一、板式換熱器供熱系統(tǒng)的工作原理

板式換熱器主要由多個(gè)板片組裝而成，且各個(gè)板片間均留有一定的空隙。當(dāng)流體經(jīng)過(guò)板片時(shí)，板片之間的間隙能起到冷熱交換的作用。由于流道空間非常小，流體在流經(jīng)板片時(shí)的速度較快，易形成湍流，湍流間會(huì)形成較大的波紋。湍流波紋的影響大大提升了板式換熱器的換熱性能。與一般的換熱器相比，其換熱性能優(yōu)于一般的換熱器，這是板式換熱器可代替一般換熱器的重要原因之一。此外，湍流波紋還會(huì)增強(qiáng)板片的剛度，當(dāng)兩種流體流過(guò)板片四個(gè)角的孔洞后會(huì)在板式換熱器中形成流道，最后形成順向或逆向流動(dòng)。此時(shí)，可將板片當(dāng)作流通介質(zhì)實(shí)現(xiàn)熱量的交換，進(jìn)而完成板式換熱器的供熱環(huán)節(jié)。分析板式換熱器供熱系統(tǒng)可進(jìn)一步了解其存在的問(wèn)題，比如板片的承受能力、流程安排能否改變、湍流波紋能否得到有效應(yīng)用等。根據(jù)以上分析，我們應(yīng)不斷優(yōu)化與板式換熱器結(jié)構(gòu)有關(guān)的設(shè)計(jì)，從而提升換熱器供熱系統(tǒng)的換熱性能。

二、供熱系統(tǒng)存在的問(wèn)題

換熱與降壓的匹配問(wèn)題
對(duì)于板式換熱器而言，換熱系數(shù)與通道中流體的流速成正比，即當(dāng)通道內(nèi)流體的速度較快時(shí)，換熱系數(shù)會(huì)增大，且流速加快會(huì)導(dǎo)致流體受到的阻力不斷增加，進(jìn)而加大了流體壓力的損耗。因此，應(yīng)選取適當(dāng)?shù)牧魉倩驅(qū)で髩毫p耗與換熱系數(shù)的平衡，從而不斷提升板式換熱器供熱系統(tǒng)的綜合性能。

研究不夠完善
板式換熱器在我國(guó)的起步較晚、研究時(shí)間較短，這在一定程度上限制了供熱系統(tǒng)的發(fā)展，進(jìn)而對(duì)供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)造成了影響。此外，我國(guó)對(duì)板式換熱器的研究不夠深入，缺乏一定的技術(shù)專利。因此，相關(guān)部門應(yīng)加大資金投入，購(gòu)買相應(yīng)的專利。

應(yīng)用場(chǎng)合受限問(wèn)題
板式換熱器具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但也存在一些問(wèn)題。就當(dāng)前供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而言，存在很多缺陷，比如節(jié)能設(shè)計(jì)在供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用受到了限制，主要表現(xiàn)在換熱器難以在高溫、高壓的環(huán)境中運(yùn)行。這是因?yàn)榘迨綋Q熱器中的核心元件為較薄的金屬片，其承受壓力的能力有限，而板式換熱器常用于重工業(yè)生產(chǎn)中，這就需要板式換熱器具備較強(qiáng)的承受壓力的能力。由此可見(jiàn)，對(duì)于板式換熱器供熱系統(tǒng)而言，突破以往應(yīng)用場(chǎng)合的限制是其應(yīng)用節(jié)能設(shè)計(jì)的基本條件之一。

三、供熱系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的方法

在分析了板式換熱器的工作原理后，深入了解了影響其換熱性能的因素，比如板片的波紋、流速、換熱系數(shù)、流道的安排等。對(duì)于板式換熱器供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)而言，應(yīng)充分考慮其影響因素，不斷優(yōu)化供熱設(shè)計(jì)中的各個(gè)子系統(tǒng)。

