板式换热器和板式换热装置的技术和应用手册全册.doc

板式换热器和板式换热装置的技术和应用手册前 言板式换热器和板式换热机组是工业传热过程中必不可少的设备，几乎应用于包括动力、化工、冶金、食品、轻工等一切工业部门；同时，它也是空调、供热中的重要组成部分；在可持续发展的国策下，它还是余热利用、太阳能利用、海水利用、污水利用、地热利用中的关键设备。随着技术的进步，以及节约资源和能源的紧迫性，近几年来开发了一系列新型的板式换热器，如可拆式、全焊式、钎焊式、板壳式等，并从板式换热器发展至板式换热装置，如蒸发装置、热泵装置、制冷装置、热力机组、催化重整装置、燃气冷凝回收装置等。适用范围越来越广，需要量越来越多，生产量也越来越高。但尚没有较完善的新型板式换热器和新型板式换热装置的结构、原理、特性、布置、选型、安装和运行等技术和应用手册。为了满足市场的需求，为了给工业、空调、供热、新能源利用和余热利用的设计、应用、施工、运行人员提供相关数据和资料，为了给热能工程专业人员提供教材。成立了由板式换热器专家、板式换热器标准委员会成员、制造专家、专利发明人、设计、施工和用户组成的编委会。编委会编写本书的原则是为各应用领域的用户、设计、施工、运行人员提供一本技术和应用手册。既然是一本工具书，内容则必须齐全、精练、简明、实用。既全又简，既符合科学性，又满足实用性的技术应用手册，使之能真正起到开拓眼界，简化设计计算，提高工作效率，方便实际应用的作用，成为各领域的与换热有关的工程技术人员的得力助手和可靠工具。本书分为技术篇和应用篇等二篇共十五章。第一篇主要的内容是提供板式换热器和板式换热装置的基础理论、性能、设计计算方法，性能试验和运行维护，同时也叙述了板式换热器的现况和发展趋势。第二篇的主要作用是向工业、空调、采暖、新能源等各领域的用户、设计、施工和运行人员介绍了板式换热器和板式换热装置的应用原理和方法。同时以实例的形式，简明扼要地叙述了应用的方式、设计的方法和节能、经济、环保效益。可读性强，适用性广。为了使该书系统更强，应用范围更广，编委会在编写过程中，除广泛收集国内的应用实例之外，还编译了许多国外的论文，如板式换热器在工业中的应用；有选择地介绍了许多国外的新技术、新材料和新方法，如板式换热器和板式换热装置在燃气热电冷三联供系统中的应用等。在编写过程中，我们还得到了很多同行的热情鼓励和具体帮助，不少同志为我们提供了自己的研究成果和掌握的资料。在此，谨向这些同行和作者致以真挚的谢意。中国建筑工业出版社姚荣华副主任，从确定编写提纲直至最后审查定稿，自始至终给予了极大的关心和支持，为本书的出版付出了辛勤的劳动，在此一并致谢。由于编写人员水平有限，错误难免，诚恳地欢迎广大读者不吝赐教，以便再第一章 板式换热器的发展现况和展望第一节 板式换热器的发展现状一、板式换热器的发展现况：1、概述：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。 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。 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35mm的一般板发展到波深为22.5mm的浅密波纹板。 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/m2k发展至12000W/m2k。?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。 板式换热器的应用范围越来越广（见表1-1）。表1-1 各种类型板式换热器的应用范围 板式换热器向大型化、小型化、专业化、多元化、装置化发展。 大型化大型板式换热器主要用于中央冷却系统（以下简称CCS），该系统集中冷却各种工厂使用的冷却水，并作为发电厂轴承冷却水的冷却器。