板式換熱器選型設計及實際使用中應注意的問題。
1 、概述
板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種新型高肖換熱器。各扳片之間形成許多小流通斷面的流道，通過扳片進行熱量交換。它與常規(guī)的殼管式換熱器相比，在相同的流動阻力和泵功率消耗情況下，其傳熱系數(shù)要高出很多。在適用范圍內有取代殼管式換熱器的趨勢。國外自60年代開始，應用已非常普遍。國內板式換熱器的應用遠不及國外，這與人們對扳式換熱器的了解程度、使用習慣及國內產品的水平有關。70年代，我國板式換熱器大多用在食品、輕工、機械等部門；70年代初期，擴大到民用建筑的集中供熱；80年代中期，隨著高層建筑集中空調的增多和空調制冷設備產品的更新?lián)Q代，在空調制冷領域里的應用已名列前茅。
板式換熱器型式主要有框架式(可拆卸式)和釬焊式兩大類。扳片形式主要有人字形波紋板、水平平直波紋板和瘤形板共三種。國外著名的生產廠家有瑞典Alfa lava/阿法拉伐、swep/ 舒瑞普、GEA/基伊埃、APV/安培威、Hisaka/日阪制作所、sondex/桑德斯等，國內生產廠家主要有蘭州蘭石，四平維克斯等。
2 、板式換熱器的特點
2．1 板式換熱器與殼管式換熱器的比較
(1)傳熱系數(shù)高。由于不同的波紋板相互倒置，構成復雜流道，使流體在波紋板間流道內呈旋轉三維流動，能在較低的雷諾效(～般Re=50～200)下產生紊流，所以傳熱系數(shù)高，一般認為是殼管式的3～5倍。
(2)對數(shù)平均溫差大，末端溫差小。在殼管式換熱器中，兩種流體分別在殼程和管程內流動，總體上是錯流流動，對數(shù)平均溫差修正系數(shù)小而板式換熱器多是并流或逆流流動方式，其修正系數(shù)通常在0 95左右。此外．冷、熱液體在板式換熱器內的流動平行于換熱面．無旁流，因此使得板式換熱器的末端溫差小，對水一水換熱可低于1。c，而殼管式換熱器一般為5。c。
(3)占地面積小。板式換熱器結構緊湊，單位體積內的換熱面積為殼管式的2—5倍，也不象殼管式那樣要預留抽出管柬的檢修場地，因此實現(xiàn)同樣的換熱量，扳式換熱器占地面積約為殼管式換熱器的1/5—1/10。
(4)容易改變換熱面積或流程組合。只要增加或減少幾張板片，即可達到增加或減少換熱面積的目的；改變板片排列或更換幾張板片，即可達到所要求的流程組合，適應新的換熱工況，而殼管式換熱器的傳熱面積幾乎不可能增減。
(5)重量輕。板式換熱器的板片厚度僅為0.4～0.8mm，殼管式換熱器的換熱管厚度為2.0--2.5mm，殼管式的殼體比扳式換熱器的框架重得多，板式換熱器一般只有殼管式重量的1/5左右。
(6)價格低。采用相同材料，在相同換熱面積下．板式換熱器價格比殼管式約低40％ ～60％。
(7)制作方便。板式換熱器的傳熱板是采用沖壓加工，標準化程度高，并可大批生產，殼管式換熱器一般采用手工制作。
(8)容易清洗。框架式板式換熱器只要松動壓緊螺掛，即可板開板柬，卸下板片進行機械清洗，在需要經常清洗設備的場合使用十分方便。
(9)熱損失小。板式換熱器只有傳熱板的外殼板暴露在大氣中，因此散熱損失可以忽略不計，不需要保溫措施。而殼管式換熱器熱損失大，則必需保溫。
(10)容量較小。是殼管式換熱器的10％ ～20％。
