板式换热器广泛应用于供热取暖、热水洗浴、空调、液压油冷却、石油化工、制药、食品加工等领域。主要部件是由换热板片、密封胶垫、夹紧板、导杆、夹紧螺栓组成。换热板片是由不锈钢板压制成型,它上面开有4个流道孔,中部压成人字形波纹,四周压有密封槽。密封槽内粘有密封胶垫。换热板片通过两导杆定位对齐,两夹紧板通过夹紧螺栓将各板片压紧,从而形成换热器内腔换热流道。相邻换热板片的人字形波纹方向安装时相反,接触点彼此相互支撑。人字形波纹和这些支撑。人字形波纹和这些支撑点使流体介质在其内部流动时充分形成湍流,这是板式换热器具有很高换热效率的主要原因。另外换热板片厚度较薄,导热热阻较小,板片两侧的流体介质流动分布较为均衡,也使得传热较为充分。
板式换热器根据介质的流量和温差,可以装配成单流程、双流程、三流程以及多流程的形式。单流程是指介质在换热器内流过一个流程,双流程是指介质在换热器内折返流过两个流程,以此类推,各种流程的外形图和其流程示意图,当采用多流程时,换热器的四个接口就不能再同一侧的夹紧板上,进出口要位于前后两个夹紧板上。
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。
1、板式换热器的特点(板式换热器与管壳式换热器的比较)
a.传热系数高 由于不同的波纹板相互倒置,构成复杂的流道,使流体在波纹板间流道内呈旋转三维流动,能在较低的雷诺数(一般Re=50~200)下产生紊流,所以传热系数高,一般认为是管壳式的3~5倍。
b.对数平均温差大,末端温差小 在管壳式换热器中,两种流体分别在管程和壳程内流动,总体上是错流流动,对数平均温差修正系数小,而板式换热器多是并流或逆流流动方式,其修正系数也通常在0.95左右,此外,冷、热流体在板式换热器内的流动平行于换热面、无旁流,因此使得板式换热器的末端温差小,对水换热可低于1℃,而管壳式换热器一般为5℃.
c.占地面积小 板式换热器结构紧凑,单位体积内的换热面积为管壳式的2~5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。
d.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片,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。
e.重量轻 板式换热器的板片厚度仅为0.4~0.8mm,而管壳式换热器的换热管的厚度为2.0~2.5mm,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。
f. 价格低 采用相同材料,在相同换热面积下,板式换热器价格比管壳式约低40%~60%。
g. 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,管壳式换热器一般采用手工制作。
h. 容易清洗 框架式板式换热器只要松动压紧螺栓,即可松开板束,卸下板片进行机械清洗,这对需要经常清洗设备的换热过程十分方便。
i. 热损失小 板式换热器只有传热板的外壳板暴露在大气中,因此散热损失可以忽略不计,也不需要保温措施。而管壳式换热器热损失大,需要隔热层。
j. 容量较小 是管壳式换热器的10%~20%。
k. 单位长度的压力损失大 由于传热面之间的间隙较小,传热面上有凹凸,因此比传统的光滑管的压力损失大。
l. 不易结垢 由于内部充分湍动,所以不易结垢,其结垢系数仅为管壳式换热器的1/3~1/10.
m. 工作压力不宜过大,介质温度不宜过高,有可能泄露 板式换热器采用密封垫密封,工作压力一般不宜超过2.5MPa,介质温度应在低于250℃以下,否则有可能泄露。
n. 易堵塞 由于板片间通道很窄,一般只有2~5mm,当换热介质含有较大颗粒或纤维物质时,容易堵塞板间通道。
2、板式换热器选型时应注意的问题
2.1 板型选择
板片型式或波纹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,还是钎焊式。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。
2.2 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的费那个是连接起来,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。因为在传热表面两侧对流换热系数相等或接近时传热系数获得较大值。虽然板式换热器各板间流速不等,但在换热和流体阻力计算时,仍以平均流速进行计算。由于“U”形单流程的接管都固定在压紧板上,拆装方便。