【正文】 換熱器 眾所周知，板式換熱器具有許多優(yōu)越性，但由于存在如下問題，限制了它的應用范圍和發(fā)展，密封性較差，易泄露，需經(jīng)常更換墊片，較麻煩，耐壓能力較低，一般約為 1MPa；耐 溫能力受墊片材料的限制；流道小，不適宜于氣 —氣換熱或蒸汽冷凝；易堵塞，不宜用于含懸浮物質(zhì)的流體等。 在所有工業(yè)行業(yè)內(nèi)實施節(jié)能的進程中，降低燃料費用是各企業(yè)急需解決的問題。 材質(zhì)： STEN， S 適合于溫度低于 350℃ 的機組；鋁合金板適合于排氣溫度低于 500℃ 的機組； SPCC 適合于溫度低于 200℃ 的機組； SUS 系統(tǒng)應根據(jù)溫度、排氣的 性質(zhì)選擇其他非鐵金屬，如錫、銅。板厚： ~（標準 ,低溫用 ）。耐壓：在 600℃ 時為 10kPa；在 900℃ 時為 5kPa。氣密性： T 型為通過風量的 以下，用于脫臭； N 型為通過風量的 %以下，一般用途； S 型通過風量的 %以下。壓力降：高溫側(cè)、低溫側(cè)壓力降是不同的。 最近，已經(jīng)開發(fā)出利用排氣預熱鍋爐給水的低壓損機組裝置。 b、板式錯流型換熱器 排氣從垂直方向通過傳熱板，空氣從水平方向通過。特點：傳熱板通過彈性密封組合而成，能自由地吸收熱膨脹，故能滿足溫度變化形成的應力變化的要求，幾乎不發(fā)生泄漏問題；由于傳熱面不焊接，可根據(jù)對象溫度的變化，選擇許多合適的材料，其適用范圍，從氧露點以下的低溫至 1000℃ 左右的高溫（見圖 15）；為了防止排氣中粉塵產(chǎn)生的磨損和堵塞問題，采取了許多相應措施。 在以往有粉塵和腐蝕性的不能回收廢熱的工業(yè)范圍內(nèi)，這種產(chǎn)品都可采用。其它的用途還包括鍋爐、焚燒爐、加熱爐、干燥器等，通用性強。蒸汽壓縮式制冷循環(huán)是由壓縮、放熱、節(jié)流和吸熱四個主要熱力過程組成的。由于高溫高壓制冷劑的密度較?。ㄈ顼柡头?12 蒸氣在溫度為 40℃ 時，密度為 ）。 d、用于蒸發(fā)器的板片 在造紙廠黑液濃縮裝置中使用的蒸發(fā)器即是其中的一種，為升降膜蒸發(fā)器，板片的構(gòu)造和普通的波紋板片不 同，每四片為一組，靠不同形狀的墊片引導介質(zhì)的流向。 f、雙層板片 這種板片是由兩層板壓合在一起，兩板之間有自然的縫隙，并在邊緣開有一個向外的小口，當其中一層因腐蝕穿孔時，流體便進入兩板之間的縫隙中，并從板邊的小口流出。目前已生產(chǎn)的裝置有板式換 熱機組，熱泵機組，制冷機組，蒸發(fā)裝置，空冷裝置和催化重整裝置等。 ⑦ 成型技術(shù)的先進性 板片的波紋成型為一次壓制成型。國外同類產(chǎn)品板片制造采用水爆成型，但這種成型方法技術(shù)難度大，成品率低（一般為 73~84%），板片制造工藝繁瑣，成本高。 二、京海換熱生產(chǎn) 的板式換熱器 表 14 為京海換熱生產(chǎn)的換熱器匯總表。 京海換熱器的用途 京海換熱器作為 ―加熱器 ‖、 ―予熱器 ‖、 ―過熱器 ‖、 ―蒸發(fā)器 ‖、 ―蒸發(fā)液濃縮器 ‖、 ―再沸器 ‖、 ―冷凝器 ‖、 ―冷卻器 ‖等被廣泛應用于各個領域。如供熱用換熱器等。如板殼式空氣預熱器、鍋爐給水預熱器等。 蒸發(fā)器、蒸發(fā)濃縮器用于加熱液體使之蒸發(fā)汽化。 再沸器用于使裝置中冷凝了的液體再受熱蒸發(fā)。如釬焊式板式冷凝器。 表 14 京海生產(chǎn)的板式換熱器匯總表 三、在許多應用領域板式換熱器逐漸取代了管殼式換熱器。