板式换热器的原理、特点、结构以及其安装使用方法-电子发烧友网

本期，我们一起来学习了解下板式换热器的原理、特点、结构以及其安装使用方法。

板式换热器原理

板式换热器是由带一定波纹形状的金属板片叠装而成的新型高效换热器，构造包括垫片、压紧板（活动端板、固定端板）和框架（上、下导杆，前支柱）组成，板片之间由密封垫片进行密封并导流，分隔出冷/热两个流体通道，冷/热换热介质分别在各自通道流过，与相隔的板片进行热量交换，以达到用户所需温度。

每块板片四角都有开孔，组装成板束后形成流体的分配管和汇集管，冷/热介质热量交换后，从各自的汇集管回流后循环利用。

总结一句话：板式换热器是间壁式传热。

单流程结构：只有2块板片不传热－头尾板。

双流程结构：每一个流程有3块板片不传热。

板式换热器分类和结构

板式换热器是由许多波纹形的传热板片，按一定的间隔，通过橡胶垫片压紧组成的可拆卸的换热设备。

板式换热器分类：

一般情况下，我们主要根据结构来区分板式换热器，也就是根据外形来区分，可分为四大类：

①可拆卸板式换热器（又叫带密封垫片的板式换热器）

②焊接板式换热器

③螺旋板式换热器

④板卷式换热器（又叫蜂窝式换热器）

其中，焊接板式换热器又分为：半焊接板式换热器、全焊接板式换热器、板壳式换热器、钎焊板式换热器。

板式换热器特点：

（1）体积小，占地面积少；

（2）传热效率高；

（3）组装灵活；

（4）金属消耗量低；

（5）热损失小；

（6）拆卸、清洗、检修方便；

（7）板式换热器缺点是密封周边较长，容易泄漏，不能承受高压。

板式换热器有哪几部分组成？有什么作用？

板式换热器主要由传热板片、密封垫片、两端压板、夹紧螺栓、支架等组成。

各部件作用如下：

1、传热板片

传热板片是换热器主要起换热作用的元件，一般波纹做成人字形，按照流体介质的不同，传热板片的材质也不一样，大多采用不锈钢和钛材制作而成。

2、密封垫片

板式换热器的密封垫片主要是在换热板片之间起密封作用。材质有：丁腈橡胶，三元乙丙橡胶，氟橡胶等，根据不同介质采用不同橡胶。

3、两端压板

两端压板主要是夹紧压住所有的传热板片，保证流体介质不泄漏。

4、夹紧螺栓

夹紧螺栓主要是起紧固两端压板的作用。夹紧螺栓一般是双头螺纹，预紧螺栓时，使固定板片的力矩均匀。

5、挂架

主要是支承换热板片，使其拆卸、清洗、组装等方便。

如钎焊式板式换热器的结构构成：

⒈板式换热器板片和板式换热器密封垫片

⒉固定压紧板

⒊活动压紧板

⒋夹紧螺栓

⒌上导杆

⒍下导杆

⒎后立柱

由一组板片叠放成具有通道型式的板片包。两端分别配置带有接管的端底板。

整机由真空钎焊而成。相邻的通道分别流动两种介质。相邻通道之间的板片压制成波纹。型式，以强化两种介质的热交换。在制冷用钎焊式板式换热器中，水流道总是比制冷剂流道多一个。

