板式换热器选型设计及实际使用中应注意的问题。

1 、概述
      板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高肖换热器。各扳片之间形成许多小流通断面的流道，通过扳片进行热量交换。它与常规的壳管式换热器相比，在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下，其传热系数要高出很多。在适用范围内有取代壳管式换热器的趋势。国外自60年代开始，应用已非常普遍。国内板式换热器的应用远不及国外，这与人们对扳式换热器的了解程度、使用习惯及国内产品的水平有关。70年代，我国板式换热器大多用在食品、轻工、机械等部门；70年代初期，扩大到民用建筑的集中供热；80年代中期，随着高层建筑集中空调的增多和空调制冷设备产品的更新换代，在空调制冷领域里的应用已名列前茅。
   板式换热器型式主要有框架式(可拆卸式)和钎焊式两大类。扳片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板共三种。国外著名的生产厂家有瑞典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，国内生产厂家主要有兰州兰石，四平维克斯等。
2 、板式换热器的特点
2．1 板式换热器与壳管式换热器的比较
(1)传热系数高。由于不同的波纹板相互倒置，构成复杂流道，使流体在波纹板间流道内呈旋转三维流动，能在较低的雷诺效(～般Re=50～200)下产生紊流，所以传热系数高，一般认为是壳管式的3～5倍。
(2)对数平均温差大，末端温差小。在壳管式换热器中，两种流体分别在壳程和管程内流动，总体上是错流流动，对数平均温差修正系数小而板式换热器多是并流或逆流流动方式，其修正系数通常在0 95左右。此外．冷、热液体在板式换热器内的流动平行于换热面．无旁流，因此使得板式换热器的末端温差小，对水一水换热可低于1。c，而壳管式换热器一般为5。c。
(3)占地面积小。板式换热器结构紧凑，单位体积内的换热面积为壳管式的2—5倍，也不象壳管式那样要预留抽出管柬的检修场地，因此实现同样的换热量，扳式换热器占地面积约为壳管式换热器的1/5—1/10。
(4)容易改变换热面积或流程组合。只要增加或减少几张板片，即可达到增加或减少换热面积的目的；改变板片排列或更换几张板片，即可达到所要求的流程组合，适应新的换热工况，而壳管式换热器的传热面积几乎不可能增减。
(5)重量轻。板式换热器的板片厚度仅为0.4～0.8mm，壳管式换热器的换热管厚度为2.0--2.5mm，壳管式的壳体比扳式换热器的框架重得多，板式换热器一般只有壳管式重量的1/5左右。
(6)价格低。采用相同材料，在相同换热面积下．板式换热器价格比壳管式约低40％ ～60％。
(7)制作方便。板式换热器的传热板是采用冲压加工，标准化程度高，并可大批生产，壳管式换热器一般采用手工制作。
(8)容易清洗。框架式板式换热器只要松动压紧螺挂，即可板开板柬，卸下板片进行机械清洗，在需要经常清洗设备的场合使用十分方便。
(9)热损失小。板式换热器只有传热板的外壳板暴露在大气中，因此散热损失可以忽略不计，不需要保温措施。而壳管式换热器热损失大，则必需保温。
(10)容量较小。是壳管式换热器的10％ ～20％。
(11)单位长度的压力损失大。由于传热面之间的间隙较小，传热面上有凹凸，因此比传统的光滑管的压力损失大。
(12)不易结垢。由于内部水流湍急，不易结垢，其结垢系数仅为管式换热器的1/3～1/10。
(13)板式换热器采用密封垫密封，工作压力一般不宜超过2.5MPa，介质温度应低于250~C以下，否则有可能泄漏。
(14)由于板片间通道很窄，一般只有2—5mm，当换热介质含有较大颗粒或纤维物质时，容易堵塞。
2．2 国产板式换热器与国外板式换热器产品比较举例
产       地：     SWEP公司              国内厂家
结构形式：     垫片式．钎焊式        垫片式
品       种：         53种                     10种左右
单片换热面积： 0.012-3.37             0.1-2.0
板材： AISa304、AISI316、钛钯合金。AISa304为主
