(dòng)，總體上是錯(cuò)流的流動(dòng)方式。如果進(jìn)一步分析，殼程為混合流動(dòng)，管程是多股流動(dòng)，所以對(duì)數(shù)平均溫差都應(yīng)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(nèi)的流動(dòng)，總體上是并流或逆流的流動(dòng)方式。（3）占地面積小板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積內(nèi)的換熱面積為管殼式換熱器的2～5倍，也不像管殼式換熱器那樣需要預(yù)留抽出管束的檢修場(chǎng)地，因此實(shí)現(xiàn)同樣的換熱任務(wù)時(shí)，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(wù)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(jià)格低在使用材料相同的前提下，因?yàn)榭蚣芩枰牟牧陷^少，所以生產(chǎn)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(dòng)的流體和換熱面交錯(cuò)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(nèi)的流動(dòng)平行于換熱面，且無(wú)旁流，這樣使得板式換熱器的末端溫差很小，對(duì)于水—水換熱可以低于1，而管殼式換熱器大約為5，這對(duì)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(zhì)不宜沉積；板間通道的流通死區(qū)??；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(zhì)換熱如果板式換熱器安裝有中間隔板，則一臺(tái)設(shè)備可以進(jìn)行三種或三種以上介質(zhì)的換熱。（9）清洗方便板式換熱器的壓緊板卸掉后，即可松開(kāi)板束，卸下板片，進(jìn)行機(jī)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(dá)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(jì)，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(jié)垢 由于內(nèi)部充分湍動(dòng)，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。 板式換熱器的主要缺點(diǎn)（1）工作壓力單位長(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。 板式換熱器是靠墊片進(jìn)行密封的，密封的周邊很長(zhǎng)，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(shí)。 （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(lèi)彈性墊片時(shí)，最高工作溫度在200以下；用壓縮石棉絨墊片時(shí)，最高工作溫度為250～260。 （3）固體介質(zhì)板式換熱器的板間通道很窄，一般為3～5mm，當(dāng)換熱介質(zhì)中含有較大的固體顆粒或纖維物質(zhì)，就容易堵塞板間通道。對(duì)這種換熱場(chǎng)合，應(yīng)考慮在入口安裝過(guò)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(diǎn)，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(chǎng)合，采用板式換熱器更為優(yōu)越；各類(lèi)板式換熱器也各有其優(yōu)缺點(diǎn)，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(xiàng)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(zhì)操作 能 不能 管線連接 可集中在一個(gè)方位 要幾個(gè)方位設(shè)在 總傳熱系數(shù)比 3～5 1 設(shè)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(shè)計(jì)對(duì)含顆粒較差固體 較差 可以4. 板式換熱器熱力及相關(guān)計(jì)算 板式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算概述板式熱交換器的設(shè)計(jì)和其它熱交換器的設(shè)計(jì)一樣，分為設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算。一般設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，換熱器的流程及尺寸都是待定值。介質(zhì)的初溫和終溫、流量等則預(yù)先給定。此外，還給定最大許用壓力損失(流動(dòng)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(tái))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(fù)荷。然后選擇一種認(rèn)為合適的板片，加熱側(cè)和被加熱側(cè)的雷諾數(shù)和努塞爾數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)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(zhǔn)則方程式計(jì)算傳熱系數(shù)。根據(jù)熱負(fù)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(kāi)始時(shí)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(yīng)湊成整數(shù)。這樣就可確定整個(gè)換熱器中的流動(dòng)系統(tǒng)。得到換熱器設(shè)計(jì)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(yīng)的阻力系數(shù)和準(zhǔn)則關(guān)系式計(jì)算出每一組和整臺(tái)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(guò)許用的數(shù)值，則必須將流速取低一些重新計(jì)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(jié)果再與許用阻力相比，如不合適就再重顏計(jì)算，一直到滿意為止。如果所得的阻力遠(yuǎn)低于給定值，這意味著換熱的效能很差，這對(duì)應(yīng)增加流體的流速，即換熱器設(shè)計(jì)也須重新計(jì)算。上述方法是先作熱力計(jì)算，然后定設(shè)備結(jié)構(gòu)，最后進(jìn)行阻力計(jì)算。用這種方法計(jì)算板式換熱器的最大缺點(diǎn)是沒(méi)有將熱力計(jì)算和阻力計(jì)算直接聯(lián)系起來(lái)；它是先假定一個(gè)流速而后進(jìn)行計(jì)算。 傳熱過(guò)程板式換熱器中冷、熱流體之間的換熱一般都是通過(guò)流體的對(duì)流換熱（或相變換熱）、垢層及板片的導(dǎo)熱來(lái)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(duì)流換熱對(duì)流和導(dǎo)熱都是傳熱的基本方式。對(duì)于工程上的傳熱過(guò)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(zhì)點(diǎn)的不斷運(yùn)動(dòng)的混合，即所謂的對(duì)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(dǎo)熱作用。這種對(duì)流和導(dǎo)熱同時(shí)存在的過(guò)程，稱(chēng)為對(duì)流換熱。由于引起流體流動(dòng)的原因不同而使對(duì)流換熱的情況有很大的差異，所以將對(duì)流換熱分為兩大類(lèi)。一類(lèi)是自然對(duì)流（或稱(chēng)自由流動(dòng)）換熱，即因流體各部分溫度不同引起的密度差異所產(chǎn)生的流動(dòng)換熱，如：空氣沿散熱器表面的自然對(duì)流換熱；另一類(lèi)是強(qiáng)制對(duì)流（或稱(chēng)為強(qiáng)迫流動(dòng)）換熱，即流體在泵或風(fēng)機(jī)等外力作用下流動(dòng)時(shí)的換熱，如：熱水在泵的驅(qū)動(dòng)下，在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的換熱。一般情況下，強(qiáng)制流動(dòng)時(shí)，流體的流速高于自由流動(dòng)時(shí)，所以強(qiáng)制流動(dòng)的對(duì)流換熱系數(shù)高。如：空氣的自由流動(dòng)換熱系數(shù)約為5～25W /(m) ，而它的強(qiáng)制流動(dòng)傳熱系數(shù)為10～100W /(m) 。影響對(duì)流換熱的因素很多，如流體的物性（比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、密度、粘度等），換熱器表面形狀、大小，流體的流動(dòng)方式，都會(huì)影響對(duì)流換熱，而且情況很復(fù)雜。在傳