板式换热器基础原理 上海艾克森新技术有限公司 概述 ? 板式换热器悬挂式结构由波纹板片、密封垫、固定压 紧板、中间板、活动压紧板、支架、上下定位导杆、 压紧螺栓等主要零件组成。板上有四个角孔，供传热 的两种液体通过，传热板片安装在一个侧面有固定板 和活动板的框架内，用夹紧螺栓夹紧。相邻板片具有 反方向的波纹沟槽，沟槽的交叉点相互支撑形成接触 点，介质流动时形成湍流，从而获得很高的传热效 率。 密封垫片粘在板片上密封流道。 ? 板片和压紧板悬挂在上导杆上并由上下导杆定位，而上下 导杆则固定在支柱上。如果其中一种流体或两种流体在换 热器内不是单一流程而需要多板程，则接口位置会根据流 程数来决定开在固定板和（或）活动板上 板式换热器传热机理 ? 板式换热器传热机理是根据热力学定律： “热量总是由高 温物体自发地传向低温物体 , 两种流体存在温度差 , 就必然 有热量进行传递 ”。在换热器设计中，板片按一定的间隔 通过橡胶垫片压紧组成通道，两种存在温度差的流体在受 迫对流传热过程中通过角孔进入板片通道，在相邻通道中 两种不同流体形成逆流或顺流通过板片进行热量的交换。 换热板片被压成各种不同波纹形式，以增加换热板片面积 和刚性。合理的波纹形式使得低雷诺数下流体就能够达到 高度湍流，创造出最高的换热效率。由于热传递板表面采 用波纹结构优化设计 , 即使流体流速在雷诺准数值以下， 流体在板片之间的运动亦呈三维运动 , 促使流体形成剧烈紊 动 , 减少边界层热阻强化传热效率。 必须的五个板式换热器选型参数： ? 总传热量 ( 单位 :kW) ? 一次侧、二次侧的进出口温度 ? 一次侧、二次侧的允许压力降 ? 最高工作时候的温度 ? 最大工作所承受的压力 ? 如果已知传热介质的流量，比热容以及进出口的温度差，总传热 量即可计算得出。 传热速率方程 ? 解决传热问题，都需要从总的传热速率方程出发，即： ? 式中： Q-- 冷流体吸收或热流体放出的热流量， W ； K-- 传热系数， A-- 传热面积，； -- 平均传热温差， ℃ 。 ? 从上式能够准确的看出，要想知道换热器的传热面积，只要知道 总换热量，平均对数温差和传热系数就能得出换热面积。 对数平均温差 (LMTD) ? 对数平均温差是换热器传热的动力，对数平均温差的大 小必然的联系到换热器传热难易程度 . 在某些特殊情况下无法 计算对数平均温差 , 此时用算术平均温差代替对数平均温差， 介质在逆流情况和在并流情况下的对数平均温差的计算方 式是不同的。 ? 逆流时： ? 并流时： 总传热系数 ? 总传热系数是用来衡量换热器传热阻力的一个参数。传热 阻力主要是由传热板片材料和厚度、污垢和流体本身等因 素构成。单位： W/m2.℃ 或 kcal/h.m2.℃. ? 总的传热系数用下式计算： ? 其中： k= 总传热系数 (W/m2.℃) α 1 = 一次测的对流换热系数 (W/m2.℃) α 2 = 二次测的对流换热系数 (W/m2.℃) δ = 传热板片的厚度 (m) λ = 板片的导热系数 (W/m.℃) R1 、 R2 分别是两侧的污垢系数 (m2.℃/W) 压力降 ? 压力降直接影响到板式换热器的大小，如果有较大的允许 压力降，则可能减少换热器的成本，但会损失泵的功率， 增加运行的成本。正常的情况下，在水水换热情况下，允许压 力降一般在 20-100KPa 是可以解接受的。 总传热量的计算方式 ? 热流量衡算式反映两流体在换热过程中气温变化的相互关系，在换热 器保温良好，无热损失的情况下，对于稳态传热过程，其热流量衡算关 系为： （热流体放出的热流量） = （冷流体吸收的热流量） 在进行热衡算时，对有、无相变化的传热过程其表达式又有所区别。 （ 1 ） 无相变化传热过程 式中 Q---- 冷流体吸收或热流体放出的热流量， W ； mh,mc----- 热、冷流体的质量流量， kg/s ； Cph,Cpc------ 热、冷流体的比定压热容， kJ/(kg · K) ； T1,t1 ------ 热、冷流体的进口温度， K ； T2,t2------ 热、冷流体的出口温度， K 。 （ 2 ）有相变化传热过程 ? 两物流在换热过程中，其中一侧物流发生相变化，如蒸汽冷凝或 液体沸腾，其热流量衡算式为： 一侧有相变化 ? 两侧物流均发生相变化 ，如一侧冷凝另一侧沸腾的传热过程 式中 r,r1,r2-------- 物流相变热， J/kg ； D,D1,D2-------- 相变物流量， kg/s 。 对于过冷或过热物流发生相变时的热流量衡算，则应按以上 方法分段进行加和计算。 垫片失效 ? 在板式散热片之间进行密封的弹性密封垫是一种易损件， 它的常规使用的寿命对于板式换热器的常规使用的寿命有着重要的影响。 如果这些密封热硬化了，失去了原有的弹性，则可导致换 热器无法正常工作。 弹性密封垫的常规使用的寿命影响因素 ? 换热器的工作方式（连续的还是不连续的） ? 间断工作对垫片寿命产生影响非常大 （ 2 ）换热的介质和使用的清洁剂的腐蚀性 ? 垫片都是橡胶制品，对某些介质其耐腐蚀和抗老化性能比较差。 （ 3 ）最高工作时候的温度 ? 某种垫片都有其最高工作时候的温度，工况运行时不能超过其最 高温度。 （ 4 ）最高工作所承受的压力 ? 同样，换热器在出厂前都会按照每个用户提供的设计压力进行 1. 25 倍压力测试，在工作运行环境中工作所承受的压力不能超出原有设计 压力。 （ 5 ）由于过大的压力和不均衡的压力而使弹性密封垫的应 力较大 （ 6 ）自然老化 板片存在的几种腐蚀类型 ? 目前板式换热器板片一般会用奥氏体不锈钢、钛及钛合金、镍及镍合金 等材料制造，对这些材料的板式换热器存在的腐蚀类型有： ? a 全面腐蚀破裂 ? b 点蚀 ? c 缝隙腐蚀 ? ? d 晶间腐蚀 ? e 应力腐蚀破裂 ? f 腐蚀疲劳 ? ? g 氢损伤 ? 。 ? h 选择性腐蚀 ? 不锈钢板片的腐蚀 ? 使 Cr-Ni 奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的介质很多，一般在含 无机酸、有机酸、强酸弱碱盐类、尿素甲铵液等酸性介质 中都可能会发生奥氏体不锈钢晶间腐蚀。 ? 非敏化态晶间腐蚀主要出现在含 Cr6+ 的 HNO3 或浓 HNO3 介质中 ? 不锈钢的应力腐蚀是不锈钢局部腐蚀破坏中最常见，危害 最大的一种 。导致各类不锈钢应力腐蚀的最常见介质是含 有 Cl- 和氧的大气和工业水，海水等。

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