(11)單位長度的壓力損失大。由于傳熱面之間的間隙較小，傳熱面上有凹凸，因此比傳統(tǒng)的光滑管的壓力損失大。
(12)不易結垢。由于內部水流湍急，不易結垢，其結垢系數(shù)僅為管式換熱器的1/3～1/10。
(13)板式換熱器采用密封墊密封，工作壓力一般不宜超過2.5MPa，介質溫度應低于250~C以下，否則有可能泄漏。
(14)由于板片間通道很窄，一般只有2—5mm，當換熱介質含有較大顆�；蚶w維物質時，容易堵塞。
2．2 國產板式換熱器與國外板式換熱器產品比較舉例
產 地： SWEP公司 國內廠家
結構形式： 墊片式．釬焊式 墊片式
品 種： 53種 10種左右
單片換熱面積： 0.012-3.37 0.1-2.0
板材： AISa304、AISI316、鈦鈀合金。AISa304為主
SMO254哈氏合金
板厚(mm) ： 0.3—0.5 0.7—1.0
K值(kcal.m2.h.℃) ：4000一8000 2000一4000
流量( m3／h) ： 最大1800 最大1000
墊片材料： NBR.EPDN .VTTON．PTFE NBR．EPDM
工作溫度(℃) 墊片式：≤265，釬焊式：≤ 225 墊片式：≤170
工作壓力(bar) 墊片式：≤20．釬焊式：≤30 ≤16
板紋 ： 拼裝板 人字型
板紋組臺 ： 6種 3種
3 板式換熱器設計選型爰使用中應注意的問題
3．1 板式換熱器設計計算中應注意的一些問題
板式換熱器傳熱計算基本公式為：Q=KFΔtm ，式中：Q為換熱量(W) ，Q=G(i1一i2 )，G為質量流量(kg/s)，i1 、i2為流體進、出口的焓值。
(2)K為傳熱系數(shù)( W／m2℃)，K=(1/ac +1/ah+Rp+Rh+ Rco1+ Rco2)-1
其中ab.ah 為熱、冷流體側換熱系數(shù)(W/m2·℃)，當給定流速w時，可根據(jù)廠家提供的準則關系式得出；Rp為板片熱阻( m2.℃/W)；Rh、Rc為熱、冷流體側污垢熱阻(m2.℃/w)；
Rco1、Rco2為涂層熱阻(m2.℃/W)。
(3)F為有效傳熱面積(m2 )，如樣本未特殊注明，均指成型板減去導流、密封等部分的面積，不是設想的展平面積。K和 a均以此面積為基準。
(4)△tm 為有效傳熱面積溫差(℃)，△tm=Ψ△t N，因為溫差修正系數(shù)，它隨玲、熱流體相對流動方向的不同而異。△t N 為對數(shù)平均溫差。在利用上式進行設計和校核計算時，應注意以下幾個主要參數(shù)的取值問題：
3．1．1 △tm值
由于國內外廠家在板形設計上有差異，一次成型工藝水乎有區(qū)別，導致分流均勻程度不同，故換熱效率有高低之分。據(jù)有關資料介紹，國外板式換熱器的最小對數(shù)平均溫差標準規(guī)定為1℃，而我國為3℃，但許多廠家已突破這一點，據(jù)說可以達1.5℃，即△tm=2℃。這樣可以減少換熱面積，節(jié)省換熱設備投資，但相應地要提高空調系統(tǒng)末端設備的型號，又增加了投資。因此，溫差的選取，應進行綜合技術經濟分析．但對冷凍水系統(tǒng)而言，應控制在1.5～2℃范圍內。
3．2．2 水流速W
據(jù)有關資料介紹，換熱面積的多少與速度的0 6～0．9次冪成正比．而功率消耗則與速度的3次冪成正比�？梢�，低速可以節(jié)能，減少運行費用。但過分低的流速將導致傳熱系