板式换热器的容量与工厂的规模，工艺过程等有关，必要的冷却水量从数千至数万m3/h,大型板式换热器可达数十万m3/h，CCS中希望采用尽可能少的台数进行处理，故要求采用大型板式换热器，近几十年，中东地区建设了许多具有世界级规模的LNG工厂，使用过去的冷却塔的冷却方式不能确保补给水，故希望变更为使用板式换热器的CCS方式。过去发电厂使用S&T轴承冷却水方式，但通过性能评价说明，板式换热器在成本、传热性能、小型化及维护性等方面均具有明显的优越性，因此需要将它们更换为板式换热器的方式。如巴塞罗那论坛区能源系统采用的是垃圾利用（将巴塞罗那市区收集的垃圾进行厌氧分析，产生人造燃气），废热发电（垃圾产生的燃气加热蒸汽锅炉，驱动气轮发电机，向论坛区及城市电网供电），发电余热制冷（高压蒸汽发电后衰减为低压蒸汽，被送至远大空调制造的吸收式制冷机加热溴化锂溶液，进行制冷），海水冷却。设备设计容量：吸收式制冷机44500 kW；蒸汽水板式换热器45000 kW；蓄冷罐5053m3；海水板式换热器412000 kW（每台海水板式换热器流量961m3/h，压力降58kPa ）,板片材料为钛。海水冷却板式换热器（见照片1-1）。照片1-1 巴塞罗拉 论坛区海水冷却板式换热器上述用途的共同特征是以海水作为冷却水的水源，在板式换热器中使用海水的问题之一是防垢。今后，随着CCS和电厂中的冷却器采用板式换热器不断增长的要求，就必须研究海生生物附着在板片上后对传热性能的影响程度，并要了解板片的耐腐蚀性能。a、耐海水性使用海水时的防污问题。现在，作为防止海生生物附着的方法有往海水中连续注入通过电分解方法得到次亚盐酸钠(NaClO)的方法。实际运行说明，在使用海水的板式换热器中连续注入次亚盐酸钠(0.9ppm)后进行测定，运行3个月后，其总传热系数没有发生变化。在夏季海藻和贝类容易繁殖的时期，连续注入次亚盐酸钠也能确保传热性能不变。其它的方法还有，从环境保全上看，采用臭氧和热水的防污也是有效的，但尚未进行实验验证和确立相应的技术方法。b、耐腐蚀性使用海水时，板片的材质一般为钛板。钛对海水具有优良的耐腐蚀性，从相关的耐腐蚀性资料可知，对于海水来说，即使至120，钛板也不会腐蚀。此外，为了抑制海生生物的附着而注入的次亚盐酸钠还会产生一种坚固的非动态的膜，从而提高了钛板的耐腐蚀性。使用丁腈类橡胶作为密封垫片，即使海水温度达到80，也不会对它产生任何腐蚀。在耐热性方面，当海水温度低于60时，不会产生热的劣化现象，能长期确保良好的密封性能。c、大型板式换热器的特性 每台板式换热器的处理流量与板的角孔口径有关，大型板式换热器角孔的口径为500，每台处理的流量为5000m3/h，与以往的所谓大型板式换热器比较，所需台数可以减少一半。其结果，换热器用过滤器、安装工程和管道的初投资，板的清洗和密封垫片的更换等维护费用均能明显地降低，并且还能节省占地空间，以下通过一实例说明，现今大型板式换热器与以往大型板式换热器的比较（见表1-2），从台数上看，大型机仅需2台，而以往大型机要4台； 从初投资上看，2台大型机的投资 约比以往大型机大10%，但它的过滤器投资约为以 表1-2 与以往大型机的比较往型的2/3，安装工程约为一半，其总费用约能减少30%。从设置空间上看约能减少40%。即使设置1台备用机，总费用也能减少15%，空间也能节省30%。在分解清洗方面，由于板片数少，人工费亦降低约30%。 对海水的处理措施。 当海水中的海藻、贝类附着在板的内部或堵塞在角孔的附近时，会降低海水的流量，从而不能确保冷却性能，故当海水从角孔到板的内部时，不应有突起的障碍物，使流路呈直线型，这是防止海生生物堵塞角孔的方法之一。为了验证以上效果，对通过海水的大型板式换热器进行测定，测试结果证明，当角孔附近附着很少量的藻类时，对流路的性能没有影响。但为了保证板内流道的通畅，绝不允许通过直径大于板间距的异物，故必须在进入换热器前安装过滤器。d、高性能化与以往板式换热器比较，均匀流路无偏流是保持高性能的主要途径。措施之一是在板内部的主传热面上设置偏流抑制板，使液体入口处的流路为最短，从而使主传热面为均匀流(见图1-2)。其次，设计板片时，应使板中央部的流量增多，即要防止端部的流量增多。