近年來(lái),，板式換熱器技術(shù)日益成熟，其傳熱效率高,，體積小,，重量輕,，污垢系數(shù)低，拆卸方便,，板片品種多,，適用范圍廣，在供熱行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用,。板式換熱器按組裝方式分為可拆式,、焊接式、釬焊式,、板殼式等,。由于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,，適用于水一水傳熱,。本文對(duì)提高可拆式板式換熱器效能的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

提高板式換熱器的效能是一個(gè)綜合經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題,，應(yīng)通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定,。提高換熱器的傳熱效率和降低換熱器的阻力應(yīng)同時(shí)考慮，而且應(yīng)合理選用板片材質(zhì)和橡膠密封墊材質(zhì)及安裝方法,，保證設(shè)備安全運(yùn)行,，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

2．1提高傳熱效率

板式換熱器是問(wèn)壁傳熱式換熱器,，冷熱流體通過(guò)換熱器板片傳熱，流體與板片直接接觸,，傳熱方式為熱傳導(dǎo)和對(duì)流傳熱,。提高板式換熱器傳熱效率的關(guān)鍵是提高傳熱系數(shù)和對(duì)數(shù)平均溫差。

① 提高換熱器傳熱系數(shù)只有同時(shí)提高板片冷熱兩側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),，減小污垢層熱阻,，選用熱導(dǎo)率高的板片，減小板片的厚度,，才能有效提高換熱器的傳熱系數(shù),。

a．提高板片的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

由于板式換熱器的波紋能使流體在較小的流速下產(chǎn)生湍流 (雷諾數(shù)一 150時(shí) )，因此能獲得較高的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與板片波紋的幾何結(jié)構(gòu)以及介質(zhì)的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān),。板片的波形包括人字形、平直形,、球形等,。經(jīng)過(guò)多年的研究和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，波紋斷面形狀為三角形 (正弦形表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)最大,，壓力降較小,，受壓時(shí)應(yīng)力分布均勻，但加工困難,？ )的人字形板片具有較高的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),，且波紋的夾角越大，板間流道內(nèi)介質(zhì)流速越高,，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)越大,。

b．減小污垢層熱阻

減小換熱器的污垢層熱阻的關(guān)鍵是防止板片結(jié)垢。板片結(jié)垢厚度為 1 mm時(shí),，傳熱系數(shù)降低約 10%,。因此，必須注意監(jiān)測(cè)換熱器冷熱兩側(cè)的水質(zhì),，防止板片結(jié)垢,，并防止水中雜物附著在板片上。有些供熱單位為防止盜水及鋼件腐蝕,，在供熱介質(zhì)中添加藥劑,，因此必須注意水質(zhì)和黏 *劑引起雜物沾污換熱器板片。如果水中有黏性雜物,，應(yīng)采用專用過(guò)濾器進(jìn)行處理,。選用藥劑時(shí)，宜選擇無(wú)黏性的藥劑,。

c．選用熱導(dǎo)率高的板片

板片材質(zhì)可選擇奧氏體不銹鋼,、鈦合金、銅合金等,。不銹鋼的導(dǎo)熱性能好,，熱導(dǎo)率約14．4 W/(m?K) ，強(qiáng)度高,，沖壓性能好,，不易被氧化，價(jià)格比鈦合金和銅合金低,，供熱工程中使用最多,，但其耐氯離子腐蝕的能力差。

d．減小板片厚度

板片的設(shè)計(jì)厚度與其耐腐蝕性能無(wú)關(guān),，與換熱器的承壓能力有關(guān),。板片加厚，能提高換熱器的承壓能力,。采用人字形板片組合時(shí),，相鄰板片互相倒置,，波紋相互接觸，形成了密度大,、分布均勻的支點(diǎn),，板片角孑 L及邊緣密封結(jié)構(gòu)已逐步完善，使換熱器具有很好的承壓能力,。國(guó)產(chǎn)可拆式板式換熱器最大承壓能力已達(dá)到了 2.5 MPa,。板片厚度對(duì)傳熱系數(shù)影響很大，厚度減小 0.1mm,，對(duì)稱型板式換熱器的總傳熱系數(shù)約增加 600W/(m ?K),，非對(duì)稱型約增加 500 W/(m ?K) 。在滿足換熱器承壓能力的前提下,，應(yīng)盡量選用較小的板片厚度,。

② 提高對(duì)數(shù)平均溫差

板式換熱器流型有逆流、順流和混合流型 (既有逆流又有順流 ),。在相同工況下,，逆流時(shí)對(duì)數(shù)平均溫差最大，順流時(shí)最小,，混合流型介于二者之問(wèn),。提高換熱器對(duì)數(shù)平均溫差的方法為盡可能采用逆流或接近逆流的混合流型，盡可能提高熱側(cè)流體的溫度,，降低冷側(cè)流體的溫度,。

③ 進(jìn)出口管位置的確定

對(duì)于單流程布置的板式換熱器，為檢修方便,，流體進(jìn)出口管應(yīng)盡可能布置在換熱器固定端板一側(cè),。介質(zhì)的溫差越大，流體的自然對(duì)流越強(qiáng),，形成的滯留帶的影響越明顯,，因此介質(zhì)進(jìn)出口位置應(yīng)按熱流體上進(jìn)下出，冷流體下進(jìn)上出布置,，以減小滯留帶的影響,，提高傳熱效率。

