一、山東板式換熱器優(you)化設計(ji)方(fang)向 

板式換熱器技術日益(yi)幼稚，近(jin)年來。其(qi)傳(chuan)熱(re)(re)(re)效率(lv)高，體積小，重量(liang)輕，污垢系數(shu)低，裝(zhuang)配方(fang)便(bian)，板(ban)(ban)(ban)片品種多，適(shi)用范圍廣(guang)，供熱(re)(re)(re)行業得到廣(guang)泛應用。板(ban)(ban)(ban)式(shi)(shi)(shi)換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)按組裝(zhuang)方(fang)式(shi)(shi)(shi)分(fen)為(wei)可(ke)拆式(shi)(shi)(shi)、焊接式(shi)(shi)(shi)、釬焊式(shi)(shi)(shi)、板(ban)(ban)(ban)殼式(shi)(shi)(shi)等。由于可(ke)拆式(shi)(shi)(shi)板(ban)(ban)(ban)式(shi)(shi)(shi)換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)便(bian)于裝(zhuang)配清洗(xi)，增減換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)面積靈活，供熱(re)(re)(re)工程中(zhong)使(shi)用較多。可(ke)拆式(shi)(shi)(shi)板(ban)(ban)(ban)式(shi)(shi)(shi)換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)受橡膠(jiao)密(mi)封(feng)墊耐(nai)熱(re)(re)(re)溫(wen)度的限(xian)制，適(shi)用于水一水傳(chuan)熱(re)(re)(re)。本文對(dui)提高可(ke)拆式(shi)(shi)(shi)板(ban)(ban)(ban)式(shi)(shi)(shi)換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)器(qi)(qi)效能的優化設計進行研究(jiu)。

應(ying)通過技術經濟比(bi)擬后確定。提高換(huan)熱器(qi)的傳熱效(xiao)(xiao)率和(he)(he)降低換(huan)熱器(qi)的阻力(li)應(ying)同時考慮(lv)，提高板(ban)式換(huan)熱器(qi)的效(xiao)(xiao)能是(shi)一(yi)個綜(zong)合經濟效(xiao)(xiao)益問題。而(er)且應(ying)合理(li)選用板(ban)片材(cai)質(zhi)(zhi)和(he)(he)橡膠密(mi)封墊(dian)材(cai)質(zhi)(zhi)及安裝(zhuang)方法，保(bao)證設備平安運行，延長設備使(shi)用壽(shou)命。

二(er)、板式(shi)換熱器(qi)優(you)化設計(ji)方法

2．1提高傳熱效率

冷(leng)熱(re)(re)(re)流體通過換(huan)熱(re)(re)(re)器(qi)板片傳熱(re)(re)(re)，板式(shi)(shi)(shi)換(huan)熱(re)(re)(re)器(qi)是問壁傳熱(re)(re)(re)式(shi)(shi)(shi)換(huan)熱(re)(re)(re)器(qi)。流體與板片直接(jie)接(jie)觸(chu)，傳熱(re)(re)(re)方式(shi)(shi)(shi)為熱(re)(re)(re)傳導和對流傳熱(re)(re)(re)。提(ti)高板式(shi)(shi)(shi)換(huan)熱(re)(re)(re)器(qi)傳熱(re)(re)(re)效率的(de)關鍵是提(ti)高傳熱(re)(re)(re)系數和對數平均溫差。

減小污垢層熱(re)(re)(re)阻(zu):① 提高換(huan)熱(re)(re)(re)器傳(chuan)熱(re)(re)(re)系數只有同時提高板(ban)片(pian)(pian)冷熱(re)(re)(re)兩側的(de)外表(biao)傳(chuan)熱(re)(re)(re)系數。選用熱(re)(re)(re)導率高的(de)板(ban)片(pian)(pian)，減小板(ban)片(pian)(pian)的(de)厚度，才有效提高換(huan)熱(re)(re)(re)器的(de)傳(chuan)熱(re)(re)(re)系數。