如前所述，由于防止偏流板能减少角孔的压力降，因此，其传热性能比以往大型板约增加1520%。 超小型化 在选择与使用条件相应的板式换热器的尺寸时，必须考虑初投资和设置空间等问题。板式换热器的市场之一是用在耗能量少的食品、医药流体的杀菌，少量流体的加热/冷却等用户。为此，必须开发出超小型的板式换热器，以适应产品多样化，生产规模参差不齐的要求，并满足耗能量少的热能行业的要求。目前市场上超小型板式换热器具有小型化、低成本、高性能、重量轻、生产快等优点。 a、换热器的尺寸，最大的板片也仅相当于A4用纸的尺寸，重量每台约20kg，可安装在墙上。b、标准板片数为12、24、36、48四类；板的材质为SUS316和钛两类；密封垫片为三元乙丙橡胶和硅橡胶两类。专用化a、用于食品流体的热杀菌、加热/冷却工艺过程中的板式换热器必须具备以下三个条件：提高生产率；确保卫生性；保障食品品质稳定性等。b、食品专用板式换热器是为了满足上述三个条件而开发出的已商品化的板式换热器，以它作为咖啡、调味液、酱油等杀菌器使用时受到了普遍的好评。c、在设计食品专用板式换热器时，应使板片内的流速分布均匀，为此，在板面上，即使是局部也不应该形成液垢，并能进行长时间的连续运行，目的是达到均匀的升温/冷却过程，提高制品的品质和保证质量的稳定。若采用CIP还能清洗板式换热器的所有板面。 d、采用镶嵌式结构的密封垫片，以适应新性能的要求，维护时间是原有装置的1/21/3。 多元化 a、全焊式板式换热器众所周知，板式换热器具有许多优越性，但由于存在如下问题，限制了它的应用范围和发展，密封性较差，易泄露，需经常更换垫片，较麻烦，耐压能力较低，一般约为1MPa；耐温能力受垫片材料的限制；流道小，不适宜于气气换热或蒸汽冷凝；易堵塞，不宜用于含悬浮物质的流体等。随着板式换热器制造技术，板材质和焊接板的出现，克服了上述缺点，扩大了应用范围。在所有工业行业内实施节能的进程中，降低燃料费用是各企业急需解决的问题。废气、废水热回收是节能，降低燃料费的重要举措之一，为了适应这种形势，开发出了全焊接板式换热器机组。形状：组合了标准化的极薄平板的全焊接结构的错流型的气气（空气）换热器有两种类型，即高温型、低温型。特征：机组组合而成，便于扩张，从小风量至大风量(60300000Nm3/h)，使用范围广；平板薄，效率高(温度效率达80%以上)；可以用于高温(1000)，高压（30kPa）的气体；全焊接气密结构，不会混入排气、臭气；结构便于维护、清扫；根据使用温度和气体的种类选择合适的材质。结构：为了承受高温条件下的热应力，将薄板加工成六角形状的单体后组装成机组，目的是分散热应力，构成耐高温的结构（见图1-3）材质：S-TEN，S适合于温度低于350的机组；铝合金板适合于排气温度低于500的机组；SPCC适合于温度低于200的机组；SUS系统应根据温度、排气的性质选择其他非铁金属，如锡、铜。板厚：0.32.0mm（标准0.8mm,低温用0.4mm）。耐压：在600时为10kPa；在900时为5kPa。气密性：T型为通过风量的0.001以下，用于脱臭；N型为通过风量的0.1%以下，一般用途；S型通过风量的1.0%以下。压力降：高温侧、低温侧压力降是不同的。高温侧（排气）在仅依靠风机的机外剩余压力和烟囱的引力条件下，允许值为50Pa以下。最高使用温度：与受热侧的回收温度和操作压力有关，但可达到1000。排气中的粉尘浓度：当排气通路为单流程时，由于传热面为平板，故很难堵塞，粉尘浓度约为0.10.5g/Nm3。流向(流程方向)：原则上可自由设计，事前可与用户协商，进行最优设计。互换性：当机组需要更换某些部件时，机组的结构应便于更换。布置：可纵向、横向或水平设置。保温：外型便于保温，一般采用板式保温，便于维护。最近，已经开发出利用排气预热锅炉给水的低压损机组装置。目前，全焊式板式换热器用于钢铁、石油、锅炉等行业，并已取得了很大的成绩。b、板式错流型换热器板式错流型换热器是一种结构简单，具有弹性密封、传热面不焊接和应用范围广等优点。