图示为单边流，有些换热器做成对角流，即：Q1和Q3容纳一种介质，而Q2和Q4容纳另一种介质。

板式换热器的应用

板式换热器主要应用以下一些领域：

1.制冷：用作冷凝器和蒸发器。

2.暖通空调：配合锅炉使用的中间换热器、高层建筑中间换热器等。

3.化学工业：纯碱工业，合成氨，酒精发酵，树脂合成冷却等。

4.冶金工业：铝酸盐母液加热或冷却，炼钢工艺冷却等。

5. 机械工业：各种淬火液冷却，减速器润滑油冷却等。

6.电力工业：高压变压器油冷却，发电机轴承油冷却等。

7.造纸工业：漂白工艺热回收，加热洗浆液等。

8.纺织工业：粘胶丝碱水溶液冷却，沸腾硝化纤维冷却等。

9.食品工业：果汁灭菌冷却，动植物油加热冷却等。

10.油脂工艺：皂基常压干燥，加热或冷却各种工艺用液。

11.集中供热：热电厂废热区域供暖，加热洗澡用水。

12.其他：石油、医药、船舶、海水淡化、地热利用、太阳能利用。

具体我们可以这么归类：

可拆板式换热器应用领域：船舶海工、电力能源、石油化工、医药食品、机械设备、暖通区域；

钎焊板式换热器应用领域：制冷空调、热泵热水、冷冻冷藏、汽车、机械设备；

同轴套管式换热器应用领域：空调制冷、热泵热水；

高效罐式换热器应用领域：热泵热水；

板式换热器的优缺点

板式换热器的优点：

1、板式换热器传热系数高

波纹表面板片主要有三种。突起状板、渡纹板和人字型板，在供热领域人字型采用最多。在低流速即0.15～0.85m/s下就能激发湍流流动状态，而且在板片两侧传热系数很高，由数据表明，板式换热器传热系数是列管式的2～4倍，而此时压降相近。

2、板式换热器污垢热阻小

板式换热器的板材一般采用不锈钢板或钛板等合金钢板，一般板厚仪为0.8～0.9mm，由于板壁薄，使板壁的热阻减小。当然也跟板壁发生强烈的湍流有关，致使换热器表面污垢热阻小。据美国板式换热器制造协会（TEMA）标准规定t板式换热器污垢热阻，当用同样一种介质时，可按列管式换热器内污垢热阻l/5选取。另具一些文献介绍，板式换热器污垢热阻一般约为0.00012m·℃· htkcal。当设计时，介质是凝结水或蒸汽时，板式换热器污垢热阻为0.O0001m·℃·h/kcal，而列管式换热器污垢热阻则是0.0001，两者之倒是1：10。

3、板式换热器污垢较轻

这是因为板间具有较高的端流，致使污混杂物悬浮，这时板作为传热面很光滑，即便污垢沉积挂于板上，因无死角，板材表面不易腐蚀，这时湍流有助于自身洗涤，冲刷附着板上的污垢，起剥离作用。同时板间流动，空间小，使介质滞留量少，所以清洗起来简单方便。

4、板式体积小，因此向周围环境散失的热量也较少

据有关文献报导，一般只有列管热损失1/5左右。同时板式占地面积小，仅为列管式换热器的1/5～1/10，加上列管式换热器抽芯管检修、检查等，这个数就更小，重量轻，在带相同的热负荷时。板式重量只是列管式的1/4左右，这样相应地给检查清洗、保养都带来方便条件。

5、泄露时容易发现

在板式换热器发生泄漏对，板式换热器内的介质是泄漏在外表面，不是像列管换热器那样，发生于一次永与二次水互串，并在一般状况下不易发觉。

6、操作方便

板式换热器的起动和停止运行所需要的时间短，操作方便，受到操作管理人员的欢迎。

7、组装灵活

根据不同的负荷，可把一个流通的板片数和程数相结合起来，所以板式组装灵活。如果采用中间连接板或中间隔板，可一个台架上装几个换热器，运行不同的负荷，这样可以减少系统中管线、阀门配件等设备，对降低工程造价，减少占地面积都有益处。

板式换热器的缺点

1 ：工作压力在 2.5MPa以下

板式换热器是靠垫片进行密封的，密封的周边很长，而且角孔的两道密封处的支撑情况较差，垫片得不到足够的压紧力，所以目前板式换热器的最高工作压力仅为2.5MPa；单板面积在1㎡以上时，其工作压力往往低于2.5MPa。

2 ：工作温度在 250 ℃以下

板式换热器的工作温度决定于密封垫片能承受的温度。用橡胶类弹性垫片时，最高工作温度在 200 ℃以下；用压缩石棉绒垫片（Caf）时，最高工作温度为250- 260 ℃。

