板式换热器是一种新式高效的换热设备，现已广泛用于动力工程、船舶、冶金、石油、化工、食品和轻工业等许多行业。国外制糖工业用得不少，国内有数个糖厂使用，有些使用得好，但亦有些存在较多问题而停止使用。因此需要对有关的技术问题进行详细的研究。
板式换热器有很多优点，主要是：
1、传热性能高，ｋ值一般达到3500～5800w/m2.k(3000～5000kcal/m2.h.℃)，因而在同一条件下所需传热面积较小。
２、重量轻，传热面薄，耗用金属量少，每m2加热面只约8kg，仅为管式加热器的1/3～1/4。
３、体积小，为紧密型设备，特别适用于空间有限的场合。
４、物料通过时间短，内部死角少，卫生条件好，很适合食品工业应用。
５、设备规范(尺寸)的幅度很大，每件换热元件(板片)的尺寸，小的可到0.03 m2，大的可达2m22以上；每台设备的换热面积，小的可到0.5m2，大的可达1000 m2以上。同时，可以根据需要增加或减少板片的数量以改变其加热面积，或改变工作条件，灵活性大。
６、可使用较低温度的热源，回收低温热源中的热能，达到节约能源的目的。
７、内部流体运动激烈，且表面光滑，形成积垢较少，工作周期长，并便于用化学方法清洗，清洗效率高。然而，板式换热器的原理和应用与普通的加热器有很大不同，需要正确地理解和适当地使用才能取得良好效果，否则会产生多种不同问题。

1、板式换热器的结构与参数
   板式换热器是由数十块(或更多)平板式换热片叠在一起压紧构成。板片是优质不锈钢板或钛板，厚0.6～0.8mm，用大型液压机在其表面上压出特殊设计的波纹。在板片的一侧表面上紧贴着用有机材料(丁晴橡胶、氟橡胶等)制造的垫片，以保持板片间的密封性。这些板片的两侧用刚性的端盖及用多个(6～12个)螺栓压紧，成为一个整体(与板框式压滤机相似)。每两件板片之间的空隙与垫片共同构成流体的通道，物料由上而下或由下而上连续流动。每块板片的两侧分别流过冷的和热的流体，通过板片进行热交换，（如右图所示）。
    板片的波纹型式很重要，它决定了板片的工作特性。主要的波纹型式有：水平平直式(或称洗衣板形)、斜纹式、人字式(ｖ字形)和双人字型(ｗ字形)，斜形的波纹又有不同的斜角。换热板片波纹的设计和制造是板式换热器的技术关键。
   板片的波纹深度一般为5～6mm，垫片在压紧后的厚度和它相同，这样垫片与板片波纹的顶部是在同一平面上，互相紧贴。板片的四角各有一个大圆孔，分别作为冷热流体的进出通道。板片的波纹有两个很重要的功能：
１、提高传热性能。物料在两件波纹板之间的缝隙通过，这些波纹使流体不断改变流动方向，产生旋转和扭转，形成许多微细的涡流，从而使流体内各部分的质点不断迅速转移，使热交换迅速进行；流体的强烈湍流还减少了悬浮微粒在换热面上的沉积和结垢，故被称为“自洁式换热器”；表面压成波纹也使实际换热面积增大了百分之几十；所有这些因素都显著加强了传热过程，使它的传热系数比一般管式加热器提高几倍。
２、提高板片的刚性和受压能力。在板片组合压紧以后，相邻两板间有很多波纹的突出点互相接触，形成很多支承点，从而大大增强了板片的刚性。因此，虽然板片的厚度很薄而面积又很大，也能承受相当高的压力。换热面的厚度比用加热管小得多，就大幅度减少了材料消耗和设备重量。
板式换热器的型号以板片的型号来代表，每种型号的板片有一定的换热面积和传热特性。每台换热器所用板片的数量视所需的总面积而定，变化幅度可以很大。换热器的框架长度则按安装板片的需要，每种型号均有几个不同长度的等级。
    板式换热器的板片是垂直放置的，物料从上方入，下方出；或从下方入，上方出；冷和热的物料安排成反方向流动，以取得最大的有效温度差，达到最高的效率。如果用蒸汽加热，应从上方进汽，下方排出凝缩水，被加热的物料则从下方入，上方出。
板式换热器通常用单程的工作方式，这对板片和连接管路的布置是最有利的。在大多数情况下，适当地选择板片的型式和参数，可以用单程达到所需的热交换参数。但在某些特殊情况下，也可用双程或四程的方式(但绝不需要象管式加热器那样用很多程)。
