板式換熱器的設(shè)計優(yōu)化方案,旨在很好的發(fā)揮板式換熱器的環(huán)保節(jié)能。提高板式換熱器的效能是一個綜合經(jīng)濟效益問題,應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。提高板式換熱器的傳熱率和降低換
板式換熱器的設(shè)計優(yōu)化方案,旨在很好的發(fā)揮板式換熱器的環(huán)保節(jié)能。提高板換器的效能是一個綜合經(jīng)濟效益問題,應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。提高板換的傳熱率和降低換熱器的阻力應(yīng)同時考慮,而且應(yīng)合理選用板片材質(zhì)和橡膠密封墊材質(zhì)及安裝方法,保證板式換熱器運行,延長換熱器使用壽命。
板式換熱器設(shè)計的優(yōu)化方法有以下5種
1、 提高傳熱效率
板式換熱器是間壁傳熱式換熱器,冷流體通過換熱器板片傳熱,流體與板片直接接觸,傳熱方式為熱傳導(dǎo)和對流傳熱。提高板式換熱器傳熱效率的關(guān)鍵是提高傳熱系數(shù)和對數(shù)平均溫差。
提高板式換熱器傳熱系數(shù)只有同時提高板片冷熱兩側(cè)的表面熱系數(shù),減小垢層熱阻,選用熱導(dǎo)率高的板片,減小板片的厚度,才能有效提高換熱器的傳熱系數(shù)。
① 提高板片的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)
由于板換器的波紋能使流體在較小的流速下產(chǎn)生湍流,因此能獲得較高的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與板片波紋的幾何結(jié)構(gòu)及介質(zhì)的流動狀態(tài)有關(guān)。板片的波紋包括人字形、平直形、球形等。經(jīng)過多年的研究和實驗發(fā)現(xiàn),波紋斷面形狀為三角形的人字形板片具有較高的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),且波紋的夾角越大,板片流道內(nèi)介質(zhì)流速越高,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)越大。
② 減小污垢層熱阻
減小板換的污垢層熱阻的關(guān)鍵是板片結(jié)構(gòu)。板片結(jié)構(gòu)厚度為1㎜時,傳熱系數(shù)降低約10。因此,要注意監(jiān)測換熱器冷熱兩段的水質(zhì),防止板片結(jié)構(gòu),并防止水中雜物附著在板片上。有些供熱單位為防止盜水及鋼件腐蝕,在供熱介質(zhì)中添加藥劑。因此,要注意水質(zhì)和粘性藥劑引起雜物玷污換熱器板片。如果水中有粘性雜物,應(yīng)采用專用過濾器進行處理。選用藥劑時,宜選擇無粘性的藥劑。
③ 選用導(dǎo)熱率高的板片
板片材質(zhì)可選擇奧氏體不銹鋼、鈦合金、鋼合金等。不銹鋼的導(dǎo)熱性能好,熱導(dǎo)率約14.4W/(mk),強度高,沖壓性能好,不易被氧化,價格比鈦合金和銅合金低,但其耐氯離子腐蝕的能力差。
④ 減小板片厚度
板片的設(shè)計厚度與其耐腐蝕性能無關(guān),與板式換熱器的承壓能力有關(guān)。板片加厚,能提高板式換熱器的承壓能力。采用人字形板片組合時,相鄰板片互相倒置,波紋相互接觸,形成了密度大、分布均勻的指點,板片角及邊緣密封結(jié)構(gòu)已逐步完善,使板式換熱器具有很好的承壓能力。在滿足換熱器承壓能力的前提下,應(yīng)盡量選用較小的板片厚度。
2、 提高對數(shù)平均溫差
板式換熱器流型有逆流、順流和混合流型。在相同工況下,逆流時對數(shù)平均溫差大,順流時小,混合流型介于二者之間。提高板式換熱器對數(shù)平均溫差的方法盡可能采用逆流或接近逆流的混合流型,盡可能提高熱側(cè)流體的溫度,降低冷側(cè)流體的溫度。
3、 進出口管位置的確定
對于單流程布置的板式換熱器,為檢修方便,流體進出口管應(yīng)盡可能布置在換熱器固定端一側(cè)。介質(zhì)的溫差越大,流體的自然對流越強,形成的滯留帶的影響越明顯,因此介質(zhì)進出口位置應(yīng)按熱流體上進下出,冷流體下進上出布置,以減小滯留帶的影響,提高傳熱效率。
4、 降低板式換熱器阻力的方法
提高板間流道內(nèi)介質(zhì)的平均流速,可提高傳熱效率,減小換熱器面積。但提高流速,將加大板式換熱器的阻力,提高循環(huán)泵的耗電量和設(shè)備造價,通過提高流速獲得稍高的傳熱系數(shù)不經(jīng)濟。但冷熱介質(zhì)流體比較大時,可采用以下方法降低換熱器的阻力,并保證有較高的傳熱系數(shù)。
① 采用熱混合板
熱混合板的板片兩面波紋幾何結(jié)構(gòu)相同,板片按人字形波紋的夾角分為硬板和軟板,夾角大于90°(一般120°左右)為硬板,夾角小于90°(一般79°左右)為軟板。熱混合板硬板的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)高,流體阻力大,軟板則相反。硬板和軟板進行組合,可組成高、中、低三種特性的流道,滿足不同工況的要求。