3 ：不适用于易堵塞通道的介质的换热

板式换热器的板间通道很窄，一般为 3-5mm，当换热介质中含有较大的固体颗粒或纤维物质，就容易堵塞板间通道。对这种换热场合，应考虑在入口安装过滤装置，或采用再生冷却系统。

板式换热器的安装维护

换热器接管的颠倒放置

换热器的安装姿势

应垂直安装。

不要采用水平放置形式。

只有在全面试验并作出评估以后才能如下图示方法安装。

侧边朝下（图1）的放置稍好一些，估计用作蒸发器时容量会减少25%，

冷凝器不清楚，但肯定会减低。

倾斜5 ~10°的BPHE可以把容量减少降低到能够接受的程度（图2）。

冷凝器的放置方式必须使制冷剂从下面两个接管出入，防止液阻塞（图2）。

蒸发器应将制冷剂接管在上，防止汽阻塞（图3）。

换热器的安装和水侧管路布置

不要让震动和管道的热膨胀波及到换热器。可采取：

—在BPHE和支架之间加橡胶垫。

—压缩机采用减振器。

—直管段较长时，采用波纹管或其它吸振装置。

如果水路从上部接管接入并且压力降较小，低于相应的静压差，那么，水就不会充满BPHE。换热器的上部形成空气腔并阻塞部分传热面。

一个高于进口接管的回弯可以使水充满BPHE（图示）。

换热器的管路焊接

用溶剂对焊接表面清洗并去除油污。为避免氧化并冷却BPHE，将氮气吹过被焊接的管路。水侧管路通水并保持流动。焊接开始前就通水并持续到可以手摸BPHE为止。也可以在接管根部缠绕湿布或不断用水冲刷焊件。

焊料至少含银45%，钎焊应在低于650 ℃下进行。任何情况下焊件都不应超过800 ℃。

TIG（钨极惰性气体保护电弧焊）焊接和保护气是放热量最少的焊接法，应尽量采用。

在管口压降较大时，换热器的不均匀分布

钎焊换热器排汽和排水（某些流程须配置一些附加接管）

钎焊换热器用于冷凝器/冷凝液液位（高度）控制的危险

避免在一台冷凝器内使冷凝液进一步过冷，由于K冷凝远大于K过冷，过冷面积和冷凝面积的转换会引起大的容量变化，结果可能是控制问题并产生震荡。除此以外惰性气体还会在冷凝器内被有效分离，并浮在其上部。

冷凝器其他方面

冷凝器的压力降

制冷剂通常在强制压力下运行，该压力使足够的压力降可资利用。

大温差（小流量）下的允许压力降比小温差（大流量）下的允许压力降高，但温差不应小于1～2℃。

管口的压力降应小于20%的总压力降，否则从第一个到最后一个通道会发生分配不均。

冷凝器的冷凝压力

应保持尽可能低的设计冷凝压力，降低冷凝压力意味着给定制冷量下，减少压缩机的耗能，或压缩机耗能一定时，增加制冷量。冷凝温度与入口水温之差控制在5～10℃最为合适。

压缩机运行过程中，应保持压力不变，当冷却水温降低时，冷凝压力至少不应降低到限定值，如降低过多，热力膨胀阀就不能有足够的压差给出所要求的容量。

水流方向

由于冷凝器循环的负荷（冷凝量）大于蒸发器循环的负荷（制冷量），所以最好让冷凝器循环呈逆流（热泵循环），蒸发器循环呈顺流（制冷循环）。

压力降

从经济观点出发，可把压力降调整到一个合理的值，压力降小于0.2～0.3MPa时，在钎焊换热器内不会有侵蚀的危险。流量和压力降必须同时计算，以便求出最佳值。壳管式或套管式换热器利于在大流量，低压力降下工作，而钎焊换热器则相反。

最佳流量一般是使每米流道长的压力降大于0.04MPa，且管口压力降约小于30%的总压力降。

冷凝器故障诊断

容量不足

查验流量，温度和压力降等参数。判断什么现象引起压力降异常。

检查水流动受阻，来自储液器的满溢，以及异常声音等，检查冷凝器外表面的温度变化。大温差有可能是惰性气体阻塞，或水侧阻塞，要不然是制冷剂流动受阻，若不是纯水，检查冷却流体。若是乙二醇水溶液或类似物，可校核其浓度和/或粘度。浓度太高会削弱传热。

