luda 一.板式换热器
板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、应用广泛、使用寿命长等特点。在相同压力损失情况下，其传热系数比管式换热器高3-5倍，占地面积为管式换热器的三分之一，热回收率可高达90%以上。
板式换热器的型式主要有框架式（可拆卸式）和钎焊式两大类，板片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板片三种。
1.基本分类
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。
2.结构原理
板式换热器结构图拆解
可拆卸板式换热器是由许多冲压有波纹薄板按一定间隔，四周通过垫片密封，并用框架和压紧螺旋重叠压紧而成，板片和垫片的四个角孔形成了流体的分配管和汇集管，同时又合理地将冷热流体分开，使其分别在每块板片两侧的流道中流动，通过板片进行热交换。
板式换热器
基本组成结构如图所示：
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
3.设计特点
1、高效节能：其换热系数在3000～4500kcal/m2·°C·h，比管壳式换热器的热效率高3~5倍。
2、结构紧凑：板式换热器板片紧密排列，与其他换热器类型相比，板式换热器的占地面积和占用空间较少，面积相同换热量的板式换热器仅为管壳式换热器的1/5。
3、容易清洗拆装方便：板式换热器靠夹紧螺栓将夹固板板片夹紧，因此拆装方便，随时可以打开清洗，同时由于板面光洁，湍流程度高，不易结垢。
4、使用寿命长：板式换热器采用不锈钢或钛合金板片压制，可耐各种腐蚀介质，胶垫可随意更换，并可方便在、拆装检修。
5、适应性强：板式换热器板片为独立元件，可按要求随意增减流程，形式多样；可适用于各种不同的、工艺的要求。
6、不串液，板式换热器密封槽设置泄液液道，各种介质不会串通，即使出现泄露，介质总是向外排出。
二.壳管换热器
壳管式(或管壳式)换热器是应用最广泛的传统的换热器。由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。
1.类型
管壳式换热器由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两温度相差很大，换热器内将产生很大热应力，导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50℃时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。根据所采用的补偿措施，管壳式换热器可分为以下几种主要类型：
①固定管板式换热器管束两端的管板与壳体联成一体，结构简单,但只适用于冷热流体温度差不大,且壳程不需机械清洗时的换热操作。当温度差稍大而壳程压力又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，以减小热应力。
②浮头式换热器管束一端的管板可自由浮动，完全消除了热应力;且整个管束可从壳体中抽出,便于机械清洗和检修。浮头式换热器的应用较广，但结构比较复杂，造价较高。
③ U型管式换热器 每根换热管皆弯成U形，两端分别固定在同一管板上下两区，借助于管箱内的隔板分成进出口两室。此种换热器完全消除了热应力，结构比浮头式简单，但管程不易清洗。
④涡流热膜换热器涡流热膜换热器采用最新的涡流热膜传热技术，通过改变流体运动状态来增加传热效果，当介质经过涡流管表面时，强力冲刷管子表面，从而提高换热效率。最高可达10000W/m2℃。同时这种结构实现了耐腐蚀、耐高温、耐高压、防结垢功能。其它类型的换热器的流体通道为固定方向流形式，在换热管表面形成绕流，对流换热系数降低。
据【换热设备推广中心】的资料显示，涡流热膜换热器的最大特点在于经济性和安全性统一。由于考虑了换热管之间，换热管和壳体之间流动关系，不再使用折流板强行阻挡的方式逼出湍流，而是靠换热管之间自然诱导形成交替漩涡流，并在保证换热管不互相摩擦的前提下保持应有的颤动力度。换热管的刚性和柔性配置良好，不会彼此碰撞，既克服了浮动盘管换热器之间相互碰撞造成损伤的问题，又避免了普通管壳式换热器易结垢的问题。
2.结构
其最基本的构造是在圆形的壳体内加许多热交换用的小管，当加热的热媒为蒸汽时称为壳管汽一水换热器；加热的热媒为高温水时称为壳管水一水换热器，水一水换热器由于热交换小管内外都是水，因为小管两侧水流速接近，圆形外壳直径不能太大，当加热面积要求较大时，常几段连起来，故又称分段式水一水换热器。该类换热器常用于热水供暖系统，低温水空调系统及某些连续性用热水的生产工艺用水。
2.1换热管
换热管可采用光管、螺纹管、螺旋槽管等。在换热管选择中，应考虑下列几个因素。
(1)管径。管径愈小的换热器愈紧凑、愈便宜，且可以获得较好的对流换热系数与阻力系数的比值。但是，管径愈小的换热器的压降将愈大，在满足允许压力降的情况下，一般推荐选用19管子。对于易结垢的流体，为方便清洗，采用外径为25管子。对于有气一液两相流的工艺流体，一般选用较大的管径。例如再沸器、锅炉，换热管多采用32、51的管径。
(2)管长。无相变换热时，管子较长则传热系数也增加。在相同的传热面积情况下，采用长管则流动截面积小，流速大，管程数少，从而可减少流体在换热器中的回弯次数，因而压力降也较小；而且采用长管时，每平方米传热面的比价也低。但是，管子过长会给制造带来困难。因此，一般选用管长为4～6m。对于传热面积大或无相变的换热器可选用8～9m的管长。
(3)管子的排列和管心距。管子在管板上的排列形式主要有正方形排列和三角形排列