3.1、優(yōu)化整體設(shè)計(jì)
對(duì)于整個(gè)板式換熱器供熱系統(tǒng)而言，節(jié)能設(shè)計(jì)不只是在供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中需要考慮的問(wèn)題，在換熱器方面也需考慮該問(wèn)題。因此，在優(yōu)化供熱系統(tǒng)板片的同時(shí)，還應(yīng)優(yōu)化板式換熱器的結(jié)構(gòu)和功能，從整體上實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)。此外，對(duì)于不同的應(yīng)用要求和場(chǎng)合，應(yīng)合理選擇優(yōu)化的方法和系數(shù)。

3.2、優(yōu)化板片設(shè)計(jì)
在板式換熱器供熱系統(tǒng)中，優(yōu)化板片是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，主要包括以下兩步：

板片承受壓力的能力對(duì)板式換熱器供熱系統(tǒng)的性能影響很大，因此，需要研制一些性能良好的制作材料，這也屬于研發(fā)換熱器的主要研究方向之一。

優(yōu)化板片強(qiáng)度及其表面的波紋。應(yīng)仔細(xì)分析板片波紋的類型、高度和波紋角等。只有合理優(yōu)化板片設(shè)計(jì)，才有可能實(shí)現(xiàn)板式換熱器供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)。

3.3、匹配換熱系數(shù)與壓降
換熱系數(shù)與壓降的匹配主要指平衡流體所受壓力的損耗和換熱系數(shù)。通常情況下，可采用傳熱的單元數(shù)法、對(duì)數(shù)的平均溫差法和單側(cè)的壓降最大化的利用法等。這樣做的主要目的是有效分析板片可承受的最大壓降或最適宜的壓降，從而準(zhǔn)確推算出流體在流經(jīng)通道時(shí)的壓降和流速，從而找到一種壓降值最大的設(shè)計(jì)方法，并找到比較合適的換熱系數(shù)與降壓匹配，從而增強(qiáng)板片承受壓力的能力。

合理安排流道
流道安排的合理性與板式換熱器供熱系統(tǒng)的性能有直接關(guān)系。串聯(lián)型、混聯(lián)型的流道安排存在較大的差異，比如在換熱系數(shù)與壓降存在很大的差距時(shí)，就需要應(yīng)用混聯(lián)型流程的流道安排。因此，對(duì)于板式換熱器供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)而言，既要考慮板式換熱器的應(yīng)用場(chǎng)合，又要考慮其能承受的壓力和流體流速。只有不斷綜合分析各種因素，才能設(shè)計(jì)出比較優(yōu)秀的換熱器供熱系統(tǒng)，即最節(jié)能的板式換熱器供熱系統(tǒng)。

總結(jié)：在優(yōu)化板式換熱器供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)明確優(yōu)化的目標(biāo)和方向，從而實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)，并從供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體方法入手，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行整體性的優(yōu)化設(shè)計(jì)。只有這樣，才能真正地設(shè)計(jì)出與人們需求相符的板式換熱器供熱系統(tǒng)。

1、傳熱系數(shù)高
板式換熱器具有較高的傳熱系數(shù)，一般約為管殼式換熱器的3~5倍。主要原因是流體在管殼式換熱器的殼程中流動(dòng)時(shí)存在著折流板—殼體，折流板—換熱管，管束—殼體之間的旁路，通過(guò)這些旁路的流體，沒(méi)有充分參與換熱。而板式換熱器，不存在旁路，而且板片的波紋能使流體在較小的流速下產(chǎn)生湍流，湍流效果明顯（雷諾數(shù)約為150時(shí)即為湍流），故能獲得較高的傳熱系數(shù)。

2、對(duì)數(shù)平均溫差大
板式換熱器兩種流體可實(shí)現(xiàn)純逆流，一般為順流或逆流方式。但在管殼式換熱器中，兩種流體分別在殼程和管程內(nèi)流動(dòng)?？傮w上是錯(cuò)流的流動(dòng)方式。降低了對(duì)數(shù)平均溫差。板式換熱器能實(shí)現(xiàn)溫度交叉，末端溫差能達(dá)到1℃；管殼式換熱器不能實(shí)現(xiàn)溫度交叉（即二次側(cè)出口溫度不能高于一次側(cè)的出口溫度）末端溫差只能達(dá)到5℃ 。