检查冷凝器液体侧中污垢情况和制冷剂侧中润滑油情况，蒸发器和压缩机是否匹配。检查压缩机。在额定压力下压缩机是否排出足够的制冷剂到冷凝器。若排出的比吸入的多，多出的制冷剂不能在冷凝器内冷凝，使容量降低。是否由于压缩机磨损造成制冷剂的内部泄漏？转速和电流消耗是否与其容量相一致？

容量低，但冷凝液的过冷度又太大，这意味着冷凝液液位过高，阻塞了冷凝器用于冷凝的加热表面。此现象可能是系统中的制冷剂充灌量太多。

不稳定性

储液器压力控制阀与冷凝器之间距离大，意味着冷凝液在其液位升高以前不得不充满冷凝液管，即响应时间长，与此相反，当冷凝器排液时，响应时间短。

检查各种阀门的力学性能。尤其是膨胀阀，水中的杂质或因磨损而产生的金属碎屑，很容易阻塞流动并损坏阀门。如果流量减少是由堵塞所造成，其容量同样要降低。这种被堵塞的阀门会通过其不规则的控制运作和/或异常声音显露出来。

钎焊换热器用于蒸发器

沸腾放热系数

对于与油互溶的制冷剂，如R22，油会影响沸腾放热系数，在R22中油的浓度在3～5%范围内，沸腾放热系数随油浓度的增加而增大，超过5%时，沸腾放热系数又降低。这种影响可用制冷剂-油混合物的表面张力降低，使更多的汽化核心起作用来加以解释。油浓度高时制冷剂中油的影响可以忽略，此时混合物粘度加大将起主导作用。

遗憾的是：预测沸腾放热系数是很困难的（＞9%的误差）。

幸运的是：上述的机理在工业，尤其在制冷蒸发器中起着次要作用。

在圆形流道中垂直，向上的两相流流态图

直接膨胀式蒸发器

制冷剂流入蒸发器进口处已部分汽化，一般对R22入口蒸汽干度约为25%，制冷剂是饱和状态，当液体在蒸发器中上升时，压力降低（压力降和静压的原因）。温度将由进口处降至制冷剂都蒸发的状态点。蒸汽将开始过热。过热度是变化的，对R22一般是5℃。

蒸汽过热能保护压机免受液滴（5%的不可压缩油滴不会导致液击）蒸发引起的冲击。并能避免液滴冲走压机中的油。

按照对液击敏感高低程度，分压机类型由高到低依此是：开启活塞式压机，螺杆式压机，对液击最不敏感的是透平压机和涡旋式压机。

过热度5 ℃可将R22（饱和温度0 ℃）含有1.8%的液滴蒸发为100%的饱和蒸汽（0℃）。

热力膨胀阀的选择和安装

膨胀阀和蒸发器必须有相同的名义换热量和过热度。

两只表面上相同，而效应不同的阀门，应选择斜率小的（如图示）。

万一有可能发生不稳定的系统，蒸发器应该设计成其过热度大于5℃的名义过热度。由于正常设计预量和垢阻，实际设计应该如此。这会增大斜率，但是容量有一定损失。

选择最大容量小于蒸发器零过热度容量的阀门，如果震荡发生，也不会有未蒸发的制冷剂进入压缩机的危险。

在换热器中，由于管口速度低，危险在于：通过膨胀阀的气态和液态制冷剂，可能分离而进入不同的流道。另一方面，如果管口流速过大，导致管口压降相对于流道压降要大，这将导致制冷剂分液不均。

以下的各种改善分液不均的方案都有缺陷，正确安装的膨胀阀是使其进口管径尽可能的小（如加装一个带有预混器的接管）。特别对低温制冷，钦宝的分配器是很有效的。其缺点是它很难应用于可逆的系统，即当用作冷凝器时，膨胀阀也应比通常情况稍大。

