汽水换热器
汽水换热器是板式换热器在供暖方面一个重要应用,板式换热器换热需要两种物质进行交换才能完成换热,汽水换热器就是将A物质蒸汽里的热量交换到B物质水里,使水的温度升高的设备。比如,现在的城市集中供热,无论是中央空调、水暖、地暖等等供暖方式都需要有热水作为热源,而锅炉出来的热水热量高,流量小,因为升温慢,所以无法用于城市的供暖问题。电厂等工矿企业又有大量的蒸汽需要排除,这样汽水换热器应运而生。将A介质蒸汽和B介质水都接到换热器上(如图),通过换热器,水瞬间变为可以供暖的热水。一般温度在60度左右,蒸汽变为汽水混合物。这样热水通过管道送往千家万户。
中文名 汽水换热器 性 质 板式换热器在供暖方面 应 用 供暖方面 特 点 高效节能
目录
1 介绍
2 性能特点
3 性能对比
4 列管换热器
介绍
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℃。同时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。
据「换热设备推广中心】的资料显示,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,十年内出现换热器质量问题免费更换;
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;
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,显着增大传热系数。
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。
性能对比
对比项目
浮动盘管换热器
螺纹管换热器
涡流热膜换热器
适用介质种类
蒸汽、水
蒸汽、水
弱腐蚀性化工原料、蒸汽、水
介质的参数范围
温度:0-150度
压力:0-1.0MPa
温度:0-150度
压力:0-1.6MPa
温度:-40-400度
压力:0-10.0MPa
热效率
热效率=92%
热效率=93%
热效率=96%
防垢性能
自动除垢
人工除垢
具有防垢功能
耐震、噪音
振动较大,噪音大
振动较小,噪音小
振动微弱,噪音小
试用寿命
7年左右
10年左右
20年左右
维修
停机维修,更换管束
停机维修,拔管再胀管
无需维修
列管换热器
列管式换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜,但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上,管板分别焊在外壳两端,并在其上连接有顶盖,顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的,而管内管外是两种不同温度的流体。因此,当管壁与壳壁温差较大时,由于两者的热膨胀不同,产生了很大的温差应力,以至管子扭弯或使管子从管板上松脱,甚至毁坏换热器。
为了克服温差应力必须有温差补偿装置,一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时,为安全起见,换热器应有温差补偿装置。但补偿装置(膨胀节)只能用在壳壁与管壁温差低于60~70℃和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过0.6Mpa时由于补偿圈过厚,难以伸缩,失去温差补偿的作用,就应考虑其他结构。
板翅式换热器
板翅式换热器,通常由隔板、翅片、封条、导流片组成。在相邻两隔板间放置翅片、导流片以及封条组成一夹层,称为通道,将这样的夹层根据流体的不同方式叠置起来,钎焊成一整体便组成板束,板束是板翅式换热器的核心。
板翅式换热器已广泛应用于石油、化工、天然气加工等行业。
中文名 板翅式换热器 外文名 plate-fin heat exchanger 优 点 传热效率高、紧凑 应 用 石油、化工等 结 构 隔板、封条、翅片等 制造工艺 非焊接的粘接等
目录
1 简介
2 发展概况
3 特点
4 结构
5 工作原理
6 制造与检验
7 应用
8 故障处理
简介
板翅式换热器的出现把换热器的换热效率提高到了一个新的水平,同时板翅式换热器具有体积小、重量轻、可处理两种以上介质等优点。目前,板翅式换热器已广泛应用于石油、化工、天然气加工等行业。
发展概况
