板式换热器的发展现况和展望Word文档格式.docx
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③板式换热器的应用范围越来越广（见表1-1）。
表1-1各种类型板式换热器的应用范围
⑵板式换热器向大型化、小型化、专业化、多元化、装置化发展。
①大型化
大型板式换热器主要用于中央冷却系统（以下简称CCS），该系统集中冷却各种工厂使用的冷却水，并作为发电厂轴承冷却水的冷却器。
板式换热器的容量与工厂的规模，工艺过程等有关，必要的冷却水量从数千至数万m3/h,大型板式换热器可达数十万m3/h，CCS中希望采用尽可能少的台数进行处理，故要求采用大型板式换热器，近几十年，中东地区建设了许多具有世界级规模的LNG工厂，使用过去的冷却塔的冷却方式不能确保补给水，故希望变更为使用板式换热器的CCS方式。
过去发电厂使用S&
T轴承冷却水方式，但通过性能评价说明，板式换热器在成本、传热性能、小型化及维护性等方面均具有明显的优越性，因此需要将它们更换为板式换热器的方式。
如巴塞罗那论坛区能源系统采用的是垃圾利用（将巴塞罗那市区收集的垃圾进行厌氧分析，产生人造燃气），废热发电（垃圾产生的燃气加热蒸汽锅炉，驱动气轮发电机，向论坛区及城市电网供电），发电余热制冷（高压蒸汽发电后衰减为低压蒸汽，被送至远大空调制造的吸收式制冷机加热溴化锂溶液，进行制冷），海水冷却。
设备设计容量：
吸收式制冷机4×
4500kW；
蒸汽—水板式换热器4×
5000kW；
蓄冷罐5053m3；
海水板式换热器4×
12000kW（每台海水板式换热器流量961m3/h，压力降58kPa）,板片材料为钛。
海水冷却板式换热器（见照片1-1）。
上述用途的共同特征是以海水作为冷却水的水源，在板式换热器中使用海水的问题之一是防垢。
今后，随着CCS和电厂中的冷却器采用板式换热器不断增长的要求，就必须研究海生生物附着在板片上后对传热性能的影响程度，并要了解板片的耐腐蚀性能。
a、耐海水性
使用海水时的防污问题。
现在，作为防止海生生物附着的方法有往海水中连续注入通过电分解方法得到次亚盐酸钠（NaClO）的方法。
实际运行说明，在使用海水的板式换热器中连续注入次亚盐酸钠（0.9ppm）后进行测定，运行3个月后，其总传热系数没有发生变化。
在夏季海藻和贝类容易繁殖的时期，连续注入次亚盐酸钠也能确保传热性能不变。
其它的方法还有，从环境保全上看，采用臭氧和热水的防污也是有效的，但尚未进行实验验证和确立相应的技术方法。
b、耐腐蚀性
使用海水时，板片的材质一般为钛板。
钛对海水具有优良的耐腐蚀性，从相关的耐腐蚀性资料可知，对于海水来说，即使至120℃，钛板也不会腐蚀。
此外，为了抑制海生生物的附着而注入的次亚盐酸钠还会产生一种坚固的非动态的膜，从而提高了钛板的耐腐蚀性。
使用丁腈类橡胶作为密封垫片，即使海水温度达到80℃，也不会对它产生任何腐蚀。
在耐热性方面，当海水温度低于60℃时，不会产生热的劣化现象，能长期确保良好的密封性能。
c、大型板式换热器的特性
每台板式换热器的处理流量与板的角孔口径有关，大型板式换热器角孔的口径为Φ500，每台处理的流量为5000m3/h，与以往的所谓大型板式换热器比较，所需台数可以减少一半。
其结果，换热器用过滤器、安装工程和管道的初投资，板的清洗和密封垫片的更换等维护费用均能明显地降低，并且还能节省占地空间，以下通过一实例说明，现今大型板式换热器与以往大型板式换热器的比较（见表1-2），从台数上看，大型机仅需2台，而以往大型机要4台；
从初投资上看，2台大型机的投资约比以往大型
机大10%，但它的过滤器投资约为以表1-2与以往大型机的比较
往型的2/3，安装工程约为一半，其总费用约能减少30%。
从设置空间上看约能减少40%。
即使设置1台备用机，总费用也能减少15%，空间也能节省30%。
在分解清洗方面，由于板片数少，人工费亦降低约30%。