據(jù)統(tǒng)計， 在現(xiàn)代石油化工企業(yè)中，換熱器投資占30% ~40%。可見換熱器對企業(yè)投資、金屬耗量以及動力消耗有著重要的影響。隨著全焊、釬焊、板殼式等新型結(jié)構(gòu)板式換熱器的發(fā)展，以及新技術(shù)、新工藝、新材料在板式換熱器中的應用，板式換熱器在進一步發(fā)展自身的傳系數(shù)高、對數(shù)平均溫差大、占地面積小、重量輕、價格低、末端溫差 小和污垢系數(shù)低等優(yōu)越性之外，還將它的承壓能力從 提高到 ，耐溫能力從 150℃ 提高到了 1000℃ ，為其在許多應用領域取代管殼式換熱器創(chuàng)造了條件。 ? 傳熱系數(shù)高（見表 15） 表 15 常用間壁式換熱器的傳熱系數(shù)的大致范圍 *1 注： *1 摘自于邱樹林、錢濱江《換熱器原理、結(jié)構(gòu)、設計》。 從表 15 可知，板式換熱器具有較高的傳熱系數(shù)，一般約為管殼式換熱器的 3~5 倍。 而板式換熱器，不存在旁路 ，而且板片的波紋能使流體在較小的流速下產(chǎn)生湍流，湍流效果明顯（雷諾數(shù)約為 150 時即為湍流），故能獲得較高的傳熱系數(shù)。但在管殼式換熱器中，兩種流體分別在殼程和管程內(nèi)流動。降低了對數(shù)平均溫差。 ? NTU 大 NTU 表示相對于 流體熱容流量 ，換熱器傳熱能力的大小。管殼式換熱器的 NTU約為 ~（平均 ）。如在進行一次水 14~9℃ ，二次水 13~7℃ ，一次水流量 60m3/h,二次水流量 50m3/h 換熱時， NTU=(149)/=。 . ? 耐溫承壓能力強 設計工作壓力可達 8MPa，設計工作溫度達 1000℃ 。 ? 小型化 單板面積比 A4 還小。除此之外，板式換熱器的結(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，也不需管殼式換熱器要預留抽出管束的檢修場地，故板式換熱器的占地面積是管殼式 換熱器的 1/5~1/10。管殼式換熱器的殼體比板式換熱器的框架重量重得多；故在換熱量相同時，板式換熱器所需的換熱面積比管殼式換熱器小，其重量約為管殼式的 1/5。℃ /W） 垢系數(shù)約為管殼式換熱器的 1/10。 ? 能實現(xiàn)多種介質(zhì)換熱 若要進行兩種以上介質(zhì)換熱時， 則可在板式換熱器中設置中間隔板。管殼式換熱器無法實現(xiàn)多種介質(zhì)換熱。 ⑵ 通過改變換熱面積或多流程組合適應新?lián)Q熱工況的要求。釬焊式、全焊板式換熱器改變了可拆式板式換熱器的密封形式，板殼式換熱器改變了兩種流體的進（出）口形式，提高了板式換熱器的工作壓力。 在可拆式換熱器中，通過在常規(guī)波紋板片上加筋形成波紋管狀通道，除能 強化傳熱之外，還增加了板式換熱器的承壓能力。釬焊式、全焊式和板殼式密封不采用墊片形式，其工作溫度與工藝 有關，目前為 200~1000℃ 。 ⑹ 適用流體的范圍更廣泛 可拆式板式換熱器受密封材料的限制，不適合某些流體。 在許多應用領域，板式換熱器逐漸取代了管殼式換熱器。以往采用的管殼式換熱器體積大，重量大，占地面積大，經(jīng)濟效益差。K)，硬板的 NTU 可達 5~8。 ? 熱泵機組的蒸發(fā)器和冷凝器。以往采用的管殼式換熱器很難滿足上述要求。除此之外還采用它們作為省能器和油冷卻器。 ? 在造紙、食品、酒精等蒸發(fā)濃縮工藝過程中，由于工藝的一側(cè)含有纖維、顆粒、或高粘度的介質(zhì)，故要求大通道的流通斷面。