板式换热器换热效率计算(暖通工程师：中央空调和采暖常用「板换」系统原理及分析)

板式换热器

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。

简介

板式换热器（PlateTypeHeatExchanger），本成套设备由板式换热器、平衡槽、离心式卫生泵、热水装置（包括蒸汽管路、热水喷入器）、支架以及仪表箱等组成。用于牛奶或其它热敏感性液体之杀菌冷却。欲处理的物料先进入平衡槽，经离心式卫生泵送入换热器、经过预热、杀菌、保温、冷却各段，凡未达到杀菌温度的物料，由仪表控制气动回流阀换向、再回到平衡槽重新处理。物料杀菌温度由仪表控制箱进行自动控制和连续记录，以便对杀菌过程进行监视和检查。此设备适用于对牛奶预杀菌、巴式杀菌。

板式换热器的型式主要有框架式（可拆卸式）和钎焊式两大类，板片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板片三种。

基本结构

⒈板式换热器板片和板式换热器密封垫片

⒉固定压紧板

⒊活动压紧板

⒋夹紧螺栓

⒌上导杆

⒍下导杆

⒎后立柱

（板式换热器与管壳式换热器的比较）

a.传热系数高由于不同的波纹板相互倒置，构成复杂的流道，使流体在波纹板间流道内呈旋转三维流动，能在较低的雷诺数（一般Re=50~200）下产生紊流，所以传热系数高，一般认为是管壳式的3~5倍。

b.对数平均温差大，末端温差小在管壳式换热器中，两种流体分别在管程和壳程内流动，总体上是错流流动，对数平均温差修正系数小，而板式换热器多是并流或逆流流动方式，其修正系数也通常在0.95左右，此外，冷、热流体在板式换热器内的流动平行于换热面、无旁流，因此使得板式换热器的末端温差小，对水换热可低于1℃，而管壳式换热器一般为5℃.

c.占地面积小板式换热器结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式的2~5倍，也不像管壳式那样要预留抽出管束的检修场所，因此实现同样的换热量，板式换热器占地面积约为管壳式换热器的1/5~1/8。

c.容易改变换热面积或流程组合，只要增加或减少几张板，即可达到增加或减少换热面积的目的；改变板片排列或更换几张板片，即可达到所要求的流程组合，适应新的换热工况，而管壳式换热器的传热面积几乎不可能增加。

d.重量轻板式换热器的板片厚度仅为0.4~0.8mm，而管壳式换热器的换热管的厚度为2.0~2.5mm，管壳式的壳体比板式换热器的框架重得多，板式换热器一般只有管壳式重量的1/5左右。

e.价格低采用相同材料，在相同换热面积下，板式换热器价格比管壳式约低40%~60%。

f.制作方便板式换热器的传热板是采用冲压加工，标准化程度高，并可大批生产，管壳式换热器一般采用手工制作。

g.容易清洗框架式板式换热器只要松动压紧螺栓，即可松开板束，卸下板片进行机械清洗，这对需要经常清洗设备的换热过程十分方便。

i.热损失小板式换热器只有传热板的外壳板暴露在大气中，因此散热损失可以忽略不计，也不需要保温措施。而管壳式换热器热损失大，需要隔热层。

h.容量较小是管壳式换热器的10%~20%。

i.单位长度的压力损失大由于传热面之间的间隙较小，传热面上有凹凸，因此比传统的光滑管的压力损失大。

j.不易结垢由于内部充分湍动，所以不易结垢，其结垢系数仅为管壳式换热器的1/3~1/10.

k.工作压力不宜过大，介质温度不宜过高，有可能泄露板式换热器采用密封垫密封，工作压力一般不宜超过2.5MPa，介质温度应在低于250℃以下，否则有可能泄露。

l.易堵塞由于板片间通道很窄，一般只有2~5mm，当换热介质含有较大颗粒或纤维物质时，容易堵塞板间通道。

基本分类

一般情况下，我们主要根据结构来区分板式换热器，也就是根据外形来区分，可分为四大类：①可拆卸板式换热器（又叫带密封垫片的板式换热器）、②焊接板式换热器、③螺旋板式换热器、④板卷式换热器（又叫蜂窝式换热器）。