两种形式。三角形排列有利于壳程流体达到湍流且排管数也多。正方形排列有利于壳程的清洗。为了弥补各自的缺点，就产生了转过一定角度的正方形排列(即转置正方形排列)和留有清洗通道的三角形排列。管间距是两相邻管子中心的距离。管间距愈小则设备愈紧凑，但将引起管板增厚、清洁不便、壳程压降增大。为此，一般选用范围为(1．25～1．5)(为管外径)。
2.2管程数和壳程形式
管程数有1～8程几种，常用的为1、2或4管程。管程数增加，管内流速增大，对流换热系数也增加。但管内流速要受到管程压力降等的限制，在工业生产中常用的流速为：水和相类似的流体流速一般取1～2．5m/s。对大型冷凝器的冷却水流速可增加到3m/s。气体和蒸汽的流速可在8～30m/s的范围内选取。
壳程大致可分为如下几种形式：
(1)单壳程换热器，可在壳程内放入各种形式的折流板，主要是增大流体的流速，强化传热。这是最常用的一种换热器，在单组分冷凝的真空操作时可将接管移到壳体的中心。
(2)放入纵向隔板的双壳程换热器，可以提高壳程流速，改善热的效应，比两个换热器串联要便宜。
(3)分流式换热器，它适用于大流量且压降要求低的情况，当中的隔板在作为冷凝器时可采用有孔板。
(4)双分流式换热器，它适用于低压降且当一种流体比另一种流体温度变化很小的情况，以及适用于温差很大或者管程对流换热系数很大的情况。
2.3壳程折流板
除非考虑压降、管子振动或管子支撑和强化传热问题，要求采用弓形折流板、盘环形折流板、折流杆或是弓形缺口处无管子的结构外，一般都采用圆缺形折流板(又称弓形折流板)。
折流板可以改变壳程流体的方向，使其垂直于管束流动，并提高流速，从而增加流体流动的湍流程度，获得较好的传热效果。
当壳程进行蒸发、冷凝操作或者管程对流换热系数很低时，壳程折流板的效果就不很明显，主要起管子支承作用，有时可以不要折流板；对于带有不凝性气体的冷凝操作，采用不等距的折流板可改善传热效果。
1．折流板的形式
折流板的形式可分为圆缺形(弓形)折流板、盘环形折流板、孔式折流板和折流圈(又称折流杆)。
圆缺形折流板；圆缺形折流板可分为横缺形、竖缺形和阻液形三种。
横缺形折流板适用于无相变的对流传热，防止壳程流体平行于管束流动，减少壳程底部液体的沉积。当壳程用于冷凝操作时，横缺形折流板的底部应开排液孔，孔的大小决定于液量的多少。但住往由于排液孑L的不适当而产生液泛和气相旁流，因此在壳程进行冷凝操作时，一般采用竖缺形折流板。阻液式折流板由于下部有一个液封区，因此可以用于带有冷却的冷凝操作。
圆缺形折流板的缺口高度可为直径的10%～40%，现在通用的高度为直径的25%。实际上在相同的压力降下，圆缺高度为直径的20%的折流板将获得最好的传热效率。换热器流量很大时，为了得到较好的错流并避免流体诱发振动，常常取掉缺口处的管子，称为弓形区不布管。
盘环形折流板：盘环形折流板允许通过的流量大，压降小，但传热效率不如圆缺形折流板，因此这种折流板多用于要求压降小的情况。
孔式折流板：孔式折流板使流体穿过折流板孔和管子之间的缝隙流动，以增加传热效率。这种折流板的压力降大，仅适用于较清洁的流体。
折流圈(又称折流杆)：折流圈是一种杆式折流结构。它使流体纵向穿过折流杆与换热管之问的缝隙。这种换热器要求流量大，压力降小且传热效果好，无相变和有相变的场合均适用。
2．折流板间距
折流板的间距影响到壳程流体的流向和流速，从而影响到传热效率。最小的折流板间
距为壳体直径的1/3～1/2，且不应小于5mm。由于折流板有支撑管子的作用，因此钢管无支撑板的最大折流板问距为
(为管外径，单位为mm)。如果必须增大折流板间距，则应另设支撑板。若管材是铜、铝或者它们的合金材料时，无支撑的最大间距应为
。
3.换热器性能
1.高效节能，该换热器传热系数为6000-8000W。
2.全不锈钢制作，使用寿命长，可达20年以上。
3.改层流为湍流，提高了换热效率，降低了热阻。
4.换热速度快，耐高温（400℃），耐高压（2.5Mpa）。
5.结构紧凑，占地面积小，重量轻，安装方便，节约土建投资。
6.设计灵活，规格齐全，实用针对性强，节约资金。
7.应用条件广泛，适用较大的压力、温度范围和多种介质热交换。
8.维护费用低，易操作，清垢周期长，清洗方便。
9.采用纳米热膜技术，显著增大传热系数。
10.应用领域广阔，可广泛用于热电、厂矿、石油化工、城市集中供热、食品医药、能源电子、机械轻工等领域。
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=50~200）下产生紊流，所以传热系数高，一般认为是管壳式的3~5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1℃，而管壳式换热器一般为5℃fff.
板式换热器
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2~5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1/5~1/8。
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0.4~0.8mm，而管壳式换热器的换热管的厚度为2.0~2.5mm，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：
约为管壳式换热器的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1/3~1/10.
m. 工作压力不宜过大，介质温度不宜过高，可能发生泄露：
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250℃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2~5mm，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。