整理板式换热器的发展现况和展望

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1、精品文档第一章 板式换热器的开展现况和展望 第一节 板式换热器的开展现状 一、板式换热器的开展现况：1、概述： 最近几十年来板式换热器开展很快,主要表现在以下几个方面. 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 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开展到钎焊式板式换热器. 从半焊接式、全焊接式开展到板壳式换热器.从板片的形式上看：从对称型开展到非对称型. 从板片的流道上看：从对称流道开展到宽窄流道、宽宽流道. 从板片波纹的深浅看： 从波深为 35mm 的一般板开展到波深为 22.5mm 的浅 密波纹板. 板式换热器的技术性能越来越好图 1-1

2、表示板式换热器的设计温度、设计压力范围.?工作温度从可拆式的260 C开展到板壳式的1000 C.?工作压力从可拆式型的 2.5MPa 开展到板壳式的 8.0MPa?传热系数从2000W/m2 -k开展至12000W/m2 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 .管壳式换热器的话,假设换热管直径为 25mm, 长度为6000m计算,总换热面积10000m2,那么需换热管数量至少N=21232根 ?最大接

3、管尺寸 500mm . 板式换热器的应用范围越来越广见表 1-1表 1-1 各种类型板式换热器的应用范围 板式换热器向大型化、小型化、专业化、多元化、装置化开展 大型化大型板式换热器主要用于中央冷却系统以下简称CCS,该系统集中冷却各种工厂使用的冷却水, 并作为发电厂轴承冷却水的冷却器. 板式换热器的容量与工 厂的规模, 工艺过程等有关, 必要的冷却水量从数千至数万 m3/h, 大型板式换热 器可达数十万m3/h,CCS中希望采用尽可能少的台数进行处理,故要求采用大 型板式换热器,近几十年,中东地区建设了许多具有世界级规模的 LNG 工厂, 使用过去的冷却塔的冷却方式不能保证补给水, 故希望变

4、更为使用板式换热器的 CCS方式.过去发电厂使用 S&T轴承冷却水方式,但通过性能评价说明,板式 换热器在本钱、 传热性能、 小型化及维护性等方面均具有明显的优越性, 因此需 要将它们更换为板式换热器的方式. 如巴塞罗那论坛区能源系统采用的是垃圾利 用将巴塞罗那市区收集的垃圾进行厌氧分析,产生人造燃气 ,废热发电垃 圾产生的燃气加热蒸汽锅炉,驱动气轮发电机,向论坛区及城市电网供电 ,发 电余热制冷高压蒸汽发电后衰减为低压蒸汽, 被送至远大空调制造的吸收式制 冷机加热溴化锂溶液,进行制冷 ,海水冷却.设备设计容量：吸收式制冷机4 X4500 kW;蒸汽一水板式换热器4 X5000 kW;蓄冷罐5

5、053m3 ;海水板式换 热器4X12000 kW 每台海水板式换热器流量 961m3/h,压力降58kPa ,板片 材料为钛.海水冷却板式换热器见照片 1-1 .上述用途的共同特征是以海水作为冷却水的水源, 在板式换热器中使用海水的问 题之一是防垢.今后,随着 CCS 和电厂中的冷却器采用板式换热器不断增长的 要求,就必须研究海生生物附着在板片上后对传热性能的影响程度, 并要了解板 片的耐腐蚀性能.a、耐海水性使用海水时的防污问题. 现在,作为预防海生生物附着的方法有往海水中连续注 入通过电分解方法得到次亚盐酸钠 NaClO 的方法.实际运行说明,在使用海水 的板式换热器中连续注入次亚盐酸钠

6、 0.9ppm 后进行测定,运行 3 个月后,其 总传热系数没有发生变化. 在夏季海藻和贝类容易繁殖的时期, 连续注入次亚盐 酸钠也能保证传热性能不变. 其它的方法还有, 从环境保全上看, 采用臭氧和热 水的防污也是有效的,但尚未进行实验验证和确立相应的技术方法.b、耐腐蚀性使用海水时, 板片的材质一般为钛板. 钛对海水具有优良的耐腐蚀性, 从相关的 耐腐蚀性资料可知,对于海水来说, 即使至120 C,钛板也不会腐蚀.此外,为 了抑制海生生物的附着而注入的次亚盐酸钠还会产生一种巩固的非动态的膜, 从 而提升了钛板的耐腐蚀性.使用 丁腈类橡胶作为密封垫片,即使海水温度到达80 C,也不会对它产生