數(shù)的大幅度下降，換熱面積的增加，初投資加大。因此，從理論上講，板式換熱器應存在一個最佳流速問題，即在此流速下其初投資和運行費用最小。經實踐證明，一般水流速控制
在0.2～0.6m／s為宜。對于高溫水的集中供熱系統(tǒng)，一般外網留給換熱站的允許壓降為30—50kPa．所在板式換熱器的計算中，一次側熱媒側流速應控制在0.2～0.4m／s的范圍內。
3．1．3 污垢熱阻R
板式換熱器的污垢熱阻，比普通的殼管式換熱器的污垢熱阻小，這主要是由于傳熱板的凹凸不平，流體在流道中易形成紊流，流體中的固體顆粒難以沉積；在結構上，殼管式換熱器在殼體與折流板連接處流體有停留空間，板式換熱器沒有這樣的停留空間；板式換熱器表面光滑，有時好似鏡面：由于板面薄、耐腐蝕強，不易產生沉積，板式換熱器沒有死區(qū)，滯留量小，可以報方便地進行拆卸清洗或化學清洗。板式換熱器的污垢熱阻無論在什么情況下，均不會超過0.00014m.℃／W。
3．1．4 壁溫計算
在計算換熱系數(shù)時，為了確定液體的粘度或溫差，必須知道板片的壁面溫度。一般壁面溫度可采用試算法確定，具體步驟如下：
(1)根據(jù)玲、熱流體的溫度，假定一側壁溫 ；
(2)由準則關系式求該側換熱系數(shù)
(3)由公式q。= a1(t1—tw1 )計算該側單位面積上的換熱量ql；
(4)根據(jù)板片的熱阻Rp用公式 ：tw2=tw1-q1 Rp計算另一側壁溫 tw2；
(5)由準則關系式求出另一側換熱系數(shù)a2；
(6)由公式q2=a2（tw2-t2）計算另一單位面積換熱量q2，如果假定的壁溫正確，則應有 q1=q2；若 q1≠q2，則應重新假定壁溫再進行計算，直至q1與q2基本相當為止。
為了準確快速．可用計算機計算；也可用圖解法計算，即假定多個壁溫，把計算出的 q1與q2畫成圖，其中q1與q2相交點即為壁溫。
3．2 板式換熱器選型時應注意的向題
3．2．1 板型選擇
板片型式或波紋形式應根據(jù)換熱場合的實際需要而定。對流量大允許壓降小的情況，應選用阻力小的板型，反之選用阻力大的板型。根據(jù)流體壓力和溫度的情況，確定選擇可拆卸式，還是釬焊式。確定板型時不宜選擇單板面積太小的板片，以免板片數(shù)量過多．板間流速偏小，傳熱系數(shù)過低，對較大的換熱站更應注意此問題。
3．2．2 流程和流道的選擇
流程是指板式換熱器內一種介質同一流動方向的一組并聯(lián)流道，而流道則是指板式換熱器內，相鄰兩板片組成的介質流動通道。一般情況下，將若干個流道按并聯(lián)或串聯(lián)的方式連接起來，以形成冷、熱介質通道的不同組合形式流程組合形式應根據(jù)換熱和流體阻力，在滿足工藝要求下確定。盡量使冷、熱水流流道內的對流換熱系數(shù)相等或接近時傳熱系數(shù)獲得較大值。雖然板式換熱器各板間流速不相等，但在換熱和辯e體阻力計算時，仍以平均流速進行計算。
3．2．3 壓降校核
在板式換熱器的設計選型時．一般對壓降有一定的要求．所以應對其進行校核。如果校核壓降超過允許壓降，需重新進行設計選型計算，直到滿足工藝要求為止。一般廠家在樣本中給出壓降計算公式，如果生產廠家投有提供計算公式，可參照文獻[1]進行計算如果工藝對壓降無要求，從技術經濟上考慮，對于水一水換熱器的壓降應不大于0.06MPa為宜。