二十世纪三十年代,板翅式换热器首先在航空工业上被采用,它结构紧凑、轻巧、传热效率高等特点引起了研究人员和设计工作者的兴趣。随后在制冷、石油化工、空气分离、航空航天、动力机械、超导等工业部门得到广泛应用,被公认是高效新型换热器之一。
1942年,美国的诺利斯首先进行了平直翅片、锯齿翅片、波纹翅片、钉状翅片的传热机理研究,找出几种主要翅片的摩擦因子(f),传热因子(j)与雷诺数(Re)的关系,为以后的研究与设计奠定了基础。
1947年美国海军研究署、船舶局、航空局合作在斯坦福大学拟定了系统的研究计划并扩大了研究范围。
板翅式换热器发展中另一方面是制造工艺,对于结构复杂、隔板和翅片又很薄的铝合金钎焊工艺掌握是在经历了一段相当漫长又曲折过程,在突破许多关键技术后才达到今天的水平。现在国外板翅式换热器最高设计压力可达10MPa以上,最大芯体尺寸(L×W×H)6000~7000×1200×1200mm,重达10吨以上,可以有十多种流体同时换热。
我国是从20世纪60年代中期开始板翅式换热器试验研究,70年代初期自行开发成功,并首先在空分设备上得到应用。90年代初,杭氧厂引进美国S.W公司大型真空钎焊炉和板翅式换热器制造技术,板翅式换热器生产在我国得到飞速发展。现在已在空气分离、石油化工(、合成氨、天然气分离与液化)、动力机械及航天(神舟号飞船)等工业部门得到广泛应用。并有部分出口国外(美国、加拿大等国)。
近十年来,我国板翅式换热器生产发展很快,设计和制造技术也较成熟,已在空气分离、石油化工、动力机械及航空航天等上业部门得到广泛应用,并有部分出口国外。
特点编辑
(1)传热效率高,由于翅片对流体的扰动使边界层不断破裂,因而具有较大的换热系数;同时由于隔板、翅片很薄,具有高导热性,所以使得板翅式换热器可以达到很高的效率。
(2)紧凑,由于板翅式换热器具有扩展的二次表面,使得它的比表面积可达到1000㎡/m3。
(3)轻巧,原因为紧凑且多为铝合金制造,现在钢制,铜制,复合材料等的也已经批量生产 。
(4)适应性强,板翅式换热器可适用于:气-气、气-液、液-液、各种流体之间的换热以及发生集态变化的相变换热。通过流道的布置和组合能够适应:逆流、错流、多股流、多程流等不同的换热工况。通过单元间串联、并联、串并联的组合可以满足大型设备的换热需要。工业上可以定型、批量生产以降低成本,通过积木式组合扩大互换性。
(5)制造工艺要求严格,工艺过程复杂。
(6)容易堵塞,不耐腐蚀,清洗检修很困难,故只能用于换热介质干净、无腐蚀、不易结垢、不易沉积、不易堵塞的场合。
结构
通常由隔板、翅片、封条、导流片组成。在相邻两隔板间放置翅片、导流片以及封条组成一夹层,称为通道,将这样的夹层根据流体的不同方式叠置起来,钎焊成一整体便组成板束,板束是板翅式换热器的核心,配以必要的封头、接管、支撑等就组成了板翅式换热器。
一台典型的板翅式换热器主要组成元件有翅片、隔板、封条、导流片和封头等。
1、翅片
翅片是铝板翅式换热器的基本元件,传热过程主要通过翅片热传导及翅片与流体之间的对流传热来完成。翅片的主要作用是扩大传热面积,
提高换热器得紧凑性,提高传热效率,兼做隔板的支撑,提高换热器的强度和承压能力。翅片间的节距一般从1mm~4.2mm,翅片的种类和型式多种多样,常用的形式有锯齿型、多孔型、平直型、波纹型等,国外还有百叶窗式翅片、片条翅片、钉状翅片等。
2、隔板
隔板是二层翅片之间的金属平板,,它在母体金属表面覆盖有一层钎料合金,在钎焊时合金熔化而使翅片、封条与金属平板焊接成一体。隔板把相邻两层隔开,热交换通过隔板进行,常用隔板一般厚1mm~2mm。
3、封条
封条在每层的四周,其作用是把介质与外界隔开。封条按其截面形状可分为燕尾槽形、槽钢形和腰鼓形三种。一般,封条的上下两个侧面应具有0.3/10的斜度,以便在与隔板组合成板束时形成缝隙,利于溶剂的渗透和形成饱满的焊缝。
4、导流片
导流片一般布置在翅片的两端,在铝板翅式
换热器中主要是起流体的进出口导向作用,以利于流体在换热器内的均匀分布,减少流动死区,提高换热效率。
5、封头
封头也叫集流箱,通常由封头体、接管、端板、法兰等零件经焊接组合而成。封头的作用是分布和集聚介质、连接板束与工艺管道。
另外,一台完整的板翅式换热器还应包括支座、吊耳、隔热层等附属装置。支座与支架相连用来支承换热器的重量;吊耳为换热器吊装使用;铝板翅式换热器外面一般都要考虑隔热。通常采用干燥珠光砂、矿渣棉或硬性聚胺脂发泡等方法。 [1]
工作原理
