板式换热器设计及其选用

目录

一、说 明 书············································· 2 二、设计方案············································· 3 三、初步选定············································· 4

（1）已知两流体的工艺参数 （2） 确定两流体的物性数据 （3）计算热负荷和两流体的质量流速 （4）计算两流体的平均传热温差 （5）初选换热器型号

四、验 证············································· （1）算两流体的流速u （2）算雷诺数Re （3）计算努塞尔特数Nu （4）求两流体的传热系数α （5）求污垢热阻R

（6）求总传热系数K，并核算

五、核 算············································· （1）压强降△P核算 （2）换热器的换热量核算

六、结 论············································· 七、设计结果············································· 八、附 录············································· 表1：板式换热器的污垢热阻

图1：多程流程组合的对数平均温差修正系数

九、参考文献·············································

1

6

7

7 8 9

9

一、说 明 书

现有一块建筑用地，建筑面积为12500 m2，采用高温水在板式换热器中加热暖气循环水。高温水进入板式换热器的温度为100℃，出口的温度为75℃；循环水进入板式换热器的温度为65℃，出口的温度为90℃。供暖面积热强度为293 kJ／(m2·h)。要求高温水和循环水经过板式换热器的压强降均不大于100 kPa。请选择一台型号合适的板式换热器。（假设板壁热阻和热损失可以忽略） 已知的工艺参数：

住宅建筑面积（m） 供暖面积热强度（kJ／(m·h)） 流体名称 进口温度（℃） 出口温度（℃） 压强降（kPa）

2212500 293 循环水 65 90 ≤100 高温水 100 75 ≤100 二、设计方案

(1) 根据热量平衡的关系，求出未知的换热量和质量流量，同时算出两流体的平均温度差；

(2) 参考有关资料、数据，设定总传热系数K，求出换热面积S，根据已知数据初选换热器的型号；

(3) 运用有关关联式验证所选换热器是否符合设计要求；

2

(4) 参考有关资料、数据，查出流体的污垢热阻； (5) 根据式K111R1OR2O21求得流体的总传热系数，该值应不

小于初设的总传热系数，否则改换其他型号的换热器，由（3）开始重新计算；

(6) 如果大于初设值，则再进一步核算两流体的压强降和换热量，是否满足设计要求，否则改换其他型号的换热器，由（3）开始重新计算； (7) 当所选换热器均满足设计要求时，该换热器才是合适的。

三 、初步选定

（1） 已知两流体的工艺参数

高温水

t1´= 100℃

t1〞= 75℃ △P1≤100 kPa

循环水 t2´= 65℃

t2〞= 90℃ △P2≤100 kPa

（2） 确定两流体的物性数据

高温水的定性温度为：t11007587.5C

2659077.5C 2 循环水的定性温度为：t2根据定性温度，分别查取两流体的有关物性数据：

① 热的一侧（高温水）在87.5℃下的有关数据如下：

密度 ρ1 = 970.17 kg／m3

定压比热容 cp1 = 4.196 kJ／(kg·℃)

3

导热系数 λ1 = 0.67425 W／(m·℃) -62

流体运动黏度 ν1 = 0.355×10 m／s

普兰特数 Pr1 = 2.145

② 冷的一侧（循环水)在77.5℃下的有关数据如下：

密度 ρ2 = 976.3 kg／m3

定压比热容 cp2 = 4.18 kJ／(kg·℃)

导热系数 λ2 = 0.669 W／(m·℃) -62

流体运动黏度 ν2 = 0.4205×10 m／s

普兰特数 Pr2 = 2.465

（3）计算热负荷和两流体的质量流速

热负荷： QqA293125003662500kJh1017361.1(W) 高温水质量流速： w1Q366250034914(kgh)

t1t1cp1100754.196循环水质量流速： w2Q366250034972(kgh)

ttcp290654.18922（4）计算两流体的平均传热温差

对数平均温度差： ttmmaxtmin10090756510C 22循环水的传热单元数：NTUmintmin75651 tm10由<图1>查得，取：Ф = 0.942，

0.942109.42C 则平均传热温差： tmtm（5）初选换热器型号

根据两流体情况，假设K´=3100 W／(m·℃)，故： 传热面积：SQ1017361.134.8m2 Ktm31009.422

由换热器系列标准中初选BR0.3型板式换热器，有关工艺参数如下：

4

换热面积 So = 35 m

流程组合 224逆流

2242

单板换热面积 Ao = 0.368 m 单流道截面积 Aε = 0.0013392 m

当量直径 de = 0.0072 m

板片厚度 δo = 0.0008 ( 材料为18.8不锈钢 )

(0.3或0.4)0.64Nu0.349RePr传热和压降计算关联式如下：

2

2

压缩流道:Eu107744Re0.6950.886

扩张流道:Eu44329Re 若采用此换热器，则要求过程的总传热系数K≥3100 W／(m2·℃)。

四、验 证

（1）算两流体的流速u：

高温水流速：u1w1134914970.170.311ms

3600n2A3600240.0013392w2234972976.30.31ms

3600n2A3600240.0013392循环水流速：u2（2）算雷诺数Re：

Re1Re2deu110.00720.31163070.3551060.00720.31554560.402510deu2

2（3）计算努塞尔特数Nu：

0.641Nu10.349Re1Pr10.30.34963070.6412.1450.3119.6Nu20.349Re20.641Pr20.34955450.40.6412.465125.70.4

（4）求两流体的传热系数α：

高温水传热系数：Nu111de119.60.6742511200Wm2C

0.00720.66911679Wm2C

0.0072循环水传热系数：Nu222de125.7（5）求污垢热阻R：

5

参考<表二>选取两流体的污垢热阻为：

R1R20.45104m2CW

（6）求总传热系数K，并核算：

在板壁热阻和热损失可以忽略时，总传热系数为：

K11O1RR12O211

0.0008110.451040.451041120016.31167923184.7WmC 计算表明，K大于选择该型号换热器的初设值K´= 3100 W／(m·℃)，故初

2

选的BR0.3型板式换热器是合适的，满足设计要求。

五、核 算

（1）压强降△P核算：

热侧流道为流体压缩流道，冷侧流道为流体扩张流道

0.695Eu1107744Re110774463070.695246.3Eu2449329Re20.88644932955450.886216.5

高温水压强降：

22PmEuu2246.3970.170.3111111146223.6PaP1

循环水压强降：

P2m2Eu22u222216.5976.30.31240625.1PaP2

计算表明，高温水和冷却水的压强降均满足设计要求。

（2）换热器的换热量核算：

QKStm3184.7359.421049995.6W

而实际设计要求的热负荷量为：Q = 1017361.1 W

即： Q´ > Q

故，换热器的换热量满足设计要求。

六、结 论

6

通过计算表明，所选的BRO.3型换热器满足该住宅地用于高温水加热暖气循环水的设计要求。（板壁热阻和热损失可以忽略的情况下）。

七、设计结果

换热器型式：BRO.3型板式换热器 换热面积（m）：35 流程组合：224逆流 22422单板换热面积（m）；0.368 单流道截面积（m）：0.0013392 当量直径（m）：0.0072 板片厚度（m）：0.0008 材料：18.8不锈钢 工艺参数 名称 物料名称 操作温度（℃） 流量（kg / h） 流体密度（kg / m） 流速（m/s） 传热量（W） 总传热系数（W/（m·℃）） 对流传热系数（W/（m·℃）） 污垢系数（（m·℃）/ W） 压强降（Pa） 22232 板式换热器构造： 1——前支柱； 2——活动压紧板； 3——上导杆； 4——垫片； 5——板片； 6——固定压紧板； 7——下导杆； 8——压紧螺柱、螺母。 热侧 高温水 100 / 75 34914 970.17 0.311 1049995.6 3184.7 11200 -40.45×10 46223.6 冷侧 循环水 65 / 90 34972 976.3 0.31 11679 -40.45×10 40625.1

7

八、附 录

<表1> 板式换热器的污垢热阻 （m·℃）/ W

2

<图1> 多程流程组合的对数平均温差修正系数

九、参考文献

(1) 《板式换热器工程设计手册》（重排本）杨崇麟主编.北京：机械工业出版社，1998； (2) 《板式换热器的设计与应用》[J] 刘相宜.山东能源，1989年（4）：1—5。 (3) 《换热器设计手册》（第三卷）[M]E.U.施林德尔 . 马庆芳等译 . 北京：机械工业出版

社，1988； (4) 《换热器设计手册》钱颂文等译.北京：化学工业出版社，2002；

(5) 《热交换器设计手册》（下册）[M]尾花英朗[日].北京：石油工业出版社，1981； (6) 《热交换器原理与设计》史美中、王中铮.东南大学出版社，1996.11； (7) 《换热器原理及计算》[M]朱聘冠.北京：清华大学出版社，1989； (8) 《机械设计课程设计》巩云鹏.东北大学出版社，2000.12. (9) 《传热学》[M]杨世铭.北京：人民出版社，1981；

(10)《换热器》（中册）[M]兰州石油机械研究所主编.北京：烃加工出版社，1988；

8

换热器

中文名称：

换热器

英文名称：

heat exchanger

其他名称：

热交换器

定义：

将热量从一种载热介质传递给另一种载热介质的装置。

应用学科：

航空科技（一级学科）；航空安全、生命保障系统与航空医学（二级学科） 以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 求助编辑百科名片

9

换热器

换热器（英语翻译：heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标的

热量交换设备，又称热交换器。换热器作为传热设备被广泛用于锅炉暖通领域，随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。 分类

适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下：

一、换热器按传热原理分类

1、表面式换热器

表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。

2、蓄热式换热器

蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。

3、流体连接间接式换热器

10

流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。

4、直接接触式换热器

直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝器等。

二、换热器按用途分类

1、加热器

加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。

2、预热器

预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。

3、过热器

过热器用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态。

4、蒸发器

蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。

三、按换热器的结构分类

可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。

注意事项

1、保持管网的清洁，无论是在工作前还是工作完成后，我们都必须对管网中进行清洁处理，这样做的目的是为了避免发生换热器堵塞的现象。还要注意及时对除污器以及过滤器的清洗，让整个工作顺利完成。

2、严重把关软化水，对于任何一种水质把关，这一点是相当重要，在进行对软化水水质处理的前提下，首先要认真检查系统中的水和软化罐水质问题，如果确定合格就可以进行注入处理。

3、新系统检验，对于一些新系统来说，不能马上与换热器进行交替使用，首先需把新的系统在指定的时间段运行，让它有了一个运行模式后，此时方可以把换热器并入系统中使用，这样做的目的完全是为了避免管网中的杂质破坏换热器设备。

行业状况

概述

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常用作把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。换热器既可是一种单元设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的换热器。换热器是化工生产中重要的单元设备，根据统计，热交换器的吨位约占整个工艺设备的20%有的甚至高达30%，其重要性可想而知。