对海水的处理措施。
当海水中的海藻、贝类附着在板的内部或堵塞在角孔的附近时，会降低海水的流量，从而不能确保冷却性能，故当海水从角孔到板的内部时，不应有突起的障碍物，使流路呈直线型，这是防止海生生物堵塞角孔的方法之一。
为了验证以上效果，对通过海水的大型板式换热器进行测定，测试结果证明，当角孔附近附着很少量的藻类时，对流路的性能没有影响。
但为了保证板内流道的通畅，绝不允许通过直径大于板间距的异物，故必须在进入换热器前安装过滤器。
d、高性能化
与以往板式换热器比较，均匀流路无偏流是保持高性能的主要途径。
措施之一是在板内部的主传热面上设置偏流抑制板，使液体入口处的流路为最短，从而使主传热面为均匀流（见图1-2）。
其次，设计板片时，应使板中央部的流量增多，即要防止端部的流量增多。
如前所述，由于防止偏流板能减少角孔的压力降，因此，其传热性能比以往大型板约增加15~20%。
③超小型化
在选择与使用条件相应的板式换热器的尺寸时，必须考虑初投资和设置空间等问题。
板式换热器的市场之一是用在耗能量少的食品、医药流体的杀菌，少量流体的加热/冷却等用户。
为此，必须开发出超小型的板式换热器，以适应产品多样化，生产规模参差不齐的要求，并满足耗能量少的热能行业的要求。
目前市场上超小型板式换热器具有小型化、低成本、高性能、重量轻、生产快等优点。
a、换热器的尺寸，最大的板片也仅相当于A4用纸的尺寸，重量每台约20kg，可安装在墙上。
b、标准板片数为12、24、36、48四类；
板的材质为SUS316和钛两类；
密封垫片为三元乙丙橡胶和硅橡胶两类。
④专用化
a、用于食品流体的热杀菌、加热/冷却工艺过程中的板式换热器必须具备以下三个条件：
提高生产率；
确保卫生性；
保障食品品质稳定性等。
b、食品专用板式换热器是为了满足上述三个条件而开发出的已商品化的板式换热器，以它作为咖啡、调味液、酱油等杀菌器使用时受到了普遍的好评。
c、在设计食品专用板式换热器时，应使板片内的流速分布均匀，为此，在板面上，即使是局部也不应该形成液垢，并能进行长时间的连续运行，目的是达到均匀的升温/冷却过程，提高制品的品质和保证质量的稳定。
若采用CIP还能清洗板式换热器的所有板面。
d、采用镶嵌式结构的密封垫片，以适应新性能的要求，维护时间是原有装置的1/2~1/3。
⑤多元化
a、全焊式板式换热器
众所周知，板式换热器具有许多优越性，但由于存在如下问题，限制了它的应用范围和发展，密封性较差，易泄露，需经常更换垫片，较麻烦，耐压能力较低，一般约为1MPa；
耐温能力受垫片材料的限制；
流道小，不适宜于气—气换热或蒸汽冷凝；
易堵塞，不宜用于含悬浮物质的流体等。
随着板式换热器制造技术，板材质和焊接板的出现，克服了上述缺点，扩大了应用范围。
在所有工业行业内实施节能的进程中，降低燃料费用是各企业急需解决的问题。
废气、废水热回收是节能，降低燃料费的重要举措之一，为了适应这种形势，开发出了全焊接板式换热器机组。
形状：
组合了标准化的极薄平板的全焊接结构的错流型的气—气（空气）换热器有两种类型，即高温型、低温型。
特征：
机组组合而成，便于扩张，从小风量至大风量（60~300000Nm³
/h），使用范围广；
平板薄，效率高（温度效率达80%以上）；
可以用于高温（1000℃），高压（30kPa）的气体；
全焊接气密结构，不会混入排气、臭气；
结构便于维护、清扫；
根据使用温度和气体的种类选择合适的材质。
结构：
为了承受高温条件下的热应力，将薄板加工成六角形状的单体后组装成机组，目的是分散热应力，构成耐高温的结构（见图1-3）
材质：
S-TEN，S适合于温度低于350℃的机组；
铝合金板适合于排气温度低于500℃的机组；
SPCC适合于温度低于200℃的机组；
SUS系统应根据温度、排气的性质选择其他非铁金属，如锡、铜。
板厚：
0.3~2.0mm（标准0.8mm,低温用0.4mm）。
耐压：
在600℃时为10kPa；