a．提高板片的(de)外(wai)表傳熱系(xi)數

外(wai)(wai)表傳熱(re)系(xi)(xi)數(shu)與(yu)板(ban)片波(bo)(bo)(bo)紋的(de)(de)(de)(de)幾何結構以(yi)及介(jie)(jie)質的(de)(de)(de)(de)流(liu)動狀(zhuang)態(tai)有(you)關(guan)。板(ban)片的(de)(de)(de)(de)波(bo)(bo)(bo)形(xing)包括人(ren)字形(xing)、平直形(xing)、球形(xing)等。經過(guo)多年的(de)(de)(de)(de)研究和實驗發現，由于板(ban)式換熱(re)器(qi)的(de)(de)(de)(de)波(bo)(bo)(bo)紋能(neng)(neng)使流(liu)體在較(jiao)小的(de)(de)(de)(de)流(liu)速下產生(sheng)湍流(liu) 雷(lei)諾數(shu)一 150時 因(yin)此能(neng)(neng)獲(huo)得較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)(de)外(wai)(wai)表傳熱(re)系(xi)(xi)數(shu)。波(bo)(bo)(bo)紋斷面形(xing)狀(zhuang)為三角形(xing) 正弦形(xing)外(wai)(wai)表傳熱(re)系(xi)(xi)數(shu)最大(da)，壓力(li)降較(jiao)小，受(shou)壓時應力(li)分(fen)布(bu)均勻，但(dan)加工困(kun)難,人(ren)字形(xing)板(ban)片具有(you)較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)(de)外(wai)(wai)表傳熱(re)系(xi)(xi)數(shu)，且波(bo)(bo)(bo)紋的(de)(de)(de)(de)夾角越大(da)，板(ban)間流(liu)道內介(jie)(jie)質流(liu)速越高(gao)，外(wai)(wai)表傳熱(re)系(xi)(xi)數(shu)越大(da)。

b．減小污垢層熱阻

濟南板式換熱器傳熱(re)(re)系數降低約 10%因此，減小換(huan)熱(re)(re)器的污垢層熱(re)(re)阻的關鍵是防(fang)(fang)(fang)止板片(pian)結(jie)垢。板片(pian)結(jie)垢厚(hou)度為(wei) 1mm時。必需注(zhu)意(yi)(yi)監測換(huan)熱(re)(re)器冷熱(re)(re)兩側的水(shui)(shui)質，防(fang)(fang)(fang)止板片(pian)結(jie)垢，并(bing)防(fang)(fang)(fang)止水(shui)(shui)中雜(za)物附著在板片(pian)上。有些(xie)供熱(re)(re)單位為(wei)防(fang)(fang)(fang)止盜水(shui)(shui)及鋼(gang)件(jian)腐(fu)蝕，供熱(re)(re)介質中添(tian)加藥劑(ji)，因此必需注(zhu)意(yi)(yi)水(shui)(shui)質和黏(nian) 劑(ji)引起(qi)雜(za)物沾污換(huan)熱(re)(re)器板片(pian)。如果水(shui)(shui)中有黏(nian)性雜(za)物，應采用專用過濾器進行處理。選用藥劑(ji)時，宜(yi)選擇無(wu)黏(nian)性的藥劑(ji)。

c．選用(yong)熱導率(lv)高的(de)板片

熱導率(lv)約 14． 4W/mK強度高，板片材質可(ke)選擇奧氏體不銹鋼、鈦合金(jin)、銅(tong)合金(jin)等。不銹鋼的導熱性(xing)能(neng)好(hao)。沖(chong)壓(ya)性(xing)能(neng)好(hao)，不易被(bei)氧化(hua)，價(jia)格比鈦合金(jin)和(he)銅(tong)合金(jin)低，供熱工程中使用最多，但其(qi)耐氯離(li)子腐(fu)蝕(shi)的能(neng)力差。

d．減小板片厚度

與(yu)換(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)器(qi)的(de)承壓(ya)能力(li)(li)有(you)關(guan)。板(ban)(ban)(ban)(ban)片(pian)(pian)加(jia)厚(hou)(hou)，板(ban)(ban)(ban)(ban)片(pian)(pian)的(de)設計厚(hou)(hou)度(du)與(yu)其耐腐(fu)蝕性能無關(guan)。能提高換(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)器(qi)的(de)承壓(ya)能力(li)(li)。采用人字形(xing)板(ban)(ban)(ban)(ban)片(pian)(pian)組合時(shi)，相(xiang)鄰板(ban)(ban)(ban)(ban)片(pian)(pian)互(hu)相(xiang)倒置，波紋相(xiang)互(hu)接觸(chu)，形(xing)成(cheng)了密度(du)大、分布均勻的(de)支點，板(ban)(ban)(ban)(ban)片(pian)(pian)角孑 L及邊緣密封(feng)結構已逐步完善，使換(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)器(qi)具有(you)很好(hao)的(de)承壓(ya)能力(li)(li)。國產可拆式(shi)板(ban)(ban)(ban)(ban)式(shi)換(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)器(qi)最大承壓(ya)能力(li)(li)已達到2.5MPa板(ban)(ban)(ban)(ban)片(pian)(pian)厚(hou)(hou)度(du)對傳熱(re)(re)系(xi)數(shu)影響很大，厚(hou)(hou)度(du)減小(xiao) 0.1mm對稱型(xing)板(ban)(ban)(ban)(ban)式(shi)換(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)器(qi)的(de)總傳熱(re)(re)系(xi)數(shu)約(yue)增加(jia) 600W/mK非對稱型(xing)約(yue)增加(jia) 500W/mK¨ 滿足換(huan)(huan)(huan)熱(re)(re)器(qi)承壓(ya)能力(li)(li)的(de)前提下，應盡(jin)量(liang)選用較小(xiao)的(de)板(ban)(ban)(ban)(ban)片(pian)(pian)厚(hou)(hou)度(du)。

