板式换热器常见知识

换热器是合理利用与节约能源、开发新能源的关键设备。

据统计，在现代石油化工企业中，换热器投资占30% ~40%。

在制冷机中，蒸发器和冷凝器的重量占机组重量的30% ~40%，动力消耗占总动力消耗的20% ~30%。

可见换热器对企业投资、金属耗量以及动力消耗有着重要的影响。

由于在生产中存在的热交换千变万化，因此所需的换热器必然各式各样，但从承受高温、高压、超低温及耐腐蚀能力上看，管壳式换热器的数量和使用场所在20世纪80、90年代仍居主要地位。

随着全焊、钎焊、板壳式等新型结构板式换热器的发展，以及新技术、新工艺、新材料在板式换热器中的应用，板式换热器在进一步发展自身的传系数高、对数平均温差大、占地面积小、重量轻、价格低、末端温差小和污垢系数低等优越性之外，还将它的承压能力从2.5MPa提高到8.0MPa，耐温能力从150℃提高到了1000℃，为其在许多应用领域取代管壳式换热器创造了条件。

板式换热器的特点：1.对数平均温差大。

2. 占地面积小，结构紧凑，清洗方便。

3. 重量轻，板片的厚度一般在0.4－0.7mm。

4. 传热系数高，板片的波纹能使流体在较小的流速下产生湍流。

5. 可改变换热面积或流程组合，增加或减少板片数量即可达到所需的换热面积，改变板片的排港列，可适用于不同的换热器。

6. 价格低。

板式换热器的工作原理板式换热器是由许多波纹形的传热板片，按一定的间隔，通过橡胶垫片压紧组成的可拆卸的换热设备。

板片组装时，两组交替排列，板与板之间用粘结剂把橡胶密封板条固定好，其作用是防止流体泄漏并使两板之间形成狭窄的网形流道，换热板片压成各种波纹形，以增加换热板片面积和刚性，并能使流体在低流速成下形成湍流，以达到强化传热的效果。

板上的四个角孔，形成了流体的分配管和泄集管，两种换热介质分别流入各自流道，形成逆流或并流通过每个板片进行热量的交换。

其特点：（1）体积小，占地面积少；（2）传热效率高；（3）组装灵活；（4）金属消耗量低；（5）热损失小；（6）拆卸、清洗、检修方便；（7）板式换热器缺点是密封周边较长，容易泄漏，不能承受高压。

板式换热器有哪几部分组成？有什么作用？板式换热器主要由传热板片、密封垫片、两端压板、夹紧螺栓、支架等组成。

各部件作用如下：一、传热板片传热板片是换热器主要起换热作用的元件，一般波纹做成人字形，按照流体介质的不同，传热板片的材质也不一样，大多采用不锈钢和钛材制作而成。

二、密封垫片板式换热器的密封垫片主要是在换热板片之间起密封作用。

材质有：丁腈橡胶，三元乙丙橡胶，氟橡胶等，根据不同介质采用不同橡胶。

三、两端压板两端压板主要是夹紧压住所有的传热板片，保证流体介质不泄漏。

四、夹紧螺栓夹紧螺栓主要是起紧固两端压板的作用。

夹紧螺栓一般是双头螺纹，预紧螺栓时，使固定板片的力矩均匀。

五、挂架主要是支承换热板片，使其拆卸、清洗、组装等方便。

造成板换泄漏的主要原因1）换热板片腐蚀穿透；（2）换热板片有裂纹；（3）夹紧螺栓紧固不均匀；（4）换热板片变形太大；（5）密封垫片断裂或老化；（6）密封垫片厚度不均；（7）密封垫片压偏。

板换腐蚀失效类型①点蚀：由“闭塞电池腐蚀”（Ocluded Cell Corrosion）作用引起的一种局部腐蚀—使局部金属表面的钝化膜破坏,形成尺寸小于1mm的穿孔或蚀坑。

例如,在不锈钢板片表面生锈或积垢(碳化物、二氧化硅垢层)处,因导热不良、介质的pH值减小产生的腐蚀；②缝隙腐蚀：由“闭塞电池腐蚀”作用引起的一种呈斑点状或溃疡形的局部腐蚀。