原理结构：在钢结构的固定框架中，将每1片传热板成90度逐一重合而成。排气从垂直方向通过传热板，空气从水平方向通过。（见图1-4）特点：传热板通过弹性密封组合而成，能自由地吸收热膨胀，故能满足温度变化形成的应力变化的要求，几乎不发生泄漏问题；由于传热面不焊接，可根据对象温度的变化，选择许多合适的材料，其适用范围，从氧露点以下的低温至1000左右的高温（见图1-5）；为了防止排气中粉尘产生的磨损和堵塞问题，采取了许多相应措施。可组合数个至数十个，故处理量非常大，可作为大容量的空气预热器。用途：该装置分为高温型的气/气换热H型和低温型的气/气，气/液换热L型（见表1-3）。在以往有粉尘和腐蚀性的不能回收废热的工业范围内，这种产品都可采用。此外，在食品、造纸、石油化学、电力、炼钢等所有工业范围内热回收系统中也可采用这种装置。其它的用途还包括锅炉、焚烧炉、加热炉、干燥器等，通用性强。表1-3 H型、L型比较表c、用于冷凝器的板片用于冷凝器的板片的连接气体的角孔大，波纹节距也大，目的是提高冷凝传热效果，减少流体阻力。蒸汽压缩式制冷循环是由压缩、放热、节流和吸热四个主要热力过程组成的。冷凝器的任务是将压缩机排出的高温高压气态制冷剂予以冷却使之液化，也就是说，当过热蒸气流经冷凝器的放热面时，将其热量传递给周围介质，而其自身则被冷却为饱和气体，并进一步被冷却为高压液体，以便制冷剂在循环系统中循环使用。由于高温高压制冷剂的密度较小（如饱和氟利昂12蒸气在温度为40时，密度为54.76kg/m3）。故，用于冷凝器的板片应是专用板片，其角孔和节距加大，才能提高传热效率和减少热阻。d、用于蒸发器的板片在造纸厂黑液浓缩装置中使用的蒸发器即是其中的一种，为升降膜蒸发器，板片的构造和普通的波纹板片不同，每四片为一组，靠不同形状的垫片引导介质的流向。e、板管式板片板片组合在一起后，流道呈蜂窝状，其中，一个流道较大，另一个流道较小，其比例大约为2:1。f、双层板片这种板片是由两层板压合在一起，两板之间有自然的缝隙，并在边缘开有一个向外的小口，当其中一层因腐蚀穿孔时，流体便进入两板之间的缝隙中，并从板边的小口流出。 装置化板式换热器向板式换热装置发展说明板式换热器已成为工业生产，余热利用，建筑舒适化的重要的必不可少的设备；也说明板式换热器的技术和应用达到了更高的水准。目前已生产的装置有板式换热机组，热泵机组，制冷机组，蒸发装置，空冷装置和催化重整装置等。今后，随着经济的不断发展，还会出现更多的装置。 成型技术的先进性板片的波纹成型为一次压制成型。大型板壳式换热器所用板片，由于受现有压机吨位、尺寸及模具制造成本的限制，无法实现一次成型。国外同类产品板片制造采用水爆成型，但这种成型方法技术难度大，成品率低（一般为7384%），板片制造工艺繁琐，成本高。我国大型板壳式换热器板片采用油压机模型成型作为波纹板片成型的方法，开发出整板分次连续压制成型的技术，板片合格率为99%。二、京海换热生产的板式换热器1、表1-4为京海换热生产的换热器汇总表。从表中可知，北京京海换热生产的板式换热器有 3 类，其中可拆式换热器有20种规格。2、京海换热器的用途京海换热器作为“加热器”、“予热器”、“过热器”、“蒸发器”、“蒸发液浓缩器”、“再沸器”、“冷凝器”、“冷却器”等被广泛应用于各个领域。加热器用于把流体加热到所需温度，被加热流体在加热过程中不发生相变。如供热用换热器等。预热器用于预先加热流体，以使整套工艺装置效率得到改善。如板壳式空气预热器、锅炉给水预热器等。过热器用于将饱和蒸汽加热到过热蒸汽。蒸发器、蒸发浓缩器用于加热液体使之蒸发汽化。如钎焊式板式蒸发器、全焊式黑液蒸发浓缩器等。再沸器用于使装置中冷凝了的液体再受热蒸发。冷凝器用于冷却凝结性饱和蒸汽，使之放出潜热而凝结液化。如钎焊式板式冷凝器。冷却器用于冷却流体到必要的温度，如炼钢、化工、造纸、食品工业中的板式冷却器等。表1-4 京海生产的板式换热器汇总表三、在许多应用领域板式换热器逐渐取代了管壳式换热器。