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摘 要：在换热设备中，板式换热器是传热系数比较高的一种，且具有高效、紧凑、容易拆洗等优点。但同时也具有一些缺陷，如流动阻力比较大、压力承受能力不足等。因此，让换热性能更好的与流动阻力相互匹配也就成了板式换热器一直以来需要研究改进的重点。然而，由于板式换热器流道形状比较复杂，叠放的方式有很多种，一直以来对其优化和改进的研究都没有突破性的进展。本文通过对板式换热器的传热与流动进行分析，为板式换热器的改进和优化提供一些建议，使板式换热器的换热特性与流动阻力能够获得更好的匹配。
关键词：板式换热器 传热 流动阻力
板式换热器是用压制有波纹的薄金属换热板片叠装而成的一种换热设备，由于其高效、紧凑、传热性能高等特点，近几年在石化行业被广泛利用。板式换热器虽然具有结构紧凑、传热系数高、易拆洗等优点，但其是通过板片进行热量交换，而各板片之间形成的小流通断面流道又相当多，因此流动阻力也较大。在各方面条件相同的情况下，板式换热器的传热系数是其他换热器传热系数的2倍左右。长期以来，为了解决板式换热器流动阻力大的缺点，对其复杂的流道形状和花样繁多的叠放方式不断进行研究和改进，但一直没有突破性的进展。本文通过对板式换热器的传热与流动的优缺点的进行分析，为板式换热器的改进和优化提供一些建议，使板式换热器的换热特性与流动阻力能够获得更好的匹配。
1.板式换热器的构造、工作原理以及特点
板式换热器结构非常紧凑，是由一组平行、具有波纹表面的薄金属板相叠而成。两侧的流道内流动着冷、热流体，那些传热板片能够起到换热的作用。此外，除了金属板片，板式换热器的结构中还有密封垫圈、压紧装置等附属构件。密封垫圈的主要作用是防止流体的外漏以及两流体之间的内漏，然而，在换热器运行中产生的压力、温度以及工作流体的腐蚀都会对密封垫圈造成损害，所以，密封垫圈的性能直接影响着板式换热器使用寿命；压紧装置由两部分组成，即压紧板和压紧螺栓，压紧装置能够将密封垫圈压紧，从而使其的密封力增加，保证不会出现泄漏。
在板式换热器的结构中，换热元件有多种，但以金属波纹板片最为重要。板片波纹呈水平平直、斜形以及人字形等不同的几何形状；板间流体的流动形貌包括管状、网状、带状等流动。其中，人字形波纹板片和水平平直波纹板片是目前使用比较广泛的波纹板片。波纹板片的性能主要由传热效率、流体的阻力以及压力承受能力来衡量。相对来说，人字形波纹板片由于其板间流道截面变化多端，比较复杂，容易出现湍流，流體在湍流的情况下就会消耗更多的能量，因此，人字形波纹板片的传热效率比较高，且流动阻力大、承压能力也比较好；而水平平直波纹板片的流道变化则比较规则，没有那么复杂，因此这些性能也相对比较低一些。总的来说，在目前常用的板式换热器使用的板片中来说，人字形波纹板片的性能是相对比较好的。
2.板式换热器的优点
与目前其他常用的换热器类型相比，板式换热器具有较多的优点，包括：
①板式换热器的传热板间隔比较狭窄，冷热流体在内流动不会有短路的现象发生，所有的压力损失都会作用在有效流动上，这样一来，在同样的压差下，板式换热器的传热效率就会比管壳式的高出，通过有关数据显示，一般情况下板式换热器的传热效率是管壳式的2-4倍；
②板式换热器能够将逆流换热较好的实现，因此其有效传热温差就比较大；
③板式换热器由于其紧凑的机构，占地面积非常小，通常情况下并不需额外专用的场地；
④板式换热器的传热板片可以随增随减，因此，能够对运行过程中的热负荷变化需要灵活适应；
⑤在同样的热荷载与材质的情况下，板式换热器价格相对低廉；
⑥板式换热器能够实现同一个换热器完成两种或以上流体之间的换热，而且非常方便；
⑦板式换热器的传热板片是由金属薄板冷压制成，制作方式简单，不需要焊接等工序，这也拓宽了其材质的选择；