11

管壳式

管壳式换热器是一个量大而品种繁多的产品，迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。我国在发展不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。钛对海水、氯碱、醋酸等有较好的抗腐蚀能力，如再强化传热，效果将更好，一些制造单位已较好的掌握了钛材的加工制造技术。对材料的喷涂，我国已从国外引进生产线。铝镁合金具有较高的抗腐蚀性和导热性，价格比钛材便宜，应予注意。国内在节能增效等方面改进换热器性能，提高传热效率，减少传热面积降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。换热器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企业成本降低，效益提高。

市场前景

2016年换热器行业规模突破1000亿元，2020年实现由换热器生产大国迈入世界换热器强国的行列的奋斗目标，为加快振兴我国装备制造业做出贡献。产品精度、性能、寿命和可靠性达到同期国外大公司同类产品水平，重大装备配套换热器实现国产化：设计和制造技术达到同期圈外大公司水平，有一批核心技术的自主知识产权；有3-5家拥有自主知识产权和世界知名品牌、国际竞争力较强的优势企业；行业生产和销售总规模位居世界前列，有2-3家内资控股企业进入世界换热器销售额前10名；行业生产集中度达到80以上。这些都将为换热器行业提供更加广阔的发展空间。未来，国内市场需求将呈现以下特点：对产品质量水平提出了更高的要求，如环保、节能型产品将是今后发展的重点；要求产品性价比提高；对产品的个性化、多样化的需求趋势强烈；逐渐注意品牌产品的选用；大工程项目青睐大企业或企业集团产品。

金属换热

间壁式

夹套式换热器这种换热器是在容器外壁安装夹套制成，结构简单；但其加热面受容器壁面限制，传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均匀，可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时，亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施，以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足，也可在釜内部安装蛇管. 夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。

沉浸式蛇管换热器这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状，并沉浸在容器内的液体中.蛇管换热器的优点是结构简单，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造；其缺点是容器内液体湍动程度低，管外给热系数小.为提高传热系数，容器内可安装搅拌器。

喷淋式换热器这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动，冷却水 从上方喷淋装置均匀淋下，故也称喷淋式冷却器.喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜，管外给热系数较沉浸式增大很多.另外，这种换热器大多放置在空气流通之处，冷却水的蒸发亦带走一部分热量,可起到降低冷却水温度，增大传热推动力的作用.因此，和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果大有改善。

套管式换热器套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管，并由U形弯头连接而成.在这种换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙，两者皆可得到较高的流速，故传热系数较大.另外，在套管换热器中，两种流体可为纯逆流，对数平均推动力较大。套管换热器结构简单，能承受高压，应用亦方便(可根据需要增减管段数目). 特别是由于套管换热器同时具备传热系数大，传热推动力大及能够承受高压强的优点。 板式换热器：

12

板式换热器高清图

最典型的间壁式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。主体结构由换热板片以及板间的胶条组成。长期在市场占据主导地位，但是其体积大，换热效率低，更换胶条价格昂贵（胶条的更换费用大约占整个过程的1/3-1/2）.主要应用于液体-液体之间的换热，行业内常称为水水换热，其换热效率在5000w/m2.K。

为提高管外流体给热系数，通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板。折流档板不仅可防止流体短路，增加流体速度，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。常用的档板有圆缺形和圆盘形两种，前者应用更为广泛.。

由于中国新版GMP的推出，板式换热将逐渐退出食品，饮料，制药等卫生级别高的行业。 管壳式换热器

管壳式换热器图解

管壳式(又称列管式) 换热器是管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成，壳体多呈圆形，内部装有平行管束或者螺旋管，管束两端固定于管板上。在管壳换热器内进行换热的两种流体，一种在管内流动，其行程称为管程；一种在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。管子的型号不一，过程一般为直径16mm 20mm或者25mm三个型号，管壁厚度一般为1mm，1.5mm，2mm以及2.5mm。进口换热器，直径最低可以到8mm，壁厚仅为0.6mm。大大提高了换热效率，2012年来也在国内市场逐渐推广开来。管壳式换热器，螺旋管束设计，可以最大限度的增加湍流效果，加大换热效率。内部壳层和管层的不对称设计，最大可以达到4.6倍。这种不对称设计，决定其在汽-水换热领域的广泛应用。最大换热效率可以达到14000w/m2.k，大大提高生产效率，节约成本。

同时，由于管壳式换热器多为金属结构，随着中国新版GMP的推出，不锈钢316L为主体的换热器，将成为饮料，食品，以及制药行业的必选。

双管板换热器 也称P型换热器，是在管壳式换热器的两头各加一个管板，可以有效防止泄漏造成的污染。市场上国产品牌较少，价格昂贵，一般在10万元以上，进口可以到几十万。符合新版GMP规定，虽价格昂贵，但决定其市场广阔。

混合式

13

混合式热交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。故凡允许流体相互混合的场合，都可以采用混合式热交换器，例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。它的应用遍及化工和冶金企业、动力工程、空气调节工程以及其它许多生产部门中。

按照用途的不同，可将混合式热交换器分成以下几种不同的类型： (1)冷却塔(或称冷水塔)

在这种设备中，用自然通风或机械通风的方法，将生产中已经提高了温度的水进行冷却降温之后循环使用，以提高系统的经济效益。例如热力发电厂或核电站的循环水、合成氨生产中的冷却水等，经过水冷却塔降温之后再循环使用，这种方法在实际工程中得到了广泛的使用。 (2)气体洗涤塔(或称洗涤塔)

在工业上用这种设备来洗涤气体有各种目的，例如用液体吸收气体混合物中的某些组分，除净气体中的灰尘，气体的增湿或干燥等。但其最广泛的用途是冷却气体，而冷却所用的液体以水居多。空调工程中广泛使用的喷淋室，可以认为是它的一种特殊形式。喷淋室不但可以像气体洗涤塔一样对空气进行冷却，而且还可对其进行加热处理。但是，它也有对水质要求高、占地面积大、水泵耗能多等缺点：所以，在一般建筑中，喷淋室已不常使用或仅作为加湿设备使用。但是，在以调节湿度为主要目的的纺织厂、卷烟厂等仍大量使用！ (3)喷射式热交换器

在这种设备中，使压力较高的流体由喷管喷出，形成很高的速度，低压流体被引入混合室与射流直接接触进行传热，并一同进入扩散管，在扩散管的出口达到同一压力和温度后送给用户。

(4)混合式冷凝器

这种设备一般是用水与蒸汽直接接触的方法使蒸汽冷凝。

蓄热式

蓄热式换热器用于进行蓄热式换热的设备。内装固体填充物，用以贮蓄热量。一般用耐火砖等砌成火格子（有时用金属波形带等）。换热分两个阶段进行。第一阶段，热气体通过火格子，将热量传给火格子而贮蓄起来。第二阶段，冷气体通过火格子，接受火格子所储蓄的热量而被加热。这两个阶段交替进行。通常用两个蓄热器交替使用，即当热气体进入一器时，冷气体进入另一器。常用于冶金工业，如炼钢平炉的蓄热室。也用于化学工业，如煤气炉中的空气预热器或燃烧室，人造石油厂中的蓄热式裂化炉。 蓄热式换热器一般用于对介质混合要求比较低的场合。

陶瓷

陶瓷换热器是一种新型的列管式高温热能回收装置，主要成份为碳化硅，可以广泛用于冶金、机械、建材、化工等行业，直接回收各种工业窑炉排放的850－1400℃高温烟气余热，以获得高温助燃空气或工艺气体。

14

陶瓷换热器

研制成的这种装置的换热元件材料系一种新型碳化硅工程陶瓷，它具有耐高温和抗热冲击的优异性能，从 1000 ℃ 风冷至室温，反复50 次以上不出现裂纹；导热系数与不锈钢等同；在氧化性和酸性介质中具有良好的耐蚀性。在结构上成功地解决了热补偿和较好地解决了气体密封问题。该装置传热效率高，节能效果显著，用以预热助燃空气或加热某些过程的工艺气体，可节约一次能源，燃料节约率可达30 %－55%，并可强化工艺过程，显著提高生产能力。

陶瓷换热器的生产工艺与窑具的生产工艺基本相同，导热性与抗氧化性能是材料的主要应用性能。它的原理是把陶瓷换热器放置在烟道出口较近，温度较高的地方，不需要掺冷风及高温保护，当窑炉温度1250-1450℃时，烟道出口的温度应是1000-1300℃，陶瓷换热器回收余热可达到450-750℃，将回收到的的热空气送进窑炉与燃气形成混合气进行燃烧，这样直接降低生产成本，增加经济效益。

陶瓷换热器在金属换热器的使用局限下得到了很好的发展，因为它较好地解决了耐腐蚀，耐高温等课题。它的主要优点是：导热性能好，高温强度高，抗氧化、抗热震性能好。寿命长，维修量小，性能可靠稳定，操作简便。

浮头式

设计要求

随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展的需要，中国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求： （1） 合理地实现所规定的工艺条件； （2） 结构安全可靠；

（3） 便于制造、安装、操作和维修； （4） 经济上合理。

浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动，壳体和管束对膨胀是自由的，故当两张介质的温差较大时，管束和壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，使管束能容易的插入或抽出壳体。（也可设计成不可拆的）。这样为检修、清洗提供了方便。但该换热器结构较复杂，而且浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况。因此在安装时要特别注意其密封。

浮头换热器的浮头部分结构，按不同的要求可设计成各种形式，除必须考虑管束能在设备内自由移动外，还必须考虑到浮头部分的检修、安装和清洗的方便。

在设计时必须考虑浮头管板的外径Do。该外径应小于壳体内径Di，一般推荐浮头管板与壳体内壁的间隙b1=3~5mm。这样，当浮头出的钩圈拆除后，即可将管束从壳体内抽出。以便于进

15

行检修、清洗。浮头盖在管束装入后才能进行装配，所以在设计中应考虑保证浮头盖在装配时的必要空间。

钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要作用。随着幞头式换热器的设计、制造技术的发展，以及长期以来使用经验的积累，钩圈的结构形式也得到了不段的改进和完善。 钩圈一般都为对开式结构，要求密封可靠，结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。

浮头式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性，在长期使用过程中积累了丰富的经验。尽管受到不断涌现的新型换热器的挑战，但反过来也不断促进了自身的发展。故迄今为止在各种换热器中扔占主导地位。 优缺点 优点：

（1）管束可以抽出，以方便清洗管、壳程； （2）介质间温差不受限制；

（3）可在高温、高压下工作，一般温度小于等于450度，压力小于等于6.4兆帕； （4）可用于结垢比较严重的场合； （5）可用于管程易腐蚀场合。 缺点：

（1）小浮头易发生内漏；

（2）金属材料耗量大，成本高20%； （3）结构复杂 制造工艺

选取换热设备的制造材料及牌号，进行材料的化学成分检验，机械性能合格后，对钢板进行矫形，方法包括手工矫形，机械矫形及火焰矫形。

备料－－划线－－切割－－边缘加工（探伤）－－成型－－组对－－焊接－－焊接质量检验－－组装焊接－－压力试验 质量检验

化工设备不仅在制造之前对原材料进行检验，而且在制造过程中要随时进行检查。

涡流热膜换热器

概述

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℃。 据【换热设备推广中心】介绍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。 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。 性能特点