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。1、板式换热器的特点。 传热系数高（见表1-5） 表1-5 常用间壁式换热器的传热系数的大致范围*1注：*1摘自于邱树林、钱滨江换热器原理、结构、设计。*2数据来源于京海换热设备制造公司。从表1-5可知，板式换热器具有较高的传热系数，一般约为管壳式换热器的35倍。主要原因是流体在管壳式换热器的壳程中流动时存在着折流板壳体，折流板换热管，管束壳体之间的旁路，通过这些旁路的流体，没有充分参与换热。而板式换热器，不存在旁路，而且板片的波纹能使流体在较小的流速下产生湍流，湍流效果明显（雷诺数约为150时即为湍流），故能获得较高的传热系数。 对数平均温差大板式换热器两种流体可实现纯逆流，一般为顺流或逆流方式。但在管壳式换热器中，两种流体分别在壳程和管程内流动。总体上是错流的流动方式。降低了对数平均温差。板式换热器能实现温度交叉，末端温差能达到1；管壳式换热器不能实现温度交叉（即二次侧出口温度不能高于一次侧的出口温度）末端温差只能达到5 。 NTU大NTU表示相对于流体热容流量，换热器传热能力的大小。例如对于已定的传热系数K和热容量 GCp值，NTU的大小就意味着换热器尺寸的大小，即传热面积的大小。管壳式换热器的NTU约为0.20.3（平均0.25）。（BRS）板式换热器的NTU约为1.03.0（平均2.0）。如在进行一次水149，二次水137，一次水流量60m3/h,二次水流量50m3/h换热时，NTU=(14-9)/1.5=3.33。若采用对称型（BRS）板式换热器3.33/2.0 = 1.662流程，A=95m2；而采用管壳式换热器，则3.33/0.25=13.3214流程，A=320m2。. 耐温承压能力强设计工作压力可达8MPa，设计工作温度达1000。 大型化 单板面积达18m2，单台达10000m2。 小型化 单板面积比A4还小。 占地面积小从分析可知，由于板式换热器NTU 大，故在换热量相同时，所需的换热器的尺寸也小。除此之外，板式换热器的结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式换热器的25倍，也不需管壳式换热器要预留抽出管束的检修场地，故板式换热器的占地面积是管壳式换热器的1/51/10。（见图1-6） 重量轻板式换热器的板片厚度仅为 0.60.8mm,管壳式换热器的传热管厚度为2.02.5mm;管壳式换热器的壳体比板式换热器的框架重量重得多；故在换热量相同时，板式换热器所需的换热面积比管壳式换热器小，其重量约为管壳式的1/5。 污垢系数低（见表1-6）从表1-7可知，板式换热器的 表1-6 污垢系数 单位：（m2/W）垢系数约为管壳式换热器的1/10。其原因是板间流体的剧烈湍动，杂质不易沉积；板间流道死区少；不锈钢换热面光滑，附着物少；清洗容易等。 能实现多种介质换热若要进行两种以上介质换热时，则可在板式换热器中设置中间隔板。图1-7表示中间隔板的结构，视换热介质的数目，中间隔板可设置一个，也可设置多个。管壳式换热器无法实现多种介质换热。 清洗方便把板式换热 器的压紧螺柱卸掉后，即可松开板束，卸下板片，进行机械清洗。 通过改变换热面积或多流程组合适应新换热工况的要求。 工作压力达8MPa可拆式板式换热器是靠垫片密封的，密封周边长，而且角孔的两道密封处的支撑情况较差，垫片得不到足够的压紧力，所以最高工作压力仅为2.5MPa。钎焊式、全焊板式换热器改变了可拆式板式换热器的密封形式，板壳式换热器改变了两种流体的进（出）口形式，提高了板式换热器的工作压力。目前钎焊式、全焊板式换热器承受的工作压力达3.54MPa，板壳式可达8MPa。在可拆式换热器中，通过在常规波纹板片上加筋形成波纹管状通道，除能 强化传热之外，还增加了板式换热器的承压能力。 工作温度达1000可拆式板式换热器的工作温度决定于密封垫片能承受的温度，用橡胶类弹性垫片时，最高工作温度低于200。钎焊式、全焊式和板壳式密封不采用垫片形式，其工作温度与工艺有关，目前为-2001000。 