淺談板式換熱器

郭琳琳 張曉偉

(大連廣源容器制造有限公司 遼寧 大連 116100)

換熱器是一種實現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，是在石油、化工、石油化工、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)普遍應(yīng)用的一種工藝設(shè)備。在煉油、化工裝備中換熱器占總設(shè)備數(shù)量的40%左右，占總投資的30%～50%。近年來隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，一種新型高效、緊湊式的換熱器——板式換熱器的應(yīng)用亦得到不斷地拓展。

1 板式換熱器的結(jié)構(gòu)

板式換熱器是由很多波紋形或其它行駛突出物的傳熱板，按一定間隔，通過墊片壓緊而形成的。各板片之間形成狹窄的網(wǎng)形流道。板片上的四個角有四個孔，形成了介質(zhì)的分配管和匯集管。密封墊片把冷、熱兩種流體密封在換熱器內(nèi)，同時又合理的將冷、熱介質(zhì)分開不致混合，在許多通道里面，冷、熱介質(zhì)分別流入各個流道，可以逆流，也可以并流，在流動過程中兩種介質(zhì)通過板片換熱。

板式換熱器的結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。它由板片、密封墊片、固定壓緊板、活動壓緊板、壓緊螺柱和螺母、上下導(dǎo)桿、前支柱等零部件所組成。板片用掛鉤懸掛在定位螺桿上，兩板片密封槽處用黏結(jié)劑粘貼密封墊片，墊片一方面起密封作用，防止介質(zhì)漏出；另一方面在兩板片間造成一定間隙，形成介質(zhì)的流道。整個設(shè)備用兩端的活動端蓋和固定端蓋壓緊，以達到密封。板片間隙由板片的觸點和墊片的厚度決定的。間隙小，傳熱系數(shù)高，適合于處理清潔液體；間隙大，可用來處理帶顆粒和纖維的液體。

圖1 板式換熱器結(jié)構(gòu)形式

2 板式換熱器的特點

板式換熱器傳熱效率高，當(dāng)介質(zhì)為水-水時，傳熱系數(shù)可高達7500W/m2·℃，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，質(zhì)量輕，節(jié)約材料，每平方米換熱面積約消耗金屬15kg，操作靈活性大，應(yīng)用范圍廣，通過裝設(shè)中間隔板，可同時進行幾種流體相互換熱，也可通過增減板片的方法，調(diào)整所需傳熱面積。

板式換熱器的主要缺點是：密封周邊長，目前大型板式換熱器墊圈總長超過2800m，使用中常常需要拆卸和清洗，故泄漏的可能性很大，不易處理懸浮狀的物料，對有墊圈的板式換熱器使用溫度受到墊圈材料的限制，溫度不能很高，他的處理量也相對較少。

3 板式換熱器的種類

3.1 可拆式板式換熱器

可拆式板式換熱器是將薄的金屬板片 （一般0.4mm～0.8mm）沖壓成為凸凹狀，周邊張貼合成橡膠類的密封墊片，每一枚傳熱板片為一個傳熱單元，必要的傳熱板組合成傳熱部，高溫流體或低溫流體流過各傳熱板形成流路時進行熱交換，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。可拆式板式換熱器便于拆卸清洗，增減換熱器面積靈活，在供熱工程中使用較多。可拆式板式換熱器受橡膠密封墊耐熱溫度的限制，適用于水－水傳熱。但是，一般的可拆卸式板式換熱器由于本身結(jié)構(gòu)的局限性，使用壓力不超過2.5MPa，使用溫度不超過250℃，此外還存在流體與密封墊片的相容性問題。對于可拆卸式板式換熱器，墊片的密封性決定了整個換熱器的性能。墊片經(jīng)多次松開和壓緊容易損壞，需要更換，同時墊片是用機械或黏結(jié)的方式嵌入溝槽的，當(dāng)使用壓縮石棉墊片時，必須在表面涂上防黏劑，以防粘在換熱板槽中。

