換熱器是合理利用與節約現有能源、開(kāi)發(fā)新能源的關(guān)鍵設備。在化工生產(chǎn)過(guò)程中，傳熱過(guò)程大部分是在換熱器中實(shí)現的，在現代石油化工過(guò)程中，換熱器的投資占30%～40%，所以換熱器的形式結構、參數設計、性能改善對化工過(guò)程的節能減排及經(jīng)濟優(yōu)化有著(zhù)十分重要的意義。 在傳熱過(guò)程中，有相變的潛熱遠遠大于無(wú)相變的顯熱，因此蒸汽冷凝放熱比單相換熱負荷高的多。板式換熱器有著(zhù)結構小巧，傳熱系數高，溫差在2～3 ℃即可實(shí)現高傳熱負荷的特點(diǎn)，近幾年已成為化工行業(yè)中的“新寵兒”。 自板式冷凝器應用在乙烯生產(chǎn)工藝低溫熱回收裝置以來(lái)，L10-J型板式冷凝器在化肥行業(yè)變換系統、冷庫氨制冷系統、板式蒸發(fā)裝置中相繼成功應用，這些都證明了板式冷凝器其傳熱效率高、運行可靠以及節能降耗效果明顯，具有廣泛的應用前景。 雖然我國板式冷凝器已被應用到很多回收余熱的化工生產(chǎn)過(guò)程，然而我國在板式換熱器的研究和設計水平上與國外有很大的差距，特別是對有相變的板式冷凝器新式板型的開(kāi)發(fā)、強化傳熱的研究非常少。
1 板式換熱器結構及工作原理 板式換熱器是由一組金屬薄板、相鄰薄板之間襯以墊片并用框架夾緊組裝而成。板片四角開(kāi)有圓孔，形成流體通道。冷熱流體交替地在板片兩側流過(guò)，通過(guò)板片進(jìn)行換熱。板片厚度為0.5～3 mm，通常壓制成各種波紋形狀，既增加剛度，又使流體分布均勻，加強湍動(dòng)，提高傳熱系數。板片尺寸常見(jiàn)的寬度為200～1000 mm，高度最大可達2 m。兩塊板片之間的距離通常為4～6 mm。板片數目可以根據工藝條件的變化，增加或減少。板片材料一般用不銹鋼，也有用其它耐腐蝕合金材料的。 板式換熱器結構原理圖
2 板式換熱器特點(diǎn) 板式換熱器比傳統換熱器有著(zhù)明顯的優(yōu)點(diǎn)如下。 （1）傳熱系數大。由于流體在板片間湍動(dòng)程度非常高，而且板片厚度又薄，故傳熱系數K大。一般的板式換熱器水對水的傳熱系數可達1500～4700 W/(m2·K)。 （2）結構緊湊。單位體積設備提供的傳熱面積大，每立方米體積可達250 m2以上的傳熱面積。 （3）操作靈活性大?？梢赃M(jìn)行多段操作或幾種操作，只需在適當位置安設中間隔板，便可使一臺設備當幾臺用。又可根據需要調節板片數目以增減傳熱面積；或以調節流道長(cháng)短的辦法，適應冷熱流體流量和溫度變化的要求，均較方便。 此外，板式換熱器還有金屬材料消耗低，板片加工制作容易，檢修清晰方便等優(yōu)點(diǎn)。 同時(shí)，板式換熱器因其特殊的結構也有著(zhù)自身的缺點(diǎn)。因墊圈種類(lèi)和墊圈溝槽結構的限制，其允許操作壓力比較低，一般要求低于1.5 MPa，最高不超過(guò)2.0 MPa，否則會(huì )壓力過(guò)高引起泄漏。因受墊片耐熱性能的限制，又要求操作溫度不能太高，如橡膠墊圈不超過(guò)130 ℃，壓縮石棉墊圈應低于250 ℃。因板間距離僅幾個(gè)毫米，流通面積小，因此處理量不大也是板式換熱器的一個(gè)局限性。 3 板式冷凝器的板型 現國內外對專(zhuān)用板式冷凝器板型設計研究非常少，大多場(chǎng)合仍采用液體無(wú)相變的板式換熱器來(lái)代替板式冷凝器使用，這就有兩個(gè)較大的缺點(diǎn)。 （1）由于板式換熱器的流體流通總管是由各板片上的角孔組成。對于液液換熱來(lái)說(shuō)，此角孔的直徑是根據液體的流量來(lái)設計的。但當用于冷凝蒸汽時(shí)，蒸汽的體積流量很大，故流速往往太高，使冷凝器的壓力損失過(guò)大。 （2）普通的板式換熱器，其板片的波型主要通過(guò)促進(jìn)流體湍動(dòng)實(shí)現無(wú)相變的強化傳熱；而冷凝時(shí)為了提高傳熱速率，通常要求減薄冷凝液膜厚度，使冷凝液能迅速排走，避免在傳熱面上形成過(guò)厚的液膜。 朱曾用[7]對我國專(zhuān)用板式冷凝器的板型進(jìn)行了總結，我國現目前仍只有3類(lèi)主流板型：CP-3型，PCD型，YX-80型，其中主要采用人字形CP-3型。CP-3板型 圖3 PCD板型 圖4 YX-80板型 近幾年，板式冷凝器板型的發(fā)展也僅僅局限在原有基礎上稍作尺寸上的改進(jìn)，在CP-3板型的基礎上進(jìn)行了角孔的改進(jìn)，對板式冷凝器進(jìn)行了板片尺寸參數的改動(dòng)使其更適用于實(shí)際中的應用場(chǎng)合。
4 板式冷凝器的設計計算 由于板式冷凝器結構沒(méi)有統一的標準，因此造成其計算模選和方法的差異。板式冷凝器的選型多由國外公司用計算機模擬完成，但由于技術(shù)保密，很難得到模擬軟件，對板型的設計和研究帶來(lái)了困難。目前常采用工程設計手冊給出的計算步驟來(lái)進(jìn)行供熱用及定蒸氣加熱工藝流體兩種設計型計算。 近幾年，在板式冷凝器被廣泛應用于實(shí)際工業(yè)的背景下，許多學(xué)者、工程師在實(shí)踐設計計算中得到了很多寶貴的經(jīng)驗。 實(shí)踐總結了在熱泵機組用板式蒸發(fā)器與冷凝器的計算選型，經(jīng)國家空調設備檢測中心測試，效果較好，達到了設計要求。也通過(guò)工程實(shí)例對熱泵機組用板式蒸發(fā)器及冷凝器進(jìn)行了計算選型。在制冷系統中給出了壓降的計算及分析方法，對板式冷凝器在制冷系統中的工程應用進(jìn)行了實(shí)例對比分析，提供了一些依據。介紹了一種較為實(shí)用的板式冷凝器在設計中的選型計算方法，并結合工程實(shí)例對其在冷凍制冷系統中的詳細應用做了比較，得出了其具有較好的結果?？偨Y歸納出一種較為實(shí)用的板式冷凝器設計選型計算方法和程序編制流程。據此設計的程序計算結果正確，并在實(shí)際工程中得到應用，具有一定的借鑒意義。
5 板式冷凝器的最新研究 現在國外大多數的研究主要是以空調制冷為背景，針對人字形波紋板片進(jìn)行研究的。主要內容是通過(guò)測量不同流量下的實(shí)際板式冷凝器冷熱兩側的壓降和進(jìn)出口溫差，擬合回歸出一個(gè)板式冷凝器性能的關(guān)聯(lián)式，用于設計選型參考或性能的評價(jià)。
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