在900℃时为5kPa。
气密性：
T型为通过风量的0.001以下，用于脱臭；
N型为通过风量的0.1%以下，一般用途；
S型通过风量的1.0%以下。
压力降：
高温侧、低温侧压力降是不同的。
高温侧（排气）在仅依靠风机的机外剩余压力和烟囱的引力条件下，允许值为50Pa以下。
最高使用温度：
与受热侧的回收温度和操作压力有关，但可达到1000℃。
排气中的粉尘浓度：
当排气通路为单流程时，由于传热面为平板，故很难堵塞，粉尘浓度约为0.1~0.5g/Nm³
。
流向（流程方向）：
原则上可自由设计，事前可与用户协商，进行最优设计。
互换性：
当机组需要更换某些部件时，机组的结构应便于更换。
布置：
可纵向、横向或水平设置。
保温：
外型便于保温，一般采用板式保温，便于维护。
最近，已经开发出利用排气预热锅炉给水的低压损机组装置。
目前，全焊式板式换热器用于钢铁、石油、锅炉等行业，并已取得了很大的成绩。
b、板式错流型换热器
板式错流型换热器是一种结构简单，具有弹性密封、传热面不焊接和应用范围广等优点。
原理结构：
在钢结构的固定框架中，将每1片传热板成90度逐一重合而成。
排气从垂直方向通过传热板，空气从水平方向通过。
（见图1-4）
特点：
传热板通过弹性密封组合而成，能自由地吸收热膨胀，故能满足温度变化形成的应力变化的要求，几乎不发生泄漏问题；
由于传热面不焊接，可根据对象温度的变化，选择许多合适的材料，其适用范围，从氧露点以下的低温至1000℃左右的高温（见图1-5）；
为了防止排气中粉尘产生的磨损和堵塞问题，采取了许多相应措施。
可组合数个至数十个，故处理量非常大，可作为大容量的空气预热器。
用途：
该装置分为高温型的气/气换热H型和低温型的气/气，气/液换热L型（见表1-3）。
在以往有粉尘和腐蚀性的不能回收废热的工业范围内，这种产品都可采用。
此外，在食品、造纸、石油化学、电力、炼钢等所有工业范围内热回收系统中也可采用这种装置。
其它的用途还包括锅炉、焚烧炉、加热炉、干燥器等，通用性强。
表1-3H型、L型比较表
c、用于冷凝器的板片
用于冷凝器的板片的连接气体的角孔大，波纹节距也大，目的是提高冷凝传热效果，减少流体阻力。
蒸汽压缩式制冷循环是由压缩、放热、节流和吸热四个主要热力过程组成的。
冷凝器的任务是将压缩机排出的高温高压气态制冷剂予以冷却使之液化，也就是说，当过热蒸气流经冷凝器的放热面时，将其热量传递给周围介质，而其自身则被冷却为饱和气体，并进一步被冷却为高压液体，以便制冷剂在循环系统中循环使用。
由于高温高压制冷剂的密度较小（如饱和氟利昂12蒸气在温度为40℃时，密度为54.76kg/m3）。
故，用于冷凝器的板片应是专用板片，其角孔和节距加大，才能提高传热效率和减少热阻。
d、用于蒸发器的板片
在造纸厂黑液浓缩装置中使用的蒸发器即是其中的一种，为升降膜蒸发器，板片的构造和普通的波纹板片不同，每四片为一组，靠不同形状的垫片引导介质的流向。
e、板管式板片
板片组合在一起后，流道呈蜂窝状，其中，一个流道较大，另一个流道较小，其比例大约为2:
1。
f、双层板片
这种板片是由两层板压合在一起，两板之间有自然的缝隙，并在边缘开有一个向外的小口，当其中一层因腐蚀穿孔时，流体便进入两板之间的缝隙中，并从板边的小口流出。
⑥装置化
板式换热器向板式换热装置发展说明板式换热器已成为工业生产，余热利用，建筑舒适化的重要的必不可少的设备；
也说明板式换热器的技术和应用达到了更高的水准。
目前已生产的装置有板式换热机组，热泵机组，制冷机组，蒸发装置，空冷装置和催化重整装置等。
今后，随着经济的不断发展，还会出现更多的装置。
⑦成型技术的先进性
板片的波纹成型为一次压制成型。
大型板壳式换热器所用板片，由于受现有压机吨位、尺寸及模具制造成本的限制，无法实现一次成型。
国外同类产品板片制造采用水爆成型，但这种成型方法技术难度大，成品率低（一般为73~84%），板片制造工艺繁琐，成本高。