从传热机理上看,板翅式换热器仍然属于肩臂式换热器。其主要特点是,它具有扩展的二次传热表面(翅片),所以传热过程不仅是在一次传热表面(隔板)上进行,而且同时也在二次传热表面上进行。高温侧介质的热量除了有一次表面倒入低温侧介质外,还沿翅片表面高度方向传递部分热量,即沿翅片高度方向,有隔板倒入热量,再将这些热量对流传递给低温侧介质。由于翅片高度大大超过了翅片厚度,因此,沿翅片高度方向的导热过程类似于均质细长导杆的导热。此时,翅片的热阻就不能被忽略。翅片两端的温度最高等于隔板温度,随着翅片和介质的对流放热,温度不断降低,直至在翅片中部区域介质温度。
制造与检验
1、制造工艺
板翅式换热器的制造工艺有如下几种:非焊接的粘接、有溶剂的盐浴钎焊、无溶剂的真空钎焊和气体保护钎焊。
2、制造材料
板翅式换热器所用的材料,应根据换热器不同的用途和操作条件选用,常用材料有铝,铝合金、铜、黄铜、镍、钦、不锈钢、因科镍合金等。其中因铝和铝合金有较好的钎焊性和成形性、较高的机械强度、良好的耐蚀性和导热性以及延展性和杭拉强度随温度降低而提高的特性,所以在世界各国的板翅式换热器中,特别是低温的板翅式换热器中,获得最为广泛的应用。
适宜干钎焊的铝合金很多,制造板翅式换热器板束本体(翅片、封条、隔板)的常用材料是铝锰合金(3003)。封头与接管的常用材料是铝合金(5083)。
3、检查与试验
优秀的设计、精细的制作和完善的检测是保证产品质量的三个方面。为提高我国板翅式换热器产品质量,紧密贴近世界先进国家同类产品技术的进展,以强化检测为手段、技术数据为依靠、提高产品质量为目的,制定了JB/T《铝制板翅式换热器技术条件》。此标准的试验方法和检验规则从我国生产实际出发、既参考英、美、日等先进国家的技术标准,又融合美国锅炉与压力容器ASME规范内容,并包含我国技术进步和研究成果,使标准具有合理性、科学性和先进性,对换热器质量的提高起了促进和推动作用。
板翅式换热器的检查和试验,主要分零部件质量检查和成品的性能检查。
(1)零部件质量检查主要是翅片几何形状和尺寸精度的检查口成品性能检查,主要是钎焊质量的外观检查和技术性能的试验。
(2)外观检查是检查焊后板束尺寸是否在规定容许范围内,板束钎焊接头有无钎料堆积、熔蚀及变形等缺陷。
(3)技术性能检查需进行清洁度试验、无损探伤检查、耐压及致密性试验、最终T-燥度检查等。对于多个单元串联或并联组合的换热器的流体流动性能试验和介质为易燃易爆、对致密性有特殊要求的换热器。
此标准对通道阻力偏差允许值和真空检漏、氦质谱检漏漏率的规定与日本等国国际标准等同。标准对产品质量的控制,包含了原材料、设计、制造、性能检测、装运、储存等全过程,通过这一系列检查和试验来保证和提高换热器的质量。 [3]
4、换热器的存放
对需存放的换热器和备件,应存放在干燥通风和无污染的地方,因设备多数在低温下使用,因此必须严格防止水分和炔烃进入,以保证使用安全,否则会因温度变化而冰冻胀裂以及炔烃在内部积聚而发生爆炸。
在安装现场一般因存放时间较短而储于室外时,存放地应平整,换热器可置于枕木上,便于排水;上部应有适当遮盖,有效防尘防水。当存放时间较长,如换热器备件等,则应储于室内,要求周围环境干燥、通风、无腐蚀性气体,还应定期检查氮封压力并补充干燥。
如换热器在含有盐分的水雾或含盐大气环境中(如海岛、沿海地区或海上运输等)则必须采取特殊的保护措施。
应用编辑
板翅式换热器由于其优越的性能和成熟的技术已在各工业部门得到越来越广泛的应用。
1、空气分离设备:空分设备的主换热器、过冷器、冷凝蒸发器等低温换热器采用板翅式换热器后可以节省设备投资和安装费用,并降低单位能耗。
2、石油化工:板翅式换热器具有处理量大、分离效果好、能耗低等优点,已被用于深冷分离、合成氨氮洗、天然
BR板式换热器
BR板式换热器,具有换热效率高,物料流阻损失小,结构紧凑,温度控制灵敏、操作弹性大,装拆方便,使用寿命长等特点,是目前国内最先进的高效节能换热设备。
目录
1 BR型板式换热器
2 板式换热器的设计特点
3 板式换热器产品应用范围
4 板式换热器结构特点
BR型板式换热器
具有换热效率高,物料流阻损失小,结构紧凑,温度控制灵敏、操作弹性大,装拆方便,使用寿命长等特点,是目前国内最先进的高效节能换热设备。可处理的物料非常广泛,从普通的工业用水,到高粘度的液体,从卫生要求较高的食品液体、医药物料到具有一定腐蚀性的酸碱液体,从含颗粒粉体的液态物料到含少量纤维的悬浮液体均可采用板式换热器处理。可用于加热、冷却、蒸发、冷凝、杀菌消毒、热力回收等场合。如冷却发电机组和整流器内循环;用于冶金矿山等机械润滑油;液压站、蛋液、食用油的杀菌消毒,啤酒、葡萄酒的杀菌处理;用于轻纺工业、造纸行业中的余热回收;收集冷凝水,集中供热;汽改水暧;锅炉除氧系统中的中间换热等。已广泛应用于冶金、矿山、石油、化工、电力、医药、食品、化纤、轻纺、造纸、船舶和集中供热等工业部门。
