图文讲解板式换热器的原理、结构、设计、选型

图文讲解板式换热器的原理、结构、设计、选型

板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便、应用广泛、使用寿命长等特点。

板式换热器基本结构及运行原理

板式换热器的型式主要有框架式（可拆卸式）和钎焊式两大类，板片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板片三种。

钎焊换热器主要结构

⒈板式换热器板片和板式换热器密封垫片

⒉固定压紧板

⒊活动压紧板

⒋夹紧螺栓

⒌上导杆

⒍下导杆

⒎后立柱

由一组板片叠放成具有通道型式的板片包。两端分别配置带有接管的端底板。

整机由真空钎焊而成。相邻的通道分别流动两种介质。相邻通道之间的板片压制成波纹。型式，以强化两种介质的热交换。在制冷用钎焊式板式换热器中，水流道总是比制冷剂流道多一个。

图示为单边流，有些换热器做成对角流，即：Q1和Q3容纳一种介质，而Q2和Q4容纳另一种介质。

所有都是螺杆和螺栓结构，便于现场拆卸和修复。

运行原理

板式换热器是由带一定波纹形状的金属板片叠装而成的新型高效换热器,构造包括垫片、压紧板（活动端板、固定端板）和框架（上、下导杆，前支柱）组成，板片之间由密封垫片进行密封并导流,分隔出冷/热两个流体通道,冷/热换热介质分别在各自通道流过,与相隔的板片进行热量交换，以达到用户所需温度。

每块板片四角都有开孔，组装成板束后形成流体的分配管和汇集管，冷/热介质热量交换后，从各自的汇集管回流后循环利用。

换热原理：间壁式传热。

单流程结构：只有2块板片不传热－头尾板。

双流程结构：每一个流程有3块板片不传热。

板片和流道

通常有二种波纹的板片 (L 小角度和 H大角度)，这样就有三种不同的流道(L, M 和 H)，如下所示：

在这三种流道中选择，并根据特殊的工况定身量做和选型。

理论上，一台换热器可以混用不同类型的流道，如H型之后是M型。

但对于有相变的情况，这会导致第一个H流道和*后一个M流道之间介质的分配失调，因此，在各类制冷用BPHE中不予采用。

板片波纹的主要作用：使得流体紊流，强化传热相邻板片的波纹形成接触抗点，提高耐压性能。

注：巧克力分布：使流体均匀流过整个板片，在 A和B处的压力降相同，使在这里的压力损失*小，把压力降用于有效的传热，允许平行流AlfaLaval创造发明创造，现已被广泛应用。如下图

平行流与对角流：

平行流的优势：一块板片 &一条密封垫，同一的板片在板片组里，旋转180º可以用于二边通道备件损耗小。完全满足对角流所有的功能，较高的设计压力或使用较薄的板片没有交叉出管口。

关于板材材质

板片常用材料的特点和使用条件

评价材料耐蚀性好坏的指标是“耐局部腐蚀当量PRE”值越大则耐腐蚀性越好。主要是Cr、MO、Ni的含量决定。

1）304不锈钢：使用于有机和无机介质中，浓度＜30% 温度＜＝100/浓度﹥30%温度﹤50的硝酸温度﹤100的各种浓度的碳酸、氨水和醇类。304L的材料基本和304材料一样，可焊接性更好，可以用作焊接式换热器。

2）316L天然冷却水、冷却塔水、软化水、碳酸，浓度小于50%的醋酸和苛性钠溶液，醇类和丙酮等溶剂，温度小于100度的稀硝酸（﹤20%）稀磷酸（﹤30%），但不适于硫酸。316和它基本一样。

