板式换热器基础知识

板式换热器是一种新式高效的换热设备，现已广泛用于动力工程、船舶、冶金、石油、化工、食品和轻工业等许多行业。国外制糖工业用得不少，国内有数个糖厂使用，有些使用得好，但亦有些存在较多问题而停止使用。因此需要对有关的技术问题进行详细的研究。 板式换热器有很多优点，主要是：

1、传热性能高，ｋ值一般达到3500～5800w/m.k (3000～5000 kcal/m.h.℃)，因而在同一条件下所需传热面积较小。

２、重量轻，传热面薄，耗用金属量少，每m加热面只约8kg，仅为管式加热器的1/3～1/4。 ３、体积小，为紧密型设备，特别适用于空间有限的场合。

４、物料通过时间短，内部死角少，卫生条件好，很适合食品工业应用。

５、设备规范(尺寸)的幅度很大，每件换热元件(板片)的尺寸，小的可到0.03m，大的可达

2222m2 以上；每台设备的换热面积，小的可到0.5m，大的可达1000m以上。同时, 可以根据需要增加或减少板片的数量以改变其加热面积, 或改变工作条件, 灵活性大。

６、可使用较低温度的热源，回收低温热源中的热能，达到节约能源的目的。

７、内部流体运动激烈，且表面光滑，形成积垢较少，工作周期长，并便于用化学方法清洗，清洗效率高。然而，板式换热器的原理和应用与普通的加热器有很大不同,需要正确地理解和适当地使用才能取得良好效果,否则会产生多种不同问题。 2222

1、板式换热器的结构与参数

板式换热器是由数十块(或更多)平板式换热片叠在一起压紧构成。板片是优质不锈钢板或钛板，厚0.6～0.8mm，用大型液压机在其表面上压出特殊设计的波纹。在板片的一侧表面上紧贴着用有机材料(丁晴橡胶、氟橡胶等)制造的垫片，以保持板片间的密封性。这些板片的两侧用刚性的端盖及用多个(6～12个)螺栓压紧，成为一个整体(与板框式压滤机相似)。每两件板片之间的空隙与垫片共同构成流体的通道，物料由上而下或由下而上连续流动。每块板片的两侧分别流过冷的和热的流体，通过板片进行热交换，如下图所示。板片的波纹型式很重要，它决定了板片的工作特性。主要的波纹型式有：水平平直式(或称洗衣板形)、斜纹式、人字式(ｖ字形)和双人字型(ｗ字形)，斜形的波纹又有不同的斜角。换热板片波纹的设计和制造是板式换热器的技术关键。

板片的波纹深度一般为5～6 mm ,垫片在压紧后的厚度和它相同，这样垫片与板片波纹的顶部是在同一平面上，互相紧贴。板片的四角各有一个大圆孔，分别作为冷热流体的进出通道。板片的波纹有两个很重要的功能：

１、提高传热性能。物料在两件波纹板之间的缝隙通过，这些波纹使流体不断改变流动方向，产生旋转和扭转，形成许多微细的涡流，从而使流体内各部分的质点不断迅速转移，使热交换迅速进行；流体的强烈湍流还减少了悬浮微粒在换热面上的沉积和结垢，故被称为“自洁式换热器”；表面压成波纹也使实际换热面积增大了百分之几十；所有这些因素都显著加强了传热过程，使它的传热系数比一般管式加热器提高几倍。

２、提高板片的刚性和受压能力。在板片组合压紧以后，相邻两板间有很多波纹的突出点互相接触，形成很多支承点，从而大大增强了板片的刚性。因此，虽然板片的厚度很薄而面积又很大，也能承受相当高的压力。换热面的厚度比用加热管小得多，就大幅度减少了材料消耗和设备重量。

板式换热器的型号以板片的型号来代表，每种型号的板片有一定的换热面积和传热特性。每台换热器所用板片的数量视所需的总面积而定，变化幅度可以很大。换热器的框架长度则按安装板片的需要，每种型号均有几个不同长度的等级。

