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板式换热器

板式换热器
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编辑时间 : 2021-01-13


板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道,通过板片进行热量交换。板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、应用广泛、使用寿命长等特点。在相同压力损失情况下,其传热系数比管式换热器高3-5倍,占地面积为管式换热器的三分之一,热回收率可高达90%以上。




板式换热器的结构原理:可拆卸板式换热器是由许多冲压有波纹薄板按一定间隔,四周通过垫片密封,并用框架和压紧螺旋重叠压紧而成,板片和垫片的四个角孔形成了流体的分配管和汇集管,同时又合理地将冷热流体分开,使其分别在每块板片两侧的流道中流动,通过板片进行热交换。板式换热器的优化设计计算,就是在已知温差比NTUE的条件下,合理地确定其型号、流程和传热面积,使NTUp等于NTUE。





板式换热器的型式主要有框架式(可拆卸式)和钎焊式两大类,板片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板片三种。板式换热器的基本组成结构:

1、板式换热器板片和板式换热器密封垫片

2、固定压紧板

3、活动压紧板

4、夹紧螺栓

5、上导杆

6、下导杆

7、后立柱





板式换热器的基本分类:一般情况下,我们主要根据结构来区分板式换热器,也就是根据外形来区分,可分为四大类:①可拆卸板式换热器(又叫带密封垫片的板式换热器)、②焊接板式换热器、③螺旋板式换热器、④板卷式换热器(又叫蜂窝式换热器)。其中,焊接板式换热器又分为:半焊接板式换热器、全焊接板式换热器、板壳式换热器、钎焊板式换热器。






板式换热器经常用到的分类:

1、根据单位空间内的换热面积的多少,板式换热器属于紧凑式换热器,主要是与管壳式换热器进行比较,传统的管壳式换热器占地较大。

2、根据工艺用途,又有不同的叫法:板式加热器、板式冷却器、板式冷凝器、板式预热器;

3、根据流程组合,分为单程板式换热器和多程板式换热器;

4、根据两种介质的流动方向,分为顺流(并流)板式换热器、逆流板式换热器、交叉流(横流)板式换热器,后两者用的比较多;

5、按照流道的间隙大小,分为常规间隙板式换热器和宽间隙板式换热器;

6、按照波纹,板式换热器有更详细的分别,不再累述,请参考:板式换热器板片波纹形式。

7、按照是否是成套产品,可分为单机板式换热器、板式换热器机组。





板式换热器常见故障

外漏:主要表现为渗漏(量不大,水滴不连续)和泄漏(量较大,水滴连续)。外漏出现的主要部位为板片与板片之间的密封处、板片二道密封泄漏槽部位以及端部板片与压紧板内侧。

串液:主要特征为压力较高一侧的介质串入压力较低一侧的介质中,系统中会出现压力和温度的异常。如果介质具有腐蚀性,还可能导致板式换热器密封垫片的腐蚀。串液通常发生在导流区域或者二道密封区域处。

压降大:介质进、出口压降超过设计要求,甚至高出设计值许多倍,严重影响系统对流量和温度的要求。在供暖系统中,若热侧压降过大,则一次侧流量将严重不足,即热源不够,导致二次侧出温度不能满足要求。

供热温度不能满足要求:主要特征是出口温度偏低,达不到设计要求。





板式换热器设计特点:

1、高效节能:其换热系数在3000~4500kcal/m2·°C·h,比管壳式换热器的热效率高3~5倍。

2、结构紧凑:板式换热器板片紧密排列,与其他换热器类型相比,板式换热器的占地面积和占用空间较少,面积相同换热量的板式换热器仅为管壳式换热器的1/5。

3、容易清洗拆装方便:板式换热器靠夹紧螺栓将夹固板板片夹紧,因此拆装方便,随时可以打开清洗,同时由于板面光洁,湍流程度高,不易结垢。

4、使用寿命长:板式换热器采用不锈钢或钛合金板片压制,可耐各种腐蚀介质,胶垫可随意更换,并可方便在、拆装检修。

5、适应性强:板式换热器板片为独立元件,可按要求随意增减流程,形式多样;可适用于各种不同的、工艺的要求。

6、不串液,板式换热器密封槽设置泄液液道,各种介质不会串通,即使出现泄露,介质总是向外排出。






板式换热器产品选用要点:

1、板式换热器选用控制参数为换热器材质、工作压力、设计温度等。

2、选用换热器时,应尽量使换热系数小的一侧得到大的流速,并且尽量使两流体换热面两侧的换热系数相等或相近,提高传热系数。经换热器加热的流体温度应比换热器出口压力下的饱和温度低10℃,且应低于二次水所用水泵的工作温度。

3、含有泥沙脏物的流体宜经过过滤后进入换热器。

4、选用板式换热器时,温差较小侧流体的接口处流速不宜过大,应能满足压力降的要求。

5、对于流量大允许压力降小的情况应选用阻力小的板型,反之,选用阻力大的板型。

6、根据流体压力和温度情况选用可拆卸式或电焊式。

7、不宜选用单板面积太小的板片,以免板片数量过多,板间流速偏小,降低传热系数。

8、板式换热器的换热介质不宜为蒸汽。




板式换热器施工安装要点:

