板式換熱器 (plate heat exchangers,簡稱 PHE)是一種新型高效換熱器。在傳統(tǒng)可拆式板式換熱器前加減溫裝置的方案。此方案充份利用了兩種熱交換器的上風，同時采熱水側采用并聯(lián)的運行方式，較串聯(lián)方式更有效地減小了壓力降，更加節(jié)能。
1、板式換熱器
板式換熱器 (plateheatexchangers,簡稱 PHE)是一種新型高效換熱器。其發(fā)明始于 1872年 ,最初主要用于食品產(chǎn)業(yè) ,后來逐漸擴大至造紙、醫(yī)藥、冶金、礦山、機械制造、電力、船舶、采熱及石油化工等其它產(chǎn)業(yè)領域。目前世界較著名的板式換熱器生產(chǎn)廠家有瑞典的 Alfa-laval(阿法拉伐 )、 SWEP(舒瑞普 )、德國的 GEA公司、英國的 APV、日本的 Hisaka(日版制作所 )等。板式換熱器由一系列具有一定波紋外形的金屬片疊裝而成 ,由于其特殊結構 ,使得板式換熱用具有以下優(yōu)點。
1.1 、總傳熱系數(shù)高 ,設備占地面積小
板式換熱器的板片一般制成槽形或波紋形 ,介質(zhì)在流道內(nèi)的活動呈復雜的三維活動結構 ,其活動方向及活動速度均不斷變化 ,造成很大的擾動 ,在低雷諾數(shù) (一般 Re=50~200)下即可誘發(fā)