⑧板式换热器的传热板片非常薄，大约为0.5-1.2毫米，重量也因此而非常轻，这是其他换热器所不能比拟的；
⑨板式换热器由于其传热系数高，能够选择比较低的传热温差，非常适合低位能热量回收，其热回收率能达到90%，这也是其他类型的换热器所必能媲美的；
⑩狭窄的流动通道使得介质的滞留量非常小，能够在热敏性物料传热中很好的使用，同时在要求温度响应较快的系统中也非常适合应用；
3.板式换热器存在的缺点
①增大传热系数K能够让传热效果增加，但同时也会让流动阻力随着增加，这也会让运行的费用跟着增加，选择传热系数还是选择压降，这一直都是一个争议比较大的问题。根据用户的反应情况发现，板式换热器的实际出力与设计值有较大的差距。一开始，板式换热器能够对设计要求的供热品质进行保证，但在使用后期就会由于污垢的出现而不能对设计要求的二次热水参数进行保证，这与其实际运行条件、工程设计条件以及产品实验条件之间存在的差异喉管，同时也受到了设备选型中计算数据取值不当的影响；
②承温承压性能一直都是板式换热器存在的一个很重要的缺点，直接影响着其应用范围的扩大，继续研发出耐温、耐压、可长期使用的密封垫片；
③由于工作的压力，不能准确计算满足强度要求的板材强度，节省材料消耗研究需要加大；
④目前我国板式换热器规格没有形成统一的标准；
⑤其他，冷凝型板式换热器技以及适用于恶劣环境板式换热器还不够成熟，。
4.结语
总体来说，在板式换热器的制造技术以及应用方面，我国与国外的差距还是比较大，目前国内开发的板片波纹形式只有水平波纹、人字形波纹以及斜波纹三种，而且规格也比较少，需要对板片结构的研究与开发进行加强。此外。本文特别强调，板式换热器在强化传热时的流体阻力比相同雷诺数下管交式换热器的流体阻力高出许多，大约在10-20倍之间，有的甚至高达四百多倍。从而，板型的合理选择，能够让泵功率最大经济的利用，这也是板式换热器将来优化和改进的重要研究课题。
参考文献
[1]陶文锉.数值传热学【第二版】.西安：西安交通大学出版社.2001
[2]朱曾用，板式换热器的国内外概况：动态，进展与展望，制冷.2006，（3）.-34-38
[3]反式换热器在集中供热系统中的应用问题，安英华，区域供热.2003，（3）.-29-31
关键词：板式换热器 传热 流动阻力
板式换热器是用压制有波纹的薄金属换热板片叠装而成的一种换热设备，由于其高效、紧凑、传热性能高等特点，近几年在石化行业被广泛利用。板式换热器虽然具有结构紧凑、传热系数高、易拆洗等优点，但其是通过板片进行热量交换，而各板片之间形成的小流通断面流道又相当多，因此流动阻力也较大。在各方面条件相同的情况下，板式换热器的传热系数是其他换热器传热系数的2倍左右。长期以来，为了解决板式换热器流动阻力大的缺点，对其复杂的流道形状和花样繁多的叠放方式不断进行研究和改进，但一直没有突破性的进展。本文通过对板式换热器的传热与流动的优缺点的进行分析，为板式换热器的改进和优化提供一些建议，使板式换热器的换热特性与流动阻力能够获得更好的匹配。
1.板式换热器的构造、工作原理以及特点
板式换热器结构非常紧凑，是由一组平行、具有波纹表面的薄金属板相叠而成。两侧的流道内流动着冷、热流体，那些传热板片能够起到换热的作用。此外，除了金属板片，板式换热器的结构中还有密封垫圈、压紧装置等附属构件。密封垫圈的主要作用是防止流体的外漏以及两流体之间的内漏，然而，在换热器运行中产生的压力、温度以及工作流体的腐蚀都会对密封垫圈造成损害，所以，密封垫圈的性能直接影响着板式换热器使用寿命；压紧装置由两部分组成，即压紧板和压紧螺栓，压紧装置能够将密封垫圈压紧，从而使其的密封力增加，保证不会出现泄漏。
