摘要：现阶段，热交换器的发展主要呈现为提升装置的热效率，提升装置自身结构的紧凑性，提升生产制造的规范化、标准化以及专业化等方面，同时在一定范围内实现大型化方向的进一步发展。另外，还要注重基础理论和测试手段的研究。近些年来，国内外主要通过加强传热和创新热交换器性能，在一定程度上提升传热效率，降低传热面积，并且减小装置的投资成本等方面，也取得了一定的成果。
关键词：板式；热交换器；应用
板式热交换器早期主要应用在食品加工、牛奶和啤酒灭菌等行业，现已广泛应用大部分行业领域。当前热交换器发展的基本动向是继续提高设备的热效率，促进设备结构的紧凑性，加强生产制造的标准化、系列化和专业化，并在广泛的范围内继续向大型化方向发展。同时仍注意基础理论及测试方法的研究。近年来国内外在采用强化传热改进热交换器性能、提高传热效率、减少传热面积、降低设备投资等方面，都取得了显著成绩。
一、板式热交换器的研究发展
换热板片为板式热交换器的主要部件。其设计必须进行综合考虑。首先要考虑流体在低速状态下出现的强烈湍流，从而加强传热效果；其次提升热交换器板片的刚度，加强板片的耐压力。由于传热板片具备不同的波纹形式，所以会对传热与流动阻力造成严重影响。为了能够满足各种传热场所的相关需求，目前已经研发出大量的波纹板片，其中板片的厚度在0.4 mm以内能够承载的压力达到了2.5 MPa。从板片运用方面而言，主要利用的板片形状是人字形的波纹板与水平平直的波纹板。除去波纹形式的板片，板片参数还包含了板片厚度与波纹以及波纹深度等方面。因为在一系列参数的共同作用之下，导致板片会呈现出各种性能。
我国对于板式热交换器的研究最先开始研究板式热交换器的企业是兰州的石油机械研究所，其主要针对板式热交换器中热自行波纹和水平波纹以及球形波纹进行了对比试验与研究，同时总结出人字形波纹具备良好的优势。而这一观点至今依然被许多研究学者所引用。除此之外，清华大学与山东大学等多个高等院校也从多个角度对热交换器的板型所造成的影响进行了深入的研究与探讨。同时还对所有参数性能造成的影响完成了进一步分析，可是至今为止，我国并未出现针对热交换器自身性能造成影响的有关报道，从而也就造成设计人员难以依据现实状况完成设计的相关理论基础。
二、板壳式热交换器结构
1、导孔型板壳式的热交换器。导孔型结构一般适宜运用在中型和小型热交换器中，该内部的核心部分主要由一组特制的和几何结构基本相同的金属圆板片进行完全焊接构成，从而组成一个形状为圆柱状的导孔型换热板组，在板中2个圆孔可以构成板程流道，同时壳体与板片间还会构成壳程流道。另外，为了能够使壳体流体顺利经过板间流动，一般要在壳体与板组间设置导流块。
2、板管型板壳式的热交换器。板管型板壳式的热交换器一般由板管束以及壳体两类构成，该总体结构经过冷压成型的所有板条，对其接触位置进行焊接，使其可以比较紧密的连接在一起，从而组成一个具备大量扁平流道的板管。另外，大量的宽度不一致的板管一定要依据相关次序进行排列，从而确保各个板管之间存在一定距离，而相邻近的板管在两端应该设置金属条，同时和板管通过焊接连在一起，这样板管的两端就可成管板道，然后再将大量的板管合理的连接在一起就形成了板管束。通常情况下，板管束要设置在热交换器壳体内部，部分流体要在板管内部流动，另外一部分流体要在壳体内部的板管之间流动。
3、新型板壳式热交换器。为了能够满足工业设备大型化的相关要求，传统的工艺中利用金属焊条进行焊接形成的板束渐渐被金属波纹板片所构成的板束取代，制作而成新型的板壳式热交换器。其主要由许多层具备凹凸波纹板，利用凸纹对凸纹和凹纹对凹纹的方法进行重叠设计而成。