3、 NTU大
NTU表示相對(duì)于流體熱容流量，換熱器傳熱能力的大小。例如對(duì)于已定的傳熱系數(shù)K和熱容量 GCp值，NTU的大小就意味著換熱器尺寸的大小，即傳熱面積的大小。管殼式換熱器的NTU約為0.2~0.3（平均0.25）。（BRS）板式換熱器的NTU約為1.0~3.0（平均2.0）。如在進(jìn)行一次水14~9℃，二次水13~7℃，一次水流量60m3/h,二次水流量50m3/h換熱時(shí)，NTU=(14-9)/1.5=3.33。若采用對(duì)稱型（BRS）板式換熱器3.33/2.0 = 1.66≈2流程，A=95m2；而采用管殼式換熱器，則3.33/0.25=13.32≈14流程，A=320m2。
 

4、耐溫承壓能力強(qiáng)
設(shè)計(jì)工作壓力可達(dá)8MPa，設(shè)計(jì)工作溫度達(dá)1000℃。

5、 大型化
單板面積達(dá)18m2，單臺(tái)達(dá)10000m2。

6、小型化
單板面積比A4還小。

7、占地面積小
由于板式換熱器NTU 大，故在換熱量相同時(shí)，所需的換熱器的尺寸也小。除此之外，板式換熱器的結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積內(nèi)的換熱面積為管殼式換熱器的2~5倍，也不需管殼式換熱器要預(yù)留抽出管束的檢修場(chǎng)地，故板式換熱器的占地面積是管殼式換熱器的1/5~1/10。（見(jiàn)圖1-6）

8、重量輕
板式換熱器的板片厚度僅為 0.6~0.8mm,管殼式換熱器的傳熱管厚度為2.0~2.5mm;管殼式換熱器的殼體比板式換熱器的框架重量重得多；故在換熱量相同時(shí)，板式換熱器所需的換熱面積比管殼式換熱器小，其重量約為管殼式的1/5。

9、污垢系數(shù)低
垢系數(shù)約為管殼式換熱器的1/10。其原因是板間流體的劇烈湍動(dòng)，雜質(zhì)不易沉積；板間流道死區(qū)少；不銹鋼換熱面光滑，附著物少；清洗容易等。

10、能實(shí)現(xiàn)多種介質(zhì)換熱
若要進(jìn)行兩種以上介質(zhì)換熱時(shí)，則可在板式換熱器中設(shè)置中間隔板。中間隔板的結(jié)構(gòu)，視換熱介質(zhì)的數(shù)目，中間隔板可設(shè)置一個(gè)，也可設(shè)置多個(gè)。管殼式換熱器無(wú)法實(shí)現(xiàn)多種介質(zhì)換熱。

11、清洗方便
把板式換熱 器的壓緊螺柱卸掉后，即可松開(kāi)板束，卸下板片，進(jìn)行機(jī)械清洗。

12、改變換熱面積
多流程組合適應(yīng)新?lián)Q熱工況的要求。

13、工作壓力達(dá)8MPa
可拆式板式換熱器是靠墊片密封的，密封周邊長(zhǎng)，而且角孔的兩道密封處的支撐情況較差，墊片得不到足夠的壓緊力，所以最高工作壓力僅為2.5MPa。釬焊式、全焊板式換熱器改變了可拆式板式換熱器的密封形式，板殼式換熱器改變了兩種流體的進(jìn)（出）口形式，提高了板式換熱器的工作壓力。目前釬焊式、全焊板式換熱器承受的工作壓力達(dá)3.5~4MPa，板殼式可達(dá)8MPa。在可拆式換熱器中，通過(guò)在常規(guī)波紋板片上加筋形成波紋管狀通道，除能強(qiáng)化傳熱之外，還增加了板式換熱器的承壓能力。