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。
板式换热器产品应用范围
板式热换器以传热效率高(比传统的管壳式换热器高2~4倍)、节能、经济、结构紧凑、 拆卸方便等优点,已被广泛地应用于化工、电力、冶金、食品、石油、医药、船舶、机电、纺织、造纸等工业部门,同时在城市集中供热及热能回收工程式中也被大量采用。
板式换热器结构特点
板式换热器的特点
传热效率高
板片波纹的设计以高度的薄膜导热系数为目标,板片波纹所形成的特殊流道(见图)使流体在极低的流速下即可发生强烈的扰动流(湍流),扰动流又有自净效应以防止污垢生成因而传热效率很高。
一般地说,板式换热器的传热系数K值在3000~6000W/m2.oC范围内。这就表明,板式换热器只需要管壳式换热器面积的1/2~1/4 即可达到同样的换热效果。
使用安全可靠
在板片之间的密封装置上设计了2道密封,同时又设有信号孔,一旦发生泄漏,可将其排出热换器外部(见右图),即防止了二种介质相混,又起到了安全报警的作用。
随机应变
由于换热板容易拆卸,通过调节换热板的数目或者变更流程就可以得到最合适的传热效果和容量。只要利用换热器中间架,换热板部件就可有多种独特的机能。这样就为用户提供了随时可变更处理量和改变传热系数K值或者增加新机能的可能。
有利于低温热源的利用
由于两种介质几乎是全逆流流动 ,以及高的传热效果,板式换热器两种介质的最小温差可达到1oC。用它来回收低温余热或利用低温热源都是最理想的设备。
占地小,易维护
板式换热器的结构极为紧凑,在传热量相等的条件下,所占空间仅为管壳式换热器的1/2~1/3。并且不象管壳式那样需要预留出很大得空间用来拉出管束检修。而板式换热器只需要松开夹紧螺杆,即可在原空间范围内100%地接触倒换热板的表面,且拆装很方便。
阻力损失少
在相同传热系数的条件下,板式换热器通过合理的选择流速,阻力损失可控制在管壳式换热器的1/3范围内。
热损失小
因结构紧凑和体积小,换热器的外表面积也很小,因而热损失也很小,通常设备不再需要保温。
冷却水量小
板式换热器由于其流道的几何形状所致,以及二种液体都又很高的热效率,故可使冷却水用量大为降低。反过来又降低了管道,阀门和泵的安装费用。
投资、运行费用较低
在相同传热量的前提下,板式换热器与管壳式换热器相比较,由于换热面积,占地面积,流体阻力,冷却水用量等项目数值的减少,使得设备投资、基建投资、动力消耗等费用大大降低,特别是当需要采用昂贵的材料时,由于效率高和板材薄,设备更显经济。
板式换热器设备操作及维修保养:
1、设备使用前应检查压紧螺栓是否松动,压紧尺寸A是否符合说明书中规定的尺寸,如不符合规定,应均匀把紧螺栓,使其达到规定的尺寸。
2、使用前应对设备进行水压实验,对冷热两侧分别试压,试验压力为操作压力的1.25倍,保压时间为30分钟,各密封部位无泄露方可投入使用。
3、当设备用于卫生要求较高的食品工业或者医药行业时,使用前应对设备进行清洗消毒,消毒设备内的油污和杂物。
4、当操作介质含有大量泥沙或其它杂物时,设备前应置有过滤装置。
5、冷热介质进出口接管应按设备压紧板上的标示进行连接,否则,会影响设备操作性能。
6、设备操作时,应缓慢注入低压侧液体,然后再注入高压侧液体;停车时应缓慢切断高压侧液流体,再切断低压侧液流体。
7、设备长期运行后,板片表面将产生不同程度的水垢或沉淀物,这样会降低传热效率并增加流阻,因此设备应定期打开检查,清除污垢。清洗板片时,不得用金属刷子,以免划伤板片,降低腐蚀性能。
8、损坏的板片应及时进行更换,若没有备用板片,在允许的情况下,可以拆下两张相邻的板片(注意:拆下的板片不应是换向板片,而应是带四孔的板片),同时相应减少压紧尺寸A(没拆除一对板片,BR0.3型设备压紧尺寸减少13mm,BR0.5型设备压紧尺寸减少9mm).
9、维修时,对于已经老化的密封垫片应进行更换,脱落的垫片应重新粘接,粘接进应清洗垫片槽,涂上粘接剂,将垫片摆正粘牢。
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