北京京海換熱生產(chǎn)的全焊式板式換熱器和可拆式 KNB 型、 KBB 型板式換熱器的板間當量直徑約為 28mm,適合于含纖維、顆粒的流體。 ? 煉油工業(yè)的催化重整裝置，燃氣熱電冷三聯(lián)供的熱回收裝置中采用的板殼式換熱器、全焊板式空氣預熱器和全焊板式省能器等，已基本上取代了管殼式換熱器。（見表 17， 表18，表 19 和表 110）。通過上下兩根拉桿將傳熱部分固定在固定板（框架板）和可動板（游動板、擠壓板）之間，并用長的螺栓緊固。 基本參數(shù)的定義 ? 單板計算換熱面積 a—在墊片內(nèi)側(cè)參與換熱部分的板片展開面積，按下式計算： a = φ 注：若導流區(qū)與波紋區(qū)波紋節(jié)距相差較大時，應分別計算導流區(qū)與波紋區(qū)的換熱面積，兩者相加。如單板計算換熱面積為 ，圓整后的公稱換熱面積為 。 ? 當量直徑 de——四倍的板間通道截面積與其濕潤周邊之比。 在一般情況下，常用下式計算當量直徑 De。 對于某些特殊結(jié)構(gòu)的板式換熱器，板片兩側(cè)的通道截面積并不相等（稱為非對稱型結(jié)構(gòu)），這時兩側(cè)的當量直徑應分別計算。 ? 工作壓力 ——板式換熱器在正常工作情況下，任何一側(cè)可能出現(xiàn)的最高壓力。 ? 液壓試驗壓力 ——液壓試驗中的試驗壓力，其值為設計壓力的 倍。在任何情況下，元件表面 的溫度不得超過元件材料的允許使用溫度。 ? 板片厚度 ——在圖樣上標注的板材標準規(guī)格厚度。 ⑵ 流程 ——板式換熱器內(nèi)介質(zhì)向一個方向流動的一組流道。 ⑶ 流程組合 ——板式換熱器內(nèi)流程與流道的配置方式，表示為： 式中 M1， M2， … ， Mi——指從固定壓緊板開始，熱流體側(cè)流道數(shù)相同的流程數(shù)； N1， N2， … ， Ni——指 M1， M2,… ， Mi 流程中對應的流道數(shù)； m1， m2， … , mi ——指從固定壓緊板開始，冷流體側(cè)流道數(shù)相同的流程數(shù)； n1, n2, … , ni ——指 m1， m2， … , mi 流程中對應的流道數(shù)。按程數(shù)分類，有多程和單程兩種。應根據(jù)換熱和流體壓力降計算，在滿足工藝要求的前提下確定流程組合。兩種方式的板間流速分布 見圖 111，從圖 111 可見，板式換熱器各板間流速是不相等的，但在設計時，仍以平均流速進行計算。圖 112 表示混合的流程組合形式。 ⑷ 角孔 —與接管相連接板片的開口。但對于冷凝器的板片，若采用普通板片，其開口太小，將會使氣側(cè)壓力降增大，故專門用于冷凝的板片的角孔特別大。 ② B—板式冷換熱器代號； BL—板式冷凝器代號； BZ—板式蒸發(fā)器代號。 ① 按照 GB16409—1996 板式換 熱器的規(guī)定表示京海制造的板式換熱器的型號。 板片 ? 板片材料 板片所用材料必須考慮換熱器的使用條件（如：設計溫度、設計壓力、介質(zhì)特性和操作特點等）和材料的焊接性能，加工性能及經(jīng)濟合理性。當介質(zhì)中氯離子含量超過 表 114 不銹鋼在含氯介質(zhì)中的適用范圍 *資料來源于阿法拉法 31 316L 的承受能力后，可使用價格比鈦便宜的含鉬量大于 6~%的 254SMo。當板式換熱器用于酸、堿及氫氧化物、醇等介質(zhì)中時，必須正確選擇板片的材料，即選擇的材料腐蝕率＜ ；腐蝕率為 ~；腐蝕率為 ~；但不選擇腐蝕率＞ 。國外板片厚度 δ = 。