14、工作溫度達(dá)1000℃
可拆式板式換熱器的工作溫度決定于密封墊片能承受的溫度，用橡膠類彈性墊片時(shí)，最高工作溫度低于200℃。釬焊式、全焊式和板殼式密封不采用墊片形式，其工作溫度與工藝有關(guān)，目前為-200~1000℃。

15、當(dāng)量直徑大
寬—寬通道，寬—窄通道等大通道板式換熱器的當(dāng)量直徑de達(dá)28mm，（北京京海換熱生產(chǎn)的KBB，KNB型板式換熱器屬這種型式），有一側(cè)或兩側(cè)可適用于含纖維、顆粒或高粘度介質(zhì)的換熱。

16、適用流體的范圍更廣泛
可拆式板式換熱器受密封材料的限制，不適合某些流體。釬焊式、全焊式和板殼式不使用密封墊片，故可在高真空條件下使用，適用流體的范圍也擴(kuò)大了。

板式換熱器是制冷主機(jī)上的重要配件，它是由一組波紋金屬板組合而成，板上有四個(gè)角孔，供傳熱的兩種液體通過(guò)，引導(dǎo)流體交替地流經(jīng)各自的通道，進(jìn)行熱交換，它們排列緊密、精度高，體積小，換熱效率高，節(jié)省空間，使用環(huán)境要求較高，適合在小型制冷機(jī)組上使用。

板式換熱器被擊穿的主要原因:

一、維護(hù)保養(yǎng)
板式換熱器在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行以后，需定期清洗，一般兩年清洗一次。如現(xiàn)在的板式換熱器可以拆開(kāi)來(lái)一片片單獨(dú)清洗，但一般制冷工程主機(jī)上的板式換熱器是不可以拆開(kāi)的，只能靠打開(kāi)換熱器進(jìn)、出水管上的閥門和絲堵來(lái)清洗，所以換熱器清洗以后感覺(jué)還是很臟，也就容易堵塞、結(jié)垢，一旦換熱器內(nèi)有一部分通道被堵塞，其余的通道就得承受機(jī)組所有水的流量，這樣，流經(jīng)板式換熱器的流速增大，摩擦力就增加，磨損也就加快了。

二、板換材質(zhì)
與其他換熱器的換熱表面相比，板式換熱器的換熱表面相當(dāng)薄，即0.5ｍｍ，所允許的最大腐蝕度為0.05ｍｍ/年。普通板式換熱器的材質(zhì)通常使用合金材料(304或316)，304是奧氏體不銹鋼中最低廉的一種，對(duì)一定范圍的有機(jī)物具有抗腐能力，但抗鹽酸及硫酸能力弱。一般空調(diào)主機(jī)的板式換熱器材質(zhì)用的是304，那么用了8年之后，板材會(huì)擊穿、腐蝕也是必然的。

三、安裝問(wèn)題
系統(tǒng)中只裝有“Ｙ”型過(guò)濾器，沒(méi)有裝電子水處理裝置，這樣就很難保證管路系統(tǒng)不結(jié)垢。另外，如果“Ｙ”型過(guò)濾器清理不及時(shí)，讓循環(huán)水中還殘留有哪怕是對(duì)殼管式換熱器基本不構(gòu)成危害的微小砂礫，也會(huì)對(duì)板式換熱器存在磨損的危害。

四、板換板片加工工藝
板式換熱器的板片加工工藝不科學(xué)，整體板片壁厚不均勻，正常使用中就最薄處易出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象。

五、使用環(huán)境溫度的問(wèn)題
板式換熱器的使用環(huán)境溫度過(guò)低，板片擊穿是凍壞的，板換內(nèi)容積較小，本身結(jié)構(gòu)有沒(méi)有太多膨脹余地，一結(jié)凍必壞。

六、工況水質(zhì)
目前板式換熱器使用的水質(zhì)之差毋庸諱言，而且大多未進(jìn)行凈化、過(guò)濾處理，結(jié)垢，腐蝕普遍存在。導(dǎo)致板式換熱器板片比較容易出現(xiàn)穿孔。其它如水錘、碰撞之類的非典型性原因就不提了。