当量直径大宽宽通道，宽窄通道等大通道板式换热器的当量直径de达28mm，（北京京海换热生产的KBB，KNB型板式换热器属这种型式），有一侧或两侧可适用于含纤维、颗粒或高粘度介质的换热。 适用流体的范围更广泛可拆式板式换热器受密封材料的限制，不适合某些流体。钎焊式、全焊式和板壳式不使用密封垫片，故可在高真空条件下使用，适用流体的范围也扩大了。2、在许多应用领域，板式换热器逐渐取代了管壳式换热器。 在许多工艺过程中，两种流体的末端温差仅为1或更小，如区域供冷系统，冰蓄冷的乙二醇换热系统，海水冷却系统和污水利用热泵系统等。以往采用的管壳式换热器体积大，重量大，占地面积大，经济效益差。最近北京京海换热生产的BRH型板式换热器的板片是波纹浅（波深约为22.5mm)的浅密波纹板，传热系数约为7000w/(m2K)，硬板的 NTU可达58。在上述几种工艺过程中，采用高NTU板式换热器不仅可以取代管壳式换热器，而且由于这种板式换热器的NTU高，故所需换热面积小，占地少，经济效益亦非常明显。 热泵机组的蒸发器和冷凝器。热泵机组是广泛应用于空调系统和热回收系统的关键装置，这些应用场所对热泵提出了如下要求：重量轻，体积小（组装化），耐压性能好、耐低温性能好和具有高的密封性能等。以往采用的管壳式换热器很难满足上述要求。北京京海换热生产的QH钎焊式板式换热器不仅可节省热泵的空间，还能降低制冷剂的成本和制冷剂的渗漏，故在热泵机组中大量地采用 它作为蒸发器和冷凝器。除此之外还采用它们作为省能器和油冷却器。在吸收式制冷机中也用它作为溶液的换热器。 在造纸、食品、酒精等蒸发浓缩工艺过程中，由于工艺的一侧含有纤维、颗粒、或高粘度的介质，故要求大通道的流通断面。过去只能采用管壳式换热器，但堵塞之后频繁清洗和很难清洗的缺点，促使相关行业开发新型的换热器。北京京海换热生产的全焊式板式换热器和可拆式KNB型、KBB型板式换热器的板间当量直径约为28mm,适合于含纤维、颗粒的流体。目前已广泛应用于上述工艺过程中，其中黑液浓缩装置已成为定型化产品。 炼油工业的催化重整装置，燃气热电冷三联供的热回收装置中采用的板壳式换热器、全焊板式空气预热器和全焊板式省能器等，已基本上取代了管壳式换热器。 在硫酸工业、制碱工业、炼油工业的冷却过程中，板式冷却器已取代了管壳式换热器。（见表1-7，表1-8，表1-9和表1-10）。表1-7 浓硫酸冷却器性能比较 (摘自 杨崇麟板式换热器工程设计手册)表1-8 蒸氨塔应用钛板冷凝器与水箱式冷凝器的比较(摘自 杨崇麟板式换热器工程设计手册)表1-9 氨盐水冷却用钛板换热器与铸铁排管的使用比较(摘自 杨崇麟板式换热器工程设计手册)表1-10 盐酸低聚物换热用钛板换热器与浮头换热器的使用比(摘自 杨崇麟板式换热器工程设计手册)第二节 板式换热器的定义及基本参数一、可拆式板式换热器1、定义：可拆式板式换热器是将薄的金属板片（一般0.40.8mm)冲压成为凸凹状，周边张贴合成橡胶类的密封垫片，每一枚传热板片为一个传热单元，必要的传热板组合成传热部，高温流体或低温流体流过各传热板形成流路时进行热交换。通过上下两根拉杆将传热部分固定在固定板（框架板）和可动板（游动板、挤压板）之间，并用长的螺栓紧固。图1-8表示各部分的结果及名称。2、基本参数的定义 单板计算换热面积a在垫片内侧参与换热部分的板片展开面积，按下式计算：a = a1式中 a单板计算换热面积，m2；展开系数，板片展开面积与投影面积之比，按下式计算： = (1.151.3,一般1.2）式中 t波纹节距展开长度，mm；t 波纹节距（见图1-9），mm；a1 在垫片内侧参与换热部分的板片投影面积，m2。注：若导流区与波纹区波纹节距相差较大时，应分别计算导流区与波纹区的换热面积，两者相加。 单板公称换热面积经圆整后的单板计算换热面积，一般圆整至小数点后二位。如单板计算换热面积为0.346m2，圆整后的公称换热面积为0.35m2。 板间距b板式换热器相邻两板片间的平均距离，如图1-9所示。 