    现在国内外都有很多生产板式换热器的制造厂，如瑞典Alfa Laval公司，英国的APV公司和德国的Gea公司等；国内如兰州兰石、天津板式换热器厂、四平巨元、上海饮料机械厂、欧洲杯足球买球平台推荐 等。他们都有多种规格的产品，其具体样式和参数也是多样化的。
     这类产品的主要参数是：单片换热面积(m2)，最大装机面积(m2)，通道直径(mm)，最大物料量(t/h)，每通道流量(kg/s)，传热系数ｋ值(w/ m2.k)，以及框架的尺寸等。有些设备还表明它的热力参数，如θ值和je(kpa/htu)等。ｋ值通常是以水对水在40℃下、压力降为50kpa时测出的数值；θ和je值均随通过流体量而变化。在产品资料中还标明其容许的使用压力和温度。
     关于板式换热器的选用，国外的生产厂家通常是根据用户提出有关的数据，主要是冷热两种物体的种类、数量和性质，以及工作的条件，由他们通过计算选择最佳方案，提供用户决定。但国内的制造厂，对某些行业较有经验，对某些行业仍经验不足，有时需由用户自行选定。这时要注意如下几点：
1、加热面积不可按照原有管式加热器的面积，一般只需后者的30％～50％。应通过有关传热的计算来决定(这种计算比较复杂，此处难以列出)。
2、注意设备的通道直径即角孔和连接管的直径，它决定了物料的最大通过量。如选用了较大的通道直径，在以后有需要时可以增加板片数量来提高物料处理量。直径不足会限制物料的流量。特别是在使用低压蒸汽作热源时，管径不足会使进汽量不足，严重降低换热器的性能。例如，管径为200mm的换热器，如管中蒸汽流速为30m/s，当蒸汽温度为100℃时，通过的蒸汽量只为2t/h，110℃的蒸汽量为2.8t/h，120℃的蒸汽量为3.8t/h。它们不一定能满足加热糖汁的需要，这就会明显降低板式换热器的性能。国内某糖厂新购的设备就因为这个问题(通道直径不足)而性能很差。
3、板片之间的间距(缝隙宽度)也很重要，多数板式换热器的这一数值为5～6mm，可应用于液体，也可使用略有正压的水蒸汽(汽压0.03～0.1mpa)。有些产品的这一数值小于4mm，只能用于液体或压力较高的蒸汽；如使用低压蒸汽，则因通道面积不够限制了进汽量，也降低了换热器的性能。
4、如果设备的性能参数提供了θ值，应复算它是否适当。
目前通用的换热器的板片，由于片间的缝隙和空间较小，用于含有固体杂质(特别是纤维状物)的液体时易堵塞，而且不适宜使用压力很低(有真空)的水蒸汽为热源(因为它的比容和体积很大)。80年代末以后，开发制成了一种“宽缝”(wide-gap)的、亦称自由流动(free-flow)的板式换热器，板片间的宽度较大，平均宽度约12mm，板片之间的空间大很多，可用于含有纤维类杂质的液体，也可使用低压(有较高真空度)的、比容很大的蒸汽。这种板片的波纹深度大，用特殊设计的波纹形状来加强板片的刚性，板片之间的接触点较少。这种板片较难制造，价格也较高。
2、板式换热器在糖厂中的应用
   板式换热器在许多工业中已经用得很普遍。在欧美、南非和印度的不少糖厂亦用它在清汁加热、渗出法的稀汁加热、糖浆糖蜜入罐前的加热，以及最终糖蜜的冷却(入废蜜罐之前)，效果良好，有些糖厂并试用于混合汁加热。下面列出一些应用较好的实例。
1、用于清汁加热
    南非的dalton糖厂应用瑞典制造的板式换热器，型号am20，用板片44件，每件加热面积0.79m2。清汁流量130t/h，从92℃加热至104℃，使用的废汽的饱和温度为111℃，传热系数为3400w/ m2.k，清汁通过换热器的压力降为76kpa；使用时蒸汽阀未全开，即实际使用的温差还较小，传热系数还更高。清汁加热器连续运行５周后打开，内有一些淤泥沉积，板面上有黑色薄膜，很易用水冲去。
德国南德糖厂，甜菜汁量600t/h，清汁入蒸发罐前用４台a30hbm板式换热器分4级加热，分别使用1～4效蒸发罐的汁汽为热源，每级加热达到的温度仅比汁汽温度低3℃，最终达到127℃。