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
垫片材料： NBR.EPDN .VTTON．PTFE NBR．EPDM
工作温度(℃) 垫片式：≤265，钎焊式：≤ 225 垫片式：≤170
工作压力(bar) 垫片式：≤20．钎焊式：≤30 ≤16
板纹  ：                    拼装板                   人字型
板纹组台 ：             6种                              3种
3 板式换热器设计选型爰使用中应注意的问题
3．1 板式换热器设计计算中应注意的一些问题
板式换热器传热计算基本公式为：Q=KFΔtm ，式中：Q为换热量(W) ，Q=G(i1一i2 )，G为质量流量(kg/s)，i1 、i2为流体进、出口的焓值。
(2)K为传热系数( W／m2℃)，K=(1/ac +1/ah+Rp+Rh+ Rco1+ Rco2)-1
其中ab.ah 为热、冷流体侧换热系数(W/m2·℃)，当给定流速w时，可根据厂家提供的准则关系式得出；Rp为板片热阻( m2.℃/W)；Rh、Rc为热、冷流体侧污垢热阻(m2.℃/w)；
Rco1、Rco2为涂层热阻(m2.℃/W)。
(3)F为有效传热面积(m2 )，如样本未特殊注明，均指成型板减去导流、密封等部分的面积，不是设想的展平面积。K和 a均以此面积为基准。
(4)△tm 为有效传热面积温差(℃)，△tm=Ψ△t N，因为温差修正系数，它随玲、热流体相对流动方向的不同而异。△t N 为对数平均温差。在利用上式进行设计和校核计算时，应注意以下几个主要参数的取值问题：
3．1．1 △tm值
由于国内外厂家在板形设计上有差异，一次成型工艺水乎有区别，导致分流均匀程度不同，故换热效率有高低之分。据有关资料介绍，国外板式换热器的最小对数平均温差标准规定为1℃，而我国为3℃，但许多厂家已突破这一点，据说可以达1.5℃，即△tm=2℃。这样可以减少换热面积，节省换热设备投资，但相应地要提高空调系统末端设备的型号，又增加了投资。因此，温差的选取，应进行综合技术经济分析．但对冷冻水系统而言，应控制在1.5～2℃范围内。
3．2．2 水流速W
据有关资料介绍，换热面积的多少与速度的0 6～0．9次幂成正比．而功率消耗则与速度的3次幂成正比。可见，低速可以节能，减少运行费用。但过分低的流速将导致传热系
数的大幅度下降，换热面积的增加，初投资加大。因此，从理论上讲，板式换热器应存在一个最佳流速问题，即在此流速下其初投资和运行费用最小。经实践证明，一般水流速控制
在0.2～0.6m／s为宜。对于高温水的集中供热系统，一般外网留给换热站的允许压降为30—50kPa．所在板式换热器的计算中，一次侧热媒侧流速应控制在0.2～0.4m／s的范围内。
3．1．3 污垢热阻R
板式换热器的污垢热阻，比普通的壳管式换热器的污垢热阻小，这主要是由于传热板的凹凸不平，流体在流道中易形成紊流，流体中的固体颗粒难以沉积；在结构上，壳管式换热器在壳体与折流板连接处流体有停留空间，板式换热器没有这样的停留空间；板式换热器表面光滑，有时好似镜面：由于板面薄、耐腐蚀强，不易产生沉积，板式换热器没有死区，滞留量小，可以报方便地进行拆卸清洗或化学清洗。板式换热器的污垢热阻无论在什么情况下，均不会超过0.00014m.℃／W。
3．1．4 壁温计算
在计算换热系数时，为了确定液体的粘度或温差，必须知道板片的壁面温度。一般壁面温度可采用试算法确定，具体步骤如下：
(1)根据玲、热流体的温度，假定一侧壁温 ；
(2)由准则关系式求该侧换热系数
(3)由公式q。= a1(t1—tw1 )计算该侧单位面积上的换热量ql；
(4)根据板片的热阻Rp用公式 ：tw2=tw1-q1 Rp计算另一侧壁温 tw2；
(5)由准则关系式求出另一侧换热系数a2；
(6)由公式q2=a2（tw2-t2）计算另一单位面积换热量q2，如果假定的壁温正确，则应有 q1=q2；若 q1≠q2，则应重新假定壁温再进行计算，直至q1与q2基本相当为止。
为了准确快速．可用计算机计算；也可用图解法计算，即假定多个壁温，把计算出的 q1与q2画成图，其中q1与q2相交点即为壁温。
3．2 板式换热器选型时应注意的向题
3．2．1 板型选择