1.高效节能，该换热器传热系数为6000-8000W/m2.0C。 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。

16

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。

质检内容

设备制造过程中的检验，包括原材料的检验、工序间的检验及压力试验，具体内容如下： （1）原材料和设备零件尺寸和几何形状的检验；

（2）原材料和焊缝的化学成分分析、力学性能分析试验、金相组织检验，总称为破坏试验； （3）原材料和焊缝内部缺陷的检验，其检验方法是无损检测，它包括：射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测等；

（4）设备试压，包括：水压试验、介质试验、气密试验等。

耐压试验和气密性试验：

制造完工的换热器应对换热器管板的连接接头，管程和壳程进行耐压试验或增加气密性试验，耐压试验包括水压试验和气压试验。换热器一般进行水压试验，但由于结构或支撑原因，不能充灌液体或运行条件不允许残留试验液体时，可采用气压试验。

如果介质毒性为极度，高度危害或管、壳程之间不允许有微量泄漏时，必须增加气密性试验。

质检方法

换热器压力试验的顺序如下：

固定管板换热器先进行壳程试压，同时检查换热管与管板连接接头，然后进行管程试压； U形管式换热器、釜式重沸器（U形管束）及填料函式换热器先用试验压环进行壳程试压，同时检查接头，然后进行管程试压；

浮头式换热器、釜式重沸器（浮头式管束）先用试验压环和浮头专用工具进行管头试压，对于釜式重沸器尚应配备管头试压专用壳体，然后进行管程试压，最后进行壳程试压；

重叠换热器接头试压可单台进行，当各台换热器程间连通时，管程和壳程试压应在重叠组装后进行。

安装方法

安装换热器的基础必须满足以使换热器不发生下沉，或使管道把过大的变形传到传热器的接管上。基础一般分为两种：一种为砖砌的鞍形基础，换热器上没有鞍式支座而直接放在鞍形基础上，换热器与基础不加固定，可以随着热膨胀的需要自由移动。另一种为混凝土基础，换热器通过鞍式支座由地脚螺栓将其与基础牢固的连接起来。

在安装换热器之前应严格的进行基础质量的检查和验收工作，主要项目如下：基础表面概况；基础标高，平面位置，形状和主要尺寸以及预留孔是否符合实际要求；地脚螺栓的位置是否正确，螺纹情况是否良好，螺帽和垫圈是否齐全；放置垫铁的基础表面是否平整等。

基础验收完毕后，在安装换热器之前在基础上放垫铁，安放垫铁处的基础表面必须铲平，使两者能很好的接触。垫铁厚度可以调整，使换热器能达到设计的水平高度。垫铁放置后可增加换热器在基础上的稳定性，并将其重量通过垫铁均匀地传递到基础上去。垫铁可分为平垫铁、斜垫铁和开口垫铁。其中，斜垫铁必须成对使用。地脚螺栓两侧均应有垫铁，垫铁的安装不应妨碍换热器的热膨胀。

换热器就位后需用水平仪对换热器找平，这样可使各接管都能在不受力的情况下连接管道。找平后，斜垫铁可与支座焊牢，但不得与下面的平垫铁或滑板焊死。当两个以上重叠式换热器安装时，应在下部换热器找正完毕，并且地脚螺栓充分固定后，再安装上部换热器。可抽

17

管束换热器安装前应抽芯检查，清扫，抽管束时应注意保护密封面和折流板。移动和起吊管束时应将管束放置在专用的支承结构上，以避免损伤换热管。

根据换热器的形式，应在换热器的两端留有足够的空间来满足条件（操作）清洗、维修的需要。浮头式换热器的固定头盖端应留有足够的空间以便能从壳体内抽出管束，外头盖端必须也留出一米以上的位置以便装拆外头盖和浮头盖。

固定管板式换热器的两端应留出足够的空间以便能抽出和更换管子。并且，用机械法清洗管内时。两端都可以对管子进行刷洗操作。U形管式换热器的固定头盖应留出足够的空间以便抽出管束，也可在其相对的一端留出足够的空间以便能拆卸壳体。

换热器不得在超过铭牌规定的条件下运行。应经常对管，壳程介质的温度及压降进行监督，分析换热管的泄漏和结垢情况。管壳式换热器就是利用管子使其内外的物料进行热交换、冷却、冷凝、加热及蒸发等过程，与其他设备相比较，其余腐蚀介质接触的表面积就显得非常大，发生腐蚀穿孔结合处松弛泄漏的危险性很高，因此对换热器的防腐蚀和防泄漏的方法也比其他设备要多加考虑，当换热器用蒸汽来加热或用水来冷却时，水中的溶解物在加热后，大部分溶解度都会有所提高，而硫酸钙类型的物质则几乎没有变化。冷却水经常循环使用，由于水的蒸发，使盐类浓缩，产生沉积或污垢。又因水中含有腐蚀性溶解气体及氯离子等引起设备腐蚀，腐蚀与结垢交替进行，激化了钢材的腐蚀。因此必须经过清洗来改善换热器的性能。由于清洗的困难程度是随着垢层厚度或沉积的增加而迅速增大的，所以清洗间隔时间不宜过长，应根据生产装置的特点，换热介质的性质，腐蚀速度及运行周期等情况定期进行检查，修理及清洗。

换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的热交换器。

由于制造工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。

发展历史

二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。

60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。

换热器中流体的相对流向一般有顺流和逆流两种。顺流时，入口处两流体的温差最大，并沿传热表面逐渐减小，至出口处温差为最小。逆流时，沿传热表面两流体的温差分布较均匀。在冷、热流体的进出口温度一定的条件下，当两种流体都无相变时，以逆流的平均温差最大顺流最小。

18

在完成同样传热量的条件下，采用逆流可使平均温差增大，换热器的传热面积减小；若传热面积不变，采用逆流时可使加热或冷却流体的消耗量降低。前者可节省设备费，后者可节省操作费，故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。

当冷、热流体两者或其中一种有物相变化(沸腾或冷凝)时，由于相变时只放出或吸收汽化潜热，流体本身的温度并无变化，因此流体的进出口温度相等，这时两流体的温差就与流体的流向选择无关了。除顺流和逆流这两种流向外，还有错流和折流等流向。

在传热过程中，降低间壁式换热器中的热阻，以提高传热系数是一个重要的问题。热阻主要来源于间壁两侧粘滞于传热面上的流体薄层(称为边界层)，和换热器使用中在壁两侧形成的污垢层，金属壁的热阻相对较小。

增加流体的流速和扰动性，可减薄边界层，降低热阻提高给热系数。但增加流体流速会使能量消耗增加，故设计时应在减小热阻和降低能耗之间作合理的协调。为了降低污垢的热阻，可设法延缓污垢的形成，并定期清洗传热面。

一般换热器都用金属材料制成，其中碳素钢和低合金钢大多用于制造中、低压换热器；不锈钢除主要用于不同的耐腐蚀条件外，奥氏体不锈钢还可作为耐高、低温的材料；铜、铝及其合金多用于制造低温换热器；镍合金则用于高温条件下；非金属材料除制作垫片零件外，有些已开始用于制作非金属材料的耐蚀换热器，如石墨换热器、氟塑料换热器和玻璃换热器等。 机组构造

换热机组是一次热网与用户之间的直接桥梁，从一次热网得到热量，自动连续地转换为用户需要的生活用水及采暖用水，适用于空调（供暖供冷），采暖，生活用水（洗浴）或其他换热回路（如地板供热，工艺水冷却等）。换热机组由板式换热器、循环水泵、补水泵、过滤器、阀门、机组底座、热计量表、配电箱、电子仪表及自控系统等组成。热源的蒸汽或高温水从机组的一次侧供水口进入板式换热器，二次侧的低温回水经过过滤器除污，通过循环泵也进入板式过滤器，两种不同温度的水经过热交换，二次侧将热量输送给热用户。

常见问题

在生产过程中，由于换热器管板受水分冲刷、气蚀和微量化学介质的腐蚀，管板焊缝处经常出现渗漏，导致

换热器防腐保护

水和化工材料出现混合，生产工艺温度难以控制，致使生成其它产品，严重影响产品质量，降低产品等级。冷凝器管板焊缝渗漏后，企业通常利用传统补焊的方法进行修复，管板内部易产生内应力，且难以消除，致使其它换热器出现渗漏，企业通过打压，检验设备修复情况，

19

反复补焊、实验，2～4人需要几天时间才能修复完成，使用几个月后管板焊缝再次出现腐蚀，给企业带来人力、物力、财力的浪费，生产成本的增加。通过福世蓝高分子复合材料的耐腐蚀性和抗冲刷性，通过提前对新换热器的保护，这样不仅有效治理了新换热器存在的焊缝和砂眼问题，更避免了使用后化学物质腐蚀换热器金属表面和焊接点，在以后的定期维修时，也可以涂抹福世蓝高分子复合材料来保护裸露的金属；即使使用后出现了渗漏现象，也可以通过福世蓝技术及时修复，避免了长时间的堆焊维修影响生产。正是由于此种精细化的管理，才使得换热器渗漏问题出现的概率大大降低，不仅降低了换热器的设备采购成本，更保证了产品质量、生产时间，提高了产品竞争力。

新型

气动喷涂

俄罗斯提出了一种先进方法，即气动喷涂法，来提高翅片化表面的性能。其实质是采用高速的冷的或稍微加温的含微粒的流体给翅片表面喷镀粉末粒子。用该方法不仅可喷涂金属还能喷涂合金和陶瓷(金属陶瓷混合物)，从而得到各种不同性能的表面。通常在实践中翅片底面的接触阻力是限制管子加装翅片的因素之一。为了评估翅片管换热器元件进行了试验研究。试验是采用在翅片表面喷涂ac－铝，并添加了24a白色电炉氧化铝。将试验所得数据加以整理，便可评估翅片底面的接触阻力。将研究的翅片的效率与计算数据进行比较，得出的结论是：气动喷涂翅片的底面的接触阻力对效率无实质性影响。为了证实这一点，又对基部(管子)与表面(翅片)的过渡区进行了金相结构分析。

对过渡区试片的分析表明，连接边界的整个长度上无不严密性的微裂纹。所以，气动喷涂法促进表面与基本相互作用的分支边界的形成，能促进粉末粒子向基体的渗透，这就说明了附着强度高，有物理接触和金属链形成。因而气动喷涂法不但可用于成型，还可用来将按普通方法制造的翅片固定在换热器管子的表面上，也可用来对普通翅片的底面进行补充加固。可以预计，气动喷涂法在紧凑高效换热器的生产中，将会得到广泛应用。