    广州华侨糖厂(碳酸法)在80年代应用了一台瑞典制的板式换热器于清汁加热，型号为am-20fm，板片面积0.79 m2，装板50件，有效加热面积37.9 m2。使用第一效汁汽，清汁量为117t/h，入汁温度68.7℃，出汁温度100.7℃，温升32℃，入汽温度114.2℃，排水温度108.4℃，传热系数ｋ值为4010w/ m2.k，清汁通过换热器的压力降为36kpa。它的排水温度比进汽温度低约6℃，器内略有积水。如排水畅通，ｋ值还会高一些。该设备连续使用十多天后拆开检查，绝大部分板片表面仍光滑如新。有很少的污垢，可以用软布抹去。
    广东顺德糖厂(亚硫酸法)糖厂使用了一台兰州生产的板式换热器，板片面积1.07m2，用作清汁的第三级加热。蔗汁量平均为254t/h，使用废汽的温度为129～130℃，加热前汁温106～108℃，加热后120～126℃，传热系数为2400～3900w/ m2.k。
广东珠江甘化厂用一台国产的板式换热器作清汁一级加热，传热面积为35m2。加热后汁温比汽温只低2～4℃，使用15天后此温差为4～6℃，加热温度高于原来所用的60m2的管式加热器。它的传热系数为2700～4000w/ m2.k。
   另一亚硫酸法糖厂用一台国产的板式换热器，板片面积0.36m2，装90片，有效传热面积31.68 m2，用第一效汁汽加热清汁，七天实测数据平均为：清汁流量37.2t/h，入汁温度76℃，出汁温度107℃，温升31℃，入汽温度113℃，汽凝水温度112.5℃，传热系数为2300w/ m2.k。使用十多天后拆开检查，板片表面有很少沉积物，可用水和软刷洗掉。
用板式换热器加热清汁的传热性能比管式的高一倍以上，因此所用的传热面积可以减少一半或以上。此处以使用第一效汁汽较好，有一定的节能效果(比用废汽加热)。在换热器性能良好、并紧靠蒸发罐的情况下，用汁汽加热可使清汁温度接近汁汽温度，只低3～5℃，基本上能适应蒸发的需要。用汁汽加热还可以防止因蒸汽温度过高引起糖汁焦化，国内有些糖厂使用废汽，曾有厂因操作不慎而发生严重焦化，焦化物很难清除。
2、用于混合汁加热
   南非dalton糖厂用板式换热器加热混合汁，用瑞典Alfa-Laval公司的am20型，50件板片。使用两个月，每星期清洗一次，蔗汁流量103～130t/h，从72～76℃加热到94～97℃，使用废汽的饱和温度为109～111℃，传热系数为2900～3380w/ m2.k，蔗汁压力降为0.05～0.1mpa。停机打开时，内部有由泥沙和蔗糠沉积，板面上有薄层积垢，但少于管式加热器，可用水冲洗和用刷刷去。每个工作班进行一次“反洗”，可将部分沉积物冲走。但最好先将蔗汁中的纤维杂物用筛除去。
古巴试用板式换热器加热混合汁，换热器型号am-20sfm。装34件板片，换热面积26m2，蔗汁在内部分４程流动(两上两下)，提高蔗汁在板片间的流速以减少沉积。每运行４小时将蔗汁反向流动，反冲内部的沉积物。蔗汁流量约55t/h，使用第三效蒸发罐的汁汽，温度101～108℃，进入的蔗汁为60～68℃，初时可加热到96℃，以后逐渐降低，到第4天降低到约80℃，传热系数由开始的3200降低到第4天的1500，但仍远远高于普通加热器(后者用一天就要停用清洗)。通过换热器的蔗汁压力降，第一天为0.15mpa，以后逐渐升高到0.2mpa。虽然换热器内逐渐形成沉积物，但仍可使用。
   对于混合汁这类含有较多固体悬浮物的物料，使用宽缝隙的板式换热器的效果较好。国外一个亚硫酸法糖厂，用这种换热器和用第三效蒸发汁汽加热混合汁和硫熏汁，可连续运行30天，所用的汁汽压力很低，只为40kpa绝对压，汽温75℃。传热系数达到2090～2440w/ m2.k，它的加热面积比管式的小一半以上。
波兰的两个甜菜糖厂(日处理甜菜2000多吨)，在90年代中期使用了宽缝的板式换热器，使用煮糖罐的汁汽(温度约60℃)来加热渗出汁，由约30℃升温到约50℃，随后加灰并再用汽凝水和第三效汁汽加热到约88℃。运行情况良好，可连续使用一个榨季，停机后打开用高压水喷射可除去板片表面上的全部沉积物。它利用了大量的低温热源，使糖厂的燃料消耗明显减少。