② 提(ti)高(gao)對數平均溫差

逆(ni)流(liu)(liu)(liu)(liu)時對(dui)數平均(jun)溫差(cha)最大，板式換(huan)熱(re)器(qi)流(liu)(liu)(liu)(liu)型有(you)逆(ni)流(liu)(liu)(liu)(liu)、順(shun)流(liu)(liu)(liu)(liu)和混合(he)流(liu)(liu)(liu)(liu)型 既有(you)逆(ni)流(liu)(liu)(liu)(liu)又有(you)順(shun)流(liu)(liu)(liu)(liu) 相同工況下。順(shun)流(liu)(liu)(liu)(liu)時最小(xiao)，混合(he)流(liu)(liu)(liu)(liu)型介于二者(zhe)之問。提高換(huan)熱(re)器(qi)對(dui)數平均(jun)溫差(cha)的(de)方法為(wei)盡可(ke)能(neng)采用逆(ni)流(liu)(liu)(liu)(liu)或接近逆(ni)流(liu)(liu)(liu)(liu)的(de)混合(he)流(liu)(liu)(liu)(liu)型，盡可(ke)能(neng)提高熱(re)側流(liu)(liu)(liu)(liu)體的(de)溫度(du)，降低冷側流(liu)(liu)(liu)(liu)體的(de)溫度(du)。

③ 進出口管位(wei)置的確定

為檢修方(fang)便，對于單流(liu)程布置(zhi)(zhi)的(de)板(ban)(ban)式換(huan)熱(re)(re)器。流(liu)體進出口管應(ying)盡(jin)可能安(an)排在換(huan)熱(re)(re)器固(gu)定端板(ban)(ban)一側。介質的(de)溫差越大，流(liu)體的(de)自然對流(liu)越強(qiang)，形(xing)成的(de)滯(zhi)留帶(dai)的(de)影響越明顯(xian)，因(yin)此介質進出口位置(zhi)(zhi)應(ying)按(an)熱(re)(re)流(liu)體上進下出，冷流(liu)體下進上出布置(zhi)(zhi)，以減(jian)小滯(zhi)留帶(dai)的(de)影響，提高傳熱(re)(re)效率。

2． 2降低換熱器阻力(li)的(de)方法

可提(ti)高(gao)傳(chuan)熱系(xi)(xi)數(shu)(shu)，提(ti)高(gao)板(ban)問流(liu)(liu)道(dao)內介質的(de)平均(jun)流(liu)(liu)速(su)。減小換熱器(qi)面積。但提(ti)高(gao)流(liu)(liu)速(su)，將加大(da)換熱器(qi)的(de)阻(zu)力(li)，提(ti)高(gao)循(xun)環泵的(de)耗電量(liang)和(he)設備造價。循(xun)環泵的(de)功耗與介質流(liu)(liu)速(su)的(de)3次(ci)方(fang)成正比(bi)，通過提(ti)高(gao)流(liu)(liu)速(su)獲得稍高(gao)的(de)傳(chuan)熱系(xi)(xi)數(shu)(shu)不經濟。當(dang)冷熱介質流(liu)(liu)量(liang)比(bi)擬大(da)時，可采用以下方(fang)法降低換熱器(qi)的(de)阻(zu)力(li)，并保證(zheng)有(you)較(jiao)高(gao)的(de)傳(chuan)熱系(xi)(xi)數(shu)(shu)。

① 采用熱混合板

板片按(an)人字(zi)形波紋的夾(jia)(jia)角分(fen)為硬(ying)(ying)板 H和軟板 L夾(jia)(jia)角 一般(ban)(ban)為 120左右 大于(yu) 90為硬(ying)(ying)板，熱(re)混(hun)合(he)板的板片兩面波紋幾何結構(gou)相(xiang)同。夾(jia)(jia)角 一般(ban)(ban)為 70左右 小于(yu) 90為軟板。熱(re)混(hun)合(he)板硬(ying)(ying)板的外表傳熱(re)系(xi)數高，流體(ti)阻力(li)大，軟板則(ze)相(xiang)反。硬(ying)(ying)板和軟板進行組(zu)合(he)，可組(zu)成高 HH中(zhong) HL低 LL3種(zhong)特性的流道，滿足(zu)不同工況的需求(qiu)。