螺旋折流

在管壳式换热器中，壳程通常是一个薄弱环节。通常普通的弓形折流板能造成曲折的流道系统(z字形流道)，这样会导致较大的死角和相对高的返混。而这些死角又能造成壳程结垢加剧，对传热效率不利。返混也能使平均温差失真和缩小。其后果是，与活塞流相比，弓形折流板会降低净传热。优越弓形折流板管壳式换热器很难满足高热效率的要求，故常为其他型式的换热器所取代(如紧凑型板式换热器)。对普通折流板几何形状的改进，是发展壳程的第一步。虽然引进了密封条和附加诸如偏转折流板及采取其他措施来改进换热器的性能，但普通折流板设计的主要缺点依然存在。

为此，美国提出了一种新方案，即建议采用螺旋状折流板。这种设计的先进性已为流体动力学研究和传热试验结果所证实，此设计已获得专利权。此种结构克服了普通折流板的主要缺点。螺旋折流板的设计原理很简单：将圆截面的特制板安装在“拟螺旋折流系统”中，每块折流板占换热器壳程中横剖面的四分之一，其倾角朝向换热器的轴线，即与换热器轴线保持一倾斜度。相邻折流板的周边相接，与外圆处成连续螺旋状。折流板的轴向重叠，如欲缩小支持管子的跨度，也可得到双螺旋设计。螺旋折流板结构可满足相对宽的工艺条件。此种设计具有很大的灵活性，可针对不同操作条件，选取最佳的螺旋角；可分别情况选用重叠折流板或是双螺旋折流板结构。

麻花管

瑞典alares公司开发了一种扁管换热器，通常称为麻花管换热器。美国休斯顿的布朗公司做了改进。螺旋扁管的制造过程包括了“压扁”与“热扭”两个工序。改进后的麻花管换热器同传统的

20

管壳式换热器一样简单，但有许多激动人心的进步，它获得了如下的技术经济效益：改进了传热，减少了结垢，真正的逆流，降低了成本，无振动，节省了空间，无折流元件。

由于管子结构独特使管程与壳程同时处于螺旋运动，促进了湍流程度。该换热器总传热系数较常规换热器高40%，而压力降几乎相等。组装换热器时也可采用螺旋扁管与光管混合方式。该换热器严格按照asme标准制造。凡是用管壳式换热器和传统装置之处均可用此种换热器取代。它能获得普通管壳式换热器和板框式传热设备所获得的最佳值。估计在化工、石油化工行业中具有广阔的应用前景。

螺旋管式

在管子上缠绕金属丝作为筋条(翅片)的螺旋管式换热器(ta)，一般都是采用焊接方法将金属丝固定在管子上。但这种方法对整个设备的质量有一系列的影响，因为钎焊法必将从换热中“扣除”很大一部分管子和金属丝的表面。更重要的是，由于焊料迅速老化和破碎会造成机器和设备堵塞，随之提前报损。

螺旋板式

spiral plate heat exchanger 螺旋板式换热器

传热元件由螺旋形板组成的换热器。

螺旋板式换热器是一种高效换热器设备，适用汽－汽、汽－液、液－液，对液传热。它适用于化学、石油、溶剂、医药、食品、轻工、纺织、冶金、轧钢、焦化等行业。按 结构形式可分为 不可拆式（Ⅰ型）螺旋板式及可拆式（Ⅱ型、Ⅲ型）螺旋 板式换热器 螺旋板式换热器结构及性能

1、本设备由两张卷制而成，形成了两个均匀的螺旋通道，两种传热介质可进行全逆流流动，大大增强了换热效果，即使两种小温差介质，也能达到理想的换热效果。

2、在壳体上的接管采用切向结构，局部阻力小，由于螺旋通道的曲率是均匀的，液体在设备内流动没有大的转向，总的阻力小，因而可提高设计流速使之具备较高的传热能力。

3、I型不可拆式螺旋板式换热器螺旋通道的端面采用焊接密封，因而具有较高的密封性。 4、II型可拆式螺旋板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同，但其中一个通道可拆开清洗，特别适用有粘性、有沉淀液体的热交换。 5、III型可拆式螺旋板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同，但其两个通道可拆开清洗，适用范围较广。

6、单台设备不能满足使用要求时，可以多台组合使用，但组合时必须符合下列规定：并联组合、串联组合、设备和通道间距相同。混合组合：一个通道并联，一个通道串联。 变声速压

变声速增压热交换器即两相流喷射式热交换器，广泛适用于汽—水换热的各个领域。由中国洛阳蓝海实业有限公司自主研发。它以蒸汽为动力，通过汽水压缩混合，使水温瞬时升高，利用压力激波技术达到无外力增压的效果，显著的节能和增压特点大大降低了用户使用成本，可取代传统的热交换器。

变声速增压热交换器是一种混合型汽—水换热设备，蒸汽经过绝热膨胀技术处理以射流态引入混合腔与经过膜化处理的被加热水在蒸汽冲击力作用下均匀混合，形成具有一定计算容积比的汽水压缩混合物，当其瞬间压缩密度达到一定值时便形成了两相流体场现象。在场态的激化下，该混合物的声速值出现突破声障临界的过渡性转变，同时爆发大量压力激波，压力激波单向传导特性使瞬间达到设计温度的热水在不变截面管道中出现压力升高却不回流现象。变声速增压热交换技术是以两相流体场的有序激化强制完成“瞬时换热+无外力增压”双效应。

腐蚀防护

21

换热器在炼油工业中的应用是十分广泛的,其重要性也是显而宜见的,换热设备利用率的高低直接影响到炼油工艺的效率以及成本的费用问题。据统计换热器在化工建设中约占投资的1/5,因此,换热器的利用率及寿命是值得研究的重要问题。由换热器的损坏原因来看,腐蚀是一个十分重要的原因,而且换热器的腐蚀是大量的普遍存在的,能够解决好腐蚀问题,就等于解决了换热器损坏的根本。要想防止换热器的腐蚀,就得弄清楚腐蚀的根源,现就换热器的腐蚀的原因从以下几方面进行讨论。

腐蚀

1·换热器的用材的选择 使用何种材料的决定因素是其经济性,管子材料有不锈钢,铜镍合金,镍基合金,钛和锆等,除了工业上不能使用焊接管的情况以外都使用了焊接管,耐蚀材料仅用于管程,壳程材料是碳钢。 2·换热器的金属腐蚀

2.1 金属腐蚀的原理 金属腐蚀是指在周围介质的化学或电化学的作用下,并且经常是在和物理、机械或生物学因素的共同作用下金属产生的破坏,也即金属在它所处环境的作用下所产生破坏。

2.2 换热器几种常见的腐蚀破坏类型

2.2.1 均匀腐蚀 在整个暴露于介质的表面上,或者在较大的面积上产生的,宏观上均匀的腐蚀破坏叫均匀腐蚀。 2.2.2 接触腐蚀 两种电位不同的金属或合金互相接触,并浸于电解质溶解质溶液中,它们之间就有电流通过,电位正的金属腐蚀速度降低,电位负的金属腐蚀速度增加。 2.2.3 选择性腐蚀 合金中某一元素由于腐蚀,优先进入介质的现象称为选择性腐蚀。 2.2.4 孔蚀 集中在金属表面个别小点上深度较大的腐蚀称为孔蚀,或称小孔腐蚀、点蚀。 2.2.5 缝隙腐蚀 在金属表面的缝隙和被覆盖的部位会产生剧烈的缝隙腐蚀。

2.2.6 冲刷腐蚀 冲刷腐蚀是由于介质和金属表面之间的相对运动而使腐蚀过程加速的一种腐蚀。

2.2.7 晶间腐蚀 晶间腐蚀是优先腐蚀金属或合金的晶界和晶界附近区域,而晶粒本身腐蚀比较小的一种腐蚀。 2.2.8 应力腐蚀破裂(SCC)和腐蚀疲劳SCC是在一定的金属一介质体系内,由于腐蚀和拉应力的共同作用造成的材料断裂。

2.2.9 氢破坏 金属在电解质溶液中,由于腐蚀、酸洗、阴极保护或电镀,可以产生因渗氢而引起的破坏。 3·冷却介质对金属腐蚀的影响 工业上使用最多的冷却介质是各种天然水。影响金属腐蚀的因素很多,主要的几个因素及其对几种常用金属的影响:

3.1 溶解氧 水中的溶解氧是参加阴极过程的氧化剂,因此它一般促进腐蚀。当水中氧的浓度不均匀时,将形成氧的浓差电池,造成局部腐蚀。对碳钢、低合金钢、铜合金和某些牌号的不锈钢而言,熔解氧是影响它们在水中腐蚀行为的最重要因素。

3.2 其他溶解气体 在水中无氧时CO2将导致铜和钢的腐蚀,但不促进铝的腐蚀。微量的氨腐蚀铜合金,但对铝和钢没有影响。H2S促进铜和钢的腐蚀,但对铝无影响。SO2降低了水的pH值,增加了水对金属的腐蚀性。

3.3 硬度 一般说来,淡水的硬度增高对铜、锌、铅和钢等金属的腐蚀减小。非常软的水腐蚀性很强,在这种水中,不宜用铜、铅、锌。相反,铅在软水中耐蚀,在硬度高的水中产生孔蚀。 3.4 pH值 钢在pH>11的水中腐蚀较小,pH<7时腐蚀增大。

3.5 离子的影响 氯离子可以破坏不锈钢等钝化金属的表面,诱发孔蚀或SCC。

3.6 垢的影响 淡水中的CaCO3垢。CaCO3垢层对传热不利,但是有利于防止腐蚀。 4·传热过程对腐蚀的影响 金属在有传热和没有传热的条件下,腐蚀行为是不相同的。一般说来,传热使金属的腐蚀加剧,特别是在有沸腾、汽化或过热的条件下更明显。在不同介质中,或对不同的金属,传热的影响也不相同。 5·防腐方法 知道了换热器各种腐蚀的原因,合理的选择防腐措施,才能达到高效利用设备的目的。

22

防护

针对以上讨论的有关腐蚀情况,提出以下防腐方法: 这里主要介绍缓蚀剂,电化学保护。

①缓蚀剂 以铬酸盐为主要成分的缓蚀剂是冷却水系统常用的,铬酸根离子是一种阳极(过程)抑制剂,当它与合适的阴极抑制剂组合时,能得到令人满意而又经济的防腐蚀效果。 铬酸盐-锌--聚磷酸盐:聚磷酸盐的使用是由于它是具有清洁金属表面的作用,有缓蚀能力,聚磷酸盐可以部分转成正磷酸盐,它们也可以同钙生成大的胶体阳离子,抑制阴极过程。 铬酸盐-锌--膦酸盐:这种方法用膦酸钠代替聚磷酸盐外与上一种方法相似,氨基甲叉磷酸盐也可以用于比为聚磷酸盐所规定的pH值要高的场合。氨基甲叉膦酸盐可以防止水垢,即使pH值为9也能控制钙盐的沉淀。 铬酸盐-锌--水解的聚丙烯酰胺:由于阳离子型共聚物水解的聚丙烯酰胺的分散作用,能够防止或抑制水垢成污垢的产生。 ②电化学保护 采用阴极保护和阳极保护。阴极保护是利用外加直流电源,使金属表面变为阴极而达到保护,此法耗电量大,费用高。阳极保护是把保护的换热器接以外加电源的阳极,使金属表面生成钝化膜,从而得到保护。 编辑本段清洗

