一、板式換熱器供熱系統的工作原理

板式換熱器主要由多個板片組裝而成，且各個板片間均留有一定的空隙。當流體經過板片時，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，流體在流經板片時的速度較快，易形成湍流，湍流間會形成較大的波紋。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，湍流波紋還會增強板片的剛度，當兩種流體流過板片四個角的孔洞后會在板式換熱器中形成流道，最后形成順向或逆向流動。此時，可將板片當作流通介質實現熱量的交換，進而完成板式換熱器的供熱環節。分析板式換熱器供熱系統可進一步了解其存在的問題，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用等。根據以上分析，我們應不斷優化與板式換熱器結構有關的設計，從而提升換熱器供熱系統的換熱性能。

二、供熱系統存在的問題

換熱與降壓的匹配問題
對于板式換熱器而言，換熱系數與通道中流體的流速成正比，即當通道內流體的速度較快時，換熱系數會增大，且流速加快會導致流體受到的阻力不斷增加，進而加大了流體壓力的損耗。因此，應選取適當的流速或尋求壓力損耗與換熱系數的平衡，從而不斷提升板式換熱器供熱系統的綜合性能。

研究不夠完善
板式換熱器在我國的起步較晚、研究時間較短，這在一定程度上限制了供熱系統的發展，進而對供熱系統的節能設計造成了影響。此外，我國對板式換熱器的研究不夠深入，缺乏一定的技術專利。因此，相關部門應加大資金投入，購買相應的專利。

應用場合受限問題
板式換熱器具有獨特的優勢，但也存在一些問題。就當前供熱系統的設計而言，存在很多缺陷，比如節能設計在供熱系統中的應用受到了限制，主要表現在換熱器難以在高溫、高壓的環境中運行。這是因為板式換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生產中，這就需要板式換熱器具備較強的承受壓力的能力。由此可見，對于板式換熱器供熱系統而言，突破以往應用場合的限制是其應用節能設計的基本條件之一。

三、供熱系統節能設計的方法

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、流道的安排等。對于板式換熱器供熱系統的節能設計而言，應充分考慮其影響因素，不斷優化供熱設計中的各個子系統。

3.1、優化整體設計
對于整個板式換熱器供熱系統而言，節能設計不只是在供熱系統的設計環節中需要考慮的問題，在換熱器方面也需考慮該問題。因此，在優化供熱系統板片的同時，還應優化板式換熱器的結構和功能，從整體上實現供熱系統的節能優化，從而實現供熱系統的節能設計。此外，對于不同的應用要求和場合，應合理選擇優化的方法和系數。

3.2、優化板片設計
在板式換熱器供熱系統中，優化板片是非常關鍵的環節，主要包括以下兩步：

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

優化板片強度及其表面的波紋。應仔細分析板片波紋的類型、高度和波紋角等。只有合理優化板片設計，才有可能實現板式換熱器供熱系統的節能設計。

3.3、匹配換熱系數與壓降
換熱系數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。通常情況下，可采用傳熱的單元數法、對數的平均溫差法和單側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，從而準確推算出流體在流經通道時的壓降和流速，從而找到一種壓降值最大的設計方法，并找到比較合適的換熱系數與降壓匹配，從而增強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的性能有直接關系。串聯型、混聯型的流道安排存在較大的差異，比如在換熱系數與壓降存在很大的差距時，就需要應用混聯型流程的流道安排。因此，對于板式換熱器供熱系統的節能設計而言，既要考慮板式換熱器的應用場合，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，才能設計出比較優秀的換熱器供熱系統，即最節能的板式換熱器供熱系統。

總結：在優化板式換熱器供熱系統的設計方法時，設計人員應明確優化的目標和方向，從而實現供熱系統的節能設計，并從供熱系統設計的具體方法入手，在此基礎上進行整體性的優化設計。只有這樣，才能真正地設計出與人們需求相符的板式換熱器供熱系統。

