（一）簡介

板式換熱器是近幾十年來得到發(fā)展和廣泛應(yīng)用的一種新型高效、緊湊的換熱器。它由一系列互相平行、具有波紋表面的薄金屬板相疊而成，而螺旋板式換熱器更為緊湊，傳熱性能更好。

（二）構(gòu)造和工作原理

板式換熱器由三個(gè)主要部件：傳熱板片、密封墊圈、壓緊裝置及其他一些部件，如夾緊螺柱、導(dǎo)桿和接管等組成，如圖1所示。在固定壓緊板上，交替地安放一張板片和一個(gè)墊圈，然后安放活動(dòng)壓緊板，旋緊壓緊螺栓即構(gòu)成一臺(tái)板式熱交換器。各傳熱板片按一定的順序相疊即形成板片間的流道，冷、熱流體在板片兩側(cè)各自的流道內(nèi)流動(dòng)，通過傳熱板片進(jìn)行熱交換如圖2所示。

圖1 壓緊裝置

圖2 板式熱交換器的流向示意圖

（1）傳熱板片

傳熱板片是板式熱交換器的關(guān)鍵元件。它的設(shè)計(jì)主要考慮兩方面因素：①使流體在低速下發(fā)生強(qiáng)烈湍流，以強(qiáng)化傳熱；②提高板片剛度，能耐較高的壓力。

傳熱板片的波紋形式對(duì)傳熱效率及流動(dòng)阻力影響較大。為了滿足不同傳熱工況的需要，人們已經(jīng)研發(fā)出許多種類的波紋傳熱板片。其中，以人字形波紋板和水平平直波紋板應(yīng)用最廣泛。

人字形波紋板斷面形狀常為三角形，人字形之間夾角通常為。板式熱交換器組裝時(shí)，每相鄰兩板片是相互倒置的，從而形成網(wǎng)狀觸點(diǎn)，并使通道中流體形成網(wǎng)狀流。據(jù)統(tǒng)計(jì)，裝配后相鄰板片間能形成多達(dá)每平方米投影面積上2300個(gè)支承觸點(diǎn)。流體從板片一端的一個(gè)角孔流入，可從另一端同一側(cè)的角孔流出，稱為“單邊流”，或從另一端另一側(cè)的角孔流出，稱之“對(duì)角流”。根據(jù)各種板片的對(duì)比試驗(yàn)表明，人字形波紋板片不僅剛性好，傳熱性能也較好。國內(nèi)改進(jìn)的人字形波紋板式水—水熱交換器傳熱系數(shù)達(dá)到以上，壓力降也得到了改善。一般來說，人字形波紋板的流阻較大，且不適宜于含顆?；蚶w維的流體。

水平平直波紋板是一種斷面形狀為等腰三角形的水平平直波紋板。它的傳熱和流體力學(xué)性能均較好，水—水間傳熱系數(shù)可達(dá)。其它斷面形狀的還有有褶的三角形波紋（英國APV公司）、階梯形波紋（日本蒸餾工業(yè)所制造的NPH型板），均屬此類。

鋸齒形波紋板的特點(diǎn)為組裝后的流道斷面積不變，因而阻力小，能在高速下運(yùn)行。支承觸點(diǎn)多，剛性大。但板面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要兩套模具。近年來我國自行研制出鱗甲波紋形板式熱交換器，并已投產(chǎn)。

圖3 板式換熱器的板片（水平波紋板）

不論何種板片，它們都具有以下共同部分：強(qiáng)化傳熱的凹凸形波紋；板片四周及角孔處的密封槽；流體進(jìn)出孔（角孔，一般為圓形，大型冷凝器板片角孔常為三角形）；懸掛用缺口。板片組裝后兩板片間都有相互接觸的地方，稱為觸點(diǎn)，其作用是在板片兩側(cè)出現(xiàn)壓差時(shí)，保持流道的正常間隙形狀，同時(shí)使流動(dòng)“網(wǎng)狀”化，強(qiáng)化傳熱。經(jīng)驗(yàn)表明，合理的觸點(diǎn)設(shè)計(jì)是提高板片耐壓程度的有效途徑。

板片材料有碳鋼、不銹鋼、鋁及其合金、黃銅、蒙乃爾合金、鎳、鋁、鈦等。目前應(yīng)用最廣的是不銹鋼。由于鈦的耐腐蝕性能好，特別是在含氯介質(zhì)中，所以雖然鈦很貴，鈦板熱交換器仍然比較廣泛地用于腐蝕性較強(qiáng)的場(chǎng)合。板片的厚度很薄，為0.5～1.5 mm，通常為1 mm左右。制造板式熱交換器的關(guān)鍵是板片的成型，目前幾乎全是沖壓型板。

