板式换热器常见故障分析及改进性研究

摘要： 板式换热器是热力系统中的常见设备，它的常见故障有介质外漏，介质进、出口压差大，介质混合，冷却效果不明显四种形式。本文从多方面对板式换热器的故障原因进行了探讨和分析，阐述了处理故障的方法，并提出了预控措施。论证了板式换热器有必要进行改进，得出了扩展传热面积，加大传热温差，提高传热系数均能强化换热设备的传热效果。

关键词： 换热器；故障；改进

中图分类号：TK172 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）17-0050-02

1 板式换热器简介

1.1 板式换热器的结构 板式换热器主要由传热板片、密封垫片、两端压板、夹紧螺栓、支架等组成。各部件作用如表1。

1.2 板式换热器的工作原理 板式换热器是由一系列具有波纹形的传热板片与橡胶垫片按一定的间隔组成的可拆卸的换热设备。板片在组装的过程中，两组板片交替排列，橡胶密封条通过粘结剂固定在板片之间，使板片之间形成狭窄的流道，防止流体的泄漏。换热板片被压成各种波纹形，能使流体在低流速下形成湍流以此到达增加换热板片面积和强化传热的效果。换热介质通过板片上的四个角孔分别进入自身的流道，形成流体的分配和热量的交换。

1.3 板式换热器的特点及应用 板式换热器具有以下特点：①结构紧凑，占地面积小，清洗方便；②传热效率高；③重量轻，金属消耗量低，板片的厚度一般在0.4～0.7mm；④传热系数高，热损失小，板片的波纹能使流体在较小的流速下产生湍流；⑤组装灵活，可改变换热面积或流程组合，增加或减少板片数量即可达到所需的换热面积；⑥拆卸、清洗、检修方便；⑦价格低廉，经济性较高；⑧板式换热器缺点是密封周边较长，容易泄漏，不能承受高压。

板式热换器以传热效率高、节能、经济、结构紧凑、拆卸方便等优点，已被广泛地应用于化工、电力、冶金、食品、石油、医药、船舶、机电、纺织、造纸等工业部门，同时在城市集中供热及热能回收工程式中也被大量采用。

2 板式换热器常见故障及处理方案

2.1 板式换热器常见故障 ①介质外漏。表现有渗漏、泄漏两种形式。渗漏时介质量不大，且不连续；泄漏时介质量较大，且介质连续。发生外漏的部位主要在板片间的密封处、板片端部与压紧板内侧及板片波纹槽部位。②介质进、出口压差大。介质出口压力太小，压降超出设计要求，直接影响系统的换热效果，不能满足系统的流量和温度。起不到加热（或冷却）介质的作业。③介质混合。表现为压力较高侧的介质混入压力较低侧的介质中，会出现温度和压力的异常。若介质具有腐蚀性，还会引起系统中其它设备的腐蚀。通常发生在二次密封区域或导流区域。④冷却效果不明显。主要特征是被冷却介质出口温度偏高，达不到设计要求。

2.2 常见故障原因分析

2.2.1 介质外漏原因分析：①夹紧尺寸不到位、各处尺寸不均匀或夹紧螺栓松动；②密封垫密封效果不好，表现为密封垫表面有脏物，部分密封垫脱离波纹槽，密封垫老化或损坏；③组装板片时发生错位，引起板片变形；④板片波纹槽部位或二次密封区域有裂纹。

2.2.2 介质进、出口压差大原因分析：①运行系统管路未进行吹洗，如焊渣进入板式换热器的内部，将角孔与导流区的流道面积堵塞，引起压力损失；②选择板式换热器面积不当，引起板片间流速偏高导致压降偏大；③板式换热器长期运行后，板片表面结垢导致压降过大。

2.2.3 介质混合原因分析：①由于板材选择不当导致板片腐蚀产生裂纹或穿孔；②板片装配中夹紧尺寸过小或压成型后的残余应力造成应力腐蚀；③板片波纹槽处有渗漏迹象，导致介质中的腐蚀性物质腐蚀板片，造成介质混合。

2.2.4 冷却效果不明显原因分析：①热介质流量偏大，冷介质流量偏小，冷却不及时引起热侧温差小；②多台板式换热器在并联运行的流量分配不均；③换热器板片内部严重结垢。

2.3 处理方案及预控措施

2.3.1 介质外漏处理方案及预控措施：①按照制造厂的要求确定板片的夹紧尺寸，各部位尺寸应均匀一致，偏差应不大于±0.2mm/片，两压紧板的尺寸偏差保持在3mm以内；②清除密封垫表面脏污，清洗换器热板片，更换老化或损坏的垫片和板片；③将换热器变形的板片进行修复，必要时更换板片；④定期清洗板片上结垢，必要时使用化学溶液清洗。

2.3.2 介质进、出口压差大处理方案及预控措施：①对新运行的系统，吹扫换热器相应的管道，清除流道中的脏物；②根据系统的相关参数及换热效果合理地选择换热器，保证换热面积；③定期清洗板片上积垢。

2.3.3 介质混合处理方案及预控措施：①更换有裂纹或穿孔板片，可以采用透光法查找板片裂纹；②合理调整板片加紧尺寸，使其达到运行要求；③根据介质特征合理选择换热器板片材料。

2.3.4 冷却效果不明显处理方案及预控措施：①减小热介质的流量或加大冷源介质的管路直径；②安装调节阀调整并联运行板式换热器的流量，合理分配；③解体板式换热器，清洗换热器板片表面结垢。

3 板式换热器的改进

3.1 改进的可行性 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。

3.2 改进后的特点及效果 通过对板式换热器的改进可强化换热器的传热效果。保证换热器传热量不变的条件下，缩小换热器的体积。强化换热器的传热效果有三种方式：①加大传热温差；②扩展传热面积；③提高传热系数。

加大换热器的传热温差Δt是增强换热器换热效果常用方法。但是，传热温差Δt并不是无限加大的，实际使用过程中必须考虑设备条件与工艺上是否允许。增大传热温差将使热力系统的不可逆性增加，将会降低热力系统的可用性。因此，在增加传热温差的同时，必须考虑热力系统的能量能够合理利用。

扩展传热面积是增加传热效果中比较实用、简单的方法。合理提高换热设备单位体积的传热面积能够增强换热器的传热效果，如在换热器上使用新型材料，会明显提高单位体积的传热面积，达到换热设备紧凑、高效的目的。

提高设备的传热系数是增强换热器传热效果最有效的办法。传热过程中换热器总热阻的大小决定了传热系数的大小。传热过程中换热器的总热阻越大，换热器的传热系数值就越低，换热器的传热效果就越差。换热器的总热阻等于各分项热阻的和，因此必须通过分析传热过程的每一项分热阻来改变传热系数。通过合理设计换热器板片形状，合理选择换热板片材质可有效提高换热器的传热系数。

4 结论

板式换热器的常见故障有介质外漏，介质进、出口压差大，介质混合，冷却效果不明显四种形式。正确的检修、施工工艺能够有效地预防换热器发生故障，保证换热器的安全可靠运行。通过对换热器扩展传热面积，加大传热温差，提高传热系数都能够强化换热设备的传热效果。

参考文献：

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[2]周永生，王印昌，李建.换热器常见故障分析及对策[R]. 2001.

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