板式換熱器原理、結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用
板式換熱器是液—液、液—汽進(jìn)行熱交換的理想設(shè)備。它是由具有一定波紋形狀的一系列板片疊裝而成的一種新型高效換熱器。今天我們就來(lái)看一看板式換熱器的一些基本技術(shù)知識(shí)。
一：板式換熱器工作原理
板式換熱器是由許多沖壓有波紋薄板按一定間隔，四周通過墊片密封，并用框架和壓緊螺旋重疊壓緊而成，板片和墊片的四個(gè)角孔形成了流體的分配管和匯集管，同時(shí)又合理地將冷熱流體分開，使其分別在每塊板片兩側(cè)的流道中流動(dòng)，通過板片進(jìn)行熱交換。
板式換熱器是用薄金屬板壓制成具有一定波紋形狀的換熱板片，然后疊裝，用夾板、螺栓緊固而成的一種換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，通過板片進(jìn)行熱量交換。工作流體通過傳熱板片上的通孔在板片表面進(jìn)行流動(dòng)，在板片波紋的作用下形成激烈的湍流，猶如用筷子攪動(dòng)杯中的熱水，加大了換熱的面積。冷熱介質(zhì)分別在傳熱板片的兩側(cè)流動(dòng)，湍流形成的大量換熱面與板片接觸，通過板片來(lái)進(jìn)行充分的熱傳遞，達(dá)到終的換熱效果。
二：板式換熱器結(jié)構(gòu)
板式換熱器是由一組波紋形的平行金屬板構(gòu)成的，在板片的4個(gè)拐角處都有通道孔，板被夾緊在一個(gè)側(cè)面附有連接管的固定板和活動(dòng)壓緊板的框架中，并用夾緊螺栓加以?shī)A緊。這些連接管同板上的通道孔對(duì)中，并與熱交換的兩種液體的外部管路相連，傳熱板和活動(dòng)壓緊板懸掛在頂部承載梁的下面并由底部橫梁使其對(duì)準(zhǔn)定位。傳熱板片、密封墊片、壓緊板、導(dǎo)軌以及夾緊螺栓是板式換熱器的主要部件組成。
1)傳熱板片：主要起換熱作用的元件，一般波紋做成人字形，按照流體介質(zhì)的不同，傳熱板片的材質(zhì)也不一樣，大多采用不銹鋼和鈦材制作而成。
2)兩端壓板：兩個(gè)主要是夾緊壓住所有的傳熱板片，保證流體介質(zhì)不泄漏。
3)密封墊片：主要是在熱熱板片之間起密封作用。板式換熱器的泄漏多是因?yàn)槊芊鈮|片錯(cuò)位或者老化引起的。
4)夾緊螺栓：主要的夾緊封頭和換熱板片的作用。夾緊螺栓的預(yù)扣,一般是通扣螺紋，預(yù)緊螺栓時(shí)，一定用力矩扳手，使固定板片的力矩均勻。
三：板式換熱器的基本分類
一般情況下，我們主要根據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)區(qū)分板式換熱器，也就是根據(jù)外形來(lái)區(qū)分，可分為四大類：
①可拆卸板式換熱器(又叫帶密封墊片的板式換熱器)
②焊接板式換熱器
③螺旋板式換熱器
④板卷式換熱器(又叫蜂窩式換熱器)
其中，焊接板式換熱器又分為：半焊接板式換熱器、全焊接板式換熱器、板殼式換熱器、釬焊板式換熱器。
也有人將板式換熱器分成螺旋板式換熱器、平板式換熱器、板翅式換熱器三種。
1、螺旋板換熱器
由兩張保持一定間距的平行金屬板卷制而成，冷、熱流體分別在金屬板兩側(cè)的螺旋形通道內(nèi)流動(dòng)。這種換熱器的傳熱系數(shù)高(約比管殼式換熱器高1～4倍)，平均溫度差大(因冷、熱流體可作*的逆流流動(dòng))，流動(dòng)阻力小，不易結(jié)垢;但維修困難。使用壓力不超過2MPa。
2、平板式換熱器
由一定形狀的波紋薄板和密封墊片交互疊合，并用框架夾緊組裝而成。冷、熱流體分別在波紋板兩側(cè)的流道中流過，經(jīng)板片進(jìn)行換熱。波紋板通常由厚度為0.5～3mm的不銹鋼、鋁、鈦、鉬等薄板沖制而成。平板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是傳熱系數(shù)高(約比管殼式換熱器高2～4倍)，容易拆洗，并可增減板片數(shù)以調(diào)整傳熱面積。操作壓力通常不超過2MPa，操作溫度不超過250℃。
3、板翅式換熱器
由封閉在帶有冷、熱流體進(jìn)出口的集流箱中的換熱板束構(gòu)成。板束由平板和波紋翅片交互疊合，釬焊固定而成。冷、熱流體流經(jīng)平板兩側(cè)換熱，翅片增加了傳熱面積，又促進(jìn)了流體的湍動(dòng)，并對(duì)設(shè)備有增強(qiáng)作用。
四：板式換熱器優(yōu)缺點(diǎn)
板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)：
1、板式換熱器傳熱系數(shù)高
波紋表面板片主要有三種。突起狀板、渡紋板和人字型板，在供熱領(lǐng)域人字型采用較多。在低流速即0.15～0.85m/s下就能激發(fā)湍流流動(dòng)狀態(tài)，而且在板片兩側(cè)傳熱系數(shù)很高，由數(shù)據(jù)表明，板式換熱器傳熱系數(shù)是列管式的2～4倍，而此時(shí)壓降相近。
