板式换热器的特点及应用

摘要：近年随着换热器产品的不断发展升级，一些热效率高，投资省，装拆简单的换热器产品更加受到企业的青睐，板式换热器就是这样一种极具竞争力的产品。

关键词：板式换热器 特点应用

中图分类号：TK172 文献标识码：A

板式换热器的发展

1878年德国人发明了板式换热器，现在都通常称之为板式换热器，它经过了50余年的发展，到20世纪30年代，由薄金属板压制的板片组装而成的板式换热器问世，应用于工业中，显示出了优异的性能，从此就迅速地得到了广泛的推广应用，板式换热器在我国的起步较晚，但是发展很快，已遍及食品、轻工、化工、机械、冶金、船舶、电力、石油、交通运输、城市供热及采暖、制冷空调、医药等行业，作为一种高效紧凑式换热器，在加热、冷却、冷凝、蒸发和热回收过程中，除了高温、高压和特殊介质条件外，板式换热器均可替代管壳式换热器。即使对于腐蚀性介质，如用Hastelloyc合金板制成的板式换热器，在处理浓硫酸方面已有了很好的效果。近年来，国外板式换热器发展的趋势是向大型化和多品种方向发展，如最大单片换热面积达4.75m2 ;单台最大换热面积已达2500 m2，

二、板式换热器的特点

2.1总传热系数高

板式换热器的板间流道，是一个横截面多变、曲折的流道，它很有效地使流体产生湍流，从而降低了液膜的热阻;板片用0.6~0.8mm的薄板制造，降低了壁面的热阻，因污垢很薄，故其热阻也小，另外不会出现像管壳式换热器那样的旁路流。于是板式换热器的总传热系数约为管壳式换热器3~5倍。

2.2占地面积小

用于同一工况下的板式换热器的占地面积，约为管壳式换热器的五分之一左右，这是由于板式换热器的总传热系数高，减小了换热面积，并且本身紧凑，单位体积内的换热面积，约为管壳式换热器的2倍，又不需附加的检修场地。

2.3多种介质换热

在一台板式换热器中，只要设置中间隔板，就可以进行多种介质的换热，这一特点是管壳式换热器难以达到的，乳品、饮料行业中，利用板式换热器这样一个优点，在一台设备中实现加热、杀菌、热回收，减少设备台位，方便了操作。

2.4对数平均温差大

冷、热流体，在板式换热器的板间流动，是平行的流动，且一般可以设计成为逆流的方式，因此温差修正系数高于管壳式换热器以错流为主的流动方式的温差修正系数，其结果使得对数平均温差大于管壳式换热器。

2.5末端温差小

末端温差是指一流体入口温度与另一流体出口温度之差。板式换热器的流道是相互平行的，一程内的流体(程内有多个流道)虽然流量分配并不十分均匀，但程与程之间不会有短路、旁路等现象，对此，流体在流道内的运动不会有任何影响末端温差的现象。对水—水换热而言，板式换热器的末端温差可低达1~2℃，而管壳式换热器甚至难以使流体末端温差达到5℃以下。

2.6使用方便

只要拆下压紧螺柱，即可取出板片或移开板束，于是清洗、维修（更换板片、垫片），增加或减少板片（即增减换热面积），更改流程组合都十分方便。

板式换热器的主要缺点

3.1工作压力

板式换热器的每张板片上都有一个由弹性材料制造的密封垫圈，密封周边很长，密封系统刚性差、结构特殊，特别是在导流区的二道密封处，支承薄弱，又离压紧螺柱较过，得不到足够的压紧力，所以承受不了较高的工作压力。虽然目前的产品能达到2.5MPa，但不是所有产品都可以在2.5MPa下工作。对于单板面积小，且单机内安装的板片数量又不太多时，则可以达到较高的工作压力，否则要低于2.5MPa，制造厂将在具体的产品上，给出实际使用的操作压力数值。

3.2工作温度

板式换热器的工作温度，决定于密封垫圈材料所能承受的温度。橡胶类垫圈，不同的胶种，有其相应的工作温度范围，但均不超过200℃;石棉垫圈的最高工作温度为250~260℃。