冷熱介質(zhì)流量比較大時,采用熱混合板比采用對稱型單流程的換熱器可減少板片面積。熱混合板冷熱兩側(cè)的角孔直徑通常相等,冷熱介質(zhì)流量比過大時,冷介質(zhì)一側(cè)的壓力損失很大。另外,熱混合板設(shè)計技術(shù)難以實現(xiàn)很好的匹配,往往導(dǎo)致節(jié)省板片面積有限。因此,冷熱介質(zhì)流量比過大時不宜采用熱混合板。
② 采用非對稱型板片換熱器
對稱型板式換熱器有板片兩面波紋幾何結(jié)構(gòu)相同的板片組成,形成冷熱流道截面積相等的板式換熱器。非對稱型板式換熱器根據(jù)冷熱流體的傳熱特性和壓力降要求,改變板片兩面波形幾個結(jié)構(gòu),形成冷熱流道截面積不等的板式換熱器,寬流道一側(cè)的角直徑較大。非對稱型板式換熱器的傳熱系數(shù)下降微小,且壓力將大幅減小。冷熱介質(zhì)流量比較大時,采用非對稱型單流程比采用對稱型單流程的換熱器可減少板片面積15—30。
③ 采用多流程組合
當(dāng)冷熱介質(zhì)流量較大時,可以采用多流程組合布置,小流量一側(cè)采用較多的流程,以提高流速,獲得較高的傳熱系數(shù)。大流量一側(cè)采用較小的流程,以降低板式換熱器阻力。多流程組合出現(xiàn)混合流型,平均傳熱溫差稍低。采用多流程組合的板式換熱器的固定端板和活動端板均有接管,檢修時工作量大。
④ 設(shè)換熱器旁通管
當(dāng)冷熱介質(zhì)流量比較大時,可在大流量一側(cè)換熱器出口之間設(shè)旁通管,減少進入板式換熱器流程,降低阻力??杀阌谡{(diào)節(jié),在旁通管上應(yīng)安裝調(diào)節(jié)閥。該方式應(yīng)采用逆流布置,使冷介質(zhì)出換熱器的溫度較高,保證換熱器出口合流后的冷介質(zhì)溫度能達到設(shè)計要求。設(shè)換熱器旁通管可保證換熱器有較高的傳熱系數(shù),降低換熱器阻力,但調(diào)節(jié)略繁。
⑤ 板式換熱器形式的選擇
換熱器板間流道內(nèi)介質(zhì)平均流速以0.3—0.6m/s為宜,阻力以不小于100kPa為宜。根據(jù)不同冷熱介質(zhì)流量比,可參照表選用不同形式的板式換熱器,表中非對稱型板式換熱器流道截面積比為2.采用對稱型或非對稱型、單流程或多流程板式換熱器,均可設(shè)置換熱器旁通管,但應(yīng)經(jīng)詳細的熱力計算。
表:不同形式的板式換熱器選用
板式換熱器形式 |
冷熱介質(zhì)流量比 |
熱介質(zhì)進、出口溫度(/℃) |
冷介質(zhì)進、出口溫度(/℃) |
對稱型單流程 |
1.0—1.4 |
110/80 |
70/95 |
熱混合板 |
1.4—1.7 |
120/80 |
70/95 |
非對稱型單流程 |
1.7—2.8 |
130/80 |
70/95 |
對稱型多流程 |
2.8—3.6 |
150/80 |
70/95 |
非對稱型多流程 |
3.6—7.0 |
120/70 |
50/60 |
5、 橡膠密封墊材質(zhì)及安裝方式
① 材質(zhì)的選擇
水—水換熱器中,冷熱介質(zhì)對橡膠密封墊均無腐蝕性。選用橡膠密封墊材質(zhì)的選擇是耐高溫和密封性能,選擇合理的密封墊。
② 安裝方式的選擇
橡膠密封墊常用安裝方式為粘接式、卡扣式。粘接式是在板式換熱器組裝時,將橡膠密封墊用膠水粘接在板片密封槽內(nèi)??凼绞菗Q熱器組裝時,利用橡膠密封墊和板片邊緣的卡扣結(jié)構(gòu),將橡膠密封墊固定在板片密封槽內(nèi)。由于卡扣式安裝工作量很小,換熱器拆卸時橡膠密封墊損壞率低,而且不存在膠水中可能含有的氯離子造成對板片的腐蝕,因此使用較多。
③ 合理選用板片材質(zhì)
不銹鋼板片可能產(chǎn)生腐蝕失效的現(xiàn)象有點蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕、均勻腐蝕等,應(yīng)力腐蝕的發(fā)生率較高。由氯離子引起的應(yīng)力腐蝕多,板片材質(zhì)可根據(jù)介質(zhì)中的氯離子質(zhì)量濃度按表選用,表中不銹鋼材料牌號為0Cr18Ni9、0Cr7Ni2Mo2、TAI代表鈦合金。
表:常用板材材質(zhì)在含氯介質(zhì)中的適用范圍
氯離子質(zhì)量濃度(mg/L) |
介質(zhì)溫度(℃) |
|||
60 |
80 |
120 |
130 |
|
10 |
304 |
304 |
304 |
316 |
25 |
304 |
304 |
316 |
316 |
50 |
304 |
316 |
316 |
TAI |
80 |
316 |
316 |
316 |
TAI |
150 |
316 |
316 |
TAI |
TAI |
300 |
316 |
TAI |
TAI |
TAI |
>300 |
TAI |
TAI |
TAI |
TAI |