我国大型板壳式换热器板片采用油压机模型成型作为波纹板片成型的方法，开发出整板分次连续压制成型的技术，板片合格率为99%。
二、太平洋换热生产的板式换热器
1、换热生产的换热器汇总表。
从表中可知，太平洋换热生产的板式换热器有3类，其中可拆式换热器有20种规格。
2、太平洋换热器的用途
太平洋换热器作为“加热器”、“予热器”、“过热器”、“蒸发器”、“蒸发液浓缩器”、“再沸器”、“冷凝器”、“冷却器”等被广泛应用于各个领域。
加热器用于把流体加热到所需温度，被加热流体在加热过程中不发生相变。
如供热用换热器等。
预热器用于预先加热流体，以使整套工艺装置效率得到改善。
如板壳式空气预热器、锅炉给水预热器等。
过热器用于将饱和蒸汽加热到过热蒸汽。
蒸发器、蒸发浓缩器用于加热液体使之蒸发汽化。
如钎焊式板式蒸发器、全焊式黑液蒸发浓缩器等。
再沸器用于使装置中冷凝了的液体再受热蒸发。
冷凝器用于冷却凝结性饱和蒸汽，使之放出潜热而凝结液化。
如钎焊式板式冷凝器。
冷却器用于冷却流体到必要的温度，如炼钢、化工、造纸、食品工业中的板式冷却器等。
表1-4太平洋生产的板式换热器汇总表
三、在许多应用领域板式换热器逐渐取代了管壳式换热器。
换热器是合理利用与节约能源、开发新能源的关键设备。
据统计，在现代石油化工企业中，换热器投资占30%~40%。
在制冷机中，蒸发器和冷凝器的重量占机组重量的30%~40%，动力消耗占总动力消耗的20%~30%。
可见换热器对企业投资、金属耗量以及动力消耗有着重要的影响。
由于在生产中存在的热交换千变万化，因此所需的换热器必然各式各样，但从承受高温、高压、超低温及耐腐蚀能力上看，管壳式换热器的数量和使用场所在20世纪80、90年代仍居主要地位。
随着全焊、钎焊、板壳式等新型结构板式换热器的发展，以及新技术、新工艺、新材料在板式换热器中的应用，板式换热器在进一步发展自身的传系数高、对数平均温差大、占地面积小、重量轻、价格低、末端温差小和污垢系数低等优越性之外，还将它的承压能力从2.5MPa提高到8.0MPa，耐温能力从150℃提高到了1000℃，为其在许多应用领域取代管壳式换热器创造了条件。
1、板式换热器的特点。
⑴传热系数高（见表1-5）
表1-5常用间壁式换热器的传热系数的大致范围*1
注：
*1摘自于邱树林、钱滨江《换热器原理、结构、设计》。
*2数据来源于太平洋换热设备制造公司。
从表1-5可知，板式换热器具有较高的传热系数，一般约为管壳式换热器的3~5倍。
主要原因是流体在管壳式换热器的壳程中流动时存在着折流板—壳体，折流板—换热管，管束—壳体之间的旁路，通过这些旁路的流体，没有充分参与换热。
而板式换热器，不存在旁路，而且板片的波纹能使流体在较小的流速下产生湍流，湍流效果明显（雷诺数约为150时即为湍流），故能获得较高的传热系数。
⑵对数平均温差大
板式换热器两种流体可实现纯逆流，一般为顺流或逆流方式。
但在管壳式换热器中，两种流体分别在壳程和管程内流动。
总体上是错流的流动方式。
降低了对数平均温差。
板式换热器能实现温度交叉，末端温差能达到1℃；
管壳式换热器不能实现温度交叉（即二次侧出口温度不能高于一次侧的出口温度）末端温差只能达到5℃。
⑶NTU大
NTU表示相对于流体热容流量，换热器传热能力的大小。
例如对于已定的传热系数K和热容量GCp值，NTU的大小就意味着换热器尺寸的大小，即传热面积的大小。
管壳式换热器的NTU约为0.2~0.3（平均0.25）。
（BRS）板式换热器的NTU约为1.0~3.0（平均2.0）。
如在进行一次水14~9℃，二次水13~7℃，一次水流量60m3/h,二次水流量50m3/h换热时，NTU=（14-9）/1.5=3.33。
若采用对称型（BRS）板式换热器3.33/2.0=1.66≈2流程，A=95m2；
而采用管壳式换热器，则3.33/0.25=13.32≈14流程，A=320m2。
.
