板式换热器的工作原理及维护

板式换热器一、板式换热器概述二、板式换热器工作原理及特点三、板式换热器传热机理四、板式换热器运行中常见故障和维护一、板式换热器概述1)板式换热器，具有换热效率高，物料流阻损失小，结构紧凑，温度控制灵敏，操作弹性大，装拆方便，使用寿命长等特点，是目前国内最先进的高效节能换热设备。2)板式换热器目前已广泛应用于冶金、矿山、石油、化工、电力、医药、食品、化纤、轻纺、造纸、船舶和集中供热等工业部门3)板式换热器的种类越来越多，技术性能越来越好，应用范围越来越广。①板式换热器的种类：从板式换热器的连接方式上看：从可拆式板式换热器发展到钎焊式板式换热器。从钎焊式板式换热器、半焊接式、全焊接式发展到板壳式换热器。从板片板片的形式上看：从对称型发展非对称型对称型发展到非对称型板片对称型发展非对称型。从板片的流道上看：从对称流道对称流道发展到宽窄流道、宽宽流道宽窄流道、对称流道宽窄流道宽宽流道。从板片波纹的深浅看：从波深为3~5mm的一般板发展到波深为2~2.5mm的浅密波纹板。②板式换热器的技术性能越来越好工作温度从可拆式的260℃发展到板壳式的1000℃。工作压力从可拆式型的2.5MPa发展到板壳式的8.0MPa。传热系数从2000W/m·k发展至12000W/m·k。最大当量直径28mm。最大可拆式单板换热面积4.75m2。最大焊接式单板换热面积18m2。最小钎焊式单板换热面积0.006m2。最大可拆式单台换热面积2500m2。最大全焊式单台换热面积10000m2。最大接管尺寸500mm板式换热器机组一板式换热器工作原理及特点板式换热器的工作原理：板式换热器是由许多波纹形的传热板片，按一定的间隔，通过橡胶垫片压紧组成的可拆卸的换热设备。板片组装时，两组交替排列，板与板之间用粘结剂把橡胶密封板条固定好，其作用是防止流体泄漏并使两板之间形成狭窄的网形流道，换热板片压成各种波纹形，以增加换热板片面积和刚性，并能使流体在低流速成下形成湍流，以达到强化传热的效果。板上的四个角孔，形成了流体的分配管和泄集管，两种换热介质分别流入各自流道，形成逆流或并流通过每个板片进行热量的交换。板式换热器主要特点：1、传热效率高:板式换热器的传热系数一般3000-6000/m2.K·℃，是其他换热器3－5倍2、结构紧凑:占地面积小，节省基建投资，单位体积有效换热面积最大，重量轻3、拆洗方便:一般当天可拆洗安装完毕4、能实现纯逆流换热充分利用两种流体的温差，热回收率高达95％以上。处理微小温差的能力最强，用于低温余热利用，夏季空调换热时，是其他换热不能胜任的5、换热器不需要保温其散热损失＜1％二.板式换热器结构原理BR型板式换热器是由许多冲压有波纹槽的金属薄板按一定间隔，四周通过垫片密封，并用框架和压紧螺栓重叠压紧而成，板片和垫片的四个角孔形成了流体的分配管和汇集管，同时又合理地将冷热流体分开，使其分别在每块板片两侧的流道中流动，通过板片起先热交换。部分部件功能1固定压紧板不与流体接触，用夹紧螺栓紧固后压紧垫片保证密封5活动压紧板与固定压紧板配对使用，可在导杆上滑动，以便装拆检查维修6、7上下导杆承受板片的重量并保证安装尺寸，使板片在其间滑动，导杆通常比换热板组长，以便松开夹紧螺栓，滑动各板检查清洗使活动压紧板或中间隔板能够在上下导杆上滑动以便装拆检查维修9、11夹紧螺栓、螺母压紧板片组，使换热器整体化保证密封，对于橡胶类密封垫一般在标牌上注有最大和最小压紧尺寸，当压紧到最小尺寸时就要更换垫片10紧锁垫圈防止流体合成或泄露，并使之在不同板片间分配4换热板片提供介质流道和换热表面13框架地脚支撑换热器重量，使整个换热器组成一体16接口为流体提供进出口板式换热器的设计特点:1、高效节能：其换热系数在3000～4500kcal/m2·°C·h，比管壳式换热器的热效率高3~5倍。2、结构紧凑：板式换热器板片紧密排列，与其他换热器类型相比，板式换热器的占地面积和占用空间较少，面积相同换热量的板式换热器仅为管壳式换热器的1/5。3、容易清洗拆装方便：板式换热器靠夹紧螺栓将夹固板板片夹紧，因此拆装方便，随时可以打开清洗，同时由于板面光洁，湍流程度高，不易结垢。4、使用寿命长：板式换热器采用不锈钢或钛合金板片压制，可耐各种腐蚀介质，胶垫可随意更换，并可方便在、拆装检修。5、适应性强：板式换热器板片为独立元件，可按要求随意增减流程，形式多样；可适用于各种不同的、工艺的要求。6、不串液，板式换热器密封槽设置泄液液道，各种介质不会串通，即使出现泄露，介质总是向外排出。板式换热器的应用范围板式换热器已广泛应用于冶金、矿山、石油、化工、电力、医药、食品、化纤、造纸、轻纺、船舶、供热等部门，可用于加热、冷却、蒸发、冷凝、杀菌消毒、余热回收等各种情况化学工业制造氧化钛、酒精发酵、合成氨、树脂合成、制造橡胶、冷却磷酸、冷却甲醛水、碱炭工业、电解制碱。钢铁工业冷却淬火油，冷却电镀用液、冷却减速器润滑油、冷却轧制机、拉丝机冷却液。