南京林业大学木材工业学院2005级热能与动力工程专业毕业论文
图2-2 可拆式板式换热器
板式换热器的应用范围很广，随着板型、结构上的改进，正在进一步扩大它的应用领域。由于板式换热器是由若干传热板片叠装而成，板片很薄且具有波纹形表面，因而带来一系列优点。由于波纹板片的交叉相叠使通道内流体形成复杂的二维或三维流动和窄的板间距，大大加强了流体的扰动，因而能在很小雷诺数时形成湍流和高的传热系数。在同一压力损失下，板式换热器每平方米传热面积所传递的热量为管壳式的6～7倍。加之板片很薄，其紧凑性约为管壳式的3倍，可达到300m2/m3 以上，在同一热负荷下其体积为管壳式的1/5～1/10。对于可拆卸式板式换热器，不仅清洗、检修方便，而且可按需要，方便地通过增减板片数和流程的多种组合，达到不同的换热要求和适应不同的处理量。此外，在板式换热器中还可以通过采用加装隔板的办法在一台换热器中实现三种以上流体之间的热交换。[11]
目前板式换热器所存在的主要问题是它的操作压力和温度的提高受到结构的限制。但经过板片型式和框架结构的改进，采用新型的密封垫片和板片材料，耐压和耐温均已有相当大的提高。对于许多工业的热工过程，尤其是流体有腐蚀性而必须使用贵重金属材料制
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造时，在压力1.5MPa和温度150℃以下的条件下，存在板式换热器逐渐取代管壳式的趋势。至于板式换热器由于流道狭窄和角孔的限制而难以实现大流量运行的问题，由于大型板式换热器的出现和采用多段并联操作的方法使得它已不成为主要的问题。
2.4.2两种规划方案的比较
（1）传热系数的比较
管壳体换热器中，一种流体横向掠过管子通过管壁与管内流动的另一种流体换热，彼此垂直交叉流动,其传热系数一般为1000～3000 W/（m2·℃）。板式换热器中，加热水侧与被加热水侧流动均匀湍流，两种流体逆向流动，由于波纹的作用引起湍流，从而产生高传热率，高阻力压降以及高切应力场，这将导致抑制污垢在传热面上形成。其传热系数一般为3500～5500 W/（m2·℃），由此，可节省换热器的换热面积。[12]
（2） 冷却水量比较
管壳式换热器一般加热水量和被加热水量之比为1.2～2.5:1。由于板式换热器的两种介质流道基本相同且传热效率高，因此板式换热器可大大降低加热水量，一般加热水量和被加热水量之比为0.8～1.1:1,这样可以降低管道阀门和泵的安装运行费用。
（3）安装检修的比较
板式换热器具有体积小，重量轻的特点，检修方便，不需设检修起吊设施，故安装占地较少。板式换热器的人工维护包括将整机折开，用喷水枪和刷子清洗板和垫片，检查板片和垫片，如有必要，更换板片和垫片。板式换热器一般每年要清洗一次，并且无论是否实际需要都要做。当应用河水、海水等水质较差的冷却水时，由于泥沙和污物的存在，以及微生物的快速生长有引起表面污染和堵塞的危险。在国外，应用河水作冷却水时，清洗频率很高，平均每年3.3次。管壳式换热器是由管束组成，自身重量体积都较大，在检修抽管时需要留出管束一样长的距离，故占地较多，还需配备必要的起吊检修设施。管壳式换热器的设计寿命一般为30年，大修周期四年，当换热器发生泄漏时，可以采用堵管的办法在短时间内恢复工作性能，管壳式换热器允许有7%的堵管裕量。对于管内的清洗可以根据需要采用胶球清洗装置进行定期的机械清洗。
（4）流动传热设计比较
管壳式换热器的管子是换热器的基本构件，它为在管内流过一种流体和穿越管外的另一种流体之间提供传热面。根据两侧流体的性质决定管子材料，将具有腐蚀性、水质差的流体放在管内流动，水质较好的流体放在管子外壳侧，这样管子只需采用耐流体腐蚀的钛