感温包禁止安装在管道底部，防止油的干扰。

制冷剂会从膨胀阀的填料盒泄露出来，因此液态制冷剂会和蒸汽一起进入压缩机。一般说明书说明，感温包应安装在压力表的上游，以免读数错误，但这意味着进入压缩机的过热度不正确。因此，如果蒸发器和压缩机之间有足够的距离，感温包要放在压力表下游 400～600mm外，液态制冷剂可充分蒸发。感温包将可测到正确的过热度。传压管必须安装在感温包的下游。

感温包和传压管必须安装在水平弯头之后的一段水平管路上，弯头充作汽液分离器，排除液态制冷剂和油对测量的干扰。

膨胀阀到蒸发器的管路应平直，并且与阀门出口管径相同。

如果压缩机与感温包和传压管之间距离太短，由于膨胀阀没有时间对负荷作出响应，液态制冷剂有可能进入压缩机。电磁阀应该尽可能近地安装于膨胀阀前面。

蒸发器故障诊断

震荡（无论多么谨慎，震荡都将发生）

改变静过热度。将感温包安装离蒸发器远些。震荡是否仅在低容量下发生？具有非常低的流道流量的蒸发器，有时工作不稳定。冷凝器或储液器流量是否恒定？其特性参数是否恒定？是否有热气旁通控制或冻结保护，它们是否是震荡的来源？

尽量提高蒸发器中两种介质的温差，使膨胀阀曲线移到其斜率小于蒸发器曲线斜率的区域，提供了可允许的误差。检查系统的制冷剂充满度。如不足，储液器将跑干，膨胀阀制冷剂流量不规律，这样给蒸发器稳定性和容量带来影响。

容量不足

查验流量，温度和压力降等参数。压力降是否暗示某些不正常？水流动受阻或油过多。在不同位置交换使用温度计。小温差很容易被不正确的温度计所掩盖。检查蒸发器外表面的温度变化。大温差有可能是水侧或制冷剂侧分液不均。通过温度和流量的各种组合，双检传热。

检查加热流体。若是乙二醇水溶液或类似物，可校核其浓度和/或粘度。浓度太高会削弱传热，太低容易冻结。检查冰的形成。冰将损害传热，实际出口温度将升高。检查蒸发器液体侧中污垢情况和制冷剂侧中油垢情况。

冷凝器和压缩机是否匹配，制冷剂中是否有水。在膨胀阀处水将变成冰，从而阻塞制冷剂流动。检查冷凝器压力。如果压力太低，没有足够的压力驱动制冷剂流过膨胀阀。

不稳定因素。它将导致容量降低。检查过热度，如果大于设计值，说明蒸发器应能蒸发比实际更多的制冷剂，即增大容量。可能由于太小的阀门，管道阻碍物，过滤器过脏，结冰，储液器跑干等等。由此蒸发器不能蒸发超过其进入量更多的制冷剂，并且进入量太少，致使容量太低。如果针对已被调好过热度，膨胀阀不能给予所需的容量，且静装配过热度设置小，系统将不可能提供更多制冷剂。

将感温包卸下，让其加热。感温包温度升高迫使膨胀阀达到最大容量值，看看容量增加了吗？制冷剂不断从有故障的热气旁通阀漏出。于是，降低了容量。检查膨胀阀的进口温度。如果具有相当高的过冷度，如装有回热器，相比于在冷凝压力下进入膨胀阀，有较少的液体蒸发。较低蒸汽干度降低传热系数。因此容量减少。

