板式换热器板型流程及流道的选择

板式换热器板型流程及流道的选择
⼀、板式换热器优化设计⽅向
近年来，板式换热器技术⽇益成熟，其传热效率⾼，体积⼩，重量轻，污垢系数低，拆卸⽅便，板⽚品种多，适⽤范围⼴，在供热⾏业得到了⼴泛应⽤。

板式换热器按组装⽅式分为可拆式、焊接式、钎焊式、板壳式等。

由于可拆式板式换热器便于拆卸清洗，增减换热器⾯积灵活，在供热⼯程中使⽤较多。

可拆式板式换热器受橡胶密封垫耐热温度的限制，适⽤于⽔⼀⽔传热。

本⽂对提⾼可拆式板式换热器效能的优化设计进⾏研究。

提⾼板式换热器的效能是⼀个综合经济效益问题，应通过技术经济⽐较后确定。

提⾼换热器的传热效率和降低换热器的阻⼒应同时考虑，⽽且应合理选⽤板⽚材质和橡胶密封垫材质及安装⽅法，保证设备安全运⾏，延长设备使⽤寿命。

⼆、板式换热器优化设计⽅法
2．1提⾼传热效率
板式换热器是问壁传热式换热器，冷热流体通过换热器板⽚传热，流体与板⽚直接接触，传热⽅式为热传导和对流传热。

提⾼板式换热器传热效率的关键是提⾼传热系数和对数平均温差。

①提⾼换热器传热系数只有同时提⾼板⽚冷热两侧的表⾯传热系数，减⼩污垢层热阻，选⽤热导率⾼的板⽚，减⼩板⽚的厚度，才能有效提⾼换热器的传热系数。

a．提⾼板⽚的表⾯传热系数
由于板式换热器的波纹能使流体在较⼩的流速下产⽣湍流(雷诺数⼀150时)，因此能获得较⾼的表⾯传热系数，表⾯传热系数与板⽚波纹的⼏何结构以及介质的流动状态有关。

板⽚的波形包括⼈字形、平直形、球形等。

经过多年的研究和实验发现，波纹断⾯形状为三⾓形(正弦形表⾯传热系数最⼤，压⼒降较⼩，受压时应⼒分布均匀，但加⼯困难)的⼈字形板⽚具有较⾼的表⾯传热系数，且波纹的夹⾓越⼤，板间流道内介质流速越⾼，表⾯传热系数越⼤。

b．减⼩污垢层热阻
减⼩换热器的污垢层热阻的关键是防⽌板⽚结垢。

板⽚结垢厚度为1mm时，传热系数降低约10%。

因此，必须注意监测换热器冷热两侧的⽔质，防⽌板⽚结垢，并防⽌⽔中杂物附着在板⽚上。

有些供热单位为防⽌盗⽔及钢件腐蚀，在供热介质中添加药剂，因此必须注意⽔质和黏*剂引起杂物沾污换热器板⽚。

如果⽔中有黏性杂物，应采⽤专⽤过滤器进⾏处理。

选⽤药剂时，宜选择⽆黏性的药剂。

c．选⽤热导率⾼的板⽚
板⽚材质可选择奥⽒体不锈钢、钛合⾦、铜合⾦等。

不锈钢的导热性能好，热导率约14．4W/(mK)，强度⾼，冲压性能好，不易被氧化，价格⽐钛合⾦和铜合⾦低，供热⼯程中使⽤最多，但其耐氯离⼦腐蚀的能⼒差。

d．减⼩板⽚厚度
板⽚的设计厚度与其耐腐蚀性能⽆关，与换热器的承压能⼒有关。

板⽚加厚，能提⾼换热器的承压能⼒。

采⽤⼈字形板⽚组合时，相邻板⽚互相倒置，波纹相互接触，形成了密度⼤、分布均匀的⽀点，板⽚⾓孑L及边缘密封结构已逐步完
善，使换热器具有很好的承压能⼒。

国产可拆式板式换热器最⼤承压能⼒已达到了。

板⽚厚度对传热系数影响很⼤，厚度减⼩，对称型板式换热器的总传热系数约增加600W/(mK)，⾮对称型约增加500W/(mK)。

在满⾜换热器承压能⼒的前提下，应尽量选⽤较⼩的板⽚厚度。

②提⾼对数平均温差
板式换热器流型有逆流、顺流和混合流型(既有逆流⼜有顺流)。

在相同⼯况下，逆流时对数平均温差最⼤，顺流时最⼩，混合流型介于⼆者之问。

提⾼换热器对数平均温差的⽅法为尽可能采⽤逆流或接近逆流的混合流型，尽可能提⾼热侧流体的温度，降低冷侧流体的温度。

③进出⼝管位置的确定
对于单流程布置的板式换热器，为检修⽅便，流体进出⼝管应尽可能布置在换热形成的滞留带的影响流体的⾃然对流越强，介质的温差越⼤，器固定端板⼀侧。