3.2 焊接板式換熱器

焊接板式換熱器可分半焊式、組件式及全焊式。常規(guī)板式換熱器的總體結(jié)構(gòu)為散裝式，其特點是兩側(cè)流道可全部打開進行清洗，缺點是兩側(cè)流體壓差不能太大，溫度不宜過高。半焊式是采用專門的焊接工藝將每兩張板片沿密封槽焊在一起，然后再將每對焊好的板片用墊片組裝起來，這樣可使密封周邊減少一半，但組焊板片內(nèi)部不能用機械方法清洗，可用化學(xué)方法清洗；組件式是將若干板片預(yù)焊在一起，再用密封墊片組裝起來，該結(jié)構(gòu)可用于2.5MPa，400℃和潔凈介質(zhì)的換熱；全焊式是將所有板式焊成一個整體，只能用于不易結(jié)垢的介質(zhì)進行換熱，最大優(yōu)點是可承受較高溫度和壓力，沒有墊片泄漏的顧慮。

3.3 釬焊板式換熱器

釬焊板式換熱器由帶高效傳熱表面的不銹鋼板片組成。不銹鋼板片在高溫下用純度為99%的銅釬焊而得到緊密不漏和堅固的換熱器。緊湊釬焊板式換熱器設(shè)計上最多由20個不銹鋼波形板片組成，每個第二終板片倒轉(zhuǎn)過來，以便在所有板片之間形成大量的接觸點。釬焊時接觸點亦焊在一起，則形成緊湊的板塊，使幾乎所有板材結(jié)構(gòu)材料（約94%表面）都能用于傳熱。板型形成2個分隔的通道，介質(zhì)在其中形成對流運動，在通道系統(tǒng)中導(dǎo)致高湍流，得到優(yōu)良的傳熱特性，即使在低速下，結(jié)垢也會保持在絕對最低狀態(tài)。

釬焊板式換熱器具有不用墊片、不產(chǎn)生泄漏、重量輕、體積小、價格較低、拆卸安裝容易、傳熱效率高等優(yōu)點。該結(jié)構(gòu)對蒸汽、水或工藝流體都能適用并能在兩種流體溫度差異極小等狀況下使用。

釬焊板式換熱器可用于供熱、工業(yè)冷卻、油壓機及壓縮機油冷卻、空調(diào)、冷凍食品、化工冷藏、水冷卻、飲用水處理、廢水處理、熱回收等方面。在操作維護上，如果水中有帶粒子物質(zhì)，應(yīng)采用過濾器，用水反向洗滌可去掉大部分軟的微粒物質(zhì)。對緊湊釬焊板式換熱器應(yīng)每隔3～5年用檸檬酸或其他不侵蝕銅及不銹鋼的酸液進行反向洗滌。

4 板式換熱器的應(yīng)用與發(fā)展

板式換熱器用于處理從水到高黏度的液體，用于加熱、冷卻、冷凝、蒸發(fā)等過程。它在食品工業(yè)中應(yīng)用的最早、最廣泛，如牛奶、果汁、葡萄糖、啤酒、植物油、動物油等的加熱殺菌和冷卻。在化學(xué)工業(yè)中用作冷卻氨水、凝縮甲醇蒸氣、冷卻合成樹脂，且廣泛用于制堿、制酸、染料工業(yè)。在鋼鐵和機械制造工業(yè)中，用于冷卻淬火油、水和潤滑油。在電力工業(yè)中，用于冷卻變壓器油、冷卻雙水內(nèi)冷發(fā)電機組的冷卻水。其他如在造船、石油鉆探、造紙、制藥、紡織工業(yè)，大樓供熱、采暖系統(tǒng)中也開始廣泛地采用板式換熱器。

板式換熱器今后的發(fā)展趨勢是：提高操作溫度和操作壓力，加大處理量，擴大使用范圍，研制采用新的結(jié)構(gòu)材料和新的制造工藝，而研制新的墊片材料以提高其使用溫度和使用壓力，將是其中的重點。

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