一、板式换热器供热系统的工作原理

板式换热器主要由多个板片组装而成，且各个板片间均留有一定的空隙。当流体经过板片时，板片之间的间隙能起到冷热交换的作用。由于流道空间非常小，流体在流经板片时的速度较快，易形成湍流，湍流间会形成较大的波纹。湍流波纹的影响大大提升了板式换热器的换热性能。与一般的换热器相比，其换热性能优于一般的换热器，这是板式换热器可代替一般换热器的重要原因之一。此外，湍流波纹还会增强板片的刚度，当两种流体流过板片四个角的孔洞后会在板式换热器中形成流道，最后形成顺向或逆向流动。此时，可将板片当作流通介质实现热量的交换，进而完成板式换热器的供热环节。分析板式换热器供热系统可进一步了解其存在的问题，比如板片的承受能力、流程安排能否改变、湍流波纹能否得到有效应用等。根据以上分析，我们应不断优化与板式换热器结构有关的设计，从而提升换热器供热系统的换热性能。

二、供热系统存在的问题

换热与降压的匹配问题
对于板式换热器而言，换热系数与通道中流体的流速成正比，即当通道内流体的速度较快时，换热系数会增大，且流速加快会导致流体受到的阻力不断增加，进而加大了流体压力的损耗。因此，应选取适当的流速或寻求压力损耗与换热系数的平衡，从而不断提升板式换热器供热系统的综合性能。

研究不够完善
板式换热器在我国的起步较晚、研究时间较短，这在一定程度上限制了供热系统的发展，进而对供热系统的节能设计造成了影响。此外，我国对板式换热器的研究不够深入，缺乏一定的技术专利。因此，相关部门应加大资金投入，购买相应的专利。

应用场合受限问题
板式换热器具有独特的优势，但也存在一些问题。就当前供热系统的设计而言，存在很多缺陷，比如节能设计在供热系统中的应用受到了限制，主要表现在换热器难以在高温、高压的环境中运行。这是因为板式换热器中的核心元件为较薄的金属片，其承受压力的能力有限，而板式换热器常用于重工业生产中，这就需要板式换热器具备较强的承受压力的能力。由此可见，对于板式换热器供热系统而言，突破以往应用场合的限制是其应用节能设计的基本条件之一。

三、供热系统节能设计的方法

在分析了板式换热器的工作原理后，深入了解了影响其换热性能的因素，比如板片的波纹、流速、换热系数、流道的安排等。对于板式换热器供热系统的节能设计而言，应充分考虑其影响因素，不断优化供热设计中的各个子系统。

3.1、优化整体设计
对于整个板式换热器供热系统而言，节能设计不只是在供热系统的设计环节中需要考虑的问题，在换热器方面也需考虑该问题。因此，在优化供热系统板片的同时，还应优化板式换热器的结构和功能，从整体上实现供热系统的节能优化，从而实现供热系统的节能设计。此外，对于不同的应用要求和场合，应合理选择优化的方法和系数。

3.2、优化板片设计
在板式换热器供热系统中，优化板片是非常关键的环节，主要包括以下两步：

板片承受压力的能力对板式换热器供热系统的性能影响很大，因此，需要研制一些性能良好的制作材料，这也属于研发换热器的主要研究方向之一。

优化板片强度及其表面的波纹。应仔细分析板片波纹的类型、高度和波纹角等。只有合理优化板片设计，才有可能实现板式换热器供热系统的节能设计。

3.3、匹配换热系数与压降
换热系数与压降的匹配主要指平衡流体所受压力的损耗和换热系数。通常情况下，可采用传热的单元数法、对数的平均温差法和单侧的压降最大化的利用法等。这样做的主要目的是有效分析板片可承受的最大压降或最适宜的压降，从而准确推算出流体在流经通道时的压降和流速，从而找到一种压降值最大的设计方法，并找到比较合适的换热系数与降压匹配，从而增强板片承受压力的能力。

合理安排流道
流道安排的合理性与板式换热器供热系统的性能有直接关系。串联型、混联型的流道安排存在较大的差异，比如在换热系数与压降存在很大的差距时，就需要应用混联型流程的流道安排。因此，对于板式换热器供热系统的节能设计而言，既要考虑板式换热器的应用场合，又要考虑其能承受的压力和流体流速。只有不断综合分析各种因素，才能设计出比较优秀的换热器供热系统，即最节能的板式换热器供热系统。

