摘要：本文主要讨论是有关板式换热器的设计结构及使用的优缺点等有关问题，最后还提出了针对性的优化方案；另论述了板式换热器的常规设计及优化方案，还有计算流体力学设计的相应讨论，为的是获得能够有效提高其换热效率的方法。
关键词：提高；板式换热器；换热效率；技术
一、板式换热器的结构分析
板式换热器的换热原件材料主要是纯钛和不锈钢等，厚度在0．5mm～1．0mm的金属压片。板片压制的时候为了能有更好的抗变形能力、换热面积、流体湍流程度及刚度，一般会使用波纹型以及槽形模具来加工。为了达到相应的换热目的，还会将螺栓进行压紧和固定，从而使用孔形成的流体通道来对流体进行运输。调节好板片之间的组合，让板片内部可以形成均匀网流，从而有效提高传热的效率。从部件的功能方面来看，板片主要分为固定部件、支撑部件、换热部件、支撑部件、导流部件还有换热部件，这五个部分当中最为重要的是换热部件，需要从流体力学及热传学的角度来对换热部件的设计和选用进行研究。板片的设计结构有许多种，国内主要是以使用人字形波纹为主，主要分类为横向和纵向人字形波纹两种，该种结构是网状流动板型结构，流体介质在板片之间的通道流过时，因铺满的接触点而产生螺旋状流动，从而让介质的流动速度加快，同时还能减少低层流层的厚度，将对流换热的效果得到大幅度提升。经过一系列的试验之后发现，若将水作为介质，当雷诺数保持在20～200之间，同时速度达到0．2m/s～0．5m/s之间，就能有湍流状态，从而将传热系数大幅度提高。
二、板式换热器的特点
2.1结构紧凑
与其他种类的换热器进行比较的话，板式换热器由于其板片能够紧密地排列在一起，这样占地空间和面积就能大幅度减少，举例来说，在面积相同的情况下，板式换热器的只有列管换热器的1/5。
2.2容易清洗拆装方便
由于板式换热器是夹固板同板片相互夹紧组成的，所以其拆装的难度很低，打开清洗一次工时也很少，另板面十分光滑，有很高的湍流程度，所以很难有污垢残留。
2.3使用寿命长
板式换热器使用的是耐腐蚀性很强的不锈钢以及钛合金板片，同时还能随意更换胶垫，拆装维修十分的方便。
2.4适应性强
板式换热器可以做到按照要求对流程进行增减，有着多种多样的形式。不串液，由于密封槽设置了相应的泄液液道，不会出现介质串通的现象，即使有泄漏的情况出现，泄漏的介质也会向换热器之外排出。
三、板式换热器失效的原因
3.1板式换热器的污垢凝结
板式换热器在运行一段时间后，将出现结垢，进而使传热装置的传热系数不断下降，严重时，将使板片的通道发生堵塞。通常情况下，换热器的流体层易于生成结垢。而板片上的污垢，主要是固体纤维或者固体杂物易于集聚的地方，其使流体在某一地方滞留后，形成污垢积聚。
3.2堵塞
板式换热器的流通间隙较小，约2.5-6mm，直径大于1.5-3mm的颗粒杂物容易阻塞通道，使设备的压力降急剧变化，流通量减少，换热效果降低，容易使设备失效。防范措施可在介质进口处设置过滤器或冲洗装置，定期进行清洗或处理。
3.3板式换热器的循环水影响
循环水在流动的过程中，板式换热器的板片和循环水间的摩擦阻力不断增大，水垢逐步生成，尤其是通道发生严重的局部堵塞，这进一步增大了循环水的流动阻力，造成局部的流速减缓，局部的表层温度过高，最终加快水垢的生成。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于通道的局部堵塞，造成水垢迅速发展，形成恶性循环。
四、板式换热器失效的处理对策
4.1清洗板式换热器板片的密封槽
在板式换热器的所有设备零件中，密封垫片起着关键性的作用。我国大多数的板式换热器，均是选用粘贴剂将垫片贴于垫片槽中，最终形成“粘贴式”的封闭构架。尤其是BR02型的板式换热器，其粘接板片与封闭垫片之间的粘结剂，均来自于粘接橡胶与塑料的401瞬干胶，其和不锈钢板片的粘结强度最为合适。在替换垫片时，先将板片平整放置于平板上，而后利用螺丝刀轻轻撬开垫圈，并将其慢慢撕下。至于垫片槽内的残余黏胶，选用不锈钢的清洁球或者丝刷结合丙酮，全面刷洗后，再利用清水进行冲洗。
