板式換熱器介紹

段和國

    摘　要:針對板式換熱器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹,具體闡述了板式換熱器的各種特點(diǎn),包括傳熱系數(shù)高,占地面積小,制作方便等,并對其應(yīng)用及選型布置中應(yīng)注意的問題進(jìn)行了分析,以指導(dǎo)實(shí)踐。

    關(guān)鍵詞:板式換熱器,特點(diǎn),選型

    中圖分類號:TU832. 2文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

    章編號:1009-6825(2011)14-0117-03

    目前,城市集中供熱快速發(fā)展,熱用戶與熱網(wǎng)間大部分采用間接連接,即設(shè)置熱交換站,換熱器是熱交換站的核心設(shè)備,換熱器的種類很多,有板式換熱器、管殼式換熱器、容積式換熱器、熱管換熱器等,下面針對目前使用較多的板式換熱器做重點(diǎn)介紹。

    1·板式換熱器簡介

    板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成,包括傳熱半片、密封墊片、壓緊板、上下導(dǎo)桿、支柱、夾緊螺栓等主要零件。各種半片之間形成薄矩形通道,通過半片進(jìn)行熱量交換。它與常規(guī)的管殼式換熱器相比,在相同的流動阻力下,其傳熱系數(shù)要高出很多。

    板式換熱器的形式主要有可拆卸式和焊接式兩大類,板片形式主要有人字形波紋板、水平平直波紋板和瘤形板片三種。

    2·板式換熱器的基本結(jié)構(gòu)

    板式換熱器主要由框架和板片兩大部分組成。

    板片由各種材料制成的薄板用各種不同形式的磨具壓成形狀各異的波紋,并在板片的四個角上開有角孔,并鑲貼密封墊片,設(shè)備夾緊時,密封墊片按流程組合形式將各傳熱板片密封連接,角孔處互相連通,形成迷宮式的介質(zhì)通道,使換熱介質(zhì)在相鄰的通道內(nèi)逆向流動,經(jīng)強(qiáng)化熱輻射、熱對流、熱傳導(dǎo)進(jìn)行充分的熱交換。框架由固定壓緊板、活動壓緊板、上下導(dǎo)桿和夾緊螺栓等構(gòu)成。板式換熱器是將板片以疊加的形式裝在固定壓緊板、活動壓緊板中間,然后用夾緊螺栓夾緊而成。

    3·板式換熱器的特點(diǎn)

    1)傳熱系數(shù)高。

    由于不同的波紋板相互倒置,構(gòu)成復(fù)雜的通道,使流體在波紋板間流道內(nèi)呈旋轉(zhuǎn)三維流動,有利于強(qiáng)化傳熱,能在較低的流速下形成激烈的湍流狀態(tài),結(jié)垢可能會降低,傳熱效率高,板式換熱器傳熱系數(shù)高達(dá)3 000W /(m2·℃)~7 000W /(m2·℃)。

    2)占地面積小。

    板式換熱器結(jié)垢緊湊,單位體積內(nèi)的換熱面積為管殼式的2倍~5倍,也不像管殼式那樣要預(yù)留抽出管束的檢修場所,因此實(shí)現(xiàn)同樣的換熱量,板式換熱器占地面積約為管殼式換熱器的1/5~1/10。

    3)重量輕。

    板式換熱器的板片厚度僅為0. 4 mm~0. 8 mm,而管殼式換熱器換熱管的厚度為2 mm~2. 5 mm,管殼式的殼體比板式換熱器的框架重得多,板式換熱器一般只有管殼式重量的1/5左右。

    4)容易改變換熱面積或流程組合。

    只要增加或減少幾張板,即可達(dá)到增加或減少換熱面積的目的;改變板片排列或更換幾張板,即可達(dá)到所要求的流程組合,適應(yīng)新的換熱工況,而管殼式換熱器的傳熱面積幾乎不可能增加。

    5)制作方便。

    板式換熱器的傳熱板是采用沖壓加工,標(biāo)準(zhǔn)化程度高,并可大批生產(chǎn)。

    6)耐壓能力高。

    傳熱板片流道四周采用加強(qiáng)結(jié)構(gòu),相鄰板片波紋波峰相互支撐,形成大量觸點(diǎn),接觸點(diǎn)分布均勻提高了板片的剛性,耐壓能力提高,最高可達(dá)2. 5MPa。