同点蚀的主要区别是腐蚀产生在金属零件的缝隙处,由于滞留介质的电化学不均匀性而导致的。

例如, 密封垫片槽底或板片封闭流道的角孔垫片外侧处产生的腐蚀；③应力腐蚀开裂：在静态拉伸应力与电化学介质共同作用下，由阴极溶解过程引起的金属局部腐蚀裂纹或断裂。

例如,板片压制成型时将产生残余内应力，若与介质中的卤素离子（如Cl -、F -等离子）或H2S接触可能引起应力腐蚀开裂；④晶间腐蚀：起源于金属表面并沿晶粒边界深入到内部的腐蚀,可导致晶粒间的结合力丧失，使材料的强度大大降低。

例如,不锈钢在过敏温度范围（400℃~600℃）内产生的腐蚀；⑤均匀腐蚀：接触介质的金属表面全部或大部分被腐蚀的现象。

例如,板片选材不当,或使用期过长,超过了允许使用寿命；⑥其他腐蚀失效：主要有露点腐蚀、磨蚀、微生物腐蚀等。

例如,含有酸性物质的热蒸汽与冷的板片接触,可引起露点腐蚀；板片的介质入口角孔处和导流区的流速过高，或流体中含有砂粒类颗粒物时,可导致磨蚀；海水中的藻类、细菌、原生物等,可导致板片的微生物腐蚀。

以上几种腐蚀失效中，Cr-Ni奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂约占50％，点蚀和缝隙腐蚀共约占20％，所以最危险、最常见。

板换常用板片材质①304型不锈钢这是最廉价、最广泛使用的奥氏体不锈钢（如食品、化工、原子能等工业设备）。

适用于一般的有机和无机介质。

例如，浓度＜30％、温度≤100℃或浓度≥30％、温度＜50℃的硝酸；温度≤100℃的各种浓度的碳酸、氨水和醇类。

在硫酸和盐酸中的耐蚀性差；尤其对含氯介质(如冷却水)引起的缝隙腐蚀最敏感。

在含氯水溶液中的适用条件,见表1-34。

PRE为19。

②304L型不锈钢耐蚀性和用途与304型基本相同。

由于含碳量更低（≤0.03％），故耐蚀性（尤其耐晶间腐蚀, 包括焊缝区）和可焊性更好，可用于半焊式或全焊式PHE。

③316型不锈钢适用于一般的有机和无机介质。

例如,天然冷却水、冷却塔水、软化水；碳酸；浓度＜50％的醋酸和苛性碱液；醇类和丙酮等溶剂；温度≤100℃的稀硝酸（浓度＜20％＝、稀磷酸（浓度＜30％＝等。

但是,不宜用于硫酸。

由于约含2％的Mo，故在海水和其他含氯介质中的耐蚀性比304型好,完全可以替代304型,见表1-34。

PRE为25。

④316L型不锈钢耐蚀性和用途与316型基本相同。

由于含碳量更低（≤0.03％），故可焊性和焊后的耐蚀性也更好，可用于半焊式或全焊式PHE。

PRE为25。

⑤317型不锈钢适合要求比316型使用寿命更长的工况。

由于Cr、Mo、Ni元素的含量比316型稍高，故耐缝隙腐蚀、点蚀和应力腐蚀的性能更好。

PRE为30。

⑥AISI 904L或SUS 890L型不锈钢这是一种兼顾了价格与耐蚀性的高性价比的奥氏体不锈钢，其耐蚀性比以上几种材料好,特别适合一般的硫酸、磷酸等酸类和卤化物（含Cl—、F—）。

由于Cr、Ni、Mo含量较高，故具有良好的耐应力腐蚀、点蚀和缝隙腐蚀性能。

在含氯介质中的适用条件,见表1-34。

PRE 为36。

⑦Avesta 254 SMO高级不锈钢这是一种通过提高Mo含量对316型进行了改进的超低碳高级不锈钢，具有优良的耐氯化物点蚀和缝隙腐蚀性能，适用于不能用316型的含盐水、无机酸等介质。