当量直径de四倍的板间通道截面积与其湿润周边之比。按下式计算：de =式中 As通道截面积，m2；S参与传热的湿润周边长，m。在一般情况下，常用下式计算当量直径De。de = =2b式中 b板间距， m；a板间的通道宽度， m。对于某些特殊结构的板式换热器，板片两侧的通道截面积并不相等（称为非对称型结构），这时两侧的当量直径应分别计算。 换热器换热面积经圆整后的整台板式换热器中有效换热板片数（板片总数减少2）与单板计算换热面积之积，按下式计算：A= a(Np-2)式中 A换热面积，m2；Np板片总数。 工作压力板式换热器在正常工作情况下，任何一侧可能出现的最高压力。 设计压力在相应的设计温度下，用以保证板式换热器正常工作的压力，该压力值不得低于工作压力。 液压试验压力液压试验中的试验压力，其值为设计压力的1.25倍。 设计温度板式换热器在正常工作情况和相应的设计压力下，设定的元件温度，其值不得低于元件表面在工作状态下可能达到的最高温度；对于0以下工作的板式换热器，其设计温度不得高于元件表面可能达到的最低温度。在任何情况下，元件表面的温度不得超过元件材料的允许使用温度。图样和铭牌上标注的设计温度为垫片的设计温度。 板片厚度在图样上标注的板材标准规格厚度。 流道板式换热器内相邻板片组成的介质流动通道，常用N表示热流体侧的流道数；用n表示冷流体侧的流道数。 流程板式换热器内介质向一个方向流动的一组流道。常用M、m分别表示热流体侧、冷流体侧的流程数。 流程组合板式换热器内流程与流道的配置方式，表示为：式中 M1，M2， ，Mi指从固定压紧板开始，热流体侧流道数相同的流程数；N1，N2， ，Ni指M1，M2, ，Mi流程中对应的流道数；m1， m2， , mi指从固定压紧板开始，冷流体侧流道数相同的流程数；n1, n2, , ni指 m1，m2， , mi流程中对应的流道数。板式换热器有各种各样的流程组合。按程数分类，有多程和单程两种。按流体总的流动方向分类，有顺流和逆流两种。应根据换热和流体压力降计算，在满足工艺要求的前提下确定流程组合。图1-10表示“Z”形和“U”形组合，均属单流程，两种流体可以纯逆流或纯顺流进行换热，一般采用纯逆流方式。两种方式的板间流速分布见图1-11，从图1-11可见，板式换热器各板间流速是不相等的，但在设计时，仍以平均流速进行计算。由于“U”形流程组合的接管都在固定压紧板上，拆装方便，颇受用户欢迎。图1-12表示混合的流程组合形式。该图中表示热流体侧4流道2流程，冷流体侧2流道4流程。 角孔 与接管相连接板片的开口。角孔大小一般按流体流速m/s设计。但对于冷凝器的板片，若采用普通板片，其开口太小，将会使气侧压力降增大，故专门用于冷凝的板片的角孔特别大。3、可拆式板式换热器型号表示方法 框架结构形式代号 垫片材料代号换热器换热面积，m2设计压力，MPa单板公称换热面积，m2板片波纹形式代号板式换热器代号（B、BL或BZ）注： 框架结构形式为1时，框架结构形式代号可省略。 B板式冷换热器代号；BL板式冷凝器代号；BZ板式蒸发器代号。示例1：波纹形式为人字形，单板公称换热面积为0.3 m2，设计压力为1.6MPa,换热面积为15 m2，用丁腈垫片密封的双支撑框架结构的板式换热器，其型号表示为：BR0.3-1.6-15-N-I或BR0.3-1.6-15-N示例2：波纹形式为水平平直波纹，单板公称换热面积为1.0 m2, 设计压力为1.0MPa, 换热面积为100 m2,用三元乙丙垫片密封的带中间隔板双支撑框架结构的板式换热器，其型号表示为：BP1.0-1.0-100-E-II 框架结构形式见表1-11表1-11 框架结构形式 垫片材料代号（见表1-12）表1-12 垫板材料代号 板片波纹形式代号（见表1-13）表1-13 板片波纹形式代号 洛阳九和换热设备有限公司生产的板式换热器型号表示方法。 按照GB164091996板式换热器的规定表示京海制造的板式换热器的型号。 