1、换热器不应有变形,紧固件不应有松动或其它机械损伤。

2、设备吊装时,吊绳不得挂在接管、定位横梁或板片上。

3、换热器周围预留足够空间,以便于检修。

4、冷热介质进出口接管安装,应按照出厂铭牌所规定方向连接。

5、连接换热器的管道应进行清洗,防止砂石焊渣等杂物进入换热器,造成堵塞。

6、换热器应以最大工作压力的1.5倍做水压试验,蒸汽部分应不低于蒸汽供汽压力加0.3MPa;热水部分应不低于0.4MPa。






板式换热器清洗工艺

1、隔离设备系统,并将换热器里面的水排放干净。

2、采用高压水清洗管道内存留的淤泥、藻类等杂质后,封闭系统。

3、在隔离阀和交换器间装上球阀(不小于1英寸=2.54厘米),进水和回水口都应安装。

4、接上输送泵和连接导管,使清洗剂从换热器的底部泵入,从顶部流出。

5、开始向换热器里泵入所需要的清洗剂(比例可根据具体情况调整)。

6、反复循环清洗到推荐的清洗时间。随着循环的进展和沉积物的溶解,反应时产生的气体也会增多,应随时通过放气阀将多余的空气排出。随着空气的排出,换热器内的空间会增大,可加入适当的水,不要一开始就注入大量的水,可能会造成水的溢出。

7、循环中要定时检查清洗剂的有效性,可以使用PH 试纸测定。如果溶液保持在PH值2‐3时,那么清洗剂仍然有效。如果清洗剂的PH 值达到5‐6时,需要再添加适量清洗剂。最终溶液的PH值在2‐3时保持30分钟没有明显变化,证明达到了清洗效果。注意:清洗剂可以回收后重复使用,排放会造成浪费。

8、达到清洗时间后,回收清洗溶液。并用清水反复冲洗交换器,直到冲洗干净至中性,用PH试纸测定PH值6~7。

9、完成清洗后既可开机运行。也可以打压试验,看是否有泄漏现象。如果有泄漏,可以采用高分子复合材料进行修复保护,并且可以大大延长设备的使用寿命。

10、设备稳定后,记下当前的介质过流量、工作压力、换热效率等数据。

11、比较清洗前和清洗后数值的变化,就可以计算出该企业每个小时所节省的电费、煤费等生产费用及提高的工作效率,这正是企业采用技术应用的价值补偿。

12、同样的操作方法也可用于凝汽器、框架式的热交换器清洗。

13、如企业需要设备进行钝化预膜处理,可按以下流程进行操作:将钝化预膜剂按推荐稀释比泵入设备中(同时在循环槽内悬挂试片);按推荐时间循环、浸泡;检测预膜效果(红点法或蓝点法);排放;水冲洗干净至中性(用PH试纸测定PH值6~7)。

14、钝化预膜结束后,最好采用风机等通风设备将系统吹干,可确保并提升钝化预膜效果。





板式换热器已广泛应用于冶金、矿山、石油、化工、电力、医药、食品、化纤、造纸、轻纺、船舶、供热等部门,可用于加热、冷却、蒸发、冷凝、杀菌消毒、余热回收等各种情况。

太阳能利用:参与太阳能集热板中传热介质乙二醇等防冻液热量交换过程,以达到利用太阳能目的。

化学工业:制造氧化钛、酒精发酵、合成氨、树脂合成、制造橡胶、冷却磷酸、冷却甲醛水、碱炭工业、电解制碱。

钢铁工业:冷却淬火油,冷却电镀用液、冷却减速器润滑油、冷却轧制机、拉丝机冷却液。

冶金行业:铝酸盐母液的加热和冷却,冷却铝酸钠,炼铝轧机润滑油冷却。

机械制造业:各种淬火液冷却,冷却压力机、工业母机润滑油,加热发动机用油。

食品工业

制盐,乳品,酱油,醋的杀菌、冷却,动植物油加热、冷却,啤酒生产中啤酒、麦芽汁的加热冷却,制糖,明胶浓缩,杀菌、冷却,制造谷氨酸钠。

纺织工业:各种废液热回收,沸腾磷化纤维的冷却,冷却粘胶液,醋酸和酸醋酐的冷却,冷却碱水溶液,粘胶丝的加热和冷却。

造纸工业:冷却黑水,漂白用盐、碱液的加热、冷却,玻璃纸废液的热回收,加热蒸煮酸,冷却氢氧化钠水溶液,回收漂白张纸的废液,排气的凝缩,预热浓缩纸浆似的废液。

集中供暖

热电厂废热区域供暖,加热生活用水,锅炉区域供暖。

油脂工业:加热、冷却合成洗涤剂,加热鲸油,冷却植物油,冷却氢氧化钠,冷却甘油、乳化油。

电力工业:发电机轴泵冷却,变压器油冷却。

船 舶:柴油机,中央冷却器,卸套水冷却器,活塞冷却器,润滑油冷却器,预热器,海水淡化系统(包括多级及单级)。

海水养殖育苗:

配套锅炉给育苗海水升温已节约煤炭的使用,从而节能环保提高效率。

其他:医药、石油、建陶、玻璃、水泥、地热利用等。




板片型式或波纹式应根据换热场合的实际需要而定。对流量大允许压降小的情况,应选用阻力小的板型,反之选用阻力大的板型。根据流体压力和温度的情况,确定选择可拆卸式,还是钎焊式。确定板型时不宜选择单板面积太小的板片,以免板片数量过多,板间流速偏小,传热系数过低,对较大的换热器更应注意这个问题。




流程指板式换热器内一种介质同一流动方向的一组并联流道,而流道指板式换热器内,相邻两板片组成的介质流动通道。一般情况下,将若干个流道按并联或串联的方式连接起来,以形成冷、热介质通道的不同组合。

流程组合形式应根据换热和流体阻力计算,在满足工艺条件要求下确定。尽量使冷、热水流道内的对流换热系数相等或接近,从而得到最佳的传热效果。因为在传热表面两侧对流换热系数相等或接近时传热系数获得较大值。虽然板式换热器各板间流速不等,但在换热和流体阻力计算时,仍以平均流速进行计算。由于“U”形单流程的接管都固定在压紧板上,拆装方便。




在板式换热器的设计选型时,一般对压降有一定的要求,所以应对其进行校核。如果校核压降超过允许压降,需重新进行设计选型计算,直到满足工艺要求为止。

计算方法:关于传热系数和压降的计算,由各个厂家产品的性能曲线计算得到。性能曲线(准则关联式)一般来自于产品的性能测试。对于缺少性能测试的板型,也可通过参考尺寸法,根据板型的特性几何尺寸获得板型的准则关联式,国际上的一些通用软件均采用这种方法。





板式换热器的特点

1、传热系数高:由于不同的波纹板相互倒置,构成复杂的流道,使流体在波纹板间流道内呈旋转三维流动,能在较低的雷诺数(一般Re=50~200)下产生紊流,所以传热系数高,一般认为是管壳式的3~5倍。

2、对数平均温差大,末端温差小:在管壳式换热器中,两种流体分别在管程和壳程内流动,总体上是错流流动,对数平均温差修正系数小,而板式换热器多是并流或逆流流动方式,其修正系数也通常在0.95左右,此外,冷、热流体在板式换热器内的流动平行于换热面、无旁流,因此使得板式换热器的末端温差小,对水换热可低于1℃,而管壳式换热器一般为5℃fff.

3、占地面积小:板式换热器结构紧凑,单位体积内的换热面积为管壳式的2~5倍,也不像管壳式那样要预留抽出管束的检修场所,因此实现同样的换热量,板式换热器占地面积约为管壳式换热器的1/5~1/8。

4、容易改变换热面积或流程组合:只要增加或减少几张板,即可达到增加或减少换热面积的目的;改变板片排列或更换几张板片,即可达到所要求的流程组合,适应新的换热工况,而管壳式换热器的传热面积几乎不可能增加。

5、重量轻:板式换热器的板片厚度仅为0.4~0.8mm,而管壳式换热器的换热管的厚度为2.0~2.5mm,管壳式的壳体比板式换热器的框架重得多,板式换热器一般只有管壳式重量的1/5左右。 




板式换热器的产品性能:

1、价格低:采用相同材料,在相同换热面积下,板式换热器价格比管壳式约低40%~60%。

2、制作方便:板式换热器的传热板是采用冲压加工,标准化程度高,并可大批生产,管壳式换热器一般采用手工制作。

3、容易清洗:框架式板式换热器只要松动压紧螺栓,即可松开板束,卸下板片进行机械清洗,这对需要经常清洗设备的换热过程十分方便。

4、热损失小:板式换热器只有传热板的外壳板暴露在大气中,因此散热损失可以忽略不计,也不需要保温措施。而管壳式换热器热损失大,需要隔热层。

5、容量较小:约为管壳式换热器的10%~20%。

6、位长度的压力损失大:由于传热面之间的间隙较小,传热面上有凹凸,因此比传统的光滑管的压力损失大。

7、不易结垢:由于内部充分湍动,所以不易结垢,其结垢系数仅为管壳式换热器的1/3~1/10.

8、作压力不宜过大,可能发生泄露:板式换热器采用密封垫密封,工作压力一般不宜超过2.5MPa,介质温度应在低于250℃以下,否则有可能泄露。

9、易堵塞:由于板片间通道很窄,一般只有2~5mm,当换热介质含有较大颗粒或纤维物质时,容易堵塞板间通道。



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