长期以来传统的清洗方式如机械方法（刮、刷）、高压水、化学清洗(酸洗)等在对换热器清洗时出现很多问题：不能彻底清除水垢等沉积物，酸液对设备造成腐蚀形成漏洞，残留的酸对材质产生二次腐蚀或垢下腐蚀，最终导致更换设备，此外，清洗废液有毒，需要大量资金进行废水处理。新研发出的对设备无腐蚀清洗剂，其中应有技术较好的有福世泰克清洗剂，其高效、环保、安全、无腐蚀，不但清洗效果良好而且对设备没有腐蚀，能够保证换热器的长期使用。清洗剂（特有的添加湿润剂和穿透剂，可以有效清除用水设备中所产生的最顽固的水垢（碳酸钙）、锈垢、油垢、粘泥等沉淀物，同时不会对人体造成伤害，不会对钢铁、紫铜、镍、钛、橡胶、塑料、纤维、玻璃、陶瓷等材质产生侵蚀、点蚀、氧化等其他有害的反应，可大大延长设备的使用寿命。

注意事项

系统检验

对于一些新系统来说，不能马上与换热器进行交替使用，首先把新的系统在指定的时间段运行，让它有了一个运行模式后，这个时候方可以把换热器并入系统中使用，这样做的目的完全是为了避免管网中的杂质破坏换热器设备；

防除垢

23

防除垢机理图

声波防、除垢技术已在石油化工、冶金电力、制糖制药等诸多工业领域得以广泛应用超。 超声波防除垢技术是利用超声高频脉冲震荡波在换热器金属面与内部物料液体液面产生的一系列作用而达到防除垢目的的。

具体机理是超声震荡波垂直作用在换热器金属表面，使其在金属中快速传播，受到震动的金属壁面与相邻液面产生了推斥力，使液体远离壁面，而后恢复原位，过程中产生了一个时间差，出现一个狭小的真空区域，周围液体会迅速填充，产生了微涡，周而复始，就产生了这种高速微涡效应，高速微涡效应阻断了液体中垢质成分附着在金属管壁的条件，从而达到了防垢效果。

而高速微涡使液体不断冲刷着金属壁面上的软垢，使软垢随液体流走，从而解决软垢问题，同样高速微涡可以带走金属周边的气泡，达到防止金属氧化的目的。

对于已附着在金属壁上的硬垢质，在高频振动的作用下，由于金属和垢质的弹性阻抗不同，频率响应也不一致，是两者间产生不同振动，硬垢比金属的弹性阻抗差很多，会在内部形成多方向性的微冲性剪切力，使垢质疲劳、裂纹、疏松、脱落。而在产生裂缝的同时，就会有毛细作用的出现，液体通过裂缝迅速进入到垢层当中，接触高温金属管时受热体积急速膨胀，加速垢质的脱离。这就达到了除垢的效果。

该技术已申请三项国家专利技术，并被发改委评委国家级科技成果重点推广项目。

管网清洁

无论是在工作前还是工作完成后，我们都必须要对管网中进行清洁处理，效率相当。

因冷却水大多数含有钙、镁离子和酸式碳酸盐。当冷却水流经金属表面时，有碳酸盐的生成。另外，溶解在冷却水中的氧还会造成金属腐蚀，形成铁锈。由于锈垢的产生，换热效果下降。严重时不得不在壳体外喷淋冷却水，结垢严重时会堵塞管子，使换热效果失去作用。采用福世泰克清洗剂清洗凝汽器，福世泰克的高效、环保、安全、无腐蚀，不但清洗效果良好而且

24

对设备没有腐蚀，能够保证凝汽器的长期使用。

螺旋扁管换热器介绍

螺旋扁管是瑞士Allares公司首先提出、美国Brown公司（休斯顿的布朗公司）经过改进的一种换热管。由于管子的独特结构，流体在管内处于螺旋流动，促使湍流程度。经实验研究表明螺旋扁管管内膜传热系数通常比普通圆管大幅度提高，在低雷诺数时最为明显，达2—3倍；随着雷诺数的增大，通常也可提高传热系数5O%以上。

其制造过程是先将圆管压扁，然后扭曲成螺旋状。穿管时按同一方布置形成管束，管束无支撑件，只是依靠螺旋扁管外缘外螺旋线的接触点相互支撑。在管程，流体的螺旋流动提高了其湍流程度，减薄了作为传

热主要热阻的滞流内层的厚度，使管内传热得以强化。在壳程，因螺旋扁管之间的流道也呈螺旋状，流体在其间运动时受离心力的作用而周期性地改变速度和方向，从而加强了流体的纵向混合。加之流体经过相邻管子的螺旋线接触点时形成脱离管壁的尾流，增强了流体自身的湍流程度，破坏了流体在管壁上的传热边界层，因而使得壳程的传热也得以强化。管内，管外传热同时强化的结果，使其传热效果较普通管壳式换热器有大幅度提高，特别对流体粘度大，一侧或两侧呈滞流流动的换热过程，其效果尤为突出。

2007年秦皇岛同力达公司开发出螺旋扁管冷压成型机并获国家发明专利，此设备解决了高效换热元件—螺旋扁管不能实现批量生产的难题，为国内外首创，该专利为我们开发高效节能换热器奠定了基础。

因利用该换热管做成的换热器拥有的优点：

1、压降小 2、传热效率高 3、不易结垢 4、不污堵

此克服了传统换热器的缺点，是目前提取低温余热最理想的换热设备，该换热器应用于冲渣水上效果明显，是最理想的换热器。

换热器分类

目前，生产中使用的换热器种类很多板式换热器，但至今尚无统

一的分类方法。现将常见的分类方法简介如下。 一、按传热面的结构分类

25

1.表面式换热器又称为间壁式换热器。在此类换热器中，温度不同的两种流体，在被一固体壁面分开的不同空间里流动。热流体放出的热量通过固体壁面传给冷流体。如列管式换热器，一种流体在管内（管程）流动，另一种流体在管外〔壳程）流动。这类换热器类型多，应用广.化工生产中所用换热器绝大多数属于此类，如列管式换热器、夹套式换热器、蛇管式换热器、套管式换热器、板式换热器等等。 2。直接接触式换热器在这类换热器中，冷热两种流体直接接触进行换热。这对工艺上允许两种流体混合的情况而言，既方便又有效，所用设备也较简单。如凉水塔是用来冷却循环水的，在凉水塔内，空气与水直接接触进行换热。又如在气压冷凝器中，蒸汽与水直接接触使蒸汽冷凝等等。

3.蓄热式换热器该换热器是借助热容量较大的固体蓄热体（如耐火砖等），将热量从高温流体传递给低温流体的热交换器。当蓄热体与高温流体接触时，从高温流体处接受热量，蓄热体温度升高，然后与低温流体接触，将热量传递给低温流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的。这类换热器结构较简单，可耐高温，故常用于高温气体热量的利用或冷却。其缺点是设备体积较大，同时也难免两种流体在一定程度上相混合。 二、按使用分类

1.加热器加热器是将无相变化的流体加热到需要的温度的换热设备。

2.预热器预热器是将流体预先加热的换热设备，这样可提高后面操作中的效率。

3.冷却器冷却器是将流体冷却到必要的温度的换热设备。 4.冷凝器冷凝器是用于冷却提结性气体，并使之液化的换热设备。如将水蒸汽冷凝成水的设备即为冷凝器。

5.蒸发器蒸发器是用于加热液体使其蒸发的换热设备。 6.再沸器再沸器是使装置中已经冷凝了的液体再加热并使之汽化的换热设备。

7.全凝器全凝器是使凝结性气体全部冷凝的换热设备。

26

8.分凝器分凝器是使凝结性气体的一部分冷凝成液体，而剩余部分仍为气体由换热器中放出的换热设备。

三，按材质分类

1.

金属材质的换热器，如铜、铝、谈钢、不锈钢等制的换热器。

2.非金属材质的换热器，如用石墨、玻璃、塑料、陶瓷等制的换热器。

板式换热器

求助编辑百科名片

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新型高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过半片进行热量交换。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、安装清洗方便、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。 目录 简介 基本结构 特点 应用场合 选型问题 板型选择

流程和流道的选择 压降校核 型号表示 结构原理 设计特点 应用范围 化学工业 钢铁工业 冶金行业 机械制造业 食品工业 纺织工业

27

造纸工业 集中供暖 油脂工业 电力工业 船 舶

海水养殖育苗行业 其 他 常见故障 外漏 2串液 压降大

4供热温度不能满足要求 处理方法 3.1 外漏 3.2串液 3.3压降过大

3.4 供热温度不能满足要求 技术参数 清洗工艺 维修案例 类型 执行标准 清洗方法

板式换热器清洗 展开 简介 基本结构 特点 应用场合 选型问题 板型选择

流程和流道的选择 压降校核 型号表示 结构原理 设计特点 应用范围 化学工业 钢铁工业 冶金行业 机械制造业 食品工业 纺织工业 造纸工业 集中供暖 油脂工业

28

电力工业 船 舶

海水养殖育苗行业 其 他 常见故障 外漏 2串液 压降大

4供热温度不能满足要求 处理方法 3.1 外漏 3.2串液 3.3压降过大

3.4 供热温度不能满足要求 技术参数 清洗工艺 维修案例 类型 执行标准 清洗方法

板式换热器清洗 展开

编辑本段简介

板式换热器高清图

⒈板式换热器（Plate Type Heat Exchanger），本成套设备由板式换热器、平衡槽、离心式卫生泵、热水装置（包括蒸汽管路、热水喷入器）、支架以及仪表箱等组成。用于牛奶或其它热敏感性液体之杀菌冷却。欲处理的物料先进入平衡槽，经离心式卫生泵送入换热器、经过预热、杀菌、保温、冷却各段，凡未达到杀菌温度的物料，由仪表控制气动回流阀换向、再回到平衡槽重新处理。物料杀菌温度由仪表控制箱进行自动控制和连续记录，以便对杀菌过程进行监视和检查。此设备适用于对牛奶预杀菌、巴式杀菌。

29

板式换热器

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。 编辑本段基本结构

板式换热器结构

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 编辑本段特点

（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=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℃.