总结：在优化板式换热器供热系统的设计方法时，设计人员应明确优化的目标和方向，从而实现供热系统的节能设计，并从供热系统设计的具体方法入手，在此基础上进行整体性的优化设计。只有这样，才能真正地设计出与人们需求相符的板式换热器供热系统。

1、传热系数高
板式换热器具有较高的传热系数，一般约为管壳式换热器的3~5倍。主要原因是流体在管壳式换热器的壳程中流动时存在着折流板—壳体，折流板—换热管，管束—壳体之间的旁路，通过这些旁路的流体，没有充分参与换热。而板式换热器，不存在旁路，而且板片的波纹能使流体在较小的流速下产生湍流，湍流效果明显（雷诺数约为150时即为湍流），故能获得较高的传热系数。

2、对数平均温差大
板式换热器两种流体可实现纯逆流，一般为顺流或逆流方式。但在管壳式换热器中，两种流体分别在壳程和管程内流动。总体上是错流的流动方式。降低了对数平均温差。板式换热器能实现温度交叉，末端温差能达到1℃；管壳式换热器不能实现温度交叉（即二次侧出口温度不能高于一次侧的出口温度）末端温差只能达到5℃ 。

3、 NTU大
NTU表示相对于流体热容流量，换热器传热能力的大小。例如对于已定的传热系数K和热容量 GCp值，NTU的大小就意味着换热器尺寸的大小，即传热面积的大小。管壳式换热器的NTU约为0.2~0.3（平均0.25）。（BRS）板式换热器的NTU约为1.0~3.0（平均2.0）。如在进行一次水14~9℃，二次水13~7℃，一次水流量60m3/h,二次水流量50m3/h换热时，NTU=(14-9)/1.5=3.33。若采用对称型（BRS）板式换热器3.33/2.0 = 1.66≈2流程，A=95m2；而采用管壳式换热器，则3.33/0.25=13.32≈14流程，A=320m2。
 

4、耐温承压能力强
设计工作压力可达8MPa，设计工作温度达1000℃。

5、 大型化
单板面积达18m2，单台达10000m2。

6、小型化
单板面积比A4还小。

7、占地面积小
由于板式换热器NTU 大，故在换热量相同时，所需的换热器的尺寸也小。除此之外，板式换热器的结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式换热器的2~5倍，也不需管壳式换热器要预留抽出管束的检修场地，故板式换热器的占地面积是管壳式换热器的1/5~1/10。（见图1-6）

8、重量轻
板式换热器的板片厚度仅为 0.6~0.8mm,管壳式换热器的传热管厚度为2.0~2.5mm;管壳式换热器的壳体比板式换热器的框架重量重得多；故在换热量相同时，板式换热器所需的换热面积比管壳式换热器小，其重量约为管壳式的1/5。

9、污垢系数低
垢系数约为管壳式换热器的1/10。其原因是板间流体的剧烈湍动，杂质不易沉积；板间流道死区少；不锈钢换热面光滑，附着物少；清洗容易等。

10、能实现多种介质换热
若要进行两种以上介质换热时，则可在板式换热器中设置中间隔板。中间隔板的结构，视换热介质的数目，中间隔板可设置一个，也可设置多个。管壳式换热器无法实现多种介质换热。

11、清洗方便
把板式换热 器的压紧螺柱卸掉后，即可松开板束，卸下板片，进行机械清洗。

12、改变换热面积
多流程组合适应新换热工况的要求。

13、工作压力达8MPa
可拆式板式换热器是靠垫片密封的，密封周边长，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，所以最高工作压力仅为2.5MPa。钎焊式、全焊板式换热器改变了可拆式板式换热器的密封形式，板壳式换热器改变了两种流体的进（出）口形式，提高了板式换热器的工作压力。目前钎焊式、全焊板式换热器承受的工作压力达3.5~4MPa，板壳式可达8MPa。在可拆式换热器中，通过在常规波纹板片上加筋形成波纹管状通道，除能强化传热之外，还增加了板式换热器的承压能力。

14、工作温度达1000℃
可拆式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，最高工作温度低于200℃。钎焊式、全焊式和板壳式密封不采用垫片形式，其工作温度与工艺有关，目前为-200~1000℃。

