板式换热器综述报告院系：机械工程学院姓名: xxxxx xxxxxxxxxxx班级：过控103班日期：2012年12月28日前言用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定工艺要求的装置统称为换热 器。随着生产和科学技术的发展，化工、动力机械、原子能工业，特别是汽车、 火车、航空等工业部门迫切要求高效、轻巧而又紧凑的换热设备,这就促使新结构 形式的热交换设备的出现和不断发展。板式换热器就是在这种形式下发展起来的 新产品。国内外板式换热器的发展是欧美发达国家于20世纪80年代起开始竞相开发、 研制各种型式的板式换热器.其中具有代表性的为法国Packinox公司，该 公司于20世纪80年代首次在催化重整装置中用一台大型板式换热器替代传统的 管壳式换热器组.20世纪90年代末期，Packinox公司又将大型板式换热器 用于加氢装置。该公司的产品得到U OP（美国联合油）的认证，其产品主要用于 的催化重整、芳烃及加氢装置。而板式换热器在中国的起步比较晚.1999年兰州石 油机械研究所研制成功大型板式换热器,该产品（专利号：ZL98249056。9）具有国 际先进水平、首创独特结构的全焊式板式换热器，并已在炼油厂重整装置，化肥 厂水解解吸装置及集中供热换热站等场合得到应用。近年来，随着我国石化、钢铁等行业的快速发展，换热器的需求水平大幅上 涨，但国内企业的供给能力有限，导致换热器行业呈现供不应求的市场状态，巨 大的供给缺口需要进口来弥补。同时，我国出口的换热器均价平均不到进口均价的一半.可以想见，我国出口 的产品多是附加值低的中、低端产品，而进口的产品多是附加值高的高端产品。 这充分说明我国对高端换热器产品需求旺盛但供给不足的市场现状。作为一个高效紧凑式换热器，在加热、冷却、冷凝、蒸发和热回收过程中，除 了高温、高压和特殊介质条件外，板式换热器均已替代管壳式换热器。经试验证 明在板式换热器适用范围内，绝大多数工况时，用不锈钢板式换热器比一般碳钢换 热器投资低，而且可以预见板式换热器与管壳式换热器的竞争会更加激烈。随着科技的进步，板式换热器也有了飞速发展.自进入21世纪以来，常规对 称形、非对称形，高NTU型（浅密波纹型）、免粘型、板式蒸发器、板式冷凝器等 国外已有的可拆卸板式换热器均已实现国产化，并成功应用于不同领域.可拆式板式换热器已成为板式换热器的潮流，他将朝着大规格、多品种、系列化、高性能、高可靠性、低成本以及生产企业的专业化、规模化发展。未来,随着 国内市场的需求和国内经济发展所带来的良好机遇 ,以及进口产品巨大的可转化 性共同预示着我国板式换热器行业良好的发展前景.目前燃料的能量只有约35%被发电机组转化为电能，约有30随废气排出， 25被发电机冷却水带走，通过机身散发等其它损失约占10左右，废气和换热 器损失的功率比有用功还多。在我国，目前占燃气发动机燃料近55热值的废气和冷却水余热资源基本上 被白白浪费掉，发动机余热利用技术的开发和应用尚处于起步阶段，市场前景广 阔。在西方国家,发动机余热80以上被利用。随着人民生活质量提高，制冷和采暖越来越普及，能源消耗越来越大，同时 发动机余热资源目前没有得到综合利用，燃油、燃气及电热锅炉和中央空调在广 泛使用，消耗了大量能源。随着能源供应日益紧张,节能、降耗、提高能源利用率, 越来越引起人们重视,余热利用热电联供已经被列入国家“十五”规划节能重点投 资领域。发动机余热的利用是必然趋势.凡是需要热能并且已有机组或燃气资源丰富的地方都可以推广应用 ,如办公 大楼、宾馆、商场的热电联供制冷、供热系统、联合站原油加热、钻井队取暖、 加热设备、利用废弃余热的系统相比燃油、燃气、电热锅炉好中央空调有以下优 势：可以显著降低运营费用,经济效率可观，为用户提供双电源供电系统，充分利 用油田天然气资源丰富的优势。