板式換熱器的特點與優化設計淺析

鮑立偉

摘 要：板式換熱器是將來換熱器進步的一個主要趨勢。文章針對板式換熱器的特征及改良設計展開了簡明的描述。

關鍵詞：板式換熱器；優化設計；特點

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.015

0 前言

我國經濟正處于快速發展的階段，各行業的發展都取得了顯著的提升，但是在板式換熱器制造業而言，其發展并未取得相應的速度和進展，仍然以常規性的經驗式生產為主流模式，并未能趕上國際先進的水平與模式，極大的約束了板式換熱器制造領域的進一步發展壯大。

1 板式換熱器概述

1.1 主要優點分析

第一，板式換熱器在換熱器領域屬于體積最小的種類，因此其內部的結構極為細小和精密，對生產水平要求很高。

第二，為了提高換熱器的工作效率，在工作過程中此類型的換熱器利用墊片體系實現工作內空間與大氣空間的阻隔。

第三，半焊式與可拆式板式換熱器擁有比較強的適應功能。

第四，因為它具備較高的導熱參數、優越的流量比特點，不但是反向流動的，還可篩選較低的導熱溫差，所以熱回收率較高。

第五，如果有比較低的雷諾數，在板片間流動的介質很容易構成渦流，由于板片的摩擦系數較少，污垢極少在其上面形成，所以導熱效率較高。

第六，精密的結構保證了其高效的使用效果，更小的體積提高了其在建筑領域的使用范圍，并且能夠有效的控制施工與后期維護成本。

1.2 當前存在的缺陷分析

首先，板式換熱器本身的性能很優越，但是工作性能本身受到外界環境的影響很大，以墊片為例，不同墊片對溫度的敏感性不同，就導致板式換熱器對溫度的敏感性差異，耐熱性高的墊片能夠更好的適應高溫環境需要，但是耐熱性高的墊片本身彈性性能不高，使得板式換熱器能夠承受的工作壓力較低。

其次，板式換熱器依賴于墊片體系來實現封閉性環境，因此墊片壓力很難實現絕對性的密封，換熱器本身工作壓力上限值較低。

第三，因為板式換熱器板間通路不太寬，一般是3mm-5mm，當換熱介質中有一些較大的纖維物質或固體顆粒時，就會將板間通路堵住，所以，極易堵住通路的介質換熱不適用于板式換熱器，在此種狀況下，需要運用再生冷凝體系，或者將過濾器安置于入口處。

2 板式換熱器的優化設計

2.1 常規設計

板式換熱器設計中的最關鍵點就是運算，其中包含壓力及傳熱運算這兩項關鍵內容。板式換熱器設計的運算有別于傳統意義上的管殼式換熱器。它不必專門設計某些構部件，通常只要不超出壓力極限就行，在設計進程中也不需要校正強度。它僅僅需要的是高效組合板片，要對其展開壓降和傳熱運算，來求出所需的板片數量及整體傳熱面積。

具體的分析與計算時，考慮到壓降和熱傳導性能的緊密關系，所以重點采集的數據為進出口的溫度和流體情況，在進行設計時涉及到的主要參數為導熱面積、型號、規格等，具體計算時，還要采集如下詳實的資料：

第一，適合換熱器原材料的溫度范圍與承壓的上限等；

第二，常規工作環境中的各種參數采集，關于設計與性能的參數都進行采集，并采用定期采集和隨機采集兩種方法收集數據；

第三，利用不同的方式來制作能夠體現傳熱器性能的圖文資料；

對設計的參數進行計算驗證時，需要具體的選擇換熱器的型號和材質，然后在具體換熱器的參照下進行相關參數的運算與驗證，并分析運行狀態下的各種參數對設備的影響，探討是否符合設計的預期和使用的需求。如果參數的計算結果超出了預計值和設備使用的承載上限，那么必須重新選取參數和型號，再次利用具體的換熱器進行計算驗證，通過后方可投入生產。

2.2 優化設計

所謂的改良設計就是以板式換熱器具備一些要求為準，有幾個或一個比較理想的參數。改良設計就是以最優秀的數學理論為基礎，在計算機技術的推動下獲得了長足的進步，通過電腦將理想的預案給設計出來，它是電腦輔助設計的一項中心技術與主要分支。通常要將設計劃分為以下幾步：

第一，目標的明確：目標在實際問題產生變動的情況下所產生的改變，可是，一般來講，換熱器的改良設計目標通常是經濟性。

第二，決策變量的明確：以使目標函數獲得最小值或者是最大值。

第三，制約條件的明確：制約條件可分為不等式制約條件與等式制約條件。在一些特殊的情況以下，可以產生不存有制約的最優化狀況。

第四，準確描述換執器里的進程關系式，以獲得既定的輸入及輸出。所有的改良設計應當以一系列相關聯的幾何物理量為基礎。所以要求設計的類型不相同，或許這些量就會不同，可是，無論怎樣的改良設計，都要劃分為未給定量及給定量。應當在設計時要選擇最優未給定量，進而讓目標函數達到最為理想值。

第五，通過優化變量體系與改進約束體系來實現整體性能的提升，這在理論層面主要是對各類關系的梳理和整體性的結構優化，從而實現更為精準的約束條件設置，降低外部因素對其性能的影響，實現外部對其性能的需求。

第六，依靠最先進的數學辦法，在電腦上展開智能化的設計，以獲得最優的解。在展開改良設計時，有很多的目標函數可供參考使用，將其劃分為以下幾類：不光可以對一臺換熱器展開最優化的核算與設定，在特殊的情況下，還能改良運算并對換熱器體系進行經濟評估。對正在使用或原先的換熱器，將最為經濟的余熱回收與操縱環境運算出來。對達到某個共同目標的新換熱器獲得維護、操作、折舊、投資等費用最為實惠的換熱器材料，構造和型式。在進行計算的時候，應當符合約束條件，比如結構大小的制約，壓降或者是流速的制約等。如果目標函數是換熱器的耗資，所有的板片能夠結合經驗，基本上能夠獲得下面的。在雷諾數改變的影響下，所有板片的耗資都會發展改變，然而終究有一個最優的雷諾數，這樣，在這個雷諾數之下運轉工作流體是最為經濟的，耗資最少。

3 總結

我國板式換熱器的設計相關的理論研究及設計實踐還存在較大的發展空間。設計理論是熱力學理論及系統性理論的有效結合。

參考文獻：

[1]任改霞，趙鋒.板式換熱器在電廠中的應用研究[J].山西建筑，2014（02）：23.

[2]豐洋.阿法拉伐公司推出新的節能板式換熱器[J].化工裝備技術，2012（01）：90.

[3]邵擁軍，逯凱霄，張文林.板式換熱器的特點與優化設計[J].廣州化工，2012（06）：12.endprint