1、傳熱系數高
板式換熱器具有較高的傳熱系數，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時存在著折流板—殼體，折流板—換熱管，管束—殼體之間的旁路，通過這些旁路的流體，沒有充分參與換熱。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生湍流，湍流效果明顯（雷諾數約為150時即為湍流），故能獲得較高的傳熱系數。

2、對數平均溫差大
板式換熱器兩種流體可實現純逆流，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流動。總體上是錯流的流動方式。降低了對數平均溫差。板式換熱器能實現溫度交叉，末端溫差能達到1℃；管殼式換熱器不能實現溫度交叉（即二次側出口溫度不能高于一次側的出口溫度）末端溫差只能達到5℃ 。

3、 NTU大
NTU表示相對于流體熱容流量，換熱器傳熱能力的大小。例如對于已定的傳熱系數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，NTU=(14-9)/1.5=3.33。若采用對稱型（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
設計工作壓力可達8MPa，設計工作溫度達1000℃。

5、 大型化
單板面積達18m2，單臺達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，所需的換熱器的尺寸也小。除此之外，板式換熱器的結構緊湊，單位體積內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留抽出管束的檢修場地，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，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、污垢系數低
垢系數約為管殼式換熱器的1/10。其原因是板間流體的劇烈湍動，雜質不易沉積；板間流道死區少；不銹鋼換熱面光滑，附著物少；清洗容易等。

10、能實現多種介質換熱
若要進行兩種以上介質換熱時，則可在板式換熱器中設置中間隔板。中間隔板的結構，視換熱介質的數目，中間隔板可設置一個，也可設置多個。管殼式換熱器無法實現多種介質換熱。

11、清洗方便
把板式換熱 器的壓緊螺柱卸掉后，即可松開板束，卸下板片，進行機械清洗。

12、改變換熱面積
多流程組合適應新換熱工況的要求。

13、工作壓力達8MPa
可拆式板式換熱器是靠墊片密封的，密封周邊長，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（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3.5~4MPa，板殼式可達8MPa。在可拆式換熱器中，通過在常規波紋板片上加筋形成波紋管狀通道，除能強化傳熱之外，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，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，目前為-200~1000℃。

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

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大了。

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

板式換熱器被擊穿的主要原因:

一、維護保養
板式換熱器在經過長時間運行以后，需定期清洗，一般兩年清洗一次。如現在的板式換熱器可以拆開來一片片單獨清洗，但一般制冷工程主機上的板式換熱器是不可以拆開的，只能靠打開換熱器進、出水管上的閥門和絲堵來清洗，所以換熱器清洗以后感覺還是很臟，也就容易堵塞、結垢，一旦換熱器內有一部分通道被堵塞，其余的通道就得承受機組所有水的流量，這樣，流經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
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，對一定范圍的有機物具有抗腐能力，但抗鹽酸及硫酸能力弱。一般空調主機的板式換熱器材質用的是304，那么用了8年之后，板材會擊穿、腐蝕也是必然的。

三、安裝問題
系統中只裝有“Ｙ”型過濾器，沒有裝電子水處理裝置，這樣就很難保證管路系統不結垢。另外，如果“Ｙ”型過濾器清理不及時，讓循環水中還殘留有哪怕是對殼管式換熱器基本不構成危害的微小砂礫，也會對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，整體板片壁厚不均勻，正常使用中就最薄處易出現穿孔現象。

五、使用環境溫度的問題
板式換熱器的使用環境溫度過低，板片擊穿是凍壞的，板換內容積較小，本身結構有沒有太多膨脹余地，一結凍必壞。

六、工況水質
目前板式換熱器使用的水質之差毋庸諱言，而且大多未進行凈化、過濾處理，結垢，腐蝕普遍存在。導致板式換熱器板片比較容易出現穿孔。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備，當密封墊損壞后，出現的外滴漏是可見的。熱交換器、換熱器等一開始都會出現輕微的滴漏，在壓力沖擊較大的流程設備中，則可能因密封墊的損壞而出現較大的泄漏。

板式換熱器是流程工業設備中熱交換技術中一個重要部件，在各個板式散熱片之間進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，則可導致換熱器無法正常工作。