15、当量直径大
宽—宽通道，宽—窄通道等大通道板式换热器的当量直径de达28mm，（北京京海换热生产的KBB，KNB型板式换热器属这种型式），有一侧或两侧可适用于含纤维、颗粒或高粘度介质的换热。

16、适用流体的范围更广泛
可拆式板式换热器受密封材料的限制，不适合某些流体。钎焊式、全焊式和板壳式不使用密封垫片，故可在高真空条件下使用，适用流体的范围也扩大了。

板式换热器是制冷主机上的重要配件，它是由一组波纹金属板组合而成，板上有四个角孔，供传热的两种液体通过，引导流体交替地流经各自的通道，进行热交换，它们排列紧密、精度高，体积小，换热效率高，节省空间，使用环境要求较高，适合在小型制冷机组上使用。

板式换热器被击穿的主要原因:

一、维护保养
板式换热器在经过长时间运行以后，需定期清洗，一般两年清洗一次。如现在的板式换热器可以拆开来一片片单独清洗，但一般制冷工程主机上的板式换热器是不可以拆开的，只能靠打开换热器进、出水管上的阀门和丝堵来清洗，所以换热器清洗以后感觉还是很脏，也就容易堵塞、结垢，一旦换热器内有一部分通道被堵塞，其余的通道就得承受机组所有水的流量，这样，流经板式换热器的流速增大，摩擦力就增加，磨损也就加快了。

二、板换材质
与其他换热器的换热表面相比，板式换热器的换热表面相当薄，即0.5ｍｍ，所允许的最大腐蚀度为0.05ｍｍ/年。普通板式换热器的材质通常使用合金材料(304或316)，304是奥氏体不锈钢中最低廉的一种，对一定范围的有机物具有抗腐能力，但抗盐酸及硫酸能力弱。一般空调主机的板式换热器材质用的是304，那么用了8年之后，板材会击穿、腐蚀也是必然的。

三、安装问题
系统中只装有“Ｙ”型过滤器，没有装电子水处理装置，这样就很难保证管路系统不结垢。另外，如果“Ｙ”型过滤器清理不及时，让循环水中还残留有哪怕是对壳管式换热器基本不构成危害的微小砂砾，也会对板式换热器存在磨损的危害。

四、板换板片加工工艺
板式换热器的板片加工工艺不科学，整体板片壁厚不均匀，正常使用中就最薄处易出现穿孔现象。

五、使用环境温度的问题
板式换热器的使用环境温度过低，板片击穿是冻坏的，板换内容积较小，本身结构有没有太多膨胀余地，一结冻必坏。

六、工况水质
目前板式换热器使用的水质之差毋庸讳言，而且大多未进行净化、过滤处理，结垢，腐蚀普遍存在。导致板式换热器板片比较容易出现穿孔。其它如水锤、碰撞之类的非典型性原因就不提了。

板式换热器是一种安全性要求很高的设备，当密封垫损坏后，出现的外滴漏是可见的。热交换器、换热器等一开始都会出现轻微的滴漏，在压力冲击较大的流程设备中，则可能因密封垫的损坏而出现较大的泄漏。

板式换热器是流程工业设备中热交换技术中一个重要部件，在各个板式散热片之间进行密封的弹性密封垫是一种易损件，并且在自然条件下也是一种易于老化的零件。

它的使用寿命对于板式换热器的使用寿命有着重要的影响，如果这些密封热硬化了，失去了原有的弹性，则可导致换热器无法正常工作。

一、影响密封垫使用寿命的几个因素：

换热器的工作方式(连续的还是不连续的)；
散热的介质和使用的清洁剂的腐蚀性；
最高工作温度；
最高工作压力；
由于过大的压力和不均衡的压力而使弹性密封垫的应力较大；
自然老化；

弹性密封垫的软化与压力和温度有关。当密封垫失去弹性后，换热器会出现滴漏。

二、滴漏相关注意事项

在某些产品中，为了解决因密封垫老化而引起的滴漏现象，允许对换热器进行密封性能调节，即再次拧紧组合板式换热器的螺栓，调节各个换热器之间的弹性密封垫的压紧力，解决滴漏问题。在有这种功能的换热器的铭牌上，一般都给出了允许最大和最小应力。