发动机的废气余热利用在我国还是一个新兴的科技领域，是发展的必然趋势， 我们还要不断学习国外在这方面的先进技术，提高水平，多与广大用户交流和学 习，提高余热利用效率,扩大应用范围，以使其扩展到更宽的领域。板式换热器可以有效的利用废气余热，以达到节能的作用.通过对板式换热器 进行合理的参数选择和结构设计：总管数、程数、管程总体阻力校核；壳体直径； 结构设计包括流体壁厚；主要进出口管径的确定包括：冷热流体的进出口管、传 热计算和压降计算、流动阻力计算;设计计算和校核计算。使其能够最大效率的利 用废气的热量，使其热量转化成动力得以输出。一、板式换热器的简介板式换热器由多片通道板、一片盲板、一片端板和端封及通道密封组成。换 热器的两端分别是盲板和端板，中间部分则全是通道板,密封分别夹在通道板及端 板之间，使之形成了许多隔开的容腔，通道板的四角开有圆孔.允许加热介质和被 加热介质在此流过,由于板片是具有特定形状，周边及孔的周围压有密封垫片槽, 所以一种介质只能留到隔一个容腔中,而不会留到相邻的容腔中，这样就使加热介 质和被加热介质充分接触,从而达到换热目的。传热部分的人字形波纹板、水平平 直波纹板或瘤形板片交成网状，并形成众多触点。几何形状复杂的板间流道断面 使得其具有较高的传热系数，这是因为介质经过时，流动方向和流动速度在不断 变化，流速最低时还会产生湍流，强化了传热效果。1板式换热器的特点（板式换热器与管壳式换热器的比较）a传热系数高由于不同的波纹板相互倒置，构成复杂的流道，使流体在波纹 板间流道内呈旋转三维流动，能在较低的雷诺数（一般Re=50200）下产生紊流， 所以传热系数高,一般认为是管壳式的35倍。b对数平均温差大，末端温差小 在管壳式换热器中，两种流体分别在管程和 壳程内流动，总体上是错流流动，对数平均温差修正系数小，而板式换热器多是 并流或逆流流动方式,其修正系数也通常在0。95左右，此外，冷、热流体在板式 换热器内的流动平行于换热面、无旁流，因此使得板式换热器的末端温差小，对 水换热可低于lc,而管壳式换热器一般为51。c。占地面积小 板式换热器结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式的25 倍,也不像管壳式那样要预留抽出管束的检修场所,因此实现同样的换热量,板 式换热器占地面积约为管壳式换热器的1/51/10.d。容易改变换热面积或流程组合，只要增加或减少几张板，即可达到增加或 减少换热面积的目的;改变板片排列或更换几张板片,即可达到所要求的流程组合 适应新的换热工况，而管壳式换热器的传热面积几乎不可能增加。e。重量轻板式换热器的板片厚度仅为040.8mm,而管壳式换热器的换热管 的厚度为2.02.5mm,管壳式的壳体比板式换热器的框架重得多，板式换热器一般 只有管壳式重量的1/5左右。f。价格低采用相同材料，在相同换热面积下，板式换热器价格比管壳式约低 40%60%。g。制作方便 板式换热器的传热板是采用冲压加工，标准化程度高,并可大批 生产,管壳式换热器一般采用手工制作.h。容易清洗框架式板式换热器只要松动压紧螺栓，即可松开板束，卸下板 片进行机械清洗,这对需要经常清洗设备的换热过程十分方便。i。热损失小 板式换热器只有传热板的外壳板暴露在大气中，因此散热损失 可以忽略不计,也不需要保温措施。而管壳式换热器热损失大，需要隔热层。j。容量较小 是管壳式换热器的10%20。k。单位长度的压力损失大 由于传热面之间的间隙较小，传热面上有凹凸， 因此比传统的光滑管的压力损失大。l。不易结垢 由于内部充分湍动，所以不易结垢,其结垢系数仅为管壳式换 热器的1/31/10.m。工作压力不宜过大，介质温度不宜过高，有可能泄露 板式换热器采用密 封垫密封，工作压力一般不宜超过2。5MPa,介质温度应在低于250C以下，否则 有可能泄露。n。