三、板式换热器在电厂中的应用
以电厂某放热水池的冷却为计算实例，根据表的三类冷却需求，分别计算所选择板式换热器的实际换热能力。
选用某厂BRI．1型板式换热器，其板片采用了Z6CNDl7-12不锈钢，换热面积为212 m2，板片间距为0．0036 m，板片厚度为0．0007 m，总板片数量为193块。根据传热系数及对数传热温差方法的计算结果从试验结果可以得出，当水池处于3种运行工况时，换热器皆能满足所产生的热负荷。
板式换热器作为电厂中热交换设备，在使用过程中也会产生各类缺陷及问题，现对主要问题的原因及处理措施汇总如下：
1）接管法兰部位的渗漏。原因分析：法兰螺栓松动；密封垫错位、损坏；法兰密封垫不在有效密封区域。处理措施：检查并紧固螺栓；拆下法兰及密封垫，检查并进行替换安装。
2）换热板片间的渗漏。原因分析：压紧板间距过小；密封垫破损，换热板片因腐蚀破损。处理措施：调整压紧板间距，提高压紧系数；更换密封垫片；若板片存在穿孔破损，则更换板片。
3）换热板片与压紧板之间的泄漏。原因分析：密封垫松动或破损；换热板片出现裂纹；换热板片与压紧板之间存在异物。处理措施：调整或更换密封垫；更换同类型换热板片；清除异物并加紧力矩。
4）串液现象，即冷热介质混合。原因分析：密封垫错位或破损；换热板片产生裂纹及孔眼。处理措施：调整及更换密封垫；对换热板片进行打压试验检查，必要时更换板片。
5）传热效果下降明显。原因分析：与设备连接的阀门没有全开；板式换热器内部堵塞；板片结垢导致压降增大，传热性能降低。处理措施：调节阀门开度；对换热器内部进行反冲洗，必要时拆解换热器；拆解板片，进行高压冲洗及研磨处理。
换热器类型选用对比，假设电厂冷却水热交换器温度为50℃，分别对四种换热器的传热情况进行对比，综合考虑各种类型换热器的壁厚、直径、尺寸，结果发现：
（l）不同类型传热器其自身传热系数并不会因功率的增加而发生变化，但功率相同的情况下，管壳式传热器传热系数最差，板式传热器则最佳。分析这种情况产生的原因，主要是因为管壳式传热器设置有折流档板，以便于确保流体可在壳程中保持良好的湍流状态，同时折流档板与换热管、壳体构成旁路，这造成了换热困难，因此换热系数较低。而板式传热器因板片多采用的是槽形、波纹形式，并且板片的设计可让冷流体与热流体就分别流动，无另加旁路，流道较小，因此在这种结构下能够确保充分地参与到换热过程中，换热系数较大。
（2）从不同类型传热器传热面积上来看，采用上述假定数据进行传热器传热面积的计算，结果发现，各种传热器传热面积随着功率的增加有一定增加，但在相同功率下，管壳式传热器传热器传热面积最大，板式传热器的传热面积最小，因板式传热器板片设计具有一定规律，结构更加紧凑，因此换热效果更为理想。
我国作为热交换器的生产制造大国，并非热交换器的生产制造强国。在热交换器的设计水平方面与世界上发达国家比较而言，依然存在着较大的差距。因此，国内相关部门与研究人员一定要对板式热交换器的相关基础理论进行深入研究，不断通过试验与实践研究开发出新产品，同时还应该考虑我国的基本国情，从而有针对性的解决所有行业面临的问题，推动板式热交换器在更多领域中的运用。
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论文作者:陈海芳,郭宇
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
标签：热交换器论文; 波纹论文; 板式论文; 换热论文; 壳体论文; 流体论文; 换热器论文; 《电力设备》2018年第20期论文;