对于新的换热器片组，应使用最小的允许应力进行连接固定，视每组换热器片的数量多少，可以一次或者多次调整换热器的拧紧力。每次拧紧时，可以将螺母拧进去3mm，并在拧紧过程中始终注意调节片的应力情况。而且，只允许对无工作压力的换热器，在室温条件下进行拧紧力的调整，防止滴漏。

对于在铭牌中没有给出应力调节范围的板式换热器，一般在零件图中给出了应力数值。在拧紧这类板式换热器时，拧紧力矩无论如何不应低于图纸规定的数值。因为它与板式换热器的组装质量、组装变形有关。在拧紧力矩达到规定数值的要求时，则可有计划地对弹性密封垫进行更换。

对于在重要的生产设备中和腐蚀介质中使用的板式换热器，建议有一套备用的密封件，仓库温度18℃时，在透明塑料包装中，板式换热器的密封件可保存3年左右。
 

三、密封
原则上，密封件的固定分为粘接固定和非粘接固定两大类。密封垫的形状应与板式换热器密封处的形状保持一致，必须指出的是粘接式的固定方法不对密封功能产生任何作用。

非粘接密封
对准：将密封圈放置到位
放入：使密封圈正确地进入密封槽中
压紧：在密封槽中.有横截面逐渐减小的槽形结构.以便使密封圈正确定位

粘接式密封
根据密封垫的使用目的和密封质量要求，可使用不同生产厂家的调和式密封胶和非调和式密封胶。在进行粘接之前，应使用蒸汽气流彻底地清除粘接面残留的粘接剂和残留的密封垫。

对于调和式密封胶粘接来讲，必须用火烧尽板式换热器结合面上的残留粘接剂和残留密封垫。在大批量进行粘接时，应准备冷冻密封件的液氮池，准备好为带有密封垫的板式换热器进行干燥处理的加热炉，加热温度应达160℃。如果有条件，应对板式换热器进行化学清理，以保证彻底清除残留在板式换热器结合面中的粘接件的密封垫。

根据板式换热器的蜂室观察孔来了解密封垫的安装是否正确
板式换热器的结合面应使用化学清洁剂清理(例如利用丙酮)，同样，也必须利用化学清洁剂清除粘接在密封垫上的软化剂和防粘连涂层，将粘接剂涂抹在各个粘接结合面的中部。

视密封垫的宽度，粘接剂的宽度约为一根火柴的宽度，然后用毛刷将粘接剂在整个粘接表面涂抹均匀，以便充分利用整个结合面。根据粘接剂的种类不同，等待一定的通风干燥时间，然后放入密封垫，将各个板式换热器叠放在一起，用拉紧螺杆拉紧，或者用重物压放在叠放的换热器组上。

根据粘接剂的种类不同，硬化时间约为8-20小时。对于调和式粘接剂，则必须进行螺杆拉紧和炉内加热硬化。

一、板式换热器结垢产生的原因
1.1、当循环水遇到热结垢时，很容易造成堵塞，水中的钙、镁、重碳酸盐等物质，热后容易产生碳酸钙沉淀物和氢氧化镁，长期产生结垢。

1.2、通过施工环境，产生的杂质容易进入管道，造成堵塞。设备运行时，杂质会随着循环水进入换热器造成堵塞。

二、结垢产生后果
2.1、循环水板结垢多为沉淀物和介质。如果结垢层过厚，会影响板材波纹槽的清洁度和功能。如果结垢过多，逐渐填充会影响工艺水平也会降低换热设备的使用寿命。

2.2、板式换热器结垢还是设备内部异物？.随着腐败物质的增多，碎片和不易清洗的结垢会造成堵塞，尤其是面积较小的结垢设备、板之间的流道较小，严重堵塞会影响设备的换热。

三、板式换热器结垢清洗方法
3.1、当介质中杂质过多时，可以单独准备一个过滤器。
3.2、在特殊行业，蒸馏水(纯水)可用于减少水垢的产生。
3.3、利用软化工艺软化循环水，拓宽管道，增加湍流，冲走较小杂质。
3.4、选择合适的参数型号，安装合适的配件，采用不同的工艺，利用热气旁通阀将部分压缩机排气吸入蒸发器口，保证吸气压力
持平均水平。

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