板式换热器的优点：（1）体积小，占地面积少；（2）传热效率高；（3）组装灵活；（4）金属消耗量低；（5）热损失小；（6）拆卸、清洗、检修方便；（7）板式换热器缺点是密封周边较长，容易泄漏，使用温度只能低于150oC，承受压差较小，处理量较小，一旦发现板片结垢必须拆开清洗可拆式板式换热器板式换热器的类型一、换热器按传热原理可分为：1、表面式换热器2、蓄热式换热器3、流体连接间接式换热器4、直接接触式换热器二、换热器按用途分为：1、加热器2、预热器3、过热器4、蒸发器三、按换热器的结构可分为：1、浮头式换热器2、固定管版式换热器3、U形管板换热器4、板式换热器单板换热机组工作原理◆系统的温度控制通过气温补偿器和安装在一次网上的电动调节阀实现◆气温补偿器根据室外温度与安装在二次网上的温度传感器给出脉冲信号，实现无极调节◆机组变频定压补水，超压安全阀泄水，保证二次网安全稳定◆热水、采暖组合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可以达到高度湍流，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•最高工作温度•最大工作压力•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：•Q=KA△tm•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，℃。•从上式可以看出，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可以得出换热面积。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直接关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.℃)α1=一次测的对流换热系数(W/m2.℃)α2=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，增加运行费用。一般情况下，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。总传热量的计算方法•热流量衡算式反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系，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。•泄漏•压力降异常•换热器运行异常板式换热器运行中常见故障和维护泄漏情况分析和解决现象原因措施停机泄漏换热器频繁启停,温度急剧变化恢复正常温度金属板间介质外泄a.密封垫安装错位打开换热器/重新固定密b.由于系统超压使密封垫挤出密封垫/或更换密封垫c.密封垫老化损坏d.夹紧值A尺寸不对调整夹紧尺寸e.板片变形修复或更换变形板片f.由于磨损或腐蚀造成板片穿孔更换损坏板片盲板与压紧板间外泄坚硬异物击穿盲片更换盲片换热器内漏由于磨损或腐蚀造成板片穿孔更换损坏板片(两侧压力趋于相同)压力降异常现象原因措施压力降大于设计值a.实际流量大于设计流量调整流量或增加板片b.换热器板间堵塞打开换热器,清理板间污垢c.换热器入口堵塞打开换热器,清理入口压力降小于设计值泵的能力/测定有误准确测定调整系统流量换热器运行异常•水-水换热器现象原因措施热侧回水温度过高a.换热面积过小增加换热面积b.冷侧堵塞拆开换热器清洗冷侧供水温度过低a.冷侧流量过大调整冷侧流量b.冷热侧污垢拆开换热器清洗c.热侧流量过低或温度过低增加热侧流量或提高温度换热器运行异常•汽-水换热器现象原因措施不换热蔬水阀堵塞清理蔬水阀水击换热器内水位过高调整蒸汽量冷凝水温度过高换热器面积过小或增加面积或板型不合适调整板型蒸汽量过大减少蒸汽量冷侧流量过小增加冷侧流量垫片失效•在板式散热片之间进行密封的弹性密封垫是一种易损件，它的使用寿命对于板式换热器的使用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。弹性密封垫的使用寿命影响因素•（1）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性能比较差。（3）最高工作温度•某种垫片都有其最高工作温度，工况运行时不能超过其最高温度。（4）最高工作压力•同样，换热器在出厂前都会根据用户提供的设计压力进行1.25倍压力检测，在工作运行环境中工作压力不能超过设计压力。（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通常采用奥氏体不锈钢、钛及钛合金、镍及镍合金等材料制造，对于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有可能发生奥氏体不锈钢晶间腐蚀。•非敏化态