⑷耐温承压能力强
设计工作压力可达8MPa，设计工作温度达1000℃。
⑸大型化单板面积达18m2，单台达10000m2。
⑹小型化单板面积比A4还小。
⑺占地面积小
从⑶分析可知，由于板式换热器NTU大，故在换热量相同时，所需的换热器的尺寸也小。
除此之外，板式换热器的结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式换热器的2~5倍，也不需管壳式换热器要预留抽出管束的检修场地，故板式换热器的占地面积是管壳式换热器的1/5~1/10。
（见图1-6）
⑻重量轻
板式换热器的板片厚度仅为0.6~0.8mm,管壳式换热器的传热管厚度为2.0~2.5mm;
管壳式换热器的壳体比板式换热器的框架重量重得多；
故在换热量相同时，板式换热器所需的换热面积比管壳式换热器小，其重量约为管壳式的1/5。
⑼污垢系数低（见表1-6）
从表1-7可知，板式换热器的表1-6污垢系数单位：
（m2·
℃/W）
垢系数约为管壳式换热器的1/10。
其原因是板间流体的剧烈湍动，杂质不易沉积；
板间流道死区少；
不锈钢换热面光滑，附着物少；
清洗容易等。
⑽能实现多种介质换热
若要进行两种以上介质换热时，
则可在板式换热器中设置中间隔板。
图1-7表示中间隔板的结构，视换热介质的数目，中间隔板可设置一个，也可设置多个。
管壳式换热器无法实现多种介质换热。
⑾清洗方便
把板式换热器的压紧螺柱卸掉后，即可松开板束，卸下板片，进行机械清洗。
⑿通过改变换热面积或多流程组合适应新换热工况的要求。
⒀工作压力达8MPa
可拆式板式换热器是靠垫片密封的，密封周边长，而且角孔的两道密封处的支撑情况较差，垫片得不到足够的压紧力，所以最高工作压力仅为2.5MPa。
钎焊式、全焊板式换热器改变了可拆式板式换热器的密封形式，板壳式换热器改变了两种流体的进（出）口形式，提高了板式换热器的工作压力。
目前钎焊式、全焊板式换热器承受的工作压力达3.5~4MPa，板壳式可达8MPa。
在可拆式换热器中，通过在常规波纹板片上加筋形成波纹管状通道，除能强化传热之外，还增加了板式换热器的承压能力。
⒁工作温度达1000℃
可拆式板式换热器的工作温度决定于密封垫片能承受的温度，用橡胶类弹性垫片时，最高工作温度低于200℃。
钎焊式、全焊式和板壳式密封不采用垫片形式，其工作温度与工艺有关，目前为-200~1000℃。
⒂当量直径大
宽—宽通道，宽—窄通道等大通道板式换热器的当量直径de达28mm，（苏州太平洋换热生产的KBB，KNB型板式换热器属这种型式），有一侧或两侧可适用于含纤维、颗粒或高粘度介质的换热。
⒃适用流体的范围更广泛
可拆式板式换热器受密封材料的限制，不适合某些流体。
钎焊式、全焊式和板壳式不使用密封垫片，故可在高真空条件下使用，适用流体的范围也扩大了。
2、在许多应用领域，板式换热器逐渐取代了管壳式换热器。
⑴在许多工艺过程中，两种流体的末端温差仅为1℃或更小，如区域供冷系统，冰蓄冷的乙二醇换热系统，海水冷却系统和污水利用热泵系统等。
以往采用的管壳式换热器体积大，重量大，占地面积大，经济效益差。
最近苏州太平洋换热生产的BRH型板式换热器的板片是波纹浅（波深约为2~2.5mm）的浅密波纹板，传热系数约为7000w/（m2·
K），硬板的NTU可达5~8。