但與腐蝕性能無關，從承壓能力看，人字形波紋板片的兩相鄰板片互相倒置組合后，波紋相互接觸，在約 1～ 面積內(nèi)（視波紋節(jié)距而定）就有一個支點，且分布均勻，所以有很好的承受壓力差的能力。 ③ 板片厚度 δ與板式換熱器傳熱系數(shù)的關系。從有關分析可知，對于對稱型板式換熱器，當 δ 降低 ，傳熱系數(shù)約增加 600w/(m2對于非對稱型板式換熱器，當 δ 降低，傳熱系數(shù)約增加 500w/(m2 ? 硬板（ H 板）、軟板（ L 板）和熱混合板 H 板的人字角 θ＞ 90176。人字角 θ大 ,換熱效率高，流體阻力大。人字角 θ小，換熱效率 ,流體阻力都 低一些。 ? 熱混合板片的優(yōu)化設計 圖 126 表示 NTU 和傳熱板片的關系，左側(cè)是 L 板片數(shù)較多時的組合，此時壓力降不高，傳熱系數(shù)低，當換熱量一定時，則必須增加板片數(shù)量。但必須將壓力降控制在允許值內(nèi)。當允許增加壓力降時，則可以減少板片數(shù)。 按下式進行混合板的優(yōu)化設計： nM = nH = 或 nL = ε= 式中 G — 流量，㎏ /s； n — 流道數(shù)； m — 流道內(nèi)的流量，㎏ /s； R — 一次側(cè)和二次側(cè)流體的熱容量比。板式換熱器的工作溫度實質(zhì)上就 是墊片能承受的溫度，板式換熱器的工作壓力也受墊片制約。板片很薄、剛性差，只能采用彈性材料制造密封墊片，而它們能承受的溫度都不高。 墊片應有得證密封的壓縮量，壓縮量應保證槽不變形。固定板、可動板、緊固螺栓、螺母等為承壓部分，當在壓緊板（有時包括活動壓緊板）上設置了便于流體出入的接管時，承壓更大，對材料提出了更高的要求。 ? 單板公稱換熱面積 以上的板式換熱器，在活動壓緊板和中間隔板上宜設有滾動機構(gòu)。順流型表示高溫流體和低溫流體朝一個方向平行流動，當二流體流動方向相反時則為逆流。 ? 溫度效率 ε—板式換熱器的性能評價指標 ε = ε 指的是高溫側(cè)流體從 th1 降低至 th2 的狀態(tài)與從 th1 降低至 tc1 的理想狀態(tài)的比。 th2 = th1ε(th1tc1） 同時計算出換熱量 q q = Ch(th1th2) = Chε(th1tc1) 式中 Ch —高溫側(cè)流體的熱容量， W/K； th th2 —高溫側(cè)流體入口、出口溫度， ℃ ； tc1 —低溫側(cè)流體入口溫度， ℃ ； 若已知二流體的熱容量（ Cc 和 Ch），傳熱系數(shù) K（ W/（ m2 ① 順流的溫度效率 ε ε = ② 逆流的溫度效率 ε ε = ③ 錯流的溫度效率 ε（兩流體混合時） ε = 式中 R — 熱容量比， Ch/Cc； NTU — 傳熱單元數(shù)， KA/ Ch； Cc — 低溫側(cè)熱容量， W/K。圖 130 表示不同流動方式的有效度 ε。 板式換熱器的 NTU ? NTUP—表示板式換熱器性能的傳熱單元數(shù)，定義式如下： NTUP = 式中 K—傳熱系數(shù)， W/(m2K)； 從該式可知， NTUP 與傳熱系數(shù) K 有關 ，與通過板間的流量有 關 ，與通過板間的介質(zhì)的種類有關 。 表 115 不同板型的 NTUP（板片長 /寬 =3） 從該表可知： a、高 NTU 值板式換熱器 板片波紋結(jié)構(gòu)淺而密，一般波深在 ~ 之間，板片較薄，厚度多為 ， NTU 值最高可達 8，一般在 5 左右，主要適用于制冷空調(diào)、