板换知识_图文

2019-03-11 19:03:00 zixun
没说清楚是在中央空调系统的哪个部分的板式换热器。 中央空调系统在两个部位有可能有使用换热器。 第一个地方是,水系统空调主机的内部的氟-水换热器,起到跟二次冷媒换热的作用,一般 有三种形式换热器,A.套管式换热器;B.壳管式换热器;C.板式换热器,A 和 B 一般用在大 型机组上,优点是压力损耗小,水质要求低,不容易堵塞,C 一般用小型机组上,优点是体 积小,效率高,但是对水质要求也高。如果是水系统主机,肯定得有个换热器的,如果不是 板式也必须是其他形式的一种。 另一个地方是, 户式中央空调水系统使用小型采暖锅炉辅助加热,也会在主管道 上循环水泵后面空调主机之前串联一个换热器,通常是板式的,这个是空调系统 水和锅炉采暖水 (锅炉有采暖和生活热水两个回路) 换热用的, 冬季使用的时候, 设定锅炉温度,炉膛烧水,到达设定温度,采暖循环泵开始工作,水输出到换热 器循环, 对空调系统主管道上的回水进行加热,如果为了节约成本降低造价取消 取消换热器,就必须把采暖炉并联在主管上,冬季使用的时候,主系统的循环泵 会和锅炉子系统的采暖循环泵抢水,造成锅炉采暖水流量不够,锅炉起不到采暖 作用; 取消换热器还有另外一个办法,在锅炉并联的那段主管上加个闸阀或截止 阀,制热的时候把阀关掉,再取消锅炉的循环水泵,因为这个时候相当于把锅炉 串联到空调管道系统了, 炉子的这个小的循环泵会压制主系统循环泵的流量,只 能取消, 这种情况只能用于锅炉采暖辅助而不提供生活热水的情况,否则因为锅 炉结构的原理,空调只要一开,生活热水总是烧不热。所以锅炉辅助采暖的情况 下也必须使用这个板式换热器。 板式换热器在暖通空调设计中的应用 徐桓 (同济规划建筑设计研究总院) 摘要:阐述了板式换热器类型、优点及其在暖通空调工程设计中的应用实例。 关键词:板式换热器 空调水系统 热交换 1.目前板式换热器的技术特点 当今的板式换热器具有更薄的热交换板 面、较大的传热系数和在板片上作皱使传热路 线增长以增强传 热能力、降低传热温差至 1℃ 以下等特点。同时,换热板片间的密封垫片采 用改进型的聚合物材料(NBR 丁睛橡胶、 EPDM 三元乙丙胶、TP 氟橡胶、FPM 氟橡胶), 以增大板式换热器工作压力和温度的范围。 换 热板片采用高强度、耐腐蚀和光洁材料,如不锈 钢、高质量的合金钢或钦合金等,以增大板式换 热器 的应用范围。对于暖通空调专业,大多采 用不锈钢板片板式换热器。 板式换热器具有几种不同的类型,每一种类型都有多种规格的换热板片供选择,可通过板片组合数量的 不同,使其参数(如换热量,压降等)非常接近于设计者的要求。为了提高效率,板式换热器一般都配置有 较先进的温度控制器,使其运行达到最佳状态,有效地节约能源。 2.典型板式换热器的性能比较 80 年代中期,Alfa 一 Laval 公司推出的钎焊型板式换热器,与垫料型比较其最大优点是构造简单,重 量较轻,换热板片用黄铜焊接成组,被放置在真空炉内生产而成,其板片组合极其紧密,避免了采用垫料、 框架、支承杆和紧固螺栓组合等复杂的工艺。最初用于加热生活热水,实践证明它也可用于暖通空调领域, 特别是用于冷冻循环的蒸发器和冷凝器。 两种板式散热器性能参数列于表 1。 从表 1 可知,垫料型的板式换热器的应用范围更广泛,价格也较便宜。这样,系统设计者有以上两种型 式的板式换热器可供选用。 3.板式换热器的维护和检修 与壳管式换热器等其他种类的热交换设备相比,板式换热器的维护管理要简单和方便一些。如果换热器 运行正常,定期的维护工作就是清洗换热器内部的换热板面。以壳管式换热器为例,若想作管间清洗是很 困难的,就是要作管内清洗也较麻烦,尤其是要在换热器的端部留出较长的拆装和拔管束的操作距离(一般 是换热管束长度的 1.5 倍),占用空间较大。