板式熱交換器的應用現狀及研究

陳志新 韓江

摘要：板式熱交換器具備的傳熱和流體阻力性能是裝置先進性的主要指標，同時板片參數為嚴重影響板式熱交換器傳熱以及流體阻力特點的關鍵因素。本文通過對板式熱交換器的研究發展進行闡述，國內的板式熱交換器研究雖然取得一定發展，但是依然與先進水平存在差距。對此，國內相關部門與研究人員一定要對板式熱交換器的相關基礎理論進行深入研究，注重板式熱交換器的生產成本控制，在一定程度上降低運行的維護成本，有效節約能源與金屬材料造成的消耗。

關鍵詞：板式熱交換器 歧化裝置 應用現狀

中圖分類號： TE965 文獻標識碼：A 文章編號1672-3791（2015）01（c）-0000-00

現階段，熱交換器的發展主要呈現為提升裝置的熱效率，提升裝置自身結構的緊湊性，提升生產制造的規范化、標準化以及專業化等方面，同時在一定范圍內實現大型化方向的進一步發展。另外，還要注重基礎理論和測試手段的研究。近些年來，國內外主要通過加強傳熱和創新熱交換器性能，在一定程度上提升傳熱效率，降低傳熱面積，并且減小裝置的投資成本等方面，也取得了一定的成果。

1板式熱交換器的研究發展

換熱板片為板式熱交換器的主要部件。其設計必須進行綜合考慮。首先要考慮流體在低速狀態下出現的強烈湍流，從而加強傳熱效果；其次提升熱交換器板片的剛度，加強板片的耐壓力。由于傳熱板片具備不同的波紋形式，所以會對傳熱與流動阻力造成嚴重影響。為了能夠滿足各種傳熱場所的相關需求，目前已經研發出大量的波紋板片，其中板片的厚度在0.4mm以內能夠承載的壓力達到了2.5MPa。從板片運用方面而言，主要利用的板片形狀是人字形的波紋板與水平平直的波紋板。除去波紋形式的板片，板片參數還包含了板片厚度與波紋以及波紋深度等方面。因為在一系列參數的共同作用之下，導致板片會呈現出各種性能。

1.1國內的研究現狀

我國對于板式熱交換器的研究初始于1967年，最先開始研究板式熱交換器的企業是蘭州的石油機械研究所，其主要針對板式熱交換器中熱自行波紋和水平波紋以及球形波紋進行了對比試驗與研究，同時總結出人字形波紋具備良好的優勢。而這一觀點至今依然被許多研究學者所引用[1]。除此之外，清華大學與山東大學等多個高等院校也從多個角度對熱交換器的板型所造成的影響進行了深入的研究與探討。同時還對所有參數性能造成的影響完成了進一步分析，可是至今為止，我國并未出現針對熱交換器自身性能造成影響的有關報道，從而也就造成設計人員難以依據現實狀況完成設計的相關理論基礎。

1.2國外的研究現狀

國外在上世紀的中期就已經對板式熱交換器中板片波紋參數完成了試驗研究，并且該實驗研究工作相對較為系統化。在1985年，不僅Focke、W·w進行了人字形波紋參數的研究，而且Okada，K還對傾斜角是30°、45°、60°等多個角度的板片進行了深入研究，但是其選擇的實驗熱交換器板片波紋的截角是三角形。

2板殼式熱交換器結構

2.1導孔型板殼式的熱交換器

導孔型結構一般適宜運用在中型和小型熱交換器中，該內部的核心部分主要由一組特制的和幾何結構基本相同的金屬圓板片進行完全焊接構成，從而組成一個形狀為圓柱狀的導孔型換熱板組，在板中2個圓孔可以構成板程流道，同時殼體與板片間還會構成殼程流道[2]。另外，為了能夠使殼體流體順利經過板間流動，一般要在殼體與板組間設置導流塊。

2.2板管型板殼式的熱交換器

板管型板殼式的熱交換器一般由板管束以及殼體兩類構成，該總體結構如圖1所示。經過冷壓成型的所有板條，對其接觸位置進行焊接，使其可以比較緊密的連接在一起，從而組成一個具備大量扁平流道的板管。另外，大量的寬度不一致的板管一定要依據相關次序進行排列，從而確保各個板管之間存在一定距離，而相鄰近的板管在兩端應該設置金屬條，同時和板管通過焊接連在一起，這樣板管的兩端就可以構成管板道，然后再將大量的板管合理的連接在一起就形成了板管束[3]。通常情況下，板管束要設置在熱交換器殼體內部，部分流體要在板管內部流動，另外一部分流體要在殼體內部的板管之間流動。

2.3新型板殼式熱交換器

為了能夠滿足工業設備大型化的相關要求，傳統的工藝中利用金屬焊條進行焊接形成的板束漸漸被金屬波紋板片所構成的板束取代，制作而成新型的板殼式熱交換器。其主要由許多層具備凹凸波紋板，利用凸紋對凸紋和凹紋對凹紋的方法進行重疊設計而成。

3板殼式熱交換器運用狀況

3.1歧化裝置

歧化裝置作為大型芳烴聯合設備的中心部分，其中進料熱交換器主要承擔回收設備熱量的重要換熱裝置。而在歧化設備中，進料熱交換器一定要滿足冷流和熱流進入以及出口溫差相對較大等多種要求，但是板殼式的熱交換器擁有相對較高的換熱工作效率，而且端差相對較小等多種優勢，因此已成為歧化設備進料熱交換器最合理的選擇[4]。在2008年12月份，中石化的金陵分公司運用了歧化裝置，而在裝置投用之后盡管因為油管線的內部存在一些雜物，對分布器造成了堵塞，從而導致分布器自身的壓降相對較高，而在清理之后依然可以正常使用。

3.2異構裝置

目前，中石油的烏魯木齊市石化分公司的100萬t/a對二甲苯芳烴的聯合設備利用異構設備是當今世界上單系列規模相對較大的對二甲苯生產設備，此異構裝置已經基本接近國產化。總體聯合裝置主要由8套大型生產部件構成，是如今我國利用的單臺換熱面積相對較大的國產化板殼式熱交換器。而且此熱交換器在運行過程中具備良好的安全性與可靠性，可以滿足長時間滿負荷運行有關需求。

4結束語

我國作為熱交換器的生產制造大國，并非熱交換器的生產制造強國。在熱交換器的設計水平方面與世界上發達國家比較而言，依然存在著較大的差距。因此，國內相關部門與研究人員一定要對板式熱交換器的相關基礎理論進行深入研究，不斷通過試驗與實踐研究開發出新產品，同時還應該考慮我國的基本國情，從而有針對性的解決所有行業面臨的問題，推動板式熱交換器在更多領域中的運用。

參考文獻

[1]歐陽新萍，吳國妹，劉寶興，等.流速法在板式換熱器傳熱試驗中的應用[J].動力工程，2010，（03）.

[2]許淑惠，周明連.板式換熱器進出口段流道內的壓力分布、流阻及流型顯示的實驗研究[J].節能，2012，（8）：12-15.

[3]趙鎮南.板式熱交換器人字波紋傾角對傳熱及阻力性能的影響[J].石油化工設備，2013，（5）.

[4]楊勇.數值傳熱學在波紋式熱交換器上的應用[J].華北電力技術，2012，（10）.