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管，同时清洗污垢较为方便，管径从传热流体力学角度考虑，在给定壳体内使用小直径管子，可以得到更大的表面密度，但大多数流体会在管子表面上沉积污垢层，尤其管内冷却水水质较差，泥沙和污物及生物的存在，都可能会在管壁上形成沉积物，将传热恶化并使定期的清洗工作成为必要，对给定的流体，污垢形成主要受管壁温度和流速的影响，为得到合理的维修周期，管内侧水的流速应在2m/s左右(视允许压降的要求而定)。由于一般加热水选用自来水等，较易引起结垢，对管壳式换热器，应根据水质含杂质量情况需设置胶球清洗装置进行定期清洗。
板式换热器的加热水和被加热水在波纹板的两侧对流，波纹采用人字形波纹，这些传热板的波纹斜交，即在相邻的传热板上具有倾斜角相同而方向不同的波纹。下图2-3是板式换热器的流动形式图。
图2-3 板式换热器的流动形式
沿流动方向横截面积是恒定的，但是由于流动方向不断变化致使流道形状改变而引起湍流。一般传热板的波纹深度为3～5mm，湍流区流速约为0.1～1.0 m/s，波纹板很薄，厚度为0.6～1mm，相邻板间要有许多接触点，以承受正常的运行压力，相邻的板有相反方向的人字形沟槽，两种沟槽的交叉点就形成接触点，这样还可消除振动，并且在促进湍流和热交换的同时，消除了由于疲劳裂缝引起的内部泄漏。人字形波纹板湍流度较高，高湍流还能充分发挥清洗作用，可以特别有效的将沉积污垢减至最小，但是波纹板的接触点较多，当液体水质差，含有悬浮的固体颗粒、杂物和水草等时，由于板间隙很窄，所以要尽可能地保证将所有2mm以上颗粒在进入换热器以前都要过滤掉，假如滤网不能有效地发挥作用，就容易发生堵塞。由于小区供热所用水大多采用较纯净的水，对上面所存在的问题影
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响较小。[13]
与管壳式换热器比较，板式换热器的特点显而易见：板式换热器传热系数高，占地面积小，结构紧凑，易维护。在传热量相等的条件下，所占空间仅为管壳式换热器的1/2～1/3。并且不像管壳式换热器那样需要预留出很大的空间用来拉出管束检修。而板式换热器只需要松开夹紧螺杆，即可在原空间范围内100%地接触到换热板的表面，拆装方便，便于清洗。体积小重量轻，在狭小的空间易安装。通过以上的分析比较，可以看出板式换热器较之管壳式换热器具有很多优点。另外板式换热器还有如下优点。
（1）温差小
由于板式换热器具有较高的传热系数及强烈的湍流，在换热器中进行流动换热后，可使热交换器的一、二次热水的温度相差很小，有时温差能够趋近1℃～3℃。这样可使热效率大大增高，提高换热设备的经济性。
（2）热损失小
由于具有板片边缘及周边密封垫暴露在大气中，所以热损失极小，一般为1%左右，不需采取保温措施。在相同换热面积情况下，板式换热器的换热损失仅为管壳式换热器的1?5，而重量则不到管壳式的一半。
（3）适应性强
一方面在组装换热器时，可根据产量及工艺要求，很方便地增加或减少传热板片，亦可将板片重新排列，流程组合重新选择。另一方面的适应性还表现在其用途上，板式换热器用途广泛，目前，在化工、机械、水泥、石油、电力、热水供暖等多种工程领域都有广泛的应用，具体用于加热、冷却、蒸发、冷凝、余热回收等工艺过程中，通过在板式换热器中进行介质间的热交换来达到应用的目的。
（4）操作灵活，维修方便
传热板片及活动压紧板均悬挂在机器的横梁上，压紧板上方设有滚动装置, 可方便地打开设备，进行清洗，并能取出一板片，进行检查或更换垫片。[14]
通过对管壳式及板式换热器的比较,可以得出以下结论：板式换热器传热器传热效率高、体积小、重量轻便于拆装，当冷却水水质较好时，它是一种比较理想的换热器设备，结合本小区换热站的具体情况，适宜选择板式换热器作为该小区换热站的换热设备。
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