30

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。

板式换热器

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1/3~1/10. 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。

31

编辑本段应用场合

a. 制冷：用作冷凝器和蒸发器。

b. 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。

板式换热器

c. 化学工业：纯碱工业，合成氨，酒精发酵，树脂合成冷却等。 d. 冶金工业：铝酸盐母液加热或冷却，炼钢工艺冷却等。 e. 机械工业：各种淬火液冷却，减速器润滑油冷却等。 f. 电力工业：高压变压器油冷却，发电机轴承油冷却等。 g.造纸工业：漂白工艺热回收，加热洗浆液等。

h.纺织工业：粘胶丝碱水溶液冷却，沸腾硝化纤维冷却等。 i.食品工业：果汁灭菌冷却，动植物油加热冷却等。

j. 油脂工艺：皂基常压干燥，加热或冷却各种工艺用液。 k. 集中供热：热电厂废热区域供暖，加热洗澡用水。 l. 其他：石油、医药、船舶、海水淡化、地热利用。 编辑本段选型问题 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。 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方式连接起来，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。 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。 编辑本段型号表示

板式换热器按照 GB16409-1996 《板式换热器》进行设计、制造和检验，代号也按其标准规定来表示。

32

板式换热器的温度指标以密封胶垫所耐温度为准，丁腈橡胶（N）的上限工作温度为 110 ℃ ，乙丙橡胶（E）的上限工作温度为 150 ℃。 BR0.1 型板式换热器没有悬挂形式的装配结构。 示例1 ：BR0.2-1.0-18-N-Ⅶ

表示板型为 BR0.2 的板式换热器，设计压力为 1.0MPa ，换热面积为 18㎡ ，密封胶垫的材质为丁腈橡胶，装配形式为不悬挂式的。 示例2 ：BR0.5-1.0-70-E-I

表示板型为 BR0.5 的板式换热器，设计压力为 1.0MPa ，换热面积为 70㎡ ，密封胶垫的材质为丁丙橡胶，装配形式为悬挂式的。 示例3 ：BRB0.8-1.0-120-E-I

表示板型为 BR0.8 的板式换热器，设计压力为 1.0MPa ，换热面积为 120㎡ ，密封胶垫的材质为乙丙橡胶，装配形式为悬挂式的。 编辑本段结构原理

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。

板式换热器结构图拆解 编辑本段设计特点

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。

编辑本段应用范围

板式换热器已广泛应用于冶金、矿山、石油、化工、电力、医药、食品、化纤、造纸、轻纺、船舶、供热等部门，可用于加热、冷却、蒸发、冷凝、杀菌消毒、余热回收等各种情况 化学工业

制造氧化钛、酒精发酵、合成氨、树脂合成、制造橡胶、冷却磷酸、冷却甲醛水、碱炭工业、电解制碱。 钢铁工业

冷却淬火油，冷却电镀用液、冷却减速器润滑油、冷却轧制机、拉丝机冷却液。 冶金行业

铝酸盐母液的加热和冷却，冷却铝酸钠，炼铝轧机润滑油冷却。

33

板式换热器[1] 机械制造业

各种淬火液冷却，冷却压力机、工业母机润滑油，加热发动机用油。 食品工业

制盐，乳品，酱油，醋的杀菌、冷却，动植物油加热、冷却，啤酒生产中啤酒、麦芽汁的加热冷却，制糖，明胶浓缩，杀菌、冷却，制造谷氨酸钠。 纺织工业

各种废液热回收，沸腾磷化纤维的冷却，冷却粘胶液，醋酸和酸醋酐的冷却，冷却碱水溶液，粘胶丝的加热和冷却。 造纸工业

冷却黑水，漂白用盐、碱液的加热、冷却，玻璃纸废液的热回收，加热蒸煮酸，冷却氢氧化钠水溶液，回收漂白张纸的废液，排气的凝缩，预热浓缩纸浆似的废液。 集中供暖

热电厂废热区域供暖，加热生活用水，锅炉区域供暖 油脂工业

加热、冷却合成洗涤剂，加热鲸油，冷却植物油，冷却氢氧化钠，冷却甘油、乳化油。 电力工业

发电机轴泵冷却，变压器油冷却。 船 舶

柴油机，中央冷却器，卸套水冷却器，活塞冷却器，润滑油冷却器，预热器，海水淡化系统（包括多级及单级） 海水养殖育苗行业

配套锅炉给育苗海水升温已节约煤炭的使用，从而节能环保提高效率。 其 他

医药、石油、建陶、玻璃、水泥、地热利用等。

BR型系列产品，整机装配有普通式结构（不经常拆洗工况采用）和悬挂式结构（拆洗较频繁的工况采用）两种。

普通式结构由人字形波纹板片、密封垫、压紧板、上下定位螺栓、压紧螺栓等主要零件组成。 悬挂式结构由人字形波纹板片、密封垫、固定压紧板、中间板、活动压紧板、支架、上下定位横梁、压紧螺栓等主要零件组成。 常见故障

板式换热器具有传热系数高、压降小、结构紧凑、质量轻、占用空间小、面积和流程组合方便、零件通用性强、可选择材料广以及容易实现规模化生产等特点，已被广泛应用于食品、机械、冶金、石油化工和船舶等领域，并成为城市集中供热工程中的主导换热设备。为了保证板式换热器的正常运行，延长关键部件（如板片、胶垫）的使用寿命，了解掌握板式换热

34

器出现的故障及其产生原因和处理方法显得尤为重要。 编辑本段常见故障 外漏

主要表现为渗漏（量不大，水滴不连续）和泄漏（量较大，水滴连续）。外漏出现的主要部位为板片与板片之间的密封处、板片二道密封泄漏槽部位以及端部板片与压紧板内侧。 2串液

主要特征为压力较高一侧的介质串入压力较低一侧的介质中，系统中会出现压力和温度的异常。如果介质具有腐蚀性，还可能导致板式换热器密封垫片的腐蚀。串液通常发生在导流区域或者二道密封区域处。 压降大

介质进、出口压降超过设计要求，甚至高出设计值许多倍，严重影响系统对流量和温度的要求。在供暖系统中，若热侧压降过大，则一次侧流量将严重不足，即热源不够，导致二次侧出温度不能满足要求。 4供热温度不能满足要求

主要特征是出口温度偏低，达不到设计要求。 编辑本段处理方法 3.1 外漏

3.1.1 产生原因

①夹紧尺寸不到位、各处尺寸不均匀（各处尺寸偏差不应大于3 mm）或夹紧螺栓松动。② 部分密封垫脱离密封槽，密封垫主密封面有脏物，密封垫损坏或板式换热器密封垫片老化。③ 板片发生变形，组装错位引起跑垫。④在板片密封槽部位或二道密封区域有裂纹。实例：北京、青海和新疆等地的多个热力站均采用饱和蒸汽作为一次侧热源供暖，由于蒸汽温度较高，在设备运行初期系统不稳定的情况下，橡胶密封垫在高温下失效，引起蒸汽外漏。 3.1.2 处理方法

① 在无压状态，按制造厂提供的夹紧尺寸重新夹紧设备，尺寸应均匀一致，压紧尺寸的偏差应不大于±0．2N (mm)(N。为板片总数），两压紧板间的平行度应保持在2 mm 以内。② 在外漏部位上做好标记，然后换热器解体逐一排查解决，重新装配或更换垫片和板片。③ 将开换热器解体，对板片变形部位进行修理或者更换板片。在没有板片备件时可将变形部位板片暂时拆除后重新组装使用。④ 重新组装拆开的板片时，应清洁板面，防止污物粘附着于垫片密封面。 3.2串液

⒊2.1 产生原因

① 由于板材选择不当导致板片腐蚀产生裂纹或穿孔。②操作条件不符合设计要求。③ 板片冷冲压成型后的残余应力和装配中夹紧尺寸过小造成应力腐蚀。④板片泄漏槽处有轻微渗漏，造成介质中有害物质（如C1）浓缩腐蚀板片，形成串液。实例：某铝业有限公司硫酸系统中1台板片材料为254 SMo的BR03板式换热器，在运行5个月后出现冷却水侧碳钢接管腐蚀泄漏，酸液泄漏到了冷却水侧。检查发现板片酸液进口处和导流区域有严重的腐蚀及开裂现象。现场分析发现，系统运行温度、流量和浓度等工艺参数均超出设计条件，使用温度远超出材料的适用范围。采用饱和蒸汽作为一次侧热源的板式换热器在运行过程中容易发生板片腐蚀，导致产品串液。这是 由于蒸汽温度较高，设备运行中很容易造成橡胶密封垫在高温下失效，引起蒸汽外漏并在二道密封区域急速冷凝。随着外漏的不断进行，冷凝残液越聚越多，局部形成cl质量浓度较高区域，达到破坏板片表面钝化层的腐蚀条件。同时，由于此区域板片冷冲压形成的内部应力较大，在表面钝化层被破坏的情况下，内部应力作用导致应力腐蚀的发生。

⒊2.2处理方法

① 更换有裂纹或穿孔板片，在现场用透光法查找板片裂纹。②调整运行参数，使其达到设计

35

条件。

③换热器维修组装时夹紧尺寸应符合要求，并不是越小越好。④板式换热器板片材料合理匹配。

3.3压降过大 ⒊3.1产生原因

①运行系统管路未进行正常吹洗，特别是新安装系统管路中许多脏物（如焊渣等）进入板式换热器的内部，由于板式换热器流道截面积较窄，换热器内的沉淀物和悬浮物聚集在角孔处和导流区内，导致该处的流道面积大为减小，造成压力主要损失在此部位。② 板式换热器首次选型时面积偏小，造成板间流速过高而压降偏大。③ 板式换热器运行一段时间后，因板片表面结垢引起压降过大。实例：2000年我厂为提新疆用户提供了BR10型板式换热器，用于水一水换热的集中供热系统，一次供水设计温度为130。C。在换热器设计选型时，传热导数偏高，接近5 500 w/(rn ·K），而实际应在3 500 w/(rn ·K）。同时，设计单位在水泵选型时流量余量又偏大，造成换热器二次侧介质板间流速超过1 m/s，实际运行压降在0．2～0．3 MPa，使得二次网水力平衡严重失调。 ⒊3.2处理方法