7、任何腐蚀.在耐热性方面,当海水温度低于 60 C时,不 会产生热的劣化现象,能长期保证良好的密封性能.c、大型板式换热器的特性每台板式换热器的处理流量与板的角孔口径有关,大型板式换热器角孔的口径为500,每台处理的流量为5000m3/h,与以往的所谓大型板式换热器比拟, 所需台数可以减少一半. 其结果,换热器用过滤器、安装工程和管道的初投资, 板的清洗和密封垫片的更换等维护费用均能明显地降低,并且还能节省占地空 间,以下通过一实例说明, 现今大型板式换热器与以往大型板式换热器的比拟 见 表1-2,从台数上看, 大型机仅需 2台,而以往大型机要 4台; 从初投资上看, 2 台大型机的投资 约比以

8、往大型机大 10%,但它的过滤器投资约为以 表 1-2 与以往大型机的比拟往型的 2/3 ,安装工程约为一半, 其总费用约能减少 30% .从设置空间上看约能 减少 40%.即使设置 1 台备用机,总费用也能减少 15%,空间也能节省 30%. 在分解清洗方面,由于板片数少,人工费亦降低约 30% .对海水的处理举措. 当海水中的海藻、贝类附着在板的内部或堵塞在角孔的附 近时,会降低海水的流量, 从而不能保证冷却性能, 故当海水从 角孔到板的内部 时,不应有突起的障碍物, 使流路呈直线型 ,这是预防海生生物堵塞角孔的方法 之一.为了验证以上效果, 对通过海水的大型板式换热器进行测定, 测试结果

9、证 明,当角孔附近附着很少量的藻类时, 对流路的性能没有影响. 但为了保证板内 流道的通畅, 绝不允许通过直径大于板间距的异物, 故必须在进入换热器前安装 过滤器 .d、高性能化与以往板式换热器比拟, 均匀流路无偏流是保持高性能的主要途径. 举措之一是 在板内部的主传热面上设置偏流抑制板, 使液体入口处的流路为最短, 从而使主 传热面为均匀流 见图 1-2 .其次,设计板片时,应使板中央部的流量增多,即 要预防端部的流量增多. 如前所述,由于预防偏流板能减少角孔的压力降, 因此, 其传热性能比以往大型板约增加 1520% . 超小型化在选择与使用条件相应的板式换热器的尺寸时, 必须考虑初投资和

10、设置空间等问 题.板式换热器的市场之一是用在耗能量少的食品、 医药流体的杀菌, 少量流体 的加热 /冷却等用户.为此,必须开发出超小型的板式换热器,以适应产品多样 化,生产规模参差不齐的要求, 并满足耗能量少的热能行业的要求. 目前市场上 超小型板式换热器具有小型化、低本钱、高性能、重量轻、生产快等优点 .a、换热器的尺寸,最大的板片也仅相当于 A4用纸的尺寸,重量每台约20kg, 可安装在墙上.b、标准板片数为12、24、36、48四类；板的材质为SUS316和钛两类；密封 垫片为三元乙丙橡胶和硅橡胶两类. 专用化a、用于食品流体的热杀菌、加热/冷却工艺过程中的板式换热器必须具备以下三 个条

11、件：提升生产率；保证卫生性；保证食品品质稳定性等.b、食品专用板式换热器是为了满足上述三个条件而开发出的已商品化的板式换 热器,以它作为咖啡、调味液、酱油等杀菌器使用时受到了普遍的好评.c、在设计食品专用板式换热器时,应使板片内的流速分布均匀,为此,在板面上,即使是局部也不应该形成液垢, 并能进行长时间的连续运行, 目的是到达均 匀的升温/冷却过程,提升制品的品质和保证质量的稳定.假设采用CIP还能清洗板式换热器的所有板面.d、采用镶嵌式结构的密封垫片,以适应新性能的要求,维护时间是原有装置的 1/21/3 . 多元化a、全焊式板式换热器众所周知, 板式换热器具有许多优越性, 但由于存在如下问