．越明显，因此介质进出⼝位置应按热流体上进下出，冷流体下进上出布置，以减⼩滞留带的影响，提⾼传热效率。

降低换热器阻⼒的⽅法
提⾼板问流道内介质的平均流速，可提⾼传热系数，减⼩换热器⾯积。

但提⾼流速，将加⼤换热器的阻⼒，提⾼循环泵的耗电量和设备造价。

循环泵的功耗与介质流速的3次⽅成正⽐，通过提⾼流速获得稍⾼的传热系数不经济。

当冷热介质流量⽐较⼤时，可采⽤以下⽅法降低换热器的阻⼒，并保证有较⾼的传热系数。

①采⽤热混合板
热混合板的板⽚两⾯波纹⼏何结构相同，板⽚按⼈字形波纹的夹⾓分为硬板(H)
和软板(L)，夹⾓(⼀般为120。

左右)⼤于90。

为硬板，夹⾓(⼀般为70。

左右)⼩于90。

为软板。

热混合板硬板的表⾯传热系数⾼，流体阻⼒⼤，软板则相反。

硬板和软板进⾏组合，可组成⾼(HH)、中(HL)、低(LL)3种特性的流道，满⾜不同⼯况的需求。

冷热介质流量⽐较⼤时，采⽤热混合板⽐采⽤对称型单流程的换热器可减少板⽚⾯积。

热混合板冷热两侧的⾓孔直径通常相等，冷热介质流量⽐过⼤时，冷介质⼀侧的⾓孑L压⼒损失很⼤。

另外，热混合板设计技术难以实现精确匹配，往往导致节省板⽚⾯积有限。

因此，冷热介质流量⽐过⼤时不宜采⽤热混合板。

．②采⽤⾮对称型板式换热器
对称型板式换热器由板⽚两⾯波纹⼏何结构相同的板⽚组成，形成冷热流道流通截⾯积相等的板式换热器。

⾮对称型(不等截⾯积型)板式换热器根据冷热流体的传热特性和压⼒降要求，改变板⽚两⾯波形⼏何结构，形成冷热流道流通截⾯积不等的板式换热器，宽流道⼀侧的⾓孑L直径较⼤。

⾮对称型板式换热器的传热系数下降微⼩，且压⼒降⼤幅减⼩。

冷热介质流量⽐较⼤时，采⽤⾮对称型单流程⽐采⽤对称型单流程的换热器可减少板⽚⾯积15%⼀3O%。

③采⽤多流程组合
当冷热介质流量较⼤时，可以采⽤多流程组合布置，⼩流量⼀侧采⽤较多的流程，以提⾼流速，获得较⾼的传热系数。

⼤流量⼀侧采⽤较少的流程，以降低换热器阻⼒。

多流程组合出现混合流型，平均传热温差稍低。

采⽤多流程组合的板式换热器的固定端板和活动端板均有接管，检修时⼯作量⼤。

④设换热器旁通管
当冷热介质流量⽐较⼤时，可在⼤流量⼀侧换热器进出⼝之问设旁通管，减少进⼊换热器流量，降低阻⼒。

为便于调节，在旁通管上应安装调节阀。

该⽅式应采⽤逆流布置，使冷介质出换热器的温度较⾼，保证换热器出⼝合流后的冷介质温度能达到设计要求。

设换热器旁通管可保证换热器有较⾼的传热系数，降低换热器阻⼒，但调节略繁。

⑤板式换热器形式的选择
换热器板间流道内介质平均流速以0．3～0．6m／s为宜，阻⼒以不⼤于100kPa 选⽤不同形式的板式换热器，表中1为宜。

根据不同冷热介质流量⽐，可参照表．⾮对称型板式换热器流道截⾯积⽐为2。

采⽤对称型或⾮对称型、单流程或多流程板式换热器，均可设置换热器旁通管，但应经详细的热⼒计算。

橡胶密封垫材质及安装⽅式
①材质的选择
⽔⼀⽔换热器中，冷热介质对橡胶密封垫均⽆腐蚀性。

选⽤橡胶密封垫材质的关键是耐温和密封性能，橡胶密封垫材质可按⽂献选⽤。

②安装⽅式的选择
橡胶密封垫常⽤安装⽅式为粘接式、卡扣式。

粘接式是在换热器组装时，将橡胶密封垫⽤胶⽔粘接在板⽚密封槽内。

卡扣式是在换热器组装时，利⽤橡胶密封垫和板⽚边缘的卡扣结构，将橡胶密封垫固定在板⽚密封槽内。

由于卡扣式安装⼯作量很⼩，
换热器拆卸时橡胶密封垫损坏率低，⽽且不存在胶⽔中可能含有的氯离⼦造成对板⽚的腐蚀，因此使⽤较多。

合理选⽤板⽚材质
不锈钢板⽚可能产⽣腐蚀失效的现象有点蚀、缝隙腐蚀、应⼒腐蚀、晶间腐蚀、均匀腐蚀等，应⼒腐蚀的发⽣率较⾼。

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