其中，焊接板式换热器又分为：半焊接板式换热器、全焊接板式换热器、板壳式换热器、钎焊板式换热器。

经常用到的分类还有以下：

1>根据单位空间内的换热面积的多少，板式换热器属于紧凑式换热器，主要是与管壳式换热器进行比较，传统的管壳式换热器占地较大。

2>根据工艺用途，又有不同的叫法：板式加热器、板式冷却器、板式冷凝器、板式预热器；

3>根据流程组合，分为单程板式换热器和多程板式换热器；

4>根据两种介质的流动方向，分为顺流（并流）板式换热器、逆流板式换热器、交叉流（横流）板式换热器，后两者用的比较多；

5>按照流道的间隙大小，分为常规间隙板式换热器和宽间隙板式换热器；

6>按照波纹，板式换热器有更详细的分别，不再累述，请参考：板式换热器板片波纹形式。

7>按照是否是成套产品，可分为单机板式换热器、板式换热器机组。

应用场合

a.制冷：用作冷凝器和蒸发器。

b.暖通空调：配合锅炉使用的中间换热器、高层建筑中间换热器等。

c.化学工业：纯碱工业，合成氨，酒精发酵，树脂合成冷却等。

d.冶金工业：铝酸盐母液加热或冷却，炼钢工艺冷却等。

e.机械工业：各种淬火液冷却，减速器润滑油冷却等。

f.电力工业：高压变压器油冷却，发电机轴承油冷却等。

g.造纸工业：漂白工艺热回收，加热洗浆液等。

h.纺织工业：粘胶丝碱水溶液冷却，沸腾硝化纤维冷却等。

i.食品工业：果汁灭菌冷却，动植物油加热冷却等。

j.油脂工艺：皂基常压干燥，加热或冷却各种工艺用液。

k.集中供热：热电厂废热区域供暖，加热洗澡用水。

l.其他：石油、医药、船舶、海水淡化、地热利用、太阳能利用。

选型计算

板型选择

板片型式或波纹式应根据换热场合的实际需要而定。对流量大允许压降小的情况，应选用阻力小的板型，反之选用阻力大的板型。根据流体压力和温度的情况，确定选择可拆卸式，还是钎焊式。确定板型时不宜选择单板面积太小的板片，以免板片数量过多，板间流速偏小，传热系数过低，对较大的换热器更应注意这个问题。

流程和流道的选择

流程指板式换热器内一种介质同一流动方向的一组并联流道，而流道指板式换热器内，相邻两板片组成的介质流动通道。一般情况下，将若干个流道按并联或串联的方式连接起来，以形成冷、热介质通道的不同组合。

流程组合形式应根据换热和流体阻力计算，在满足工艺条件要求下确定。尽量使冷、热水流道内的对流换热系数相等或接近，从而得到最佳的传热效果。因为在传热表面两侧对流换热系数相等或接近时传热系数获得较大值。虽然板式换热器各板间流速不等，但在换热和流体阻力计算时，仍以平均流速进行计算。由于“U”形单流程的接管都固定在压紧板上，拆装方便。

压降校核

在板式换热器的设计选型时，一般对压降有一定的要求，所以应对其进行校核。如果校核压降超过允许压降，需重新进行设计选型计算，直到满足工艺要求为止。

计算方法

关于传热系数和压降的计算，由各个厂家产品的性能曲线计算得到。性能曲线（准则关联式）一般来自于产品的性能测试。对于缺少性能测试的板型，也可通过参考尺寸法，根据板型的特性几何尺寸获得板型的准则关联式，国际上的一些通用软件均采用这种方法。

选型软件

关于板式换热器的选型软件，一般各自厂家根据自己的板型都有自己的选型软件。国际上通用的软件有HTRI，HTFS等。通用的计算软件公开的很少，国内一些网站如换热支持网站提供了提供了板式换热器的在线计算软件，可供参考使用。

型号表示

板式换热器按照GB16409-1996《板式换热器》进行设计、制造和检验，代号也按其标准规定来表示。

板式换热器的温度指标以密封胶垫所耐温度为准，丁腈橡胶（N）的上限工作温度为110℃，乙丙橡胶（E）的上限工作温度为150℃。

BR0.1型板式换热器没有悬挂形式的装配结构。

示例1：BR0.2-1.0-18-N-Ⅶ

表示板型为BR0.2的板式换热器，设计压力为1.0MPa，换热面积为18㎡，密封胶垫的材质为丁腈橡胶，装配形式为不悬挂式的。

示例2：BR0.5-1.0-70-E-I

表示板型为BR0.5的板式换热器，设计压力为1.0MPa，换热面积为70㎡，密封胶垫的材质为丁丙橡胶，装配形式为悬挂式的。

示例3：BRB0.8-1.0-120-E-I

表示板型为BR0.8的板式换热器，设计压力为1.0MPa，换热面积为120㎡，密封胶垫的材质为乙丙橡胶，装配形式为悬挂式的。

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。

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。