3.3含固体的介质

由于板间流道的平均间隙为3~5mm，且流道曲折多变，当换热介质中含有较大的颗粒或纤维时，流道很容易堵塞。所以对这样的换热场合，要在换热器的入口装过滤器，或选择特殊的大间隙板式换热器。

四、板式换热器的工业应用。

4.1在供热、空调和生活用水中的应用

集中供热、空调和生活用水的换热工况比较简单、规范，工作压力、工作温度都不高，介质属于中性，所以选用板式换热器十分理想。20世纪80年代初，我国开始采用板式换热器水—水或气—水换热连续供热，取代传统的间隙式汽暖供热。这一供热方式的改变，取得了很好的经济效益，一般可节煤20%~30%，现在普遍地为热力站所采用。

冰蓄冷中央空调系统中，板式换热器也是十分理想的换热设备，乙二醇入口温度为4℃。出口温度为10℃，水入口温度为7℃、出口温度为12℃。一般该换热器的总传热系数可选取K=4000W/(m2*K)。

恒生设施、游泳池等生活用热水供应中，采用板式换热器也十分良好。如果用0.3MPa的蒸汽加热生活用水，水的入口温度为15℃，出口温度为40℃，则1m2换热面积，可生3~4t/h生活用水。

4.2在食品工业中的应用

板式换热器在刚刚问世的时期，乳品、啤酒和饮料等食品工业就采用了它。究其原因，除传热效率高、清洗方便，可保持良好的卫生条件外，它可将加热、杀菌、冷却、热回收几个工艺过程集中于一体，这是其他换热设备难以达到的。所以乳制品工业中的高温瞬时供养菌器（HTST）、超高温瞬时杀菌器（UST）,酸牛奶加工、啤酒、黄酒、果酒、果汁、豆奶以及其他饮料的杀菌、加热、冷却都采用板式换热器。

4.3在化学工业中的应用

化学工业可应用板式换热器的场合非常之多，特别是在强腐蚀介质中使用，其经济效益更为显著，因为普通不锈钢还难以抵抗这类介质的腐蚀，若采用哈氏合金，钛、英科尔合金制造管壳式换热器，其材料费用必很高，而板式换热器的换元件（板片），用材很省，从而大大地降低了昂贵的抗腐蚀材料的费用。板式换热器在硫酸和制碱工业中的应用，就是很好的例证。

4.4在石油和石化工业中的应用

海上石油平台的造价十分昂贵，所以要求上部设备效率高、体积小、重量轻，板式换热正是符合这些要求的换热设备，用于冷却机械油、缸套冷却水

（淡水）。冷却用水都直接取自海水，所以板片的材料一般都用钛板。在炼油厂，板式换热器用于水/水循环冷却、回收余热、原油加热、油冷却式加热、电脱盐脱水。

4.5在电力工业中的应用

核电、水电、火爆发的二级冷却系统中，很适合应用板式换热器，如：中央冷却、冷凝水系统、进水泵系统、发电机冷却、油冷却、变压器油冷却、厂房取暖等。对核电站还可用于减速剂冷却、反应堆外壳冷却及净化系统冷却等。1980年我国自行设计建造的乌江电站，率先将板式换热器用于变压器油循环冷却和推力轴承油循环冷却系统、共32台，每台换热面积为30m2,运行情况非常良好。

4.6在冶金工业中的应用

钢铁和铜、铝、锡、锌等有色金属工业，大量采用板式换热器用于炉体冷却液、轧滚液的冷却、电解液的加热/冷却，喷淋液的冷却等。因为这些工况的温度、压力都不太高，介质又没有多大的腐蚀性，正可发挥板式换热器的优越性，更用于冶金工业的规模大，使得板式换热器用量也大，所以板式换热器的生产厂家，都把冶金工业作为重要的用户。

结束语：基于以上板式换热器的优缺点，用途广泛，人们应进行多方面的研究，以求提高其工作压力和工作温度，争取获得更大突破。

参考文献：

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