3．2．4 板式換熱器用作冷凝器和燕發(fā)器時應注意的問題
供熱工程上用的蒸汽一熱水換熱器，制冷空調設備如冷水機組、熱泵冷熱水機組上用的水側換熱器(蒸發(fā)器、冷凝器)，已往經常是用殼管式換熱器。為了減少體積，提高傳熱效率，目前應用板式換熱器的日趨增多。迄今為止，板式換熱器的板型基本上是為液一液換熱目的而設計的，但這種換熱器不作任何改動用作冷凝器，其換熱效果仍然比殼管式換熱器好。近年來，國外陸續(xù)研制出若干專用的板式蒸發(fā)器和冷凝器，并已大量應用，收到了良好的效果。
目前板式換熱器生產廠家均未提供凝結換熱和沸騰換熱的準則式，在進行板式換熱器的設計選型計算時可利用文獻[1]提供的參考公式。但要注意以下一些問題：
(1)一般玲凝和沸騰均可在一個流程中完成，因此，相變一側經常布置成單流程，液體側可根據(jù)需要布置成單程或多程。在暖通空調翩冷疆域，水側一般也是單流程為多。
(2)對板式冷凝器，設計時一般不要使冷凝段與過冷段并存．因為過冷段的換熱效率低，如果需要過冷 原則上應單獨設過冷器。
(3)板式冷凝器及蒸發(fā)器設計同樣存在一個允許壓降問題冷凝器內壓降大，會壤蒸汽的冷凝溫度降低，造成對數(shù)平均溫差�。徽舭l(fā)器內壓降大，會造成出口蒸汽過熱度加大，兩者都會使換熱器面積加大，對換熱是不利的。因此，在選擇板式蒸發(fā)器時，應盡量選阻力較小的板片，且每臺的板片數(shù)不宜過多；盡量使供液分配均勻。板式冷凝器應采用中間隔板向兩邊分掖的方法。
(4)在選型時，應優(yōu)先選用板式冷凝器和板式蒸發(fā)器的結構型式，在無合適型號時可選常用的一般板式換熱器。
(5)對使用在制冷空調設備上的板式換熱器，由于制冷劑壓力高，滲漏能力強，宜采用釬焊式板式換熱器
3．3 板式換熱器使用時應注意的一些問題
3．3．1 墊片
對于可拆卸式板式換熱器，墊片的密封性決定了整個換熱器的性能。墊片經多次松開和壓緊容易損壞，需要更換。墊片是用機械或粘接的方式嵌入溝槽的，當使用壓縮石棉墊片時，必須在表面涂上防粘劑，以防粘在換熱板槽中。
3．3．2 檢修
板式換熱器屬于壓力容器，必須定期檢查，檢查腐蝕狀態(tài)，如有腐蝕，一經發(fā)現(xiàn)，必須修理；當腐蝕嚴重，不可能修復，必須更換新件。板件拆裝時順序不要搞錯。此外，板式換熱器應定期清洗。
3．3．3 使用
板式換熱器盡管應用廣泛，可處理的流體達200種以上，但對于每種板式換熱器而言．有其特定的使用條件板式換熱器一經選定，便不可隨便作它用，否則會造成嚴重后果。如板式換熱器對運行工作壓力和溫度有一定的限制，如果超出該范圍，勢必造成泄漏、腐蝕甚至爆裂等后果。
4 結論
目前供熱、制冷空調設備及系統(tǒng)應用板式換熱器的越來越大，已成為板式換熱器的重要用戶．但設計選型方法很不一致，造成有的選型過大，工程投資增加，效果也未充分發(fā)揮；有的選型偏小，造成使用效果不好．不能滿足運行工況要求，甚至造成損失。本文指出的板式換熱器設計選型應注意的一些問題，對于工程設計選型、設備維護保養(yǎng)人員興許有一定的參考價值，還應當指出，這些問題，對于不同的板式換熱器都是適用的。
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