在含氯介质中的适用条件,见表5-11。

PRE为47。

⑧Hastelloy C-276这是一种昂贵的超低碳Ni（57％）- Cr（16％）- Mo（16％）合金—C族镍基合金中的主要品种。

Hastelloy是the Cabot Co.公司的注册商标。

国外，20世纪60年代开始生产，已有5.5万吨以上用于各种工业，具有良好的耐蚀性：在低PH介质中几乎不受Cl—的影响；对各种浓度的硫酸耐蚀性极好，是可用于热浓硫酸的少数几种材料之一；广泛用于有机酸（如甲酸、醋酸）、高温HF酸和一定浓度的盐酸（＜40％＝、磷酸(≤50％)；氯化物、氟化物和有机溶剂（如甲醇、乙醇）。

PRE为69。

最近几十年来板式换热器发展很快，主要表现在以下几个方面。

⑴板式换热器的种类越来越多，技术性能越来越好，应用范围越来越广。

①板式换热器的种类：从板式换热器的连接方式上看：从可拆式板式换热器发展到钎焊式板式换热器。

从半焊接式、全焊接式发展到板壳式换热器。

从板片的形式上看：从对称型发展到非对称型。

从板片的流道上看：从对称流道发展到宽窄流道、宽宽流道。

从板片波纹的深浅看：从波深为3~5mm的一般板发展到波深为2~2.5mm的浅密波纹板。

②板式换热器的技术性能越来越好图1-1表示板式换热器的设计温度、设计压力范围。

工作温度从可拆式的260℃发展到板壳式的1000℃。

工作压力从可拆式型的2.5MPa发展到板壳式的8.0MPa。

传热系数从2000W/m²·k发展至12000W/m²·k。

最大当量直径28mm。

最大可拆式单板换热面积4.75m2。

最大焊接式单板换热面积18m2。

最小钎焊式单板换热面积0.006m2。

最大可拆式单台换热面积2500m2。

最大全焊式单台换热面积10000m2。

最大接管尺寸500mm换热器研究和发展方向1、物性模拟研究换热器传热与流体流动计算的准确性，取决于物性模拟的准确性，一直为传热界重点研究课题之一，特别是两相流物性的模拟，两相流的物性基础。

来源于实验室实际工况的模拟，反映了与实际工况的差别，纯组分基本上准确，但油气的组成就与实际工况相差较大，特别是带有固体颗粒的流体模拟更复杂，为此带来的情况下准确率更高，为此换热器计算更精、材料更节省，物性模拟将代表换热器的经济技术水平。

2、分析设计的研究分析设计是近代发展的一门新兴科学，美国ANSYS软件技术一直处于国际领先技术，通过分析设计可以得到流体的流动分布场，也可以将温度场模拟出来，这无疑给流路分析法技术带来发展，同时也给常规强度计算带来更准确、快捷、准确的手段。

在常规强度计算仲，可模拟出应力的阿分布图，是无法得到的计算结果能方便、快捷准确的得到，使换热器更加安全可靠。

这一技术随着计算机应用的发展，将带来技术水平的飞跃，将会逐步取代强度试验，摆脱实验室繁重的劳动强度。

3、大型化及能耗研究换热器将随装置的大型化而大型化，直径将超过5m,传热面积将达到10000m2，紧凑型换热器将受欢迎，板壳式换热器、折流杆换热器、板翅式换热器、板式空冷器将得到发展，振动损失将逐渐克服，高温、高压、安全、可靠的换热器结构将朝着结构简单、制造方便、质量轻发展。

随着全球水资源的紧张，循环水将被新的冷却介质取代，循环设备将被新型、高效的空冷器所取代。

保温绝热技术的发展使热量损失将减少到目前的50％以下。

4、强化技术研究各种新型、高效换热器将逐步取代现有常规产品，电场动力效应强化传热技术、添加物强化沸腾传热技术、通入惰性气体强化传热技术、滴状冷凝技术、微生物传热技术、磁场动力传热技术将会在新的世纪得到研究和发展，同心管换热器、高温喷流式换热器、印刷线路板换热器、穿孔板换热器、微尺度换热器、微通道换热器、流化床换热器、新能源换热器将在工业领域及其它领域得到研究和应用。

5、新材料研究材料将朝着强度高、制造工艺简单、防腐效果好、质量轻的方向发展，随着稀有金属价格的下降，钛、钽等稀有金属使用量将扩大，Cr-Mo钢材料将朝不预热和后热的方向发展。