提高板式换热器效能的设计方法

摘要：在炼油与化工行业，板式换热器的应用较为广泛。

如何提高其换热效能，对企业的节能降耗有举足轻重的地位。

特别在低油价运行期间，炼化行业的企业承担着盈利的重担。

文中阐述了提高板式换热器效能的设计方法，对相关从业人员有一定的借鉴和指导意义。

关键词：板式换热器；效能；热传导系数；湍流中图分类号：TK175
文献标识码：B
文章编号：1671-4962（2016）04-0047-02
提高板式换热器效能的设计方法
李冰寒1,赵天2
（1.大庆石化公司炼油厂，黑龙江大庆163714；2.大庆炼化公司润滑油分厂，黑龙江大庆163411）
Design method for improving plate heat exchange efficiency
Li Binghan 1，Zhao Tian 2
(1.Daqing Petrochemical Company Oil Refinery,Daqing 163714;2.Lube Oil Plant of Daqing Oil Refining &Chemical Company,
Daqing 163411,China)
Abstract ：In the oil refining and chemical industry,the plate heat exchangers are used extensively.How to improve their heat exchange efficiency plays important role in energy saving and consumption reduction.Especially in low oil price operation period,enterprises in oil refining and chemical industry undertake heavy burden for profitability.This paper expounded the design method for improving plate heat exchanger efficiency,and has reference and guiding meaning for relevant employees.Keywords ：plate heat exchanger;efficiency;coefficient of heat conduction;turbulence
板式换热器的主要优点是传热效率高，体积小，重量轻。

而可拆式板式换热器，更有着便于拆卸清洗的优点广受欢迎，同时可以根据工艺的需要灵活调整换热片的多少，这特别在供热的工程中使用广泛，其主要缺点是可拆的板式换热器，其密封层主要是橡胶密封为主，因此受到橡胶的温度影响，不能用于高温行业。

1提高传热效率方法
1.1提高板片的表面传热系数
板式换热器通常都会有波压制的波纹，这种结构能使流体在流经其表面的时候，即使流速不快，也会产生湍流，这种特性使得其可以获得较高的表面传热系数，而且这种表面传热系数与板片波纹的几何结构关系密切。

主要常见的结构形式主要有人字形、平直形和球形等。

经过多年的实验和实践可知，效果最为理想的是三角形的波纹断面。

但是这种波纹板未在所有板式换热器中推广的主要原因是加工困难，费用较高。

因此，在一些比较重要的场合，可以考虑将波纹的结构选用该结构，以期在相同流速下，可以获得较大的表面
传热系数［1］。

1.2减小污垢层热阻
污垢屋的形成原因是长周期使用时，由于流速较低且流体含有一定的杂质和可沉积物导致。

要减少污垢层的热阻，主要就是防止板片结垢。

如果发现污垢层的热阻达到一定值，则要想办法减少厚度。

实验数据表面结垢厚度每增加1mm ，其传热系数就会降低约10%。

所以，有必要对板式换热器的两侧水质进行监测，同时布置一些在线监测仪表，以监测垢层的厚度。

为减少污垢层的沉积，对流体的超标介质应进行必要的处理，特别是一些粘性杂物的的流体，应采用特殊的过滤器进行过滤，务必尽量降低污垢层的厚度，有效控制污垢层的热阻［2］。

1.3选用热导率高的板片
板式换热器的成本主要由其板片的波纹结构和材质决定。

导率高的材质价格稍高。

常用的材质主要有奥氏体不锈钢、铜合金和钛合金等。

这
需要根据不同的使用工况进行选择，常用的主要是不锈钢，优点是导热性能好，强度高，冲压性能好且不易被氧化，同时价格较为低廉。

但缺点是耐氯离子腐蚀的能力差。

在一些腐蚀性强的介质中钛合金也得到广泛的使用，其主要的缺点价格较高［3］。

1.4进出口管位置的确定
板式换热器有单流程布置和双流程布置，常见的是前者。

这种结构的板式换热器，通常为了检修方面，会将流体的进出口尽量布置在板式换热器的固定端板1侧。

这种结构的缺点是如果间壁2侧的流体的温差大，其流体的自然对流就会很强，从而产生较为明显的滞留带。

因此2侧流体的进出口位置，必须严格按照热流体的进口管在上面，出口管在下面，冷流体则与之相反［4］。

2降低换热器阻力的方法
2.1采用热混合板
热混合板的使用，主要是将2侧的板片分成2种，1种称为硬板，另1种则称为软板。

软硬2种板片的波纹几何结构相差无几。

其区别主要是软板的流体阻力较小，但表面热传导系数较低，而硬板的表面热传导系数和流体的阻力都较大。

在实际实用中将这2种板片进行组合，即可组成高中低3种特流的流体，以满足不同的工况需求。

但是热混合板设计技术，很难在设计上就做到与工况的要求进行精确地对应，在实际使用中可能存在节省板片有限的缺点，特别是冷热流体的流量比过大时，不宜采用［5］。

2.2采用非对称型板式换热器
非对称型板式换热器中的非对称，主要是指截面积不等。

这种非对称的板式换热器主要优点就是，可以根据冷热液体的传热特性和压力降要求，适当地改变板片的波形结构。

这种结构的恰当运用，可以在一些冷热流体流量比较大时，可以将板片面积减少近1/3，效益可观。

2.3采用多流程组合
采用多流程组合的方式，适用于冷热介质流量较大的工况。

流量较低的一侧可以采用较多的流程，获得较高的传热系数。

与之相反的，在流量较大的1侧采用少的流程，可以降低流体的阻力。

这种混合型的组合方式，主要缺点是通常会在固定端板和活动端板中有接管，接管在检修时可能会提高工作量，日常和维护的量也相应提高。

3橡胶密封垫材质及安装方式
3.1材质的选择
当2侧的流体均为水时，由于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，橡胶密封垫材质并无特殊要求，通常按设计标准即可［6］。

3.2安装方式的选择
密粘接式和卡扣式的连接方式是常见的密封垫的安装方式，前者是将密封垫用胶水为粘合剂，将橡胶密封垫粘贴在板片的密封槽内。

而卡扣式的安装方式，则是在加工时，会有1对卡扣结构，可以将橡胶密封垫固定在板片密封槽内，后者由于更有利于拆卸，特别在频繁检修的使用场合，其损坏率较前者要低得多，而且使用的环境不受胶水粘合剂的影响，使用广泛。

4结束语
对可拆式板式换热器效能的优化设计分析可知，在实践中可以通过可行的技术措施实现换热器的优化设计，以提高换热器的传热效率，同时还能保证板式换热器能在设计工况下稳定安全工作，延长换热器的使用周期。

参考文献：
［1］支浩，汤慧萍，朱纪磊.换热器的研究发展现状［J］.化工进展，2009，28（1）：338-342.
［2］矫明，徐宏，程泉，等.新型高效换热器发展现状及研究方向化［J］.化工设计通讯，2007，28（3）：50-55.
［3］陆璐.换热器的研究现状及发展［J］.产业与科技论坛，产业与科技论坛，2011，10（2）：49-50.
［4］雷新义.提高板式换热器效能的优化设计［J］.煤气与热力，2007，27（10）：77-79.
［5］任书恒板式换热器的应用及其发展前景［J］.石油化工设备技术，1991（1）：7-11.
收稿日期：2016-07-12
作者简介：李冰寒，男，助理工程师，2012年毕业于东北石油大学电子信息专业，现从事炼油设备管理工作。