（2）密封墊圈

為了防止流體的外漏和兩流體之間內(nèi)漏，必須要有密封墊圈。它安裝于密封槽中，運(yùn)行中承受壓力和溫度，而且受著工作流體的侵蝕，此外還要求在多次拆裝后還要求它具有良好的彈性。對(duì)橡膠質(zhì)量的要求除了耐蝕、耐溫外，還要求其它物理性能滿足下列要求：根據(jù)使用壓力不同，硬度一般應(yīng)在65～90邵氏硬度，壓縮永jiu變形量不大于10% ，抗拉強(qiáng)度，延伸率≥200% 。板式熱交換器運(yùn)行中出現(xiàn)的故障，很少是板片或其它機(jī)件的損壞，大部分是墊圈發(fā)生問題，如脫墊、伸長、老化、斷裂等。所以，對(duì)于板式熱交換器的密封墊圈的材料有著特殊的要求，目前廣泛應(yīng)用的有：天然橡膠、丁睛橡膠、丁ben橡膠、氯丁橡膠、三元乙丙橡膠、硅橡膠等。它們的使用溫度都在80～150℃以下。近年來研制出壓縮石棉墊和石棉橡膠墊，操作溫度提高到260～300℃。隨著工藝對(duì)操作壓力和溫度提出更高的要求，板式熱交換器的密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)也成為人們的注意力集中點(diǎn)。密封問題之所以顯得這樣突出，是因?yàn)樗拿芊庵苓吅荛L。如，一臺(tái)裝有200塊板片，每片面積為0.5的板式熱交換器，其墊圈總長達(dá)到約900m。再考慮到它的頻繁拆卸和清洗，仍要保持不泄漏就并非易事。為了能更好地防止內(nèi)漏，在密封墊上采用了雙道密封。同時(shí)為了能及時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)漏，許多廠家在密封墊圈上開有凹槽，通常稱之為“信號(hào)孔”，一但出現(xiàn)泄漏，流體將首先由此泄出。

圖4  密封墊圈

（3）壓緊裝置

它包括固定與活動(dòng)的壓緊板、壓緊螺栓。它用于將墊圈壓緊，產(chǎn)生足夠密封力，使得熱交換器在工作時(shí)不發(fā)生泄漏，通過旋緊螺栓來產(chǎn)生壓緊力。對(duì)于大型板式熱交換器，其密封壓緊力甚至超過98×104 N，所以要有堅(jiān)固的框架。在制造成本中，壓緊裝置占了一個(gè)相當(dāng)大的比例。因此，應(yīng)當(dāng)注意板片尺寸和負(fù)荷的關(guān)系，如果條件許可，宜采用數(shù)量較多的小尺寸的板片，而使壓緊裝置費(fèi)用相對(duì)降低。

板式熱交換器所存在的主要問題是它的操作壓力和溫度的提高受到結(jié)構(gòu)的限制。國內(nèi)一般的板式熱交換器只能用于0.6 MPa以下的壓力和120～150℃的溫度。目前在國內(nèi)，經(jīng)過板片型式和框架結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，采用新型的密封墊片和板片材抖，耐壓和耐溫均已有相當(dāng)大的提高。現(xiàn)在國內(nèi)生產(chǎn)的板式熱交換器的最da單片面積達(dá)到2.0，最gao工作壓力1.6MPa，最gao工作溫度200℃。對(duì)于許多工業(yè)的熱工過程，尤其是流體有腐蝕性而必須使用貴重金屬材料制造時(shí)，在壓力1.5MPa和溫度150℃以下的條件下，存在板式熱交換器逐漸取代管殼式的趨勢(shì)。至于板式熱交換器由于流道狹窄和角孔的限制而難以實(shí)現(xiàn)大流量運(yùn)行的問題，由于近年來大型板式熱交換器的出現(xiàn)和采用多段并聯(lián)操作的方法使得它已不成為主要的問題。

目前世界上可拆式板式熱交換器所達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)如下：

為了解決可拆式板式熱交換器的耐溫耐壓偏低問題，全焊式、半焊式的板式熱交換器已經(jīng)出現(xiàn)，使應(yīng)用的范圍大大擴(kuò)展。其結(jié)構(gòu)與常用的可拆式基本相同或?yàn)榘鍤ば问健?