板式换热器和列管换热器【特点及蒸发系统中的应用】

板式换热器和列管换热器【特点及蒸发系统中的应用】

在蒸发器系统中，换热器是核心部件之一，主要用于加热原料液（预热器）或加热（多效中的各效换热器及MVR蒸发器中的换热器）。板式换热器和列管式（管壳式）换热器是两种最常用的类型，各有其独特的优缺点和适用场景。

 

一、板式换热器 

1、结构特点

由一系列带有波纹的金属薄板叠装而成，板片之间形成狭窄的流道。通过密封垫圈分隔冷热流体，形成逆流或并流。

波纹设计极大地增加了湍流和换热面积。

2、在蒸发系统中的应用

（1）原料液预热：这是板换最常见的应用。利用蒸发器产生的二次蒸汽或其他热源（如生蒸汽、冷凝水）来预热进入蒸发器的低温原料液。这显著提高了系统的热效率，降低了生蒸汽消耗。

（2）冷凝器：板换可用作冷凝器，冷凝二次蒸汽。具有高效紧凑的特点。

（3）各效换热器：对于处理清洁、低粘度、不易结垢料液（如乳品、果汁、部分制药）的板式蒸发器，可以用作主换热器。

（4）余热回收：在热力蒸汽再压缩或机械蒸汽再压缩系统中，板换常用于回收冷凝水或二次蒸汽的热量来预热原料液。

 

3、优点

（1）传热效率高：波纹板片产生强湍流，传热系数通常是列管式的3-5倍。

（2）结构紧凑，占地面积小： 单位体积内换热面积大。

（3）对数平均温差小：更接近逆流，能利用较小的温差，适合低温差换热（如余热回收）。

（4）灵活性高： 通过增减板片数量容易改变换热面积。

（5）易于拆卸和维护： 打开压紧螺栓即可清洗或更换板片和垫圈。

（6）滞留量小：流道容积小，对热敏性物料有利，也减少了物料损失。

（7）初期成本低： 通常比同等换热面积的列管式便宜（尤其在中小型、不锈钢材质下）。

4、缺点与限制

（1）工作压力和温度受限：受限于垫圈材质（橡胶），压力，温度不能太高，（特殊垫圈可更高，但寿命和成本增加）。金属板片本身的承压能力也有限。

（2）对结垢敏感：狭窄的流道极易被固体颗粒、纤维或严重结垢的物料堵塞。需要非常清洁或可定期有效清洗的物料。

（3）垫圈密封问题：垫圈是易损件，可能老化、泄漏，需要定期更换。某些腐蚀性介质或高温会加速垫圈失效。

（4）不适合高粘度或含固体颗粒的物料： 流道狭窄，容易堵塞，压降也急剧增大。

（5）承压能力相对较低：不适合超高压应用。

 

5、典型适用蒸发系统

食品饮料（乳品、果汁、糖浆）

制药（相对清洁的溶液）

化工（清洁的、低粘度化学溶液）

MVR/TVR蒸发系统（余热回收和预热）

二、列管式换热器 / 管壳式换热器 

1、结构特点

由圆筒形外壳和内部的管束组成。一种流体在管内流动（管程），另一种流体在管外（壳程）流动。管束两端固定在管板上，通过管箱连接管道。壳程通常有折流板引导流体流动。

 

2、在蒸发器系统中的应用

（1）加热室：多效中的各效换热器及MVR蒸发器中的换热器。生蒸汽或压缩机出口蒸汽通入壳程，在管外冷凝放热；料液在管内沸腾（升膜、降膜、强制循环）或管外沸腾（标准型）。其坚固的结构能承受蒸发室内的高温高压和沸腾两相流。

（2）原料液预热器：广泛用于各种料液的预热，尤其适合含有颗粒、纤维、易结垢或高粘度的物料。

冷凝器： 是蒸发系统冷凝器的绝对主力。处理二次蒸汽（可能含不凝气、夹带液滴）能力强，适应各种工况（真空、高压），易于安装除雾器和排放不凝气。可以是表面式（水冷）或混合式（直接接触）。

3、优点

（1）适用范围广：能处理高压、高温、高粘度、含固体颗粒、易结垢、腐蚀性强、含纤维的物料。是“全能型”选手。

（2）承压能力高： 设计和制造标准成熟，可承受极高的压力和温度（受材料限制）。

（3）抗结垢能力强（相对板式）：管径较大，结垢后更容易清理（机械清洗、化学清洗）。可设计成可拆管束或U型管，便于维护。

（4）结构坚固可靠：使用寿命长，维护间隔长。

（5）设计和选型经验丰富： 工业应用历史悠久，设计和操作经验成熟。

（6）无垫圈泄漏风险：主要依赖焊接或胀接密封，可靠性高（特殊密封结构除外）。

4、缺点

（1）传热效率相对较低：通常低于板式换热器（尤其在壳程）。

（2）体积庞大，占地面积大：相同换热面积下，比板式笨重得多。

（3）对数平均温差较大： 受限于壳程流型（多为错流），达到相同换热效果需要更大的温差。

（4）清洗相对麻烦：虽然比板式耐脏，但彻底清洗管程（尤其是U型管）或壳程内部仍然较复杂，可能需要抽出管束。

（5）滞留量大： 壳体和管束容积大，物料滞留多，对热敏性物料不利，切换产品时损失大。

（6）初期成本高： 同等换热面积下，通常比板式贵（尤其是不锈钢或特殊合金时）。

4、典型适用蒸发系统

化工领域含固、高粘、易结垢、腐蚀性强的物料的蒸发系统

制药领域含颗粒或较脏的物料的蒸发系统 

造纸黑液等的蒸发系统

环保领域的高含盐、易结垢废水蒸发系统

· 

固体废物资源化各种水洗盐溶液的蒸发系统

 

三、选择建议

1、优先选择板式换热器 ：

物料清洁、低粘度、不易结垢。

需要极高的传热效率（如余热回收）。

空间受限。

需要低滞留量（热敏物料）。

需要频繁清洗或改变换热面积。

成本敏感（在适用范围内）。

2、优先选择列管式换热器 ：

物料含固体颗粒、纤维、易结垢、高粘度或腐蚀性强。

需要高压、高温操作（如蒸发器加热室）。

用作蒸发器加热室或主冷凝器（处理复杂蒸汽）。

需要极高的可靠性和长运行周期。

空间不是主要限制。

处理复杂或脏污的料液/蒸汽 

在实际的蒸发器系统中，经常看到两种换热器组合使用。例如：用板式换热器进行初步的高效余热回收和预热（清洁段），再用列管式换热器作为最终加热器或蒸发器加热室（处理沸点或复杂工况），冷凝器也多用列管式。选择哪种最终取决于具体的工艺要求、物料特性、操作条件、维护能力和投资预算。