3）317适合比316L使用条件更多的情况。

4）AISI904L和SUS890L 性价比高，比以上材料都要好。特别适合一般的硫酸，磷酸和卤化物。

5）SMO 254高级不锈钢，提高了MO含量，是对316进行改良的超级不锈钢。具有优良的耐氯化物和缝隙腐蚀的性能。适用于含盐水，无机酸。

6）SMO654比254更好的材料，可用于冷的海水。

7）RS-2（0Cr20Ni26Mo3Cu3Si2Nb）不锈钢，这是国产的相当于316，耐应力腐蚀更好，可用于80度以上的浓硫酸。（浓度90%---98%）

具体可见下表：

关于板式换热器垫片

垫片作为换热器板片间的密封元件，是为了防止板片泄漏的。垫片的质量好坏直观地影响换热器的质量和形象。在暖通行业，垫片主要为橡胶制品，受温度、介质影响大，因此在制作过程中受配方、组分的均匀度、硫化定型的条件影响很大。

对垫片的要求：

1、配方科学，必须具有抗老化、抗撕裂、高回弹的特性（降低弹性引起的反作用力，板片不易变形）。

2、密封接触面尺寸精确，报警信号孔灵敏。

3、免粘接结构，拆装方便。

垫片的品牌：国内用户认可的胶条生产厂家：

1、国内品牌：合肥派克（河北市场很认）、合肥联谊、河北合肥等。

2、国外品牌：美国杜邦等。

垫片的定位形式：

1、粘合式垫片

2、免粘接垫片：挂式、卡式

垫片的选型：

1、介质的温度，见下表：

2.介质的腐蚀性

压力接力系统

分离冷却循环水系统

选型计算各公式符号的意义及单位

符号

意 义

单位

符号

意 义

单位

Q

热负荷

W

Cp

比热KJ/kg℃

ρ

流体密度

Kg/ m3

Δtm

平均温差

℃

G

体积流量

m3/s

F

传热面积

m2

K

传统系数

W/ m2℃

W

流 速

m/s

T1、T2

热介质进出口温度

℃

t1、t2

热介质进出口温度

℃

m

流程数

n

流道数

α

对流换热系数

W/ m2℃

f

单通道截面积

m2

ν

运动粘度

m2/s

λ

介质导热系数

W/ m℃

Δp

阻力损失

Mpa

Eu

Eu = Δp / ρ. W2

无量纲

Re

雷诺数Re = W ．de /ν

无量纲

de

当量直径

m

Nu

Nu = de．α / γ

无量纲

Pr

普朗特数

λ0

板片导热系数

W/ m℃

t

板 厚

m

β

修正系数

h、c

热、冷介质角标

γP

热介质污垢热阻

m2℃/W

γc

冷介质污垢热阻

m2℃/W

选用板式换热器就是要选择板片的面积,它的选择主要有两种方法，但这两种都比较难理解，简单的是套用公式：

Q=K×F×Δt

Q——热负荷

K——传热系数

F——换热面积

Δt——传热温差（一般用对数温差）

传热系数取决于换热器自身的结构，每个不同流道的板片，都有自身的经验公式，如果不严格的话，可以取2000~3000。算出的板换的面积要乘以一定的系数如1.2。

应用及安装

换热器机关的颠倒放置

换热器的安装姿势

应垂直安装。

不要采用水平放置形式。

只有在全面试验并作出评估以后才能如下图示方法安装。

侧边朝下（图1）的放置稍好一些，估计用作蒸发器时容量会减少25%，

冷凝器不清楚，但肯定会减低。

倾斜5 ~10°的BPHE可以把容量减少降低到能够接受的程度（图2）。

冷凝器的放置方式必须使制冷剂从下面两个接管出入，防止液阻塞（图2）。

蒸发器应将制冷剂接管在上，防止汽阻塞（图3）。

换热器的安装和水侧管路布置

不要让震动和管道的热膨胀波及到换热器。可采取：

—在BPHE和支架之间加橡胶垫。

—压缩机采用减振器。

—直管段较长时，采用波纹管或其它吸振装置。

如果水路从上部接管接入并且压力降较小，低于相应的静压差，那么，水就不会充满BPHE。换热器的上部形成空气腔并阻塞部分传热面。

一个高于进口接管的回弯可以使水充满BPHE（图示）。