2、板式換熱器污垢熱阻小
板式換熱器的板材一般采用不銹鋼板或鈦板等合金鋼板，一般板厚儀為0.8～0.9mm，由于板壁薄，使板壁的熱阻減小。當(dāng)然也跟板壁發(fā)生強(qiáng)烈的湍流有關(guān)，致使換熱器表面污垢熱阻小。據(jù)美國(guó)板式換熱器制造協(xié)會(huì)(TEMA)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定t板式換熱器污垢熱阻，當(dāng)用同樣一種介質(zhì)時(shí)，可按列管式換熱器內(nèi)污垢熱阻l/5選取。另具一些文獻(xiàn)介紹，板式換熱器污垢熱阻一般約為0.00012m·℃· htkcal。當(dāng)設(shè)計(jì)時(shí)，介質(zhì)是凝結(jié)水或蒸汽時(shí)，板式換熱器污垢熱阻為0.O0001m·℃·h/kcal，而列管式換熱器污垢熱阻則是0.0001，兩者之倒是1：10。
3、板式換熱器污垢較輕
這是因?yàn)榘彘g具有較高的端流，致使污混雜物懸浮，這時(shí)板作為傳熱面很光滑，即便污垢沉積掛于板上，因*，板材表面不易腐蝕，這時(shí)湍流有助于自身洗滌，沖刷附著板上的污垢，起剝離作用。同時(shí)板間流動(dòng)，空間小，使介質(zhì)滯留量少，所以清洗起來(lái)簡(jiǎn)單方便。
4、板式體積小，因此向周圍環(huán)境散失的熱量也較少
據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，一般只有列管熱損失1/5左右。同時(shí)板式占地面積小，僅為列管式換熱器的1/5～1/10，加上列管式換熱器抽芯管檢修、檢查等，這個(gè)數(shù)就更小，重量輕，在帶相同的熱負(fù)荷時(shí).板式重量只是列管式的1/4左右，這樣相應(yīng)地給檢查清洗、保養(yǎng)都帶來(lái)方便條件。
5、泄露時(shí)容易發(fā)現(xiàn)
在板式換熱器發(fā)生泄漏對(duì)，板式換熱器內(nèi)的介質(zhì)是泄漏在外表面，不是像列管換熱器那樣，發(fā)生于一次永與二次水互串，并在一般狀況下不易發(fā)覺。
6、操作方便
板式換熱器的起動(dòng)和停止運(yùn)行所需要的時(shí)間短，操作方便，受到操作管理人員的歡迎。
7、組裝靈活
根據(jù)不同的負(fù)荷，可把一個(gè)流通的板片數(shù)和程數(shù)相結(jié)合起來(lái)，所以板式組裝靈活。如果采用中間連接板或中間隔板，可一個(gè)臺(tái)架上裝幾個(gè)換熱器，運(yùn)行不同的負(fù)荷，這樣可以減少系統(tǒng)中管線、閥門配件等設(shè)備，對(duì)降低工程造價(jià)，減少占地面積都有益處。
板式換熱器的缺點(diǎn)
1 ：工作壓力在 2.5MPa以下
板式換熱器是靠墊片進(jìn)行密封的，密封的周邊很長(zhǎng)，而且角孔的兩道密封處的支撐情況較差，墊片得不到足夠的壓緊力，所以目前板式換熱器的工作壓力僅為2.5MPa;單板面積在1㎡以上時(shí)，其工作壓力往往低于2.5MPa。
2 ：工作溫度在 250 ℃以下
板式換熱器的工作溫度決定于密封墊片能承受的溫度。用橡膠類彈性墊片時(shí)，工作溫度在 200 ℃以下;用壓縮石棉絨墊片(Caf)時(shí)，工作溫度為250- 260 ℃。
3 ：不適用于易堵塞通道的介質(zhì)的換熱
板式換熱器的板間通道很窄，一般為 3-5mm，當(dāng)換熱介質(zhì)中含有較大的固體顆粒或纖維物質(zhì)，就容易堵塞板間通道。對(duì)這種換熱場(chǎng)合，應(yīng)考慮在入口安裝過濾裝置，或采用再生冷卻系統(tǒng)。
五：板式換熱器的應(yīng)用
1.制冷：用作冷凝器和蒸發(fā)器。
2.暖通空調(diào)：配合鍋爐使用的中間換熱器、高層建筑中間換熱器等。
3.化學(xué)工業(yè)：純堿工業(yè)，合成氨，酒精發(fā)酵，樹脂合成冷卻等。
4.冶金工業(yè)：鋁酸鹽母液加熱或冷卻，煉鋼工藝?yán)鋮s等。
5. 機(jī)械工業(yè)：各種淬火液冷卻，減速器潤(rùn)滑油冷卻等。
6.電力工業(yè)：高壓變壓器油冷卻，發(fā)電機(jī)軸承油冷卻等。
7.造紙工業(yè)：漂白工藝熱回收，加熱洗漿液等。
8.紡織工業(yè)：粘膠絲堿水溶液冷卻，沸騰硝化纖維冷卻等。
9.食品工業(yè)：果汁滅菌冷卻，動(dòng)植物油加熱冷卻等。
10.油脂工藝：皂基常壓干燥，加熱或冷卻各種工藝用液。
11.集中供熱：熱電廠廢熱區(qū)域供暖，加熱洗澡用水。
12.其他：石油、醫(yī)藥、船舶、海水淡化、地?zé)崂谩⑻?yáng)能利用。
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