在上述几种工艺过程中，采用高NTU板式换热器不仅可以取代管壳式换热器，而且由于这种板式换热器的NTU高，故所需换热面积小，占地少，经济效益亦非常明显。
⑵热泵机组的蒸发器和冷凝器。
热泵机组是广泛应用于空调系统和热回收系统的关键装置，这些应用场所对热泵提出了如下要求：
重量轻，体积小（组装化），耐压性能好、耐低温性能好和具有高的密封性能等。
以往采用的管壳式换热器很难满足上述要求。
苏州太平洋换热生产的QH钎焊式板式换热器不仅可节省热泵的空间，还能降低制冷剂的成本和制冷剂的渗漏，故在热泵机组中大量地采用它作为蒸发器和冷凝器。
除此之外还采用它们作为省能器和油冷却器。
在吸收式制冷机中也用它作为溶液的换热器。
⑶在造纸、食品、酒精等蒸发浓缩工艺过程中，由于工艺的一侧含有纤维、颗粒、或高粘度的介质，故要求大通道的流通断面。
过去只能采用管壳式换热器，但堵塞之后频繁清洗和很难清洗的缺点，促使相关行业开发新型的换热器。
苏州太平洋换热生产的全焊式板式换热器和可拆式KNB型、KBB型板式换热器的板间当量直径约为28mm,适合于含纤维、颗粒的流体。
目前已广泛应用于上述工艺过程中，其中黑液浓缩装置已成为定型化产品。
⑷炼油工业的催化重整装置，燃气热电冷三联供的热回收装置中采用的板壳式换热器、全焊板式空气预热器和全焊板式省能器等，已基本上取代了管壳式换热器。
⑸在硫酸工业、制碱工业、炼油工业的冷却过程中，板式冷却器已取代了管壳式换热器第三节板式换热器用材料
材料是产品之本。
要生产高性能、高质量的产品,必须选好材、管好材、用好材，并使所选用材料的品种、规格，满足用户、设计图样和相关材料标准的要求。
板式换热器材料质量控制的关键在于确保板片、密封垫片、压紧板、中间隔板、夹紧螺柱、管法兰和接管等主要零件及其焊接材料的真实性和可追溯性，从而才能保证产品的质量、使用寿命和安全可靠性。
此外,选材、用材应该经济合理。
板式换热器主要零部件用的材料应不低于国家标准GB16409《板式换热器》或行业标准JB8701《制冷用板式换热器》的规定（见表1-21）。
材料的质量控制应贯穿于采购、验收、标志、保管、发放和生产加工等各阶段。
本章主要介绍板片、密封垫片等零件用材料的质量要求和适用范围。
板片和密封垫片的耐腐蚀性能除本章已给出的资料外，尚可参考《板式换热器工程设计手册》。
板片的材质对板式换热器的性能、寿命、适用工况和板片成形质量等均有重要的影响。
材料的质量控制主要包括两个方面：
（1）材料的化学成分、力学性能及其它技术要求应符合相应标准的规定；
（2）针对材料的特性和适用范围，正确、合理选用,即必需考虑换热介质的性质、操作条件（包括氯化物含量、PH值大小、操作温度、操作压力、间隙操作还是连续操作等），以及材料的成型加工性能、耐腐蚀性能等。
板片常用的材料主要有奥氏体不锈钢、钛及钛合金、镍及镍合金和铜等四类冷轧薄板。
一、国内外板片常用的材料
1、常用材料
材料牌号及相应标准对照（见表1-22）；
材料的化学成分（见表1-23~表1-26）；
材料的力学性能（见表1-27）；
当从材料成品上取样进行化学成分分析时，允许与熔炼分析结果有一定的偏差，见表1-24、表1-25和表1-28；
板材的实际厚度与名义厚度允许有一定的偏差，见表1-29
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