对于垫料型板式换热器而言,拆装和清洗就很方便, 并且耗 时较少,不需很大的操作距离;唯一稍费 时间的操作就是更换旧的垫料,但在国外已开 始采用以夹子或搭 扣形式连接的垫料,在日常 的维护中可以很方便地拆下旧的并更换上新的,使这一操作大为简化。卸开来 的一块块板片,其热交换面是完全暴露的,清洗起来很方便,可以用诸如 10%的盐酸等溶液来清洗,省时 省力。清洗后,可迅速将板片重新组装。4 在暖通空调工程设计中应用板式换热器随着暖通空调技术和换 热器技术的不断发展,在暖通空调工程中采用板式换热器的实例越来越多,系统设计也越来越完善,应用 范围越来越广。 4.1 越高层建筑中央空调水系统 由于超高层建筑的总高度已越过 100m, 空调水系统管道承受的水静压力也超过了常规建筑,尤其是建 筑物的较低部分水静压力会大于空气处理设备(如柜式空调器、风机盘管等)内 铜质管束、甚至冷暖水主机 内管束的最高承压能力。现在通常的解决办法是两种:l)设立二个相互独立的高、低区空调水系统,在底层 (或 地下室)设低区冷冻一热力机房,在中间层(或屋顶)设高区冷冻一热力机房,这样高、低二区 空调水系 统及空调器的管束最多也只随受大楼 高度一半左右的水静压力;2)只在底层(或地下室)设立冷冻一热力机 房,将冷(暖)水(一次水) 供给低区空调系统,同时供给设在中间层的板 式换热器,板式换热器内另一个和 一次水系统完全隔开的空调水(二次水)系统, 该系统与高 区空调器相连接, 这样高、 低二区的空调水系统 实 际上也分成了二个相对独立的单元,二个系 统通过板式换热器相联系,其最大的优点是高、低二区共用一 个集中的冷暖机房和设备,可省去另一个冷暖机房(虽然增加了板式换热器,但占用面积要小得多,且可利 用低净高的无用房 间),经济性好,且维护管理方便,参见图 1。 笔者在 1991 年进行上海电信大楼空调改 造工程设计时,最大的问题就是水静压力问题。 电信大楼空 调水系统最大的高度约 115m,冷冻 一热力机房设在半地下室,内置 100 万 kcal 小 离心式冷水机组二 台和其他辅助设备,原设计 为高、低区二个相互独立的空调水系统,各由一 台冷水机组供冷媒水;由于大 楼建成后,电信程 控机房等均采用恒温恒湿空调机,所以中央空 调系统的冷量有富裕,业主有意将高、 低二区空 调水系统合二为一, 这样在大多数情况下二台 冷水机组可一用一备, 无需全开, 有利于节能和 运 行管理。经调查,冷水机组蒸发器内的管束 可承受合并后的高水静压力,大楼内绝大多数 空调器无需更 换, 只需把最下面几层的空调器 换成耐高压管束型(可达 180m 水静压力)就可 以了;主要问题在于离心式 冷水机组自身的电 机水冷却夹套(铸铁制)和油冷却器的冷却,它 们是采用冷媒水来冷却的,经查询,夹套 最高也 只能承受 10Om 的水静压力,所以对机组的自 冷却系统我们采用了 H13B 型板式换热器(耐 压 l.60MPa),用高压的冷媒水(一次水)来间接冷 却低压的二次水,由二次水再来冷却电机和油冷却器, 运行后经实测,一次水和二次水的传热 温差为成 1.0℃,冷却效果极好。参见图 2。 4.2 闭式冷却水系统 在空调工程(尤其是大型中央空调工程) 中,采用闭式冷却水系统具有很大的好处。开式冷却水系统虽 然简单实用,造价较低,但也存 在着水质差、冷却水被污染严重、微生物繁殖等 弊病,从而造成系统内 的腐蚀和结垢,影响使用 效果,缩短机组和管道的使用寿命。