在板式换热器的结构中，换热元件有多种，但以金属波纹板片最为重要。板片波纹呈水平平直、斜形以及人字形等不同的几何形状；板间流体的流动形貌包括管状、网状、带状等流动。其中，人字形波纹板片和水平平直波纹板片是目前使用比较广泛的波纹板片。波纹板片的性能主要由传热效率、流体的阻力以及压力承受能力来衡量。相对来说，人字形波纹板片由于其板间流道截面变化多端，比较复杂，容易出现湍流，流體在湍流的情况下就会消耗更多的能量，因此，人字形波纹板片的传热效率比较高，且流动阻力大、承压能力也比较好；而水平平直波纹板片的流道变化则比较规则，没有那么复杂，因此这些性能也相对比较低一些。总的来说，在目前常用的板式换热器使用的板片中来说，人字形波纹板片的性能是相对比较好的。
2.板式换热器的优点
与目前其他常用的换热器类型相比，板式换热器具有较多的优点，包括：
①板式换热器的传热板间隔比较狭窄，冷热流体在内流动不会有短路的现象发生，所有的压力损失都会作用在有效流动上，这样一来，在同样的压差下，板式换热器的传热效率就会比管壳式的高出，通过有关数据显示，一般情况下板式换热器的传热效率是管壳式的2-4倍；
②板式换热器能够将逆流换热较好的实现，因此其有效传热温差就比较大；
③板式换热器由于其紧凑的机构，占地面积非常小，通常情况下并不需额外专用的场地；
④板式换热器的传热板片可以随增随减，因此，能够对运行过程中的热负荷变化需要灵活适应；
⑤在同样的热荷载与材质的情况下，板式换热器价格相对低廉；
⑥板式换热器能够实现同一个换热器完成两种或以上流体之间的换热，而且非常方便；
⑦板式换热器的传热板片是由金属薄板冷压制成，制作方式简单，不需要焊接等工序，这也拓宽了其材质的选择；
⑧板式换热器的传热板片非常薄，大约为0.5-1.2毫米，重量也因此而非常轻，这是其他换热器所不能比拟的；
⑨板式换热器由于其传热系数高，能够选择比较低的传热温差，非常适合低位能热量回收，其热回收率能达到90%，这也是其他类型的换热器所必能媲美的；
⑩狭窄的流动通道使得介质的滞留量非常小，能够在热敏性物料传热中很好的使用，同时在要求温度响应较快的系统中也非常适合应用；
3.板式换热器存在的缺点
①增大传热系数K能够让传热效果增加，但同时也会让流动阻力随着增加，这也会让运行的费用跟着增加，选择传热系数还是选择压降，这一直都是一个争议比较大的问题。根据用户的反应情况发现，板式换热器的实际出力与设计值有较大的差距。一开始，板式换热器能够对设计要求的供热品质进行保证，但在使用后期就会由于污垢的出现而不能对设计要求的二次热水参数进行保证，这与其实际运行条件、工程设计条件以及产品实验条件之间存在的差异喉管，同时也受到了设备选型中计算数据取值不当的影响；
②承温承压性能一直都是板式换热器存在的一个很重要的缺点，直接影响着其应用范围的扩大，继续研发出耐温、耐压、可长期使用的密封垫片；
③由于工作的压力，不能准确计算满足强度要求的板材强度，节省材料消耗研究需要加大；
④目前我国板式换热器规格没有形成统一的标准；
⑤其他，冷凝型板式换热器技以及适用于恶劣环境板式换热器还不够成熟，。
4.结语
总体来说，在板式换热器的制造技术以及应用方面，我国与国外的差距还是比较大，目前国内开发的板片波纹形式只有水平波纹、人字形波纹以及斜波纹三种，而且规格也比较少，需要对板片结构的研究与开发进行加强。此外。本文特别强调，板式换热器在强化传热时的流体阻力比相同雷诺数下管交式换热器的流体阻力高出许多，大约在10-20倍之间，有的甚至高达四百多倍。从而，板型的合理选择，能够让泵功率最大经济的利用，这也是板式换热器将来优化和改进的重要研究课题。
参考文献
[1]陶文锉.数值传热学【第二版】.西安：西安交通大学出版社.2001
[2]朱曾用，板式换热器的国内外概况：动态，进展与展望，制冷.2006，（3）.-34-38
[3]反式换热器在集中供热系统中的应用问题，安英华，区域供热.2003，（3）.-29-31