宽缝隙的板式换热器可以使用有真空的低温汁汽作热源加热低温的蔗汁，有较大的节能价值。
3、用于糖蜜冷却
    糖蜜在进入贮罐前冷却降温，是防止糖蜜贮存时变质的关键措施。但糖蜜的粘度大，传热困难，使用一般的换热器效果不大。在南非和澳大利亚试验用板式换热器将糖蜜冷却的效果较好。南非gladhow糖厂和sezela糖厂都用英国APV公司制造的板式换热器来冷却糖蜜。糖蜜在器内单程流动，冷却水则分五程通过。它们所用的板片尺寸为1556×416mm，板片数量分别为96片和160片，传热面积分别为50和83m2，处理的糖蜜量分别为11.5和12.6t/h，糖蜜锤度约81，糖蜜的温度，前者由59.8℃冷却到42.8℃，后者由62.1℃冷却到36.7℃，冷却水的进出温度，前者为30.2及36.3℃，后者为23.3及46℃，冷却水用量分别为13.8和6.1t/h；传热系数分别为96.3和112w/ m2.k。换热器需每月打开用水清洗一次。
    澳大利亚bingera糖厂1990年使用了德国Gea公司制造的板式换热器来冷却糖蜜，型号为b12，装有149件尺寸为1400×400mm的ｖ形波纹的板片，换热面积67.6m2，糖蜜和水都是单程流动。实际处理糖蜜量10～15t/h，糖蜜温度由57～62℃降至约37℃，使用的冷水温度为32～35℃，水量按温度自动调节，为糖蜜量的1.5～3倍。传热系数为200～550w/ m2.k。糖蜜通过的压力降为50～150kpa。该设备全榨季正常运行(中间曾拆开检查清洗)，不锈钢板片(型号316ss)无可见的腐蚀。所用的冷水要清洁，曾试用较低温的河水，但会在板片间形成软性的附着物，妨碍传热。
4、用于不同物料的传热系数
德国Gea公司制造的板式换热器，用于糖厂不同物料加热时的平均传热系数(一个榨季连续运行的平均值，w/m2.k)，可取下表数值计算：

3、板式换热器的使用方法
1、板式换热器的装置
    在用板式换热器作清汁加热时，换热器要尽量靠近蒸发罐，缩短清汁和汁汽的管路，减少温度降。最好将换热器前的入汁阀作为蒸发罐的入汁阀来控制(即不用换热器与蒸发罐之间的阀门控制)，避免在蒸发罐关小入汁阀时在换热器内产生附加压力甚至水锤现象。在进汁量减少时要同时关小它的进汽(或热水)阀，避免器内温度和压力过高。
板式换热器的连接管路要适当处理。要防止管路的重量及热胀冷缩的拉力或推力作用在它的连接法兰上，换热器的连接管路应装90°弯头。它的进汽阀之前应有泄水阀，开机前将管内积水及污物排去，防止开机时发生水击及带入污物。物料管应设旁路及阀门，最低处设排底管。并应有试水压的接头，开用前分别对两面的通道试水压检查。
各连接管口应装温度计和压力表。在用蒸汽加热时，汽凝水温度应只稍低于蒸汽温度(以饱和计算)，若下降过大则说明器内有积水，这会明显降低它的传热性能。换热器应配有良好的汽凝水排除设备。
    板式换热器的多块板片通过两侧的端盖和多个螺栓压紧成为一个整体。其中一侧的端盖是固定在机架上并用以连接管路，另一侧端盖在装拆时可沿导轨移动。在物料全部为单程流动时，冷热流体的进出口共四根管子都连接在固定的端盖上，这种方式最便于管理和安装。此时全部板片的四角都开大圆孔，从头到尾贯通。
每件板片的同一侧面都牢固地粘着一件有弹性的垫片。将螺栓上紧后，被压紧的垫片厚度等于板片波纹突出的高度，此时板片与垫片的突出端位于同一平面上，互相紧贴。垫片厚度一定要准确。如垫片过厚，则板片波纹不能互相接触，受压时会变形；如垫片不够厚，则上紧螺栓时会使板片波纹顶端紧贴后再压入而形成小凹坑，以后易穿孔泄漏。瑞典am-20型的板片，所配垫片在压紧后的厚度为5.4mm。
    在安装之前，要先将垫片与板片粘结固定成为一体。板片在装置垫片的位置上压有相应的凹坑，放入垫片，根据垫片的材质使用规定的胶粘剂和工艺进行粘结(某些垫片和粘合剂要经过加热硬化)。这种做法在已有的设备需更换垫片时比较麻烦，处理不好时会泄漏。国外厂家近年制造的板式换热器，可以不用粘合而用“搭扣式”(clipon)的固定方法，板片上装置垫片的位置处有特殊的结构，装上小扣环就可将垫片固定在沟槽内。这种方法简单易行，拆除更换旧垫片亦容易。这对于垫片易老化的使用场合更为适合。