板片型式或波纹形式应根据换热场合的实际需要而定。对流量大允许压降小的情况，应选用阻力小的板型，反之选用阻力大的板型。根据流体压力和温度的情况，确定选择可拆卸式，还是钎焊式。确定板型时不宜选择单板面积太小的板片，以免板片数量过多．板间流速偏小，传热系数过低，对较大的换热站更应注意此问题。
3．2．2 流程和流道的选择
流程是指板式换热器内一种介质同一流动方向的一组并联流道，而流道则是指板式换热器内，相邻两板片组成的介质流动通道。一般情况下，将若干个流道按并联或串联的方式连接起来，以形成冷、热介质通道的不同组合形式流程组合形式应根据换热和流体阻力，在满足工艺要求下确定。尽量使冷、热水流流道内的对流换热系数相等或接近时传热系数获得较大值。虽然板式换热器各板间流速不相等，但在换热和辩e体阻力计算时，仍以平均流速进行计算。
3．2．3 压降校核
在板式换热器的设计选型时．一般对压降有一定的要求．所以应对其进行校核。如果校核压降超过允许压降，需重新进行设计选型计算，直到满足工艺要求为止。一般厂家在样本中给出压降计算公式，如果生产厂家投有提供计算公式，可参照文献[1]进行计算如果工艺对压降无要求，从技术经济上考虑，对于水一水换热器的压降应不大于0.06MPa为宜。
3．2．4 板式换热器用作冷凝器和燕发器时应注意的问题
供热工程上用的蒸汽一热水换热器，制冷空调设备如冷水机组、热泵冷热水机组上用的水侧换热器(蒸发器、冷凝器)，已往经常是用壳管式换热器。为了减少体积，提高传热效率，目前应用板式换热器的日趋增多。迄今为止，板式换热器的板型基本上是为液一液换热目的而设计的，但这种换热器不作任何改动用作冷凝器，其换热效果仍然比壳管式换热器好。近年来，国外陆续研制出若干专用的板式蒸发器和冷凝器，并已大量应用，收到了良好的效果。
目前板式换热器生产厂家均未提供凝结换热和沸腾换热的准则式，在进行板式换热器的设计选型计算时可利用文献[1]提供的参考公式。但要注意以下一些问题：
(1)一般玲凝和沸腾均可在一个流程中完成，因此，相变一侧经常布置成单流程，液体侧可根据需要布置成单程或多程。在暖通空调翩冷疆域，水侧一般也是单流程为多。
(2)对板式冷凝器，设计时一般不要使冷凝段与过冷段并存．因为过冷段的换热效率低，如果需要过冷 原则上应单独设过冷器。
(3)板式冷凝器及蒸发器设计同样存在一个允许压降问题冷凝器内压降大，会壤蒸汽的冷凝温度降低，造成对数平均温差小；蒸发器内压降大，会造成出口蒸汽过热度加大，两者都会使换热器面积加大，对换热是不利的。因此，在选择板式蒸发器时，应尽量选阻力较小的板片，且每台的板片数不宜过多；尽量使供液分配均匀。板式冷凝器应采用中间隔板向两边分掖的方法。
(4)在选型时，应优先选用板式冷凝器和板式蒸发器的结构型式，在无合适型号时可选常用的一般板式换热器。
(5)对使用在制冷空调设备上的板式换热器，由于制冷剂压力高，渗漏能力强，宜采用钎焊式板式换热器
3．3 板式换热器使用时应注意的一些问题
3．3．1 垫片
对于可拆卸式板式换热器，垫片的密封性决定了整个换热器的性能。垫片经多次松开和压紧容易损坏，需要更换。垫片是用机械或粘接的方式嵌入沟槽的，当使用压缩石棉垫片时，必须在表面涂上防粘剂，以防粘在换热板槽中。
3．3．2 检修
板式换热器属于压力容器，必须定期检查，检查腐蚀状态，如有腐蚀，一经发现，必须修理；当腐蚀严重，不可能修复，必须更换新件。板件拆装时顺序不要搞错。此外，板式换热器应定期清洗。
3．3．3 使用
板式换热器尽管应用广泛，可处理的流体达200种以上，但对于每种板式换热器而言．有其特定的使用条件板式换热器一经选定，便不可随便作它用，否则会造成严重后果。如板式换热器对运行工作压力和温度有一定的限制，如果超出该范围，势必造成泄漏、腐蚀甚至爆裂等后果。
4 结论
目前供热、制冷空调设备及系统应用板式换热器的越来越大，已成为板式换热器的重要用户．但设计选型方法很不一致，造成有的选型过大，工程投资增加，效果也未充分发挥；有的选型偏小，造成使用效果不好．不能满足运行工况要求，甚至造成损失。本文指出的板式换热器设计选型应注意的一些问题，对于工程设计选型、设备维护保养人员兴许有一定的参考价值，还应当指出，这些问题，对于不同的板式换热器都是适用的。
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