板式換熱器是一種安全性要求很高的設(shè)備，當(dāng)密封墊損壞后，出現(xiàn)的外滴漏是可見(jiàn)的。熱交換器、換熱器等一開(kāi)始都會(huì)出現(xiàn)輕微的滴漏，在壓力沖擊較大的流程設(shè)備中，則可能因密封墊的損壞而出現(xiàn)較大的泄漏。

板式換熱器是流程工業(yè)設(shè)備中熱交換技術(shù)中一個(gè)重要部件，在各個(gè)板式散熱片之間進(jìn)行密封的彈性密封墊是一種易損件，并且在自然條件下也是一種易于老化的零件。

它的使用壽命對(duì)于板式換熱器的使用壽命有著重要的影響，如果這些密封熱硬化了，失去了原有的彈性，則可導(dǎo)致?lián)Q熱器無(wú)法正常工作。

一、影響密封墊使用壽命的幾個(gè)因素：

換熱器的工作方式(連續(xù)的還是不連續(xù)的)；
散熱的介質(zhì)和使用的清潔劑的腐蝕性；
最高工作溫度；
最高工作壓力；
由于過(guò)大的壓力和不均衡的壓力而使彈性密封墊的應(yīng)力較大；
自然老化；

彈性密封墊的軟化與壓力和溫度有關(guān)。當(dāng)密封墊失去彈性后，換熱器會(huì)出現(xiàn)滴漏。

二、滴漏相關(guān)注意事項(xiàng)

在某些產(chǎn)品中，為了解決因密封墊老化而引起的滴漏現(xiàn)象，允許對(duì)換熱器進(jìn)行密封性能調(diào)節(jié)，即再次擰緊組合板式換熱器的螺栓，調(diào)節(jié)各個(gè)換熱器之間的彈性密封墊的壓緊力，解決滴漏問(wèn)題。在有這種功能的換熱器的銘牌上，一般都給出了允許最大和最小應(yīng)力。

對(duì)于新的換熱器片組，應(yīng)使用最小的允許應(yīng)力進(jìn)行連接固定，視每組換熱器片的數(shù)量多少，可以一次或者多次調(diào)整換熱器的擰緊力。每次擰緊時(shí)，可以將螺母擰進(jìn)去3mm，并在擰緊過(guò)程中始終注意調(diào)節(jié)片的應(yīng)力情況。而且，只允許對(duì)無(wú)工作壓力的換熱器，在室溫條件下進(jìn)行擰緊力的調(diào)整，防止滴漏。

對(duì)于在銘牌中沒(méi)有給出應(yīng)力調(diào)節(jié)范圍的板式換熱器，一般在零件圖中給出了應(yīng)力數(shù)值。在擰緊這類板式換熱器時(shí)，擰緊力矩?zé)o論如何不應(yīng)低于圖紙規(guī)定的數(shù)值。因?yàn)樗c板式換熱器的組裝質(zhì)量、組裝變形有關(guān)。在擰緊力矩達(dá)到規(guī)定數(shù)值的要求時(shí)，則可有計(jì)劃地對(duì)彈性密封墊進(jìn)行更換。

對(duì)于在重要的生產(chǎn)設(shè)備中和腐蝕介質(zhì)中使用的板式換熱器，建議有一套備用的密封件，倉(cāng)庫(kù)溫度18℃時(shí)，在透明塑料包裝中，板式換熱器的密封件可保存3年左右。
 

三、密封
原則上，密封件的固定分為粘接固定和非粘接固定兩大類。密封墊的形狀應(yīng)與板式換熱器密封處的形狀保持一致，必須指出的是粘接式的固定方法不對(duì)密封功能產(chǎn)生任何作用。

非粘接密封
對(duì)準(zhǔn)：將密封圈放置到位
放入：使密封圈正確地進(jìn)入密封槽中
壓緊：在密封槽中.有橫截面逐漸減小的槽形結(jié)構(gòu).以便使密封圈正確定位