易堵塞由于板片间通道很窄，一般只有25mm，当换热介质含有较大颗 粒或纤维物质时，容易堵塞板间通道。2板式换热器选型时应注意的问题2.1 板型选择 板片型式或波纹式应根据换热场合的实际需要而定。对流量大允许压降小的 情况，应选用阻力小的板型，反之选用阻力大的板型。根据流体压力和温度的情 况，确定选择可拆卸式,还是钎焊式.确定板型时不宜选择单板面积太小的板片,以 免板片数量过多，板间流速偏小，传热系数过低,对较大的换热器更应注意这个问 题。2。2 流程和流道的选择 流程指板式换热器内一种介质同一流动方向的一组并联流道 ,而流道指板式 换热器内,相邻两板片组成的介质流动通道.一般情况下,将若干个流道按并联或 串联的费那个是连接起来,以形成冷、热介质通道的不同组合。流程组合形式应根据换热和流体阻力计算，在满足工艺条件要求下确定。尽 量使冷、热水流道内的对流换热系数相等或接近,从而得到最佳的传热效果.因为 在传热表面两侧对流换热系数相等或接近时传热系数获得较大值。虽然板式换热 器各板间流速不等，但在换热和流体阻力计算时，仍以平均流速进行计算.由于“U” 形单流程的接管都固定在压紧板上，拆装方便。2。3 压降校核 在板式换热器的设计选型使，一般对压降有一定的要求，所以应对其进行校 核。如果校核压降超过允许压降，需重新进行设计选型计算，直到满足工艺要求 为止。二、板式换热器的研究板式换热器(PHE)是一种高效、紧凑的换热设备。由于在许多方面优于管壳式 换热器,所以，尽管只有百余年的历史，但发展迅速，应用领域遍及国民经济各部 门.板式换热器分为可拆卸式和焊接式两大类。80年代以来，品种规格、密封结构、 设计与制造技术等方面均有了突破性进展，发展方向趋于大参数、多品种、高性 能。其中，包括耐温、耐压、耐腐蚀及其它特种PHE。1可拆卸板式换热器板片种类繁多，但仍以人字形波纹板片为主。瑞典ALFALAVAL、英国APV、 德国GEA和W.Schmid t、法国VICARB、日本HISAKA(日阪制作所)以及美国Tran ter 等公司的产品技术先进,较有特色。1。1”热混合设计的板式换热器传热单元数NTU (或是表征板片和流道特性的系数.同一几何尺寸和波纹结构 的板片NTU相同，只能组成单一特性的流道，不能满足实际工况中非对称流体传 热的需要，故在PHE设计选型时，往往存在2种情况：冷、热流道内的流速差 别较大，低流速侧压力降过小，常需串连，导致换热面积过大,即压力降控制设 计。满足两侧压力降要求时，换热面积太小，传热量不够，即热控制设计”。 1983年,ALFALAVAL应用热混合设计原理，以高、低2种NTU值的板片组成高、 中、低3种NTU值的流道，分别与冷、热流体的需要”精确匹配”，可使PHE的性 能和面积最佳化，较成功地解决了这些问题，被认为是PHE设计应用的一项重大 突破。在充分利用允许压力降的情况下，热混合设计的换热面积有时可比传统 的PHE减少25%30%，现已普遍推广。1。2非对称流道板式换热器这种产品的基本原理仍为热混合.主要特点是：冷、热流道的几何形状和 (或)截面面积不同冷、热流体的流量比最大可到23,而常规的PHE仅0。7 1.5。(1) 非对称板式换热器在同一块板片上，具有不同夹角的人字形波纹，可组成 6种不同特性的流道，比”热混合” PHE增加1倍，换热面积可减少16%20%，费 用降低10%20%，板片和模具的数量也大大减少。1985年，瑞典Rehea t公司首 创该产品，并且誉为第二代PHE。Tran ter和德国的Fischer公司等均有这种产品.(2) 不等流量液体板式换热器ALFALAVAL生产1种冷、热流体接管直径不同， 板片导流区结构特殊的PHE,即使对最宽的板片也能保证流体均匀分布，压力降小， 传热性能好，可以用于冷、热流体流量比为3的工况。(3) 板管式换热器ALFALAVAL公司的Flow-Flex产