你真的了解板式换热器吗？

 

    板式换热器是一种高效的紧凑型换热设备，与管壳式换热器相比,板式换热器具有传热系数高、体积小、重量轻、易维护等优点[1],在工业生产中得到了广泛应用。本文将详细介绍板式换热器的工作原理,重点分析其在制冷、空调、供暖、冶金、石油化工等领域的应用。

1、 板式换热器的构造与工作原理

   

1.1 板式换热器的构造          
板式换热器由一组压紧在框架内的矩形金属板片组成。每片板片上压印有波纹状突起,并在四角开有分布孔。相邻两片板片间设有橡胶或氟橡胶垫片,构成窄而长的流体通道。板片材质通常为不锈钢、钛、哈氏合金等。框架由固定压板、活动压板、导向杆等零部件组成,用于支撑和固定板片[2]。根据流体进出口位置和板片上开孔的不同,可组装成多种流程,实现并流、逆流、多路程换热。      

板式换热器的型式主要有框架式（可拆卸式）和钎焊式两大类，板片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板片三种。      

主要结构：      

（1）板式换热器板片和板式换热器密封垫片      

（2）固定压紧板      

（3）活动压紧板      

（4）夹紧螺栓      

（5）上导杆      

（6）下导杆      

（7）后立柱      

     

     

1.2 工作原理          
板式换热器的工作原理是利用金属板片的高导热性,使冷热流体在狭窄通道内充分换热。两种流体分别从相邻板片的对角进口进入,沿波纹状通道流动,最后从另一对角出口流出。波纹状通道不仅扩大了换热面积,而且强化了流体的紊流,显著提高了传热系数[3]。热量通过金属板片从高温侧传递到低温侧,实现流体间的热交换。板式换热器的紧凑多层结构使其换热效率远高于管壳式换热器。      

     

单流程结构：只有2块板片不传热－头尾板。      

     

     

双流程结构： 每一个流程有3块板片不传热。      

            

（示意图，不对应文中任何具体信息）

     

2、 板式换热器在制冷设备中的应用          

             

2.1 在冷水机组中的应用          
板式换热器在冷水机组中主要用作冷凝器和蒸发器。用于冷凝器时,制冷剂在板片通道内冷凝放热,冷却水在相邻通道内吸热升温,实现制冷剂的冷凝过程。用于蒸发器时,制冷剂在通道内吸热蒸发,被冷却的水或盐水在相邻通道内放热降温,产生冷冻水。与传统的壳管式换热器相比,板式换热器传热温差小,循环水温度接近制冷剂温度,大大提高了换热效率和制冷性能系数[4]。      

2.2 在大型中央空调系统中的应用          
在大型公共建筑的中央空调系统中,通常采用集中式冷热源和分散式空调末端的形式。冷热源侧设有冷冻机组、锅炉或热泵机组。空调末端侧则布置有大量的风机盘管、空气处理机组等。板式换热器在其中扮演了重要角色。末端空调侧的冷热水需要通过板换与一次侧的冷冻水、冷却水、蒸汽、热水等换热介质进行热交换,以满足空调末端所需的冷热量和温度。板换在系统中起到了传递冷热量、分离回路、平衡水力失衡等作用[5],使空调系统的运行更加安全、高效、灵活。      

以上海某甲级写字楼为例,空调冷热源设有2台2000RT离心式冷水机组,末端设有200余台风机盘管。冷冻水进出水温度为7/12℃,冷却水进出水温度为32/37℃,风机盘管冷水进出水温度为7/12℃。在系统初选设计中,技术人员采用了板式换热器作为冷冻水和冷却水的换热设备,优化匹配了板片波纹度、通道数等参数,将冷却水出水温度控制在35℃以下。与传统的壳管式换热器相比,板式换热器使系统的能耗降低了12%,冷冻水温度也更加稳定,末端风机盘管运行效果良好[6]。      

     

3、 板式换热器在建筑采暖和空调领域的应用          

             