2、板式换热器的装拆
    新购买的换热器已装好成一个整体，可整体安装。如非必要，不应拆开。
    板式换热器的拆卸和再安装是很细致的工作，需由有经验的人员按一定的规则进行，以确保安装后密封良好，能正常使用。不正确的装拆和安装会造成密封不良以至板片变形损坏，难以复原。
    换热器在拆卸之前要用钢尺测量板片组原来的厚度，应当分别在设备的上下左右四角分别测量并做好记录。在再安装时应尽可能恢复这一厚度。如增减板片数量，应先算出正确的总厚度。例如，用am－20板片80件，其公称厚度为：
80×(5.4+0.8)=496mm
    安装压紧后的厚度与公称值之差应小于1%，上例厚度应在491～501mm之间。
    板式换热器通常用6～12个螺栓压紧成整体。在装拆时这些螺栓应均匀平衡地上紧或放松，决不可松紧不匀。
    在拆卸放松螺栓时，应先放松中部螺栓，然后到四角。初时每次1～2圈，以后多些，重复多次至完全松开。要求在放松过程中，在四角测量板片总厚度，左右偏差不超过10mm，上下偏差不超过25mm。
    在上紧螺栓时，应先上紧四角螺栓，再上紧中部螺栓，逐小进行，反复多次。要求上紧过程中板片组总厚度的不对称偏差亦不超过上述数值。装拆螺栓应当用一定长度的扳手，使施加的力矩适当。如am－20型的紧固螺栓为m39，规定扳手长度为550mm。
    国外供应的板式换热器常提供一个“限力扳手”，限定其上紧力矩不超过一定限度(当施加力矩过大时扳手自动打滑)。过长的扳手和过大的力矩是有害的，它可能使垫片压缩过度，以至将板片波纹顶部压成小凹坑。国内某糖厂的板式换热器就因此造成多块板片在该处穿孔而报废。
    板式换热器的紧固螺栓常配有小的平面轴承，装在压紧螺母的底部，以减少上紧螺栓时的表面摩擦力，使螺栓的紧固力适当。在上紧或放松螺栓时，另一端是被端盖管制而不能转动的。换热器拆开后，板片应悬挂在机体支架上，如需卸下来清理，要放在平滑的平台上，不可放在不平的地面上，更不可将多件板片叠起成堆，以免板片弯曲变形。每件板片在清理后应即挂回原位。不可用锤敲击，不锈钢薄板受锤击会引起内部结构变化，降低其防锈性能。在检查全部板片和垫片正常后，即将螺栓上紧复位。
3、板式换热器的清洗
    板式换热器因其内部物料湍流强烈且板片表面很光滑，生成积垢较少，故亦称为“自洁式换热器”。如果在运行期间定期加大物料流量或使物料反向流动，可以将它内部的一些沉积物冲去，延长换热器的工作周期。在需要把换热器打开清洗前，先大量泵水冲洗也可除去其内部的部分沉积物。
    现代的化学工业和食品工业大力发展各种容器设备的化学清洗，简化清洗工作，板式换热器也如此。食品工业中近年普遍推广“原位自动清洁技术”(auto matic cleaningin-place，简称cip)，容器设备不用拆卸打开，分别用化学药剂和水进行清洁，由电脑按程序自动控制操作，大大提高了清洗工作的效率。对清净剂的配方和使用方法也不断研究改进。
    板式换热器的材料能抵受多种化学药剂的作用，而且它的内部容积较小，很便于用化学清洗。所用的化学药剂视积垢的种类和成份而定，如有机沉积物可用2%naoh或碱性洗涤剂溶液，氧化物或碳酸盐沉积物用2%聚偏磷酸钠或三聚磷酸钠、或5%乙二胺四乙酸、或0.7%硝酸(按浓硝酸容积计)，使用温度为50℃，最高70℃。化学清洗后再反复泵水洗净。
在良好的情况下，板式换热器可以常年不拆开。在确实需要拆开清洗时，要小心操作，将板片逐件用水冲洗，用软布或软刷洗抹，或配合用适当的清洁剂。不可使用钢刷或其它坚硬的工具，以免把板片表面刮花。清洗后应即装回和紧固。
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