12、题, 限制了它的应用 范围和开展 ,密封性较差,易泄露,需经常更换垫片,较麻烦,耐压水平较低, 一般约为1MPa；耐温水平受垫片材料的限制；流道小,不适宜于气 一气换热或 蒸汽冷凝；易堵塞,不宜用于含悬浮物质的流体等.随着板式换热器制造技术, 板材质和焊接板的出现,克服了上述缺点,扩大了应用范围.在所有工业行业内实施节能的进程中,降低燃料费用是各企业急需解决的问题. 废气、废水热回收是节能,降低燃料费 的重要举措之一,为了适应这种形势,开 发出了全焊接板式换热器机组.形状：组合了标准化的极薄平板的全焊接结构的错流型的气一气空气换热器有两种类型,即高温型、低温型.特征：机组组合而成,便于扩张,从

13、小风量至大风量60300000Nm3/h,使用范围广；平板薄,效率高温度效率达80%以上；可以用于高温1000 C ,高 压30kPa的气体；全焊接气密结构,不会混入排气、臭气；结构便于维护、 清扫；根据使用温度和气体的种类选择适宜的材质.结构：为了承受高温条件下的热应力,将薄板加工成六角形状的单体后组装成 机组,目的是分散热应力,构成耐高温的结构见图 1-3材质：S-TEN, S适合于温度低于350 C的机组；铝合金板适合于排气温度低于 500 C的机组；SPCC适合于温度低于200 C的机组；SUS系统应根据温度、排气 的性质选择其他非铁金属,如锡、铜.板厚：0.32.0mm 标准 0.8

14、mm,低温用 0.4mm .耐压：在600 C时为10kPa；在900 C时为5kPa.气密性：T型为通过风量的0.001以下,用于脱臭；N型为通过风量的0.1%以 下,一般用途；S型通过风量的1.0%以下.压力降：高温侧、低温侧压力降是不同的.高温侧排气在仅依靠风机的机 外剩余压力和烟囱的引力条件下,允许值为 50Pa以下.最高使用温度：与受热侧的回收温度和操作压力有关,但可到达 1000 C. 排气中的粉尘浓度：当排气通路为单流程时,由于传热面为平板,故很难堵塞, 粉尘浓度约为 0.10.5g/Nm3 .流向流程方向：原那么上可自由设计,事前可与用户协商,进行最优设计. 互换性：当机组需要

15、更换某些部件时,机组的结构应便于更换. 布置：可纵向、横向或水平设置.保温：外型便于保温,一般采用板式保温,便于维护.最近,已经开发出利用 排气预热锅炉给水的低压损机组装置. 目前,全焊式板式换热器用于钢铁、 石油、 锅炉等行业,并已取得了很大的成绩.b、板式错流型换热器 板式错流型换热器是一种结构简单,具有弹性密封、传热面不焊接和应用范围 广等优点.原理结构： 在钢结构的固定框架中, 将每 1 片传热板成 90 度逐一重合而成. 排 气从垂直方向通过传热板,空气从水平方向通过. 见图 1-4 特点：传热板通过弹性密封组合而成,能自由地吸收热膨胀,故能满足温度变 化形成的应力变化的要求, 几乎不发生泄漏问题； 由于传热面不焊接, 可根据对 象温度的变化,选择许多适宜的材料,其适用范围,从氧露点以下的低温至 1000 C左右的高温见图1-5 ；为了预防排气中粉尘产生的磨损和堵塞问题, 采取了许多相应举措. 可组合数个至数十个, 故处理量非常大, 可作为大容量的 空气预热器.用途：该装置分为高温型的气/气换热H型和低温型的气/气,气/液换热L型见 表 1-3.在以往有粉尘和腐蚀性的不能回收废热的工业范围内,这种产品都可 采用.此外,在食品、造纸、石油化学、电力、炼钢等所有工业范围内热回收系 统中也可采用这种装置.其它的用途还包括锅炉、燃烧炉、加热炉、枯燥器等,