采用熱(re)(re)(re)混(hun)合板比(bi)采用對稱(cheng)型單(dan)流(liu)程的換熱(re)(re)(re)器可(ke)減少板片面(mian)積(ji)。熱(re)(re)(re)混(hun)合板冷(leng)熱(re)(re)(re)兩側(ce)的角孔直(zhi)徑(jing)通(tong)常相等(deng)，冷(leng)熱(re)(re)(re)介質(zhi)流(liu)量(liang)比(bi)擬大(da)時。冷(leng)熱(re)(re)(re)介質(zhi)流(liu)量(liang)比(bi)過大(da)時，冷(leng)介質(zhi)一側(ce)的角孑 L壓力損失很(hen)大(da)。另外，熱(re)(re)(re)混(hun)合板設計技術難以實(shi)現精(jing)確(que)匹配，往(wang)往(wang)導致節(jie)省板片面(mian)積(ji)有限。因此，冷(leng)熱(re)(re)(re)介質(zhi)流(liu)量(liang)比(bi)過大(da)時不宜采用熱(re)(re)(re)混(hun)合板。

 ② 采用非對稱(cheng)型板式換熱器

形(xing)成(cheng)冷(leng)熱(re)(re)(re)流(liu)(liu)道流(liu)(liu)通截面(mian)積相等的(de)板(ban)(ban)式(shi)(shi)(shi)(shi)換熱(re)(re)(re)器(qi)。非對稱型(xing) 不(bu)等截面(mian)積型(xing) 板(ban)(ban)式(shi)(shi)(shi)(shi)換熱(re)(re)(re)器(qi)根據(ju)冷(leng)熱(re)(re)(re)流(liu)(liu)體的(de)傳熱(re)(re)(re)特性和(he)壓力降(jiang)要求，對稱型(xing)板(ban)(ban)式(shi)(shi)(shi)(shi)換熱(re)(re)(re)器(qi)由板(ban)(ban)片(pian)兩(liang)面(mian)波紋幾何結構(gou)相同的(de)板(ban)(ban)片(pian)組成(cheng)。改(gai)變板(ban)(ban)片(pian)兩(liang)面(mian)波形(xing)幾何結構(gou)，形(xing)成(cheng)冷(leng)熱(re)(re)(re)流(liu)(liu)道流(liu)(liu)通截面(mian)積不(bu)等的(de)板(ban)(ban)式(shi)(shi)(shi)(shi)換熱(re)(re)(re)器(qi)，寬流(liu)(liu)道一側(ce)的(de)角孑 L直徑較大。非對稱型(xing)板(ban)(ban)式(shi)(shi)(shi)(shi)換熱(re)(re)(re)器(qi)的(de)傳熱(re)(re)(re)系數下降(jiang)微小，且壓力降(jiang)大幅減小。冷(leng)熱(re)(re)(re)介質流(liu)(liu)量比(bi)擬(ni)大時(shi)，采用非對稱型(xing)單(dan)流(liu)(liu)程比(bi)采用對稱型(xing)單(dan)流(liu)(liu)程的(de)換熱(re)(re)(re)器(qi)可減少(shao)板(ban)(ban)片(pian)面(mian)積 15%一 3O%

③ 采用多流程組合

可以(yi)(yi)采(cai)用多(duo)流(liu)(liu)(liu)程(cheng)組(zu)合(he)安排，當冷熱(re)(re)介質流(liu)(liu)(liu)量較(jiao)大時。小流(liu)(liu)(liu)量一(yi)側采(cai)用較(jiao)多(duo)的流(liu)(liu)(liu)程(cheng)，以(yi)(yi)提(ti)高(gao)流(liu)(liu)(liu)速，獲得較(jiao)高(gao)的傳(chuan)熱(re)(re)系數。大流(liu)(liu)(liu)量一(yi)側采(cai)用較(jiao)少的流(liu)(liu)(liu)程(cheng)，以(yi)(yi)降低換熱(re)(re)器阻力(li)。多(duo)流(liu)(liu)(liu)程(cheng)組(zu)合(he)呈(cheng)現(xian)混合(he)流(liu)(liu)(liu)型(xing)，平(ping)均(jun)傳(chuan)熱(re)(re)溫(wen)差稍低。采(cai)用多(duo)流(liu)(liu)(liu)程(cheng)組(zu)合(he)的板(ban)式(shi)換熱(re)(re)器的固定(ding)端板(ban)和活動(dong)端板(ban)均(jun)有接管，檢修時工作量大。