制冷剂侧的污垢

产生原因

油（在传热面上产生绝热的油膜）。

油分解的产物（在压缩机中被加热到超过油的分解温度）。

磨损和破裂（压缩机的磨损，对传热不一定有害）。

水（油和水以及油的分解物会形成污垢）

清洗和预防

通常不对制冷剂侧进行清洗，除非系统被完全堵塞。这种污垢最可能是油极其分解物。可用一些合适的洗涤剂清洗。

为了保证油在蒸发器中良好地通过，制冷剂蒸汽速度或者剪切应力越大越好。剪切应力正比于单位流道长的压力降。通常5KPa/m就足够了。

冷凝器水侧的污垢

水的类型

自来水—水质和水温都很好。

井水—相当冷且干净及较低的微生物含量，但是生成水垢的含盐（硫化钙，流化镁，碳酸钙及碳酸镁）浓度有时会相当高。从简单的过滤到精细的预处理可能是需要的。

由于水温低，而且一般可获得的数量很少，所以允许温升大于冷却塔水的水温升，而冷却塔水的温升在低流量条件下为10~15℃。

冷却塔水—冷却塔水通常比来自同一地区的井水温度高15~20℃。含盐量会10倍于补充水。在污染严重地区，会夹带灰尘和腐蚀性气体。需要对其进行各种处理。冷却塔通常设计成约5℃的水温降。

河水和湖水—盐浓度通常相当低，但是含有相当数量的固体颗粒。微生物活性（藻类，细菌和真菌）很高，有时会有农药。预处理是必需的，温度通常介于井水和冷却塔水之间。由于环境的原因，其温升不允许超过10℃。

城市废水—通常含有天然农药，特别是自由氨。有时用吹气法除氨。一般不能用作BPHE的冷凝器的冷却介质。

盐水和海水—由于氯离子的腐蚀作用，不能用作BPHE的冷凝器的冷却介质。

冷凝器水侧污垢的清洗

水侧的腐蚀

氯化的水

水中加氯处理（如游泳池）或海水倒灌，此时氯转变成氯离子（Cl-）并逐渐递增，一段时间后，氯离子浓度会增加至在板片上形成坑蚀，腐蚀的发生比下图所显示的要低得多。

预防不要在BPHE之前立即放置加氯点，应该尽量远些。

PH值愈高愈好，至少》7。

在BPHE进口，Cl2《0.5ppm。

水温50～60℃时，控制Cl-《150ppm，水温70～80℃时，控制Cl-《100ppm。

氯化钙和溴化锂溶液浓缩的氯化钙溶液在高PH值和低温（《0℃）时，不腐蚀不锈钢。对25%浓度的氯化钙溶液，316L可用于温度《80℃，100%浓度时，可用于温度《20℃。如果用抗腐蚀剂如重铬酸盐，对溶液进行处理，它对铜同样有腐蚀性。当设备停止运行，且使溶液的温度升高，尤其是使溶液的PH值降低了，比如不适当地用水清洗后，则会引起金属点腐蚀。上述性质同样适用于溴化锂溶液。

预防金属点腐蚀是一种很快的过程，对蒸发器内点腐蚀的影响可能是灾难性的。仅仅使用抗腐蚀的工业溶液。这种溶液正确地说明，它与铜和不锈钢是相容的。

制冷剂侧的腐蚀

氢氟氯碳化物（HCFC）的分解产物。在一定条件下，HCFC将分解，氯氟和氢将形成盐酸和氢氯酸。

HCFCS可能更容易分解，如果氧气存在，将加速分解。

水的存在。完全干燥的氢氯酸和氢氟酸无很大的腐蚀性，在水溶液中成为最强的酸。

高温。《100℃时，危险性很小，但当有催化剂时，分解将加快。镍，铬，钒等以及氧化物可以做催化剂。不锈钢在焊接时可形成这些氧化物。因此在焊接过程中不容许有氧化过程。

油分解过程中有机酸的形成。当有水存在时会加速。矿物油通常不会有麻烦。一些新型合成油含有非常活跃的双键分子，与水或氧形成有机酸。

氨。干燥的氨不会对铜腐蚀。由于水份通常是存在的，在氨制冷系统中，不能用铜钎焊换热器。氨的热力特性意味着压缩机排气温度较高，有油分解的危险。这可能导致润滑故障，以及形成无腐蚀性的污垢。在油分解的过程中形成的酸将被氨中和掉。

焊剂（一般不会进入换热器）。焊剂化合物能除去金属表面的氧化物，形成烈性腐蚀剂。

预防经常检查干燥器。

限制压缩机出口温度。

检查过滤器。如果偶然发生堵塞，这可能是油分解物生成的迹象。