板式換熱器的結構傳熱、提高換熱效率的方法

板式換熱器相對來講具有傳熱效率高，方便安裝等優點。之前我們講述了很多關於板式換熱器的技術知識，今天再來看一看板式換熱器的結構傳熱以及如何提高其換熱效率的方法。

一：板換結構與傳熱

1、板型結構

板型及其結構參數對板式換熱器傳熱有較大影響。不同板型將使板片間通道中流體的流動產生顯著的差別。例如：人字形板片的板式換熱器中的流動是典型的網狀三維流動（見下圖），水平平直波紋板片的板式換熱器中的流動則為二維的。

圖 人字形板片流體在板間通道的三維流動

同種板型其波紋結構參數不同，也會使流動情況有差異，並使之適合於不同工況下的換熱，如下圖人字型板片的人字角不同傳熱係數也不同。

圖 人字角β對傳熱的影響

2、流程組合

圖 典型的流程組合

流體流動分布是否均勻的問題還表現在流程組合方式上。上圖為典型的流程組合方式。對於一般對稱型流道的板式換熱器，兩流體的體積流量大致相當時，應儘可能按等程布置；如果兩側流量相差懸殊時，則流量小的一側可採取多流程布置，以提高流速，獲得較高的傳熱係數，大流量一側採用較少的流程，以降低換熱器阻力。相變板式換熱器的相變一側一般均為單程。

3、流速的選取

流體在板間的流速，影響換熱性能和流體的壓力降，流速高雖然換熱係數高，但是流體的阻力降也增大。一般板間平均流速為0.2~0.8m/s，主流線上的流速要比平均值高4~5倍。流速低於0.2m/s時流體就達不到湍流狀態且會形成較大的死角區，流速過高則會導致阻力降劇增。

4、非對稱型板式換熱器

非對稱型板式換熱器根據冷熱流體的傳熱特性和壓力降要求，改變板片兩面波形幾何結構，形成冷熱流道流通截面不等的板式換熱器。非對稱型板式換熱器的傳熱係數下降微小，且壓力降大幅減小。冷熱介質流量比較大時，採用非對稱型單流程比採用對稱型單流程的換熱器可減少板片面積15%-30%。近年來國產的板式換熱器出現了非對稱通道的板式換熱器，國外則採取「熱混合」的板片組合方式，允許熱量—流量—壓降三者之間不成比例。

二：如何提高板式換熱器傳熱效率

板式換熱器是間壁傳熱式換熱器，冷流體通過換熱器板片傳熱，流體與板片直接接觸，傳熱方式為熱傳導和對流傳熱。提高板式換熱器傳熱效率的關鍵是提高傳熱係數和對數平均溫差。

1、提高換熱器傳熱係數

只有同時提高板片冷熱兩側的表面熱係數，減小垢層熱阻，選用熱導率高的板片，減小板片的厚度，才能有效提高換熱器的傳熱係數。

提高板片的表面傳熱係數

由於板式換熱器的波紋能使流體在較小的流速下產生湍流，因此能獲得較高的表面傳熱係數，表面傳熱係數與板片波紋的幾何結構及介質的流動狀態有關。板片的波形包括人字形、平直形、球形等。經過多年的研究和實驗發現，波紋斷面形狀為三角形的人字形板片具有較高的表面傳熱係數，且波紋的夾角越大，板間流道內介質流速越高，表面傳熱係數越大。

減小汙垢層熱阻

減小換熱器的汙垢層熱阻的關鍵是防止板片結垢。板片結垢厚度為1mm時，傳熱係數降低約10%。因此，必須注意監測換熱器冷熱兩端的水質，防止板片結垢，並防止水中雜物附著在板片上。有些供熱單位為防止盜水及鋼件腐蝕，在供熱介質中添加藥劑，因此必須注意水質和黏性藥劑引起雜物玷汙換熱器板片。如果水中有黏性雜物，應採用專用過濾器進行處理。選用藥劑時，宜選擇無黏性的藥劑。

選用導熱率高的板片

板片材質可選擇奧氏體不鏽鋼、鈦合金、鋼合金等。不鏽鋼的導熱性能好，熱導率約14.4W/(mk)，強度高，衝壓性能好，不易被氧化，價格比鈦合金和銅合金低，但其耐氯離子腐蝕的能力差。

減小板片厚度

板片的設計厚度與其耐腐蝕性能無關，與換熱器的承壓能力有關。板片加厚，能提高換熱器的承壓能力。採用人字形板片組合時，相鄰板片互相倒置，波紋相互接觸，形成了密度大、分布均勻的支點，板片角及邊緣密封結構已逐步完善，使換熱器具有很好的承壓能力。在滿足換熱器承壓能力的前提下，應儘量選用較小的板片厚度。

2、提高對數平均溫差

板式換熱器流型有逆流、順流和混合流型。在相同工況下，逆流時對數平均溫差最大，順流時最小，混合流型介於二者之間。提高換熱器對數平均溫差的方法為儘可能採用逆流或接近逆流的混合流型，儘可能提高熱側流體的溫度，降低冷側流體的溫度。

3、進出口管位置的確定

對於單流程布置的板式換熱器，為檢修方便，流體進出口管應儘可能布置在換熱器固定端一側。介質的溫差越大，流體的自然對流越強，形成的滯留帶的影響越明顯，因此介質進出口位置應按熱流體上進下出，冷流體下進上出布置，以減小滯留帶的影響，提高傳熱效率。

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