    7)壓力阻力損失小。

    傳熱板片角孔處波紋方向科學(xué)采用流線型設(shè)計(jì),避免流動死區(qū),流道當(dāng)量直徑大,減小了壓力損失。

    8)拆卸方便、快捷。

    由于膠墊為免粘掛墊,板片懸掛在上導(dǎo)梁,夾緊螺柱為快裝式結(jié)構(gòu),在清洗設(shè)備板片時可快速拆下螺柱、移動板片來清洗板片、更換膠墊。
    9)運(yùn)行安全可靠。

    板式換熱器密封墊片在板片夾緊狀態(tài)下變形小,回彈性好,組裝及維修重新組裝后墊片密封可靠,換熱器無內(nèi)泄現(xiàn)象,如有外泄現(xiàn)象可及時發(fā)現(xiàn)處理,密封墊片老化速度慢。

    10)使用壽命長。

    傳熱板片采用免粘掛墊結(jié)構(gòu),避免了粘結(jié)劑對傳熱板片的腐蝕,傳熱板片拉伸成型時,采用非同時合模新工藝,保證了板片的均勻拉伸,波紋尺寸精確,使得傳熱板片各部分耐腐蝕能力及機(jī)械強(qiáng)度均勻,從而延長了板式換熱器的使用壽命。

    4·板式換熱器選型

    1)板型選擇。板片形式應(yīng)根據(jù)換熱場合的實(shí)際需要而定。對流量大、允許壓降小的情況,應(yīng)選用阻力小的板型,反之選用阻力大的板型。根據(jù)流體壓力和溫度的情況,確定選擇可拆卸式還是焊接式。確定板型時不宜選擇單板面積太小的板片,以免板片數(shù)量過多,板間流速偏小,傳熱系數(shù)過低,對較大的換熱器更應(yīng)注意這個問題。

    2)流程和流道的選擇。流程指板式換熱器內(nèi)一種介質(zhì)同一流動方向的一組并聯(lián)流道,而流道指板式換熱器內(nèi),相鄰兩板片組成的介質(zhì)流動通道。一般情況下,將若干個流道按并聯(lián)或串聯(lián)連接起來,以形成冷、熱介質(zhì)通道的不同組合。流程組合形式應(yīng)根據(jù)換熱和流體阻力計(jì)算,在滿足工藝條件要求下確定。盡量使冷、熱水流道內(nèi)的對流換熱系數(shù)相等或接近,從而得到最佳的傳熱效果。

    3)壓降校核。在板式換熱器的設(shè)計(jì)選型時,一般對壓降有一定的要求,應(yīng)對其進(jìn)行校核。如果校核壓降超出允許壓降,需重新進(jìn)行設(shè)計(jì)選型計(jì)算,直到滿足工藝要求為止。

    5·不同采暖系統(tǒng)的換熱器選型計(jì)算

    目前,室內(nèi)建筑采暖系統(tǒng)多種多樣,有暖氣片系統(tǒng)、地暖系統(tǒng)或空調(diào)系統(tǒng)等。對于暖氣片系統(tǒng),一般設(shè)計(jì)供、回水溫度為85℃/60℃或80℃/60℃,按一、二次網(wǎng)參數(shù)選擇滿足要求即可;而對于地暖或空調(diào)系統(tǒng),一般設(shè)計(jì)供、回水溫度為60℃/50℃,二次網(wǎng)側(cè)應(yīng)采用混流方式進(jìn)行選擇計(jì)算,具體見圖1。

           
         
    根據(jù)多種參數(shù)的選型比較,換熱器二次網(wǎng)側(cè)供、回水溫度按75℃/50℃選擇計(jì)算相對比較經(jīng)濟(jì),如圖1所示,二次網(wǎng)供、回水管之間設(shè)置有連通管,并設(shè)置有兩道閥門,閘閥起關(guān)斷作用,蝶閥起調(diào)節(jié)作用,通過調(diào)節(jié)蝶閥使得二次網(wǎng)進(jìn)、出水溫度變?yōu)?0℃/50℃。對于混流,換熱器二次側(cè)管徑、連通管管徑計(jì)算如下:根據(jù)圖1,滿足以下計(jì)算公式:G1+G2=G,G1×75+G2×50=G×60,故得出:

    G1=0. 4G;G2=0. 6G。

    根據(jù)計(jì)算出的G1,G2選取相應(yīng)的管徑即可。

    6·多臺板式換熱器布置

    同一個系統(tǒng)換熱器為3臺或3臺以上,為使各臺換熱器流量分配均勻,換熱器一次網(wǎng)側(cè)應(yīng)采用同程式布置,具體布置見圖2,圖3。

          
          
    1)一次網(wǎng)供、回水從同一方向進(jìn)出換熱器,見圖2。

    2)一次網(wǎng)供、回水從不同方向進(jìn)出換熱器,見圖3。

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