板式换热器介绍

板式换热器介绍

段和国

    摘　要:针对板式换热器的工作原理、基本结构进行了介绍,具体阐述了板式换热器的各种特点,包括传热系数高,占地面积小,制作方便等,并对其应用及选型布置中应注意的问题进行了分析,以指导实践。

    关键词:板式换热器,特点,选型

    中图分类号:TU832. 2文献标识码:A

    章编号:1009-6825(2011)14-0117-03

    目前,城市集中供热快速发展,热用户与热网间大部分采用间接连接,即设置热交换站,换热器是热交换站的核心设备,换热器的种类很多,有板式换热器、管壳式换热器、容积式换热器、热管换热器等,下面针对目前使用较多的板式换热器做重点介绍。

    1·板式换热器简介

    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,包括传热半片、密封垫片、压紧板、上下导杆、支柱、夹紧螺栓等主要零件。各种半片之间形成薄矩形通道,通过半片进行热量交换。它与常规的管壳式换热器相比,在相同的流动阻力下,其传热系数要高出很多。

    板式换热器的形式主要有可拆卸式和焊接式两大类,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。

    2·板式换热器的基本结构

    板式换热器主要由框架和板片两大部分组成。

    板片由各种材料制成的薄板用各种不同形式的磨具压成形状各异的波纹,并在板片的四个角上开有角孔,并镶贴密封垫片,设备夹紧时,密封垫片按流程组合形式将各传热板片密封连接,角孔处互相连通,形成迷宫式的介质通道,使换热介质在相邻的通道内逆向流动,经强化热辐射、热对流、热传导进行充分的热交换。框架由固定压紧板、活动压紧板、上下导杆和夹紧螺栓等构成。板式换热器是将板片以叠加的形式装在固定压紧板、活动压紧板中间,然后用夹紧螺栓夹紧而成。

    3·板式换热器的特点

    1)传热系数高。

    由于不同的波纹板相互倒置,构成复杂的通道,使流体在波纹板间流道内呈旋转三维流动,有利于强化传热,能在较低的流速下形成激烈的湍流状态,结垢可能会降低,传热效率高,板式换热器传热系数高达3 000W /(m2·℃)~7 000W /(m2·℃)。

    2)占地面积小。

    板式换热器结垢紧凑,单位体积内的换热面积为管壳式的2倍~5倍,也不像管壳式那样要预留抽出管束的检修场所,因此实现同样的换热量,板式换热器占地面积约为管壳式换热器的1/5~1/10。

    3)重量轻。

    板式换热器的板片厚度仅为0. 4 mm~0. 8 mm,而管壳式换热器换热管的厚度为2 mm~2. 5 mm,管壳式的壳体比板式换热器的框架重得多,板式换热器一般只有管壳式重量的1/5左右。

    4)容易改变换热面积或流程组合。

    只要增加或减少几张板,即可达到增加或减少换热面积的目的;改变板片排列或更换几张板,即可达到所要求的流程组合,适应新的换热工况,而管壳式换热器的传热面积几乎不可能增加。

    5)制作方便。

    板式换热器的传热板是采用冲压加工,标准化程度高,并可大批生产。

    6)耐压能力高。

    传热板片流道四周采用加强结构,相邻板片波纹波峰相互支撑,形成大量触点,接触点分布均匀提高了板片的刚性,耐压能力提高,最高可达2. 5MPa。

    7)压力阻力损失小。

    传热板片角孔处波纹方向科学采用流线型设计,避免流动死区,流道当量直径大,减小了压力损失。

    8)拆卸方便、快捷。

    由于胶垫为免粘挂垫,板片悬挂在上导梁,夹紧螺柱为快装式结构,在清洗设备板片时可快速拆下螺柱、移动板片来清洗板片、更换胶垫。
    9)运行安全可靠。

    板式换热器密封垫片在板片夹紧状态下变形小,回弹性好,组装及维修重新组装后垫片密封可靠,换热器无内泄现象,如有外泄现象可及时发现处理,密封垫片老化速度慢。

    10)使用寿命长。

    传热板片采用免粘挂垫结构,避免了粘结剂对传热板片的腐蚀,传热板片拉伸成型时,采用非同时合模新工艺,保证了板片的均匀拉伸,波纹尺寸精确,使得传热板片各部分耐腐蚀能力及机械强度均匀,从而延长了板式换热器的使用寿命。

    4·板式换热器选型

    1)板型选择。板片形式应根据换热场合的实际需要而定。对流量大、允许压降小的情况,应选用阻力小的板型,反之选用阻力大的板型。根据流体压力和温度的情况,确定选择可拆卸式还是焊接式。确定板型时不宜选择单板面积太小的板片,以免板片数量过多,板间流速偏小,传热系数过低,对较大的换热器更应注意这个问题。

    2)流程和流道的选择。流程指板式换热器内一种介质同一流动方向的一组并联流道,而流道指板式换热器内,相邻两板片组成的介质流动通道。一般情况下,将若干个流道按并联或串联连接起来,以形成冷、热介质通道的不同组合。流程组合形式应根据换热和流体阻力计算,在满足工艺条件要求下确定。尽量使冷、热水流道内的对流换热系数相等或接近,从而得到最佳的传热效果。

    3)压降校核。在板式换热器的设计选型时,一般对压降有一定的要求,应对其进行校核。如果校核压降超出允许压降,需重新进行设计选型计算,直到满足工艺要求为止。

    5·不同采暖系统的换热器选型计算

    目前,室内建筑采暖系统多种多样,有暖气片系统、地暖系统或空调系统等。对于暖气片系统,一般设计供、回水温度为85℃/60℃或80℃/60℃,按一、二次网参数选择满足要求即可;而对于地暖或空调系统,一般设计供、回水温度为60℃/50℃,二次网侧应采用混流方式进行选择计算,具体见图1。

           
         
    根据多种参数的选型比较,换热器二次网侧供、回水温度按75℃/50℃选择计算相对比较经济,如图1所示,二次网供、回水管之间设置有连通管,并设置有两道阀门,闸阀起关断作用,蝶阀起调节作用,通过调节蝶阀使得二次网进、出水温度变为60℃/50℃。对于混流,换热器二次侧管径、连通管管径计算如下:根据图1,满足以下计算公式:G1+G2=G,G1×75+G2×50=G×60,故得出:

    G1=0. 4G;G2=0. 6G。

    根据计算出的G1,G2选取相应的管径即可。

    6·多台板式换热器布置

    同一个系统换热器为3台或3台以上,为使各台换热器流量分配均匀,换热器一次网侧应采用同程式布置,具体布置见图2,图3。

          
          
    1)一次网供、回水从同一方向进出换热器,见图2。

    2)一次网供、回水从不同方向进出换热器,见图3。

参考文献:
[1]贺　平,孙　刚.供热工程[M].北京:中国建筑工业出版社, 1993.
[2]李善化,康　慧.实用集中供热手册[M].北京:中国电力出版社, 2006.
[3]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社, 2008.