粘接式密封
根據(jù)密封墊的使用目的和密封質(zhì)量要求，可使用不同生產(chǎn)廠家的調(diào)和式密封膠和非調(diào)和式密封膠。在進(jìn)行粘接之前，應(yīng)使用蒸汽氣流徹底地清除粘接面殘留的粘接劑和殘留的密封墊。

對(duì)于調(diào)和式密封膠粘接來(lái)講，必須用火燒盡板式換熱器結(jié)合面上的殘留粘接劑和殘留密封墊。在大批量進(jìn)行粘接時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)備冷凍密封件的液氮池，準(zhǔn)備好為帶有密封墊的板式換熱器進(jìn)行干燥處理的加熱爐，加熱溫度應(yīng)達(dá)160℃。如果有條件，應(yīng)對(duì)板式換熱器進(jìn)行化學(xué)清理，以保證徹底清除殘留在板式換熱器結(jié)合面中的粘接件的密封墊。

根據(jù)板式換熱器的蜂室觀察孔來(lái)了解密封墊的安裝是否正確
板式換熱器的結(jié)合面應(yīng)使用化學(xué)清潔劑清理(例如利用丙酮)，同樣，也必須利用化學(xué)清潔劑清除粘接在密封墊上的軟化劑和防粘連涂層，將粘接劑涂抹在各個(gè)粘接結(jié)合面的中部。

視密封墊的寬度，粘接劑的寬度約為一根火柴的寬度，然后用毛刷將粘接劑在整個(gè)粘接表面涂抹均勻，以便充分利用整個(gè)結(jié)合面。根據(jù)粘接劑的種類不同，等待一定的通風(fēng)干燥時(shí)間，然后放入密封墊，將各個(gè)板式換熱器疊放在一起，用拉緊螺桿拉緊，或者用重物壓放在疊放的換熱器組上。

根據(jù)粘接劑的種類不同，硬化時(shí)間約為8-20小時(shí)。對(duì)于調(diào)和式粘接劑，則必須進(jìn)行螺桿拉緊和爐內(nèi)加熱硬化。

一、板式換熱器結(jié)垢產(chǎn)生的原因
1.1、當(dāng)循環(huán)水遇到熱結(jié)垢時(shí)，很容易造成堵塞，水中的鈣、鎂、重碳酸鹽等物質(zhì)，熱后容易產(chǎn)生碳酸鈣沉淀物和氫氧化鎂，長(zhǎng)期產(chǎn)生結(jié)垢。

1.2、通過(guò)施工環(huán)境，產(chǎn)生的雜質(zhì)容易進(jìn)入管道，造成堵塞。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，雜質(zhì)會(huì)隨著循環(huán)水進(jìn)入換熱器造成堵塞。

二、結(jié)垢產(chǎn)生后果
2.1、循環(huán)水板結(jié)垢多為沉淀物和介質(zhì)。如果結(jié)垢層過(guò)厚，會(huì)影響板材波紋槽的清潔度和功能。如果結(jié)垢過(guò)多，逐漸填充會(huì)影響工藝水平也會(huì)降低換熱設(shè)備的使用壽命。

2.2、板式換熱器結(jié)垢還是設(shè)備內(nèi)部異物？.隨著腐敗物質(zhì)的增多，碎片和不易清洗的結(jié)垢會(huì)造成堵塞，尤其是面積較小的結(jié)垢設(shè)備、板之間的流道較小，嚴(yán)重堵塞會(huì)影響設(shè)備的換熱。

三、板式換熱器結(jié)垢清洗方法
3.1、當(dāng)介質(zhì)中雜質(zhì)過(guò)多時(shí)，可以單獨(dú)準(zhǔn)備一個(gè)過(guò)濾器。
3.2、在特殊行業(yè)，蒸餾水(純水)可用于減少水垢的產(chǎn)生。
3.3、利用軟化工藝軟化循環(huán)水，拓寬管道，增加湍流，沖走較小雜質(zhì)。
3.4、選擇合適的參數(shù)型號(hào)，安裝合適的配件，采用不同的工藝，利用熱氣旁通閥將部分壓縮機(jī)排氣吸入蒸發(fā)器口，保證吸氣壓力
持平均水平。

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