3.1 在集中供热系统中的应用          
在北方寒冷地区,建筑普遍采用集中供热系统。热源厂通过埋地供热管网向用户输送130/70℃的高温热水。但建筑物内采暖末端如散热器,其供回水温度一般为75/50℃。因此,需要在用户侧设置换热站,将一次网高温水与二次侧采暖水进行换热,将温度降至二次侧适宜范围。板式换热器以其高效紧凑的特点,成为热交换站的最佳选择[7]。与管壳式相比,板换具有传热系数高、结垢少、水力失衡小等优点。并且,板换站占地面积仅为管壳式的1/5-1/3,大大节约了土建投资。      

3.2 在分户采暖计量中的应用          
随着供热体制改革的不断深化,建筑采暖计量收费已成为大势所趋。分户计量是实现采暖收费的前提条件。目前最成熟的技术方案是"垂直分户+水平分支+热量表计量"。每户设置一台小型板式换热器,将整幢建筑的立管与户内采暖支路隔开。板换一次侧连接立管,二次侧接户内散热器,并串联安装超声波热量表。通过板换可实现各户的独立调控和计量。同时,由于各户互不干扰,既避免了因用户不当放水而造成的水力失衡,又可根据自身需求灵活调节室内温度[8]。大量工程实践表明,分户板换系统可使采暖能耗降低20%-30%。      

以天津某高层住宅小区为例,共有1200户住户,采用了分户板换+远传抄表系统。每户安装FP04型板式换热器和MBUS通讯超声波热量表。板换的设计供回水温度为75/50℃,二次侧装有电动温控阀,可根据室内温度自动调节流量。通过小区级抄表系统,物业可远程抄收热费,业主也可通过手机APP实时查看用热量。经过两个采暖季的运行,与传统的单元阀平衡调节相比,分户板换系统节能率达到了32.6%,有效解决了过热、不热等问题,得到了业主的一致好评[9]。      

     

     

4、 板式换热器在工业生产领域的应用          

             

4.1 在冶金工业中的应用      

在钢铁冶炼流程中,高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气等副产燃料气体广泛用于加热和动力。这些气体通常含有大量水蒸气,需要冷却除湿后再利用。传统多采用喷淋塔直接接触冷却,存在水耗大、污染重、能耗高等问题。板式换热器冷却工艺可有效解决这些弊端。工艺气体在板换一侧通入并冷却至露点以下,水蒸气冷凝析出。冷却水在对侧逆流吸热,带走冷凝潜热。与直接喷淋相比,间壁传热可避免气水直接接触引起的污染和结垢,系统水耗仅为原来的15%。冷凝水还可回收利用,经济环保效益显著[10]。      

4.2 在石油化工行业的应用          
在石油炼制过程中,常需要对各种馏分油、催化剂、反应物料等进行预热或冷却。板式换热器以其良好的防腐性能和高传热系数,在换热网络中得到了广泛应用。与管壳式相比,板换具有传热温差小、流体阻力小、污堵少等特点。当换热器两侧物料性质相差较大时,可选用特种材质如钛、哈氏合金等制作板片,既可耐受强腐蚀,又可有效地隔离物料[11]。此外,板式换热器还可实现多种工艺流程如换热、冷凝、蒸发、吸收等过程,极大地提高了设备的集成化程度和空间利用率。      

以某乙烯装置为例,在乙烯-乙烷分离塔顶气体冷凝回流系统中,采用了全焊接板式换热器作为冷凝器。塔顶气体中含有微量H2S,对设备存在一定腐蚀性。工程师采用254SMo钢板材制作冷凝板束,既可耐受H2S腐蚀,又保证了良好的传热性能。冷凝温度由-30℃提高到-20℃,每小时乙烯回收量增加了1.2吨。与原有的管壳冷凝器相比,投资成本降低40%,装置占地减少60%[12]。         

版权声明：本文由HETA（换热器专委会）小编整理

• 0人已收藏

• 0人已打赏

  免费
• 0人已点赞

• 分享

  复制链接 新浪微博 微信扫一扫