板式换热器的结构传热、提高换热效率的方法

  板式换热器相对来讲具有传热效率高，方便安装等优点。之前我们讲述了很多关于板式换热器的技术知识，今天再来看一看板式换热器的结构传热以及如何提高其换热效率的方法。

一：板换结构与传热

      

1、板型结构  

板型及其结构参数对板式换热器传热有较大影响。不同板型将使板片间通道中流体的流动产生显著的差别。例如：人字形板片的板式换热器中的流动是典型的网状三维流动（见下图），水平平直波纹板片的板式换热器中的流动则为二维的。

图 人字形板片流体在板间通道的三维流动

同种板型其波纹结构参数不同，也会使流动情况有差异，并使之适合于不同工况下的换热，如下图 人字型板片的人字角不同传热系数也不同 。  

图   人字角β对传热的影响

2、流程组合  

图 典型的流程组合

流体流动分布是否均匀的问题还表现在流程组合方式上。上图为 典型的 流程组合方式 。 对于一般对称型流道的板式换热器，两流体的体积流量大致相当时，应尽可能按等程布置；如果两侧流量相差悬殊时，则流量小的一侧可采取多流程布置 ，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 。相变板式换热器的相变一侧一般均为单程。

3、流速的选取 

流体在板间的流速，影响换热性能和流体的压力降，流速高虽然换热系数高，但是流体的阻力降也增大。一般板间平均流速为 0.2~0.8m/s ， 主流线上的流速要比平均值高 4~5 倍。流速低于 0.2m/s 时流体就达不到湍流状态且会形成较大的死角区，流速过高则会导致阻力降剧增。

4、非对称型板式换热器  

非对称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不等的板式换热器。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 % -30 %。近年来国产的板式换热器出现了非对称通道的板式换热器，国外则采取 “热混合”的板片组合方式，允许热量—流量—压降三者之间 不成比例。

二：如何提高板式换热器传热效率

      

板式换热器是间壁传热式换热器，冷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热系数，减小垢层热阻，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。

①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，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。

②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端的水质，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性药剂引起杂物玷污换热器板片。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。

③选用导热率高的板片

板片材质可选择奥氏体不锈钢、钛合金、钢合金等。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，但其耐氯离子腐蚀的能力差。

④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。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。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间。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器固定端一侧。介质的温差越大，流体的自然对流越强，形成的滞留带的影响越明显，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。