① 清除换热器流道中的脏物或板片结垢，对于新运行的系统，根据实际情况每周清洗一次。清洗板片表面水垢（主要指CaCO3。）时，选用含0．3 氨基磺酸溶液或含0．3 乌洛托平、0．2 苯胺、0．1硫氰酸钾的0．8 硝酸溶液作为清洗液，清洗温度4O～6O℃。不拆卸设备化学浸泡清洗时，要打开换热器冷介质进、出口，或安装设备时在介质进、出口接管上安装DN25清洗口，将配好的清洗液注入设备中，浸泡后用清水清洗干净残留酸液，使pH≥7。拆开清洗时，将板片在清洗液中浸泡30 min，然后用软刷轻刷结垢，最后用清水清洗干净。清洗过程中应避免损伤板片与橡胶垫。若采用不拆卸机械反冲洗方法，应事先在介质进、出口管路上接一管口，将设备与机械清洗车连接，把清洗液按介质流动的反方向注入设备，循环清洗时间1O～1 5 min，介质流速控制在0．05～0．15 m/s。最后再用清水循环几遍，使清水中Cl质量浓度控制在25 mg/I 以下。② 二次循环水最好采用经过软化处理后的软水，一般要求水中悬浮物质量浓度不大于5 mg/L、杂质直径不大于3 mm、pH≥ 7。当水温不大于95℃时，Ca 、Mg 浓度应不大于2 mmol/L；当水温大于95|C 时，Ca 、Mg 浓度应不大于0．3 mmol/L、溶解氧质量浓度应不大于0．1 mg/L。

③对于集中供热系统，可以采用一次向二次补水的方法。 3.4 供热温度不能满足要求 3.4.1产生原因

① 一次侧介质流量不足，导致热侧温差大，压降小。② 冷侧温度低，并且冷、热末端温度低。③ 并联运行的多台板式换热器流量分配不均。④换热器内部结垢严重。 3.4.2处理方法

① 增加热源的流量或加大热源介质管路直径。

② 平衡并联运行的多台板式换热器的流量。③拆开板式换热器清洗板片表面结垢。 1、主要控制参数

板水加热器的主要控制参数为水加热器的单板换热面积、总换热面积、热水产量、换热量、传热系数K、设计压力、工作压力、热媒参数等。 2、性能特点

⑴换热量高，传热系数K值在3000~8000 W/(m2·K）范围，高于其它换热器型式。

⑵板式换热器具有很高的传热系数，就决定了它具有结构紧凑、体积小的特点，在每立方米体积内可以布置250平方米的传热面积，大大优于其它种类的换热器。

⑶板式换热器还具有组装灵活，拆卸清洗方便的特点，可以用增减板片数量来变换换热面积，以适应热负荷的变化。在同样一台换热器内，对于较纯净流体，还可以用增加流程数来提高板间流速的作法，以求达到很高的传热系数。

36

⑷由于在板式换热器冷、热介质间采用两道密封，并在两道密封间开孔与大气相通，可以有效的避免两种介质的混合。 3、分类

板式水加热器根据板式类型不同主要分为：波纹板板式水加热器，螺旋板板式水加热器等。 4、在耗热量相同的情况下，不同温度的热水所对应的用水量计算公式： qr——热水用水量（L/人·d）； tr——热水温度； tL——热水温度。 5、产品选用要点

⒈ 板式换热器选用控制参数为换热器材质、工作压力、设计温度等。

⒉ 选用换热器时，应尽量使换热系数小的一侧得到大的流速，并且尽量使两流体换热面两侧的换热系数相等或相近，提高传热系数。经换热器加热的流体温度应比换热器出口压力下的饱和温度低10℃，且应低于二次水所用水泵的工作温度。 ⒊ 含有泥沙脏物的流体宜经过过滤后进入换热器。

⒋ 选用板式换热器时，温差较小侧流体的接口处流速不宜过大，应能满足压力降的要求。 ⒌ 对于流量大允许压力降小的情况应选用阻力小的板型，反之，选用阻力大的板型。 ⒍ 根据流体压力和温度情况选用可拆卸式或电焊式。

⒎ 不宜选用单板面积太小的板片，以免板片数量过多，板间流速偏小，降低传热系数。 ⒏ 板式换热器的换热介质不宜为蒸汽。 6、施工、安装要点

⒈ 换热器不应有变形，紧固件不应有松动或其它机械损伤。 ⒉ 设备吊装时，吊绳不得挂在接管、定位横梁或板片上。 ⒊ 换热器周围预留足够空间，以便于检修。

⒋ 冷热介质进出口接管安装，应按照出厂铭牌所规定方向连接。

⒌ 连接换热器的管道应进行清洗，防止砂石焊渣等杂物进入换热器，造成堵塞。 ⒍ 换热器应以最大工作压力的1.5倍做水压试验，蒸汽部分应不低于蒸汽供汽压力加0.3MPa；热水部分应不低于0.4MPa。 7、执行标准 产品标准

GB16409-1996《板式换热器》 工程标准

GB50242-2002《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》 CJJ28-2004《城镇供热管网工程施工及验收规范》 8、相关标准图集

05R103《热交换站工程设计施工图集》 编辑本段技术参数 BR0.05板式换热器 单片换热面积：㎡ 板间距：mm 单流道截面积：㎡ 板片外形尺寸：mm 有效换热面积：㎡ 单片重量：kg 角孔尺寸：mm

0.051 3.8 0.000494

法兰通径：DNmm 25 工作温度：℃ 工作压力：MPa 角孔直径：mm 流道宽度：mm 平均板间距：mm

≤180 1.6，2.5 40 130 3.8

最大处理量：m³/h 10

0.051 0.5 40

495*164*0.8 法向波纹节距：mm 15

平均流道截面积：㎡ 0.000494

37

波纹高度：mm 波纹型式

BR0.23型板式换热器 单片换热面积：㎡ 板间距：mm 单流道截面积：㎡ 板片外形尺寸：mm 有效换热面积：㎡ 单片重量：kg 角孔尺寸：mm 波纹高度：mm 波纹型式

BR0.3型板式换热器 单片换热面积：㎡ 板间距：mm 单流道截面积：㎡ 板片外形尺寸：mm 有效换热面积：㎡ 单片重量：kg 角孔尺寸：mm 波纹高度：mm 波纹型式

BR0.37型板式换热器 单片换热面积：㎡ 板间距：mm 单流道截面积：㎡ 板片外形尺寸：mm 有效换热面积：㎡ 单片重量：kg 角孔尺寸：mm 波纹高度：mm 波纹型式

MBR0.4型板式换热器 单片换热面积：㎡ 板间距：mm 单流道截面积：㎡ 板片外形尺寸：mm 有效换热面积：㎡

3.0 平均当量直径：mm 6.0

SUS 304 316 316L

等腰三角形 板片材料 0.238 4.2 0.00098

法兰通径：DNmm 65 工作温度：℃ 工作压力：MPa 角孔直径：mm 流道宽度：mm 平均板间距：mm

≤230

0.6，1.0，1.6，2.0 67 290 4.2

最大处理量：m³/h 40，60

0.238 1.79 67 3.5

992*325*0.7 法向波纹节距：mm 15

平均流道截面积：㎡ 0.00098 平均当量直径：mm 7.0

304 316L

等腰三角形 板片材料 0.308 4.4 0.00118

法兰通径：DNmm 80 工作温度：℃ 工作压力：MPa 角孔直径：mm 流道宽度：mm 平均板间距：mm

≤150 0.6，1.0，1.6 80 320 4.4

最大处理量：m³/h 120

0.308 1.79 67 3.7

1135*370*0.7 法向波纹节距：mm 15

平均流道截面积：㎡ 0.00118 平均当量直径：mm 7.0

304 316L

等腰三角形 板片材料 0.375 4.3 0.00119

法兰通径：DNmm 100 工作温度：℃ 工作压力：MPa 角孔直径：mm 流道宽度：mm 平均板间距：mm

≤230 1.6，2.5 100 337 4.3

最大处理量：m³/h 150

0.375 3.0 100 3.5

1206*386*0.8 法向波纹节距：mm 15

平均流道截面积：㎡ 0.00119 平均当量直径：mm 7.0

304 316L

等腰三角形 板片材料 0.4095 4 0.001353

法兰通径：DNmm 125 工作温度：℃ 工作压力：MPa 角孔直径：mm 流道宽度：mm

38

≤150 0.6，1.0 125 410

最大处理量：m³/h 200

0.4095

1215*456*0.7 法向波纹节距：mm 13

单片重量：kg 角孔尺寸：mm 波纹高度：mm 波纹型式

BR0.5型板式换热器 单片换热面积：㎡ 板间距：mm 单流道截面积：㎡ 板片外形尺寸：mm 有效换热面积：㎡ 单片重量：kg 角孔尺寸：mm 波纹高度：mm 波纹型式

BR0.55型板式换热器 单片换热面积：㎡ 板间距：mm 单流道截面积：㎡ 板片外形尺寸：mm 有效换热面积：㎡ 单片重量：kg 角孔尺寸：mm 波纹高度：mm 波纹型式

BR0.7型板式换热器 单片换热面积：㎡ 板间距：mm 单流道截面积：㎡ 板片外形尺寸：mm 有效换热面积：㎡ 单片重量：kg 角孔尺寸：mm 波纹高度：mm 波纹型式

MBR80型板式换热器 单片换热面积：㎡ 板间距：mm 单流道截面积：㎡

2.4 125 3.3

平均板间距：mm 4

平均流道截面积：㎡ 0.001353 平均当量直径：mm 7.0

304 316 316L

等腰三角形 板片材料 0.520 4.5 0.001672

法兰通径：DNmm 125 工作温度：℃ 工作压力：MPa 角孔直径：mm 流道宽度：mm 平均板间距：mm

≤230

0.6，1.0，1.6，2.0,2.5 135,140 445 4.5

最大处理量：m³/h 150

0.5088 4.55 135 3.8

1380*495*0.8 法向波纹节距：mm 16

平均流道截面积：㎡ 0.001672 平均当量直径：mm 7.6

304 316 316L

等腰三角形 板片材料 0.55 4.5 0.001691

法兰通径：DNmm 125 工作温度：℃ 工作压力：MPa 角孔直径：mm 流道宽度：mm 平均板间距：mm

≤180

0.6，1.0，1.6，2.0 135 445 4.5

最大处理量：m³/h 150

0.5488 4.55 135 3.8

1445*495*0.8 法向波纹节距：mm 16

平均流道截面积：㎡ 0.001691 平均当量直径：mm 7.6

304 316 316L

等腰三角形 板片材料 0.71 4.4 0.002035

法兰通径：DNmm 150 工作温度：℃ 工作压力：MPa 角孔直径：mm 流道宽度：mm 平均板间距：mm

≤230

0.6，1.0，1.6，2.0 160 550 4.5

最大处理量：m³/h 430

0.71 5.2 160 3.7

1572*592*0.7 法向波纹节距：mm 16

平均流道截面积：㎡ 0.002035 平均当量直径：mm 7.4

304 316 316L

等腰三角形 板片材料 0.8016 4.4 0.002035

法兰通径：DNmm 200 工作温度：℃ 工作压力：MPa 角孔直径：mm

39

≤150 0.6，1.0 195

最大处理量：m³/h 560

板片外形尺寸：mm 有效换热面积：㎡ 单片重量：kg 角孔尺寸：mm 波纹高度：mm 波纹型式

BR1.0型板式换热器 单片换热面积：㎡ 板间距：mm 单流道截面积：㎡ 板片外形尺寸：mm 有效换热面积：㎡ 单片重量：kg 角孔尺寸：mm 波纹高度：mm 波纹型式

