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  • 板式换热器效能提高的设计方法

一  优化设计方向

近年来,板式换热器技术日益成熟,其传热效率高,体积小,重量轻,污垢系数低,拆卸方便,板片品种多,适用范围广,在供热行业得到了广泛应用。板式换热器按组装方式分为可拆式、焊接式、钎焊式、板壳式等。由于可拆式板式换热器便于拆卸清洗,增减换热器面积灵活,在供热工程中使用较多。可拆式板式换热器受橡胶密封垫耐热温度的限制,适用于水一水传热。本文对提高可拆式板式换热器效能的优化设计进行研究。

提高板式换热器的效能是一个综合经济效益问题,应通过技术经济比较后确定。提高换热器的传热效率和降低换热器的阻力应同时考虑,而且应合理选用板片材质和橡胶密封垫材质及安装方法,保证设备安全运行,延长设备使用寿命。

二  优化设计方法

2.1 提高传热效率

板式换热器是问壁传热式换热器,冷热流体通过换热器板片传热,流体与板片直接接触,传热方式为热传导和对流传热。提高板式换热器传热效率的关键是提高传热系数和对数平均温差。

① 提高换热器传热系数只有同时提高板片冷热两侧的表面传热系数,减小污垢层热阻,选用热导率高的板片,减小板片的厚度,才能有效提高换热器的传热系数。

a.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。

b.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1 mm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。如果水中有黏性杂物,应采用专用过滤器进行处理。选用药剂时,宜选择无黏性的药剂。

c.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14.4 W/(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。

d.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,板片角孑L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2.5 MPa。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/(m ·K),非对称型约增加500 W/(m ·K)¨ 。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。

② 提高对数平均温差

板式换热器流型有逆流、顺流和混合流型(既有逆流又有顺流)。在相同工况下,逆流时对数平均温差最大,顺流时最小,混合流型介于二者之问。提高换热器对数平均温差的方法为尽可能采用逆流或接近逆流的混合流型,尽可能提高热侧流体的温度,降低冷侧流体的温度。

③ 进出口管位置的确定

对于单流程布置的板式换热器,为检修方便,流体进出口管应尽可能布置在换热器固定端板一侧。介质的温差越大,流体的自然对流越强,形成的滞留带的影响越明显,因此介质进出口位置应按热流体上进下出,冷流体下进上出布

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