4.2提高传热效率
4.2.1提高板片的表面传热系数
由于板式换热器的波纹能使流体在较小的流速下产生湍流（雷诺数一150时），因此能获得较高的表面传热系数，表面传热系数与板片波纹的几何结构以及介质的流动状态有关。板片的波形包括人字形、平直形、球形等。经过多年的研究和实验发现，波纹断面形状为三角形（正弦形表面传热系数最大，压力降较小，受压时应力分布均匀，但加工困难的人字形板片具有较高的表面传热系数，且波纹的夹角越大，板间流道内介质流速越高，表面传热系数越大。
4.2.2减小污垢层热阻
减小换热器的污垢层热阻的关键是防止板片结垢。板片结垢厚度为1mm时，传热系数降低约10%。因此，必须注意监测换热器冷热两侧的水质，防止板片结垢，并防止水中杂物附着在板片上。有些供热单位为防止盗水及钢件腐蚀，在供热介质中添加药剂，因此必须注意水质和黏性药剂引起杂物沾污换热器板片。
4.2.3选用热导率高的板片
板片材质可选择奥氏体不锈钢、钛合金、铜合金等。不锈钢的导热性能好，热导率约14.4W/（m•K），强度高，冲压性能好，不易被氧化，价格比钛合金和铜合金低，供热工程中使用最多，但其耐氯离子腐蚀的能力差。
4.2.4减小板片厚度
板片的设计厚度与其耐腐蚀性能无关，与换热器的承压能力有关。板片加厚，能提高换热器的承压能力。采用人字形板片组合时，相邻板片互相倒置，波纹相互接触，形成了密度大、分布均匀的支点，板片角孔及边缘密封结构已逐步完善，使换热器具有很好的承压能力。国产可拆式板式换热器最大承压能力已达到了2.5MPa。板片厚度对传热系数影响很大，厚度减小0.1mm，对称型板式换热器的总传热系数约增加600W/（m2•℃），非对称型约增加500W/（m2•℃）。在满足换热器承压能力的前提下，应尽量选用较小的板片厚度。
4.3板式换热器的运行与维护
①在运行前应检查板式换热器各夹紧螺栓是否松动，如松动应夹紧；对管网系统进行冲洗、吹净。②启动前应打开换热器的所有出口阀门，关闭进口阀门，循环泵启动后，再缓慢打开换热器的进口阀门，逐步提高流量及压力，避免瞬时冲击而产生局部高压损坏设备。③开机时，应先开启循环水系统，再打开蒸汽阀；关机时，应先关闭蒸汽阀，待水温降到60℃以下时，再关闭循环水泵，以免造成换热器高温过热，过早老化。④开车运行后，应通过管路系统中的放气阀排出设备中的空气，防止空气停留在设备中，降低传热效果。⑤为防止结垢，必须保证软化设备完好，循环水的硬度≤0.6mmol/L，在整个系统中，除污器和过滤器应当进行不定期的清理外，还应当保持管网中的清洁，以防止换热器堵塞。
结语
现如今这个时代，换热器的设计随着计算软件和相关的技术优化也在不断的发展当中，但是由于各方面的影响因素使得换热器的设计还不能够满足用户的需求。所以相关的从业人员就应该对其加工工艺进行更加深入的研究和探讨，掌握好CFD技术来对设计的层次进行提高，对设备结构及系统运行方式等方面进行优化。
参考文献：
[1]李飞．弧形板式间接蒸发冷却器性能研究[D]．中原工学院，2014．
[2]洪玉阳．某复合能源供热系统测试分析和运行策略优化[D]．天津大学，2014．
作者简介：
刘明爽（1986.02.10）；男；安徽；汉；研究生、硕士；无；集控运行值班员；研究方向：机组节能优化。
论文作者:刘明爽
论文发表刊物:《河南电力》2018年21期
论文发表时间:2019/5/21
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