最近几年来，洛阳九和开发了许多新型的可拆式板式换热器，钎焊式、全焊式和板壳式换热器，在表示新产品型号时，作了如下规定：FBR 非对称流道； KNBR宽-窄流道； KBBR宽-宽流道； BRH 浅密波纹板片；QH 钎焊板式换热器； WH 全焊板式换热器。4、板片 板片材料板片所用材料必须考虑换热器的使用条件（如：设计温度、设计压力、介质特性和操作特点等）和材料的焊接性能，加工性能及经济合理性。一般使用316（0Cr17Ni12Mo2）或316L（00Cr17Ni14Mo2)。当介质中氯离子含量超过 表1-14 不锈钢在含氯介质中的适用范围*资料来源于阿法拉法316、316L的承受能力后，可使用价格比钛便宜的含钼量大于66.5%的254SMo。当然也可使用钛，见表1-14。当板式换热器用于酸、碱及氢氧化物、醇等介质中时，必须正确选择板片的材料，即选择的材料腐蚀率0.05mm/a为优良；腐蚀率为0.050.5mm/a为良好；腐蚀率为0.51.5mm/a为可用；但不选择腐蚀率1.5mm/a的材料。 板片厚度GB16409-1996规定板片厚度应不小于0.5mm，即0.5mm，钎焊板片厚度0.4mm。国外板片厚度 = 0.4mm。 板片厚度与承压能力的大小有关 ，与板式换热器的制造成本有关 ，越大，制造成本越高。但与腐蚀性能无关，从承压能力看，人字形波纹板片的两相邻板片互相倒置组合后，波纹相互接触，在约11.6cm2面积内（视波纹节距而定）就有一个支点，且分布均匀，所以有很好的承受压力差的能力。随着板片网状导流等特殊结构的采用，随着板片角孔和二道密封承压薄弱区域结构形式的改变，板片的承压能力不断提高，故国外板片的厚度降低到0.4mm。 板片厚度与板式换热器传热系数的关系。由于板片厚度与板片的热阻有关，越大，热阻越大，传热系数也随之降低。从有关分析可知，对于对称型板式换热器，当降低0.1mm，传热系数约增加600w/(m2K);对于非对称型板式换热器，当降低0.1mm，传热系数约增加500w/(m2K)。 硬板（H板）、软板（L板）和热混合板H板的人字角90，一般为120130，人字角大,换热效率高，流体阻力大。L板的人字角90，人字角小，换热效率,流体阻力都低一些。热混合板有HH、HL和LL三种类型。 热混合板片的优化设计图1-26表示NTU和传热板片的关系，左侧是L板片数较多时的组合，此时压力降不高，传热系数低，当换热量一定时，则必须增加板片数量。相反，当H板多时，压力降大，由于换热量大，故板片数可减少。但必须将压力降控制在允许值内。为了降低压力降，则必须增加板片数。当允许增加压力降时，则可以减少板片数。若与只采用L板或只采用H板的设计方法相比，热混合板能减少传热面积，节约板片数可达2025%，例如某一具体工况（冷却水的压降有55、83、110kPa三种）按单一的板片和热混合板片的设计进行比较，采用LL板的板片数为271片，采用HH板的板片为192片，采用热混合板的板片为113片。按下式进行混合板的优化设计：nM =nH =或nL =式中 G 流量，/s；n 流道数；m 流道内的流量，/s；R 一次侧和二次侧流体的热容量比。 温度效率R = NTU = 下标LL流道、下标MM流道、下标HH流道5、垫片：密封垫片是板式换热器的一个关键的部件。板式换热器的工作温度实质上就是垫片能承受的温度，板式换热器的工作压力也受垫片制约。据分析，密封周边的长度(m)是换热面积(m2)的68倍，(例如：某一单板换热器的面积为0.5m2的板片，密封垫片展开长度约为4m)。板片很薄、刚性差，只能采用弹性材料制造密封垫片，而它们能承受的温度都不高。在垫片角孔一道密封与二道密封之间设有1020mm长、深S3/2通向大气的泄漏信号槽(S3垫片名义厚度mm，见图1-27)。垫片应有得证密封的压缩量，压缩量应保证槽不变形。6、框架框架由紧固板群的压紧板，活动压紧板，紧固螺栓、导杆、支柱和基础等组合而成。固定板、可动板、紧固螺栓、螺母等为承压部分，当在压紧板（有时包括活动压紧板）上设置了便于流体出入的接管时，承压更大，对材料提出了更高的要求。 压紧板要有足够的刚性。 单板公