一、影響密封墊使用壽命的幾個因素：

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

彈性密封墊的軟化與壓力和溫度有關。當密封墊失去彈性后，換熱器會出現滴漏。

二、滴漏相關注意事項

在某些產品中，為了解決因密封墊老化而引起的滴漏現象，允許對換熱器進行密封性能調節，即再次擰緊組合板式換熱器的螺栓，調節各個換熱器之間的彈性密封墊的壓緊力，解決滴漏問題。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力。

對于新的換熱器片組，應使用最小的允許應力進行連接固定，視每組換熱器片的數量多少，可以一次或者多次調整換熱器的擰緊力。每次擰緊時，可以將螺母擰進去3mm，并在擰緊過程中始終注意調節片的應力情況。而且，只允許對無工作壓力的換熱器，在室溫條件下進行擰緊力的調整，防止滴漏。

對于在銘牌中沒有給出應力調節范圍的板式換熱器，一般在零件圖中給出了應力數值。在擰緊這類板式換熱器時，擰緊力矩無論如何不應低于圖紙規定的數值。因為它與板式換熱器的組裝質量、組裝變形有關。在擰緊力矩達到規定數值的要求時，則可有計劃地對彈性密封墊進行更換。

對于在重要的生產設備中和腐蝕介質中使用的板式換熱器，建議有一套備用的密封件，倉庫溫度18℃時，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密封功能產生任何作用。

非粘接密封
對準：將密封圈放置到位
放入：使密封圈正確地進入密封槽中
壓緊：在密封槽中.有橫截面逐漸減小的槽形結構.以便使密封圈正確定位

粘接式密封
根據密封墊的使用目的和密封質量要求，可使用不同生產廠家的調和式密封膠和非調和式密封膠。在進行粘接之前，應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。

對于調和式密封膠粘接來講，必須用火燒盡板式換熱器結合面上的殘留粘接劑和殘留密封墊。在大批量進行粘接時，應準備冷凍密封件的液氮池，準備好為帶有密封墊的板式換熱器進行干燥處理的加熱爐，加熱溫度應達160℃。如果有條件，應對板式換熱器進行化學清理，以保證徹底清除殘留在板式換熱器結合面中的粘接件的密封墊。

根據板式換熱器的蜂室觀察孔來了解密封墊的安裝是否正確
板式換熱器的結合面應使用化學清潔劑清理(例如利用丙酮)，同樣，也必須利用化學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粘接結合面的中部。

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粘接表面涂抹均勻，以便充分利用整個結合面。根據粘接劑的種類不同，等待一定的通風干燥時間，然后放入密封墊，將各個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。

根據粘接劑的種類不同，硬化時間約為8-20小時。對于調和式粘接劑，則必須進行螺桿拉緊和爐內加熱硬化。

一、板式換熱器結垢產生的原因
1.1、當循環水遇到熱結垢時，很容易造成堵塞，水中的鈣、鎂、重碳酸鹽等物質，熱后容易產生碳酸鈣沉淀物和氫氧化鎂，長期產生結垢。

1.2、通過施工環境，產生的雜質容易進入管道，造成堵塞。設備運行時，雜質會隨著循環水進入換熱器造成堵塞。

二、結垢產生后果
2.1、循環水板結垢多為沉淀物和介質。如果結垢層過厚，會影響板材波紋槽的清潔度和功能。如果結垢過多，逐漸填充會影響工藝水平也會降低換熱設備的使用壽命。

2.2、板式換熱器結垢還是設備內部異物？.隨著腐敗物質的增多，碎片和不易清洗的結垢會造成堵塞，尤其是面積較小的結垢設備、板之間的流道較小，嚴重堵塞會影響設備的換熱。

三、板式換熱器結垢清洗方法
3.1、當介質中雜質過多時，可以單獨準備一個過濾器。
3.2、在特殊行業，蒸餾水(純水)可用于減少水垢的產生。
3.3、利用軟化工藝軟化循環水，拓寬管道，增加湍流，沖走較小雜質。
3.4、選擇合適的參數型號，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排氣吸入蒸發器口，保證吸氣壓力
持平均水平。

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