1750*610*0.7 法向波纹节距：mm 16 0.8016 5.926 195 3.7

流道宽度：mm 平均板间距：mm

550 4.4

平均流道截面积：㎡ 0.002035 平均当量直径：mm 7.4

304 316 316L

等腰三角形 板片材料 1.00 4.8 0.00286

法兰通径：DNmm 250 工作温度：℃ 工作压力：MPa 角孔直径：mm 流道宽度：mm 平均板间距：mm

≤180 0.6，1.0，1.6 250 695 4.8

最大处理量：m³/h 450

0.9988 8.8 250 4.1

1833*746*0.8 法向波纹节距：mm 16

平均流道截面积：㎡ 0.00286 平均当量直径：mm 8.2

304 316 316L

等腰三角形 板片材料

编辑本段清洗工艺

1． 隔离设备系统，并将换热器里面的水排放干净。

2． 采用高压水清洗管道内存留的淤泥、藻类等杂质后，封闭系统。 3． 在隔离阀和交换器间装上球阀（不小于1英寸=2.54厘米），进水和回水口都应安装。 4． 接上输送泵和连接导管，使清洗剂从换热器的底部泵入，从顶部流出。 5． 开始向换热器里泵入所需要的福世泰克清洗剂（比例可根据具体情况调整）。

6． 反复循环清洗到推荐的清洗时间。随着循环的进展和沉积物的溶解，反应时产生的气体也会增多，应随时通过放气阀将多余的空气排出。随着空气的排出，换热器内的空间会增大，可加入适当的水，不要一开始就注入大量的水，可能会造成水的溢出。

7． 循环中要定时检查清洗剂的有效性，可以使用PH 试纸测定。如果溶液保持在PH值2‐3时，那么清洗剂仍然有效。如果清洗剂的PH 值达到5‐6时，需要再添加适量福世泰克清洗剂。最终溶液的PH值在2‐3时保持30分钟没有明显变化，证明达到了清洗效果。注意：福世泰克清洗剂可以回收后重复使用，排放会造成浪费。

8． 达到清洗时间后，回收清洗溶液。并用清水反复冲洗交换器，直到冲洗干净至中性，用PH试纸测定PH值6~7。

9． 完成清洗后既可开机运行。也可以打压试验，看是否有泄漏现象。如果有泄漏，可以采用美嘉华高分子复合材料进行修复保护，并且可以大大延长设备的使用寿命。 ⒑ 设备稳定后，记下当前的介质过流量、工作压力、换热效率等数据。

⒒ 比较清洗前和清洗后数值的变化，就可以计算出该企业每个小时所节省的电费、煤费等生产费用及提高的工作效率，这正是企业采用福世泰克技术应用的价值补偿。 12．同样的操作方法也可用于凝汽器、框架式的热交换器清洗。

⒔ 如企业需要设备进行钝化预膜处理，可按以下流程进行操作：将钝化预膜剂按推荐稀释比泵入设备中（同时在循环槽内悬挂试片）；按推荐时间循环、浸泡；检测预膜效果（红点法或蓝点法）；排放；水冲洗干净至中性（用PH试纸测定PH值6~7）。

⒕ 钝化预膜结束后，最好采用风机等通风设备将系统吹干，可确保并提升钝化预膜效果。 编辑本段维修案例

某油脂公司的板式换热器，管板材质为304不锈钢，共计100片，换热面积100平方米，由于在使用环境中受到介质腐蚀，在使用一年后就出现管板腐蚀渗漏现象，管板减薄严重甚至

40

穿孔，严重影响到了换热效率和企业正常的生产，传统方法难以补焊，只能报废更换。采用福世蓝技术现场修复，免打压试验，企业采购福世蓝材料自主修复，修复费用仅仅为3000余元，为更换新设备的十分之一。不仅仅提高了企业的劳动效率，并为企业节省了大量的维修费用。

编辑本段类型

用板材构成传热面的间壁式换热器。这类换热器结构紧凑，单位体积的传热面积较大。其主要类型有：

板式换热器

① 螺旋板式换热器 由两张保持一定间距的平行金属板卷制而成（图1），冷、热流体分别在金属板两侧的螺旋形通道内流动。这种换热器的传热系数高（约比管壳式换热器高1～4倍），平均温度差大（因冷、热流体可作完全的逆流流动），流动阻力小，不易结垢；但维修困难。使用压力不超过2MPa。

板式换热器

② 平板式换热器 由一定形状的波纹薄板和密封垫片交互叠合，并用框架夹紧组装而成（图2）。冷、热流体分别在波纹板两侧的流道中流过，经板片进行换热。波纹板通常由厚度为0.5～3mm的不锈钢、铝、钛、钼等薄板冲制而成。平板式换热器的优点是传热系数高（约比管壳式换热器高2～4倍），容易拆洗，并可增减板片数以调整传热面积。操作压力通常不超过2MPa，操作温度不超过250℃。

③ 板翅式换热器 由封闭在带有冷、热流体进出口的集流箱中的换热板束构成。板束由平板和波纹翅片交互叠合，钎焊固定而成（图3）。冷、热流体流经平板两侧换热，翅片增加了传热面积，又促进了流体的湍动，并对设备有增强作用。板翅式换热器结构非常紧凑（换热面积达4400m/m），传热效果好，且使用压力可达15MPa。但它的制造工艺复杂，流道小，内漏不易修复，因而限用于清洁的无腐蚀性流体，如作空气分离用的换热器。 编辑本段执行标准

产品标准：GB16409-1996《板式换热器》

工程标准：GB50242-2002《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》、CJJ28-2004《城镇

41

供热管网工程施工及验收规范》

相关标准图集：05R103《热交换站工程设计施工图集》 编辑本段清洗方法

1、水冲洗及系统试压：水冲洗及试压的目的去除系统中的积灰、泥沙、脱落的金属氧化物及其它疏松污垢。流速0.3m/以下。

2、碱洗：利用碱洗除去有机化合物及油污以及把垢进行软化使之容易除去。时间10一24h，温度要求85℃。并使局部杂质脱离外表而被带走。

3、碱洗后水冲洗：目的除去残留的碱性清洗液。生成可溶性物质。 4、酸洗：利用酸洗液与垢等杂质发生反应。以便后续工序的进行。

5、酸洗后水冲洗：为了除去残留的酸液和脱落的固体颗粒。且除去水冲洗过程中所产生的二次浮锈。

6、漂洗采用漂洗液与残留在系统内的铁离子结合。以降低[Fe2+/Fe3+]含量，为钝化作准备。从而防止设备金属返锈。

7、中和钝化；采用钝化剂在金属外表形成钝化膜。 编辑本段板式换热器清洗

用于铜加工的板式换热器有两种清洗方式：手动清洗及就地清洗。如果条件具备，应尽可能使用就地清洗系统，因为就地清洗系统可用泵将水（或清洗溶液)输送入装置的内部，用不着拆开换热器。如果就地清洗系统对贵厂并不切实际，可通过手动清洗方式清洗装置。下面将着重对就地清洗清洗步骤作一些简要论述。 2 板片清洗注意事项

⑴请勿使用盐酸或含氯化物浓度超过300×10-6的水洗涤不锈钢板片。 ⑵不要使用磷酸或硫酸清洗钛板。

⑶通常清洗溶液的浓度应在4%以下（特殊情况除外），清洗溶液的温度不应超过60℃。 3 反冲洗及网式过滤器

通常，当换热器中有纤维状物及大颗粒物质存在时，对装置进行反冲洗的效果相当明显。用下列两种方式之一可达到反冲洗的目的： ⑴用清水与正常操作相反方向冲洗装置。

⑵布置管道并在管道上设置阀门，以便在固定的时间内在产品边以反向模式作业。这种特殊模式特别适合产品是蒸汽的换热器。

⑶当水流中含有相当数量的固体或纤维物质时，建议在换热器前面的供水管线上装网式过滤器。这样可减少反向冲洗的次数。 4 就地清洗（CIP)

就地清洗是清洗板片的首选方式，尤其是当SUPERCHANGER装置中的工艺液体带有腐蚀性时。在完成一个作业周期后，应通过排液管将残留的液体排尽，以免腐蚀板片。 清理换热器时，遵照下列步骤进行。

⑴将换热器两边进出管口内的液体排尽。如果排尽不了，可用水将工艺液体强行冲出。 ⑵用大约43℃的温水从换热器的两边冲洗，直到流出的水变得澄清且不含工艺流体。 ⑶将冲洗的水排出换热器，连接就地清洗泵。（见上述“板片清洗注意事项”的清洁剂选用建议） ⑷要清洗彻底，就必须使就地清洗溶液从板式换热器板片的底部向顶部流动，以确保所有的板片表面都用清洗溶液弄湿。在清洗多流程换热器时，必须使清洗液反向流动至少1 2的清洗时间，以保证多流程所有板片表面的弄湿。

⑸用就地清洗溶液清洗完后，再用清水彻底冲洗干净。[2]

如果换热器是用盐水作为冷却介质，在清洗作业开展前，应先将盐水尽量排干净，然后用冷水将换热器冲洗一遍。如果在用热就地清洗溶液对换热器两边清洗之前，将所有的盐水侧底冲洗干净，对设备的腐蚀将最小。

⑹最佳的清洗方案是：使用就地清洗溶液以最大流速冲洗，或以就地清洗喷嘴直径允许最大

42

流速清洗（喷嘴直径2英寸允许的最大流速为260GPM，喷嘴直径1英寸允许的最大流速67GPM）。如果能在彻底污染前，按照制定的定期清洗计划进行就地清洗作业，那么清洗效果会更好。

5 就地清洗的原则

⑴当换热器尚热、带压、载液或正处于作业中时，决不要打开换热器。 ⑵必须始终使用清水进行冲洗作业。（水中应不含盐、不含硫、不含氯、或含铁离子浓度要低）。 ⑶如果用蒸汽作为杀菌介质，处理腈垫片的蒸汽温度不要超过132℃、处理三元乙丙橡胶垫片的蒸汽温度不要超过177℃。

⑷如果用含氯溶液作为清洗介质，应尽可能在最低的温度用最小的浓度的溶液。用这种溶液清洗板片的时间应尽可能缩到最短。溶液含氯的浓度不能超过100×10-6、溶液的温度必须低于37℃，板片与溶液接触的时间不能超过10min。下面是关于对浓度、温度、及清洗时间建议。

⑸必须用离心泵使清洗溶液保持循环。 ⑹不要使用盐酸清洗板片。

⑺在用任何类型的化学溶液清洗板片后，都必须用清水将板片彻底冲洗干净。

⑻必须在水循环通过装置之前加浓缩的清洗溶液液。决不要在水循环时注入这些溶液。

43