采用闭式 冷却水系统可以克服以上缺点, 还可在过渡季 或冬季进行“经济循环”,有效地利用大自然的 能源,将冷却水直接供给空调水管路系统;但 这 种系统也还存在着闭式冷却塔造价高、 由于管 束很重而需要很强的基础或支架(尤其设在屋 面上时会给 结构设计带来一定难度,增加了设 备基础的造价)、在严冬时会由于结冰而冻坏管 束等问题。目前国内也 有厂家在生产密封式蒸 发冷却塔,其循环冷却水量约为巧一 25t 小,这 一产品具有结构紧凑体积小、噪 声低、调节灵活 等特点,但价格相当高,参见图 3。 另一种更经济的办法是采用连接于板式换 热器的开式冷却塔,而板式换热器与冷冻机的 冷凝器之间为 闭式冷却水系统。由于采用了板式换热器,所以可以得到极小的换热温差。如果使用河水或海水等低质量 的冷却水,那么采用板式换热器就十分合适,板片为合多钢或钦金属,相对于不锈钢而言只增加了一些费 用。 这种冷却水系统形式在国外已经得到了广泛的应用,参见图 4。 4.3 冷媒水机组中的应用 板式换热器已被成功地用作冷水机组的蒸发器和冷凝器。典形的例子就是模块化冷水机组,其最大特点 就是蒸发器和冷凝器均采用了结构紧凑、传热效率高的板式换热器。该机组的蒸发器和冷凝器所用的传热 板片为 304 号不锈钢制成,板片表面压制成人字形波纹,钎焊制成不可拆结构,密封性好,承压能力高, 其耐压静荷载可达 5600kPa(56kg/c 时);采用逆流式 交换,传热温差比壳管式小得多,即在冷凝器中制 冷剂(采用 R22)的冷凝温度更加接近于冷却水的出口温度,冷凝的过冷度较大,在蒸发器 中冷冻水的出口 温度更加接近于蒸发温度,这 样就有效地改善了循环效率,使耗电量降低,所 需的换热板片面积相对也 可较小,蒸发器和冷 凝器的尺寸也就很小;由于板式换热器中的紊 流度较高,所以它的污垢系数比壳管式 小得多, 蒸发器和冷凝器的结垢程度很轻,水侧的压降 只有 38 一 56kPa(0.38 一 0.56kg/c 时),因而 运 行更为稳定;板式换热器中开始产生紊流的雷 诺数要比壳管式小,所以流量变化对传热的影 响不大,流 量容许变化的范围可以较大,对于系 统设计很有利;蒸发器和冷凝器的板片表面有 一层薄的钝化膜,可以 用化学方法进行清洗。 模块化冷水机组采用板式换热器作为蒸发 器和冷凝器,传热系数为传统的壳管式 换热器 的三倍多,其尺寸比壳管式小三分之一多,结构 重量也轻得多,充制冷剂和充水的容量要小得 多, 其重量比相同能力的壳管式换热器要小 70%多。模块化冷水机组的重量约为同容量普通冷水机组的三分 之一,所需机房空间约为普 通机组的 40%,且管道、蒸发器和冷凝器的检 修空间很小,可安装在闲置的 狭小房间内,节约 50%的地面面积,甚至还可安装在室外空地、屋 面或平台上,尤其是采用风冷冷凝器 的模块化 冷水机组就更省机房面积了。 笔者在工程设计 中数次应用模块化冷水机组, 感觉较好。 参见图 5。 用作蒸发器和冷凝器的板式换热器参数为: 最高工作压力:2800 汗 a(Zskg/cm 罕); 流量范围:3.26 一 6.241/s; 压力降:38 一 56kPa; 污垢系数:蒸发器 0.09 时 K 八 W,冷凝器 0.18 时 K/kW; 板片厚度:内部板 0.45~,外部板 1.60 11 刀 n10 另外,在国外的最新发展中,板式换热器已经被用作热泵机组的蒸发器和冷凝器。这里有一个实例:一 台热泵机组在冬季加热循环的乙二醇,从 1.2℃升温至 2.1℃;加热介质为海水,在一台起蒸发器作用的板 式换热器中, 海水从 4.0℃降温至 0.5℃。 夏季, 热泵机组从冬季的 加热工况切换为冷却工况, 海水从巧℃ 升温至 27℃,这时的板式换热器又变成了冷凝器,循环的乙二醇从 30℃被却至 18℃。冬、夏季交替用 作蒸发器和冷凝器的二台换热器均为板式换热器,热泵机组的尺寸和重量也可减小。模块化风冷热泵型冷 水机组也已开始在国内生产。 