板式换热器的板片是垂直放置的，物料从上方入，下方出；或从下方入，上方出；冷和热的物料安排成反方向流动，以取得最大的有效温度差，达到最高的效率。如果用蒸汽加热，应从上方进汽，下方排出凝缩水，被加热的物料则从下方入，上方出。

板式换热器通常用单程的工作方式，这对板片和连接管路的布置是最有利的。在大多数情况下，适当地选择板片的型式和参数，可以用单程达到所需的热交换参数。但在某些特殊情况下，也可用双程或四程的方式(但绝不需要象管式加热器那样用很多程)。

现在国内外都有很多生产板式换热器的制造厂，如瑞典alfa-laval公司，英国的apv公司和德国的gea公司等；国内如兰州石油化工机器厂、天津板式换热器厂、广州龙归换热器总厂、上海饮料机械厂、南京船用辅机厂等。他们都有多种规格的产品，其具体样式和参数也是多样化的。

这类产品的主要参数是：单片换热面积(m)，最大装机面积(m)，通道直径(mm)，最大物2料量(t/h)，每通道流量(kg/s)，传热系数ｋ值(w/m.k)，以及框架的尺寸等。有些设备还表明它的热力参数，如θ值和je(kpa/htu)等。ｋ值通常是以水对水在40℃下、压力降为50kpa时测出的数值；θ和je值均随通过流体量而变化。在产品资料中还标明其容许的使用压力和温度。

关于板式换热器的选用，国外的生产厂家通常是根据用户提出有关的数据，主要是冷热两种物体的种类、数量和性质，以及工作的条件，由他们通过计算选择最佳方案，提供用户决定。但国内的制造厂,对某些行业较有经验，对某些行业仍经验不足，有时需由用户自行选定。这时要注意如下几点：

1、加热面积不可按照原有管式加热器的面积，一般只需后者的30％～50％。应通过有关传热的计算来决定(这种计算比较复杂，此处难以列出)。

2、注意设备的通道直径即角孔和连接管的直径，它决定了物料的最大通过量。如选用了较大的通道直径，在以后有需要时可以增加板片数量来提高物料处理量。直径不足会限制物料的流量。特别是在使用低压蒸汽作热源时，管径不足会使进汽量不足，严重降低换热器的性能。例如，管径为200mm的换热器，如管中蒸汽流速为30m/s，当蒸汽温度为100℃时, 通过的蒸汽量只为2t/h,

110℃的蒸汽量为2.8t/h，120℃的蒸汽量为3.8t/h。它们不一定能满足加热糖汁的需要，这就会明显降低板式换热器的性能。国内某糖厂新购的设备就因为这个问题(通道直径不足)而性能很差。

3、板片之间的间距(缝隙宽度)也很重要，多数板式换热器的这一数值为5～6mm，可应用于液体，也可使用略有正压的水蒸汽(汽压0.03～0.1mpa)。有些产品的这一数值小于4mm，只能用于液体或压力较高的蒸汽；如使用低压蒸汽，则因通道面积不够限制了进汽量，也降低了换热器的性能。

4、如果设备的性能参数提供了θ值，应复算它是否适当。

目前通用的换热器的板片，由于片间的缝隙和空间较小，用于含有固体杂质(特别是纤维状物)的液体时易堵塞，而且不适宜使用压力很低(有真空)的水蒸汽为热源(因为它的比容和体积很大)。80年代末以后，开发制成了一种“宽缝”(wide-gap)的、亦称自由流动(free-flow) 的板式换热器，板片间的宽度较大，平均宽度约12mm，板片之间的空间大很多，可用于含有纤维类杂质的液体，也可使用低压(有较高真空度)的、比容很大的蒸汽。这种板片的波纹深度大，用特殊设计的波纹形状来加强板片的刚性，板片之间的接触点较少。这种板片较难制造，价格也较高。