2.2降低換熱器阻力的方法

提高板問(wèn)流道內(nèi)介質(zhì)的平均流速,，可提高傳熱系數(shù),，減小換熱器面積。但提高流速,，將加大換熱器的阻力,，提高循環(huán)泵的耗電量和設(shè)備造價(jià)。循環(huán)泵的功耗與介質(zhì)流速的 3次方成正比，通過(guò)提高流速獲得稍高的傳熱系數(shù)不經(jīng)濟(jì),。當(dāng)冷熱介質(zhì)流量比較大時(shí),，可采用以下方法降低換熱器的阻力，并保證有較高的傳熱系數(shù),。

① 采用熱混合板

熱混合板的板片兩面波紋幾何結(jié)構(gòu)相同,，板片按人字形波紋的夾角分為硬板 (H)和軟板 (L),，夾角 (一般為 120,。左右 )大于 90。為硬板,，夾角 (一般為 70,。左右 )小于 90。為軟板,。熱混合板硬板的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)高,，流體阻力大，軟板則相反,。硬板和軟板進(jìn)行組合,，可組成高 (HH)、中 (HL),、低 (LL)3種特性的流道,，滿足不同工況的需求。

冷熱介質(zhì)流量比較大時(shí),，采用熱混合板比采用對(duì)稱型單流程的換熱器可減少板片面積,。熱混合板冷熱兩側(cè)的角孔直徑通常相等，冷熱介質(zhì)流量比過(guò)大時(shí),，冷介質(zhì)一側(cè)的角孑 L壓力損失很大,。另外，熱混合板設(shè)計(jì)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)精確匹配,，往往導(dǎo)致節(jié)省板片面積有限,。因此，冷熱介質(zhì)流量比過(guò)大時(shí)不宜采用熱混合板,。

② 采用非對(duì)稱型板式換熱器

對(duì)稱型板式換熱器由板片兩面波紋幾何結(jié)構(gòu)相同的板片組成,，形成冷熱流道流通截面積相等的板式換熱器。非對(duì)稱型 (不等截面積型 )板式換熱器根據(jù)冷熱流體的傳熱特性和壓力降要求,，改變板片兩面波形幾何結(jié)構(gòu),，形成冷熱流道流通截面積不等的板式換熱器，寬流道一側(cè)的角孑 L直徑較大,。非對(duì)稱型板式換熱器的傳熱系數(shù)下降微小,，且壓力降大幅減小。冷熱介質(zhì)流量比較大時(shí),，采用非對(duì)稱型單流程比采用對(duì)稱型單流程的換熱器可減少板片面積 15% 一 3O% ,。

③ 采用多流程組合

當(dāng)冷熱介質(zhì)流量較大時(shí),，可以采用多流程組合布置，小流量一側(cè)采用較多的流程,，以提高流速,，獲得較高的傳熱系數(shù)。大流量一側(cè)采用較少的流程,，以降低換熱器阻力,。多流程組合出現(xiàn)混合流型，平均傳熱溫差稍低,。采用多流程組合的板式換熱器的固定端板和活動(dòng)端板均有接管,，檢修時(shí)工作量大。

④ 設(shè)換熱器旁通管

當(dāng)冷熱介質(zhì)流量比較大時(shí),，可在大流量一側(cè)換熱器進(jìn)出口之問(wèn)設(shè)旁通管,，減少進(jìn)入換熱器流量，降低阻力,。為便于調(diào)節(jié),，在旁通管上應(yīng)安裝調(diào)節(jié)閥。該方式應(yīng)采用逆流布置,，使冷介質(zhì)出換熱器的溫度較高,，保證換熱器出口合流后的冷介質(zhì)溫度能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。設(shè)換熱器旁通管可保證換熱器有較高的傳熱系數(shù),，降低換熱器阻力,，但調(diào)節(jié)略繁。

⑤ 板式換熱器形式的選擇

換熱器板間流道內(nèi)介質(zhì)平均流速以 0．3～ 0．6m／ s為宜,，阻力以不大于100 kPa為宜,。根據(jù)不同冷熱介質(zhì)流量比，可參照表 1選用不同形式的板式換熱器,，表中非對(duì)稱型板式換熱器流道截面積比為 2,。采用對(duì)稱型或非對(duì)稱型、單流程或多流程板式換熱器,，均可設(shè)置換熱器旁通管,，但應(yīng)經(jīng)詳細(xì)的熱力計(jì)算。

2.3橡膠密封墊材質(zhì)及安裝方式

① 材質(zhì)的選擇

水一水換熱器中,，冷熱介質(zhì)對(duì)橡膠密封墊均無(wú)腐蝕性,。選用橡膠密封墊材質(zhì)的關(guān)鍵是耐溫和密封性能，橡膠密封墊材質(zhì)可按文獻(xiàn)選用,。

② 安裝方式的選擇

橡膠密封墊常用安裝方式為粘接式,、卡扣式。粘接式是在換熱器組裝時(shí)，將橡膠密封墊用膠水粘接在板片密封槽內(nèi),?？凼绞窃趽Q熱器組裝時(shí)，利用橡膠密封墊和板片邊緣的卡扣結(jié)構(gòu),，將橡膠密封墊固定在板片密封槽內(nèi),。由于卡扣式安裝工作量很小，換熱器拆卸時(shí)橡膠密封墊損壞率低,，而且不存在膠水中可能含有的氯離子造成對(duì)板片的腐蝕,，因此使用較多。

2.4合理選用板片材質(zhì)

不銹鋼板片可能產(chǎn)生腐蝕失效的現(xiàn)象有點(diǎn)蝕,、縫隙腐蝕,、應(yīng)力腐蝕,、晶間腐蝕,、均勻腐蝕等，應(yīng)力腐蝕的發(fā)生率較高,。

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