4.4 冷水机组旁路系统 在设计冷却水机组旁路系统时,用板式换热器提供的小温差,就会节约相当大的能量。该旁路系统是一 个开环的冷却水系统。当冷却 水的温度降至 10 一 13℃时,就可以关闭中央空 调的冷水机组系统,同时 打开旁路系统,依靠板 式换热器使闭环的空调水与开环的冷却水作热交换,可以获得极小的换热温差,既 满足空调要求,又利用了自然界的能源,不仅节能,还避免了将易污染、易腐蚀的冷却水系统直接接人空 调水系统而随之引发的不良后果。采用这种经济节能的系统型式,可使运行和维护费用大大减少,参见图 6。 4.5 区域集中供热站中的应用 板式换热器用于区域集中供热是十分理想 的,因为它具有紧凑的结构,运行流量也较小,设计选用时 具有很大的灵活性和自由度。在一个典型的区域供热网内,建有许多设置了板式换热器的热力站,主热力 站和用户热力站均散 布在热力分配网周围。热力网向热力站供给循 环使用的中压高温水,在热力站内加 热用户使用的低压低温水。这里举一个主热力站的实例:它的供热能力为 2500kw,采用一台垫料型 板式 换热器,一次水(加热水)供水温度为 no℃,二次水(被加热水)温度由 71℃开至 82℃。另一个用户热力站 的实例是:供热能力 为 60kw,一次供水温度为 82℃,二次水温度由 10℃升至 60℃。区域集中供热中采 用板式换 热器作为一次水加热二次水的热力站设备,在国内外已经越来越普遍,它将逐步取代壳管式 等 传统的换热设备。由于板式换热器采用模数 化设计,所以当要求热力站的供热量增大时,只需简单地在原 有的板式换热器框架和支承杆上增添一些相同规格的换热板片就行了。 国内也在向这一方向发展, 一些生产厂已经开发出了使用板式换热器的热力站集中供热机组:l)汽水一水 水两级换热机组,它适合于加热介质为蒸汽时应用,可取代传统的汽一水换热器加水一水换热器的组合, 机房安装面积可 节省四分之三左右;由于第一级采用汽一水直 接换器,第二级采用水一水板式换热器用凝 结 水间接加热采暖热水,所以板式换热器承受的 温度就不会很高,可延长其密封胶垫的使用寿命;机组为 机电一体化,操作简便,工况稳定,耐腐蚀,容易拆卸和清垢维修,能有效地利用低压 蒸汽,无噪声,高 效节能,参见图 7。 2)水一水整体式换热机组,它适合于加热 介质(一次水)为供热管网供来的高温水时应 用,机组内部由 板式换热器、循环水泵(二次 水)、定压补水装置、电控箱等组成,等于是一个 完整的“热力站”,完全可以 取代传统的由壳管 式水一水换热器为主构成的热力站,机房面积 可大大减小,参见图 8。 4.6 其他设计应用举例 4.6.1 可逆空调系统 可逆空调系统在国内还很少看到,在国外也是一种新的空调系统形式。它的工作原理是:在建筑物的每 个房间内都安装有各自的空调机组,这些空调机组是以水作为冷媒和热媒的。建筑物内的环境工况由控制 冷、热源的温度并动态校正来满足,加热时用一台锅炉,冷却时用一台冷却塔,该冷却塔和一台板式换热 器联成环路,板式换热器与空调水系统又联成另一个环路。 4.6.2 游泳池废热利用 板式换热器还可用于加热温水游泳馆的池水。为节约能量,可利用游泳池的连续排水(在国外,该排水量一 般)5%池容量)的废热量来 预热补充水。 5 结语 从以上论述可以看出,应用板式换热器能够更有效和更合理地利用有限的能源。板式换热器在很多方面 的优势,鼓励和推动着暖通空 调工程师把它应用到本专业的各个领域。在今后的暖通空调工程设计中,板 式换热器将被越来越多地应用和发展。 参考文献 1.[日]高效热交换器数据手册编委会.高效热交换器数据手册.机械工业出版社,1987 2.汤蕙芬,范季贤.城市供热手册.天津科学技术出版社, 1992 1.