板式换热器原理、安装及维护

2019-03-11 19:03:00 zixun
板式换热器工作原理 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。 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。 板式换热器的设计特点 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。 板式换热器的应用范围 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。 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,了解掌握板式换热器出现的 故障及其产生原因和处理方法显得尤为重要。 2.板式换热器常见故障 2.1 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。 2.2 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,还可能导致管路中其它设备的腐 蚀。串液通常发生在导流区域或者二道密封区域处。 2.3 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。 2.4 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 3 .原因分析及处理方法 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 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 3.2.1 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孑 L。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。 3.2.2 处理方法 ① 更换有裂纹或穿孑 L 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 板片材料 合理匹配。 3.3 压降过大 3.3.1 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孑 L 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。 3.3.2 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 (1)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。 (2)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。 (3)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。 (4)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。 5、产品选用要点 1. 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。 2. 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。 3. 含有泥沙脏物的流体宜经过过滤后进入换热器。 4. 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。 5. 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。 6. 根据流体压力和温度情况选用可拆卸式或电焊式。 7. 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。 8. 板式换热器的换热介质不宜为蒸汽。 6、施工、安装要点 1. 换热器不应有变形,紧固件不应有松动或其它机械损伤。 2. 设备吊装时,吊绳不得挂在接管、定位横梁或板片上。 3. 换热器周围预留足够空间,以便于检修。 4. 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。 5. 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。 6. 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。
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