④ 設換熱器旁通管

可在大流量一(yi)側換熱(re)器(qi)(qi)(qi)進(jin)出(chu)(chu)口之(zhi)問(wen)設(she)旁通管(guan)，當冷熱(re)介(jie)(jie)質流量比擬大時(shi)。減少進(jin)入換熱(re)器(qi)(qi)(qi)流量，降低阻力。為便于調(diao)節(jie)(jie)，旁通管(guan)上應裝(zhuang)置調(diao)節(jie)(jie)閥(fa)。該(gai)方式應采用逆流安排，使冷介(jie)(jie)質出(chu)(chu)換熱(re)器(qi)(qi)(qi)的溫(wen)度(du)較高，保證換熱(re)器(qi)(qi)(qi)入口合流后(hou)的冷介(jie)(jie)質溫(wen)度(du)能達到設(she)計要求。設(she)換熱(re)器(qi)(qi)(qi)旁通管(guan)可保證換熱(re)器(qi)(qi)(qi)有較高的傳熱(re)系數，降低換熱(re)器(qi)(qi)(qi)阻力，但(dan)調(diao)節(jie)(jie)略繁。

⑤ 板式換熱(re)器形(xing)式的選擇

阻力以不(bu)(bu)(bu)大于 100kPa為宜。根據不(bu)(bu)(bu)同(tong)冷(leng)熱(re)介質流(liu)(liu)(liu)量比，換熱(re)器(qi)(qi)板間流(liu)(liu)(liu)道內介質平均(jun)流(liu)(liu)(liu)速以 0． 30． 6ms為宜。可(ke)(ke)參照(zhao)表 1選(xuan)用不(bu)(bu)(bu)同(tong)形式的(de)板式換熱(re)器(qi)(qi)，表中非(fei)對稱型板式換熱(re)器(qi)(qi)流(liu)(liu)(liu)道截面積比為 2采用對稱型或非(fei)對稱型、單流(liu)(liu)(liu)程(cheng)或多流(liu)(liu)(liu)程(cheng)板式換熱(re)器(qi)(qi)，均(jun)可(ke)(ke)設置換熱(re)器(qi)(qi)旁通(tong)管，但應經詳細的(de)熱(re)力計算(suan)。

2． 3橡(xiang)膠密封墊(dian)材質(zhi)及安(an)裝方式

① 材質的選擇

冷熱(re)介(jie)質對橡膠(jiao)密封(feng)(feng)墊均無(wu)腐蝕性。選用(yong)(yong)橡膠(jiao)密封(feng)(feng)墊材(cai)質的關鍵是(shi)耐溫和密封(feng)(feng)性能(neng)，水(shui)一水(shui)換熱(re)器中(zhong)。橡膠(jiao)密封(feng)(feng)墊材(cai)質可按文獻選用(yong)(yong)。

② 裝置方式的選擇

將橡膠(jiao)密(mi)(mi)(mi)封墊(dian)(dian)用膠(jiao)水粘接在(zai)板片(pian)密(mi)(mi)(mi)封槽(cao)內。卡(ka)扣式(shi)是(shi)換(huan)熱器(qi)組裝(zhuang)(zhuang)時，橡膠(jiao)密(mi)(mi)(mi)封墊(dian)(dian)常用裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)方(fang)式(shi)為(wei)粘接式(shi)、卡(ka)扣式(shi)。粘接式(shi)是(shi)換(huan)熱器(qi)組裝(zhuang)(zhuang)時。利用橡膠(jiao)密(mi)(mi)(mi)封墊(dian)(dian)和板片(pian)邊緣的(de)卡(ka)扣結(jie)構，將橡膠(jiao)密(mi)(mi)(mi)封墊(dian)(dian)固定在(zai)板片(pian)密(mi)(mi)(mi)封槽(cao)內。由于(yu)卡(ka)扣式(shi)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)工(gong)作量很小，換(huan)熱器(qi)裝(zhuang)(zhuang)配時橡膠(jiao)密(mi)(mi)(mi)封墊(dian)(dian)損壞率低，而(er)且不存(cun)在(zai)膠(jiao)水中可能含有的(de)氯離(li)子造(zao)成對板片(pian)的(de)腐(fu)蝕，因此(ci)使用較(jiao)多。