板式换热器简介 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。它与常规的管壳式换热器相比,在相同 的流动阻力和泵功率消耗情况下, 其传热系数要高出很多, 在适用的范围内有取代管壳式换 热器的趋势。 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。 1.1 板式换热器的基本结构 板式换热器主要由框架和板片两大部分组成。 板片由各种材料的制成的薄板用各种不同形式的磨具压成形状各异的波纹, 并在板片的四 个角上开有角孔,用于介质的流道。板片的周边及角孔处用橡胶垫片加以密封。 框架由固定压紧板、活动压紧板、上下导杆和夹紧螺栓等构成。 板式换热器是将板片以叠加的形式装在固定压紧板、 活动压紧板中间, 然后用夹紧螺栓夹 紧而成。 1.2 板式换热器的特点(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℃. 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 1/5~1/10。 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 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。 1.4 板式换热器的应用场合 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。 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。 1.5 板式换热器选型时应注意的问题 1.5.1 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。 1.5.2 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费那个是连接起 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。 1.5.3 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 板式换热器原理图 晨怡热管 2007-2-12 16:38:55 液体换热通用型板式换热器 用于液体之间热交换,平均温度差大于 2℃的工况。 主要型号:BR10、BR20、BR30、BR31、BR35、BR50、BR64、BR80、BR100、BR140 等。 空调系统专用型板式换热器 空调系统专用型的板式换热器才能实现。 主要型号:BR70C、BR170C 等。 颗粒纤维介质专用型板式换热器 在酒精酿造,造纸,纺织,及其他含颗粒或纤维介质的热交换中必须采用专用大间隙无阻碍 的板式换热器。 主要型号:BPF40、BPF100、BPF170 等。 低阻降冷凝专用型板式换热器 适用于各种工业气体的冷凝工艺需要,冷凝阻力非常小,又要有很高的传热系数,一般的板 式换热器不能实现。 专用冷凝换热器有:BL80、BZL140。 各国替代板片及垫片 太平洋公司按照用户的要求开发了各国板片及垫片。 可以满足各种规格进口板式换热器, 板 片,及垫片的替代要求。 实验室适用型板式换热器 BR3,BR6 等型号小型板式换热器适用于小流量的场合使用。例如:实验室,药品生产,机 器润滑配套冷却等。 箱形半焊板式换热器系列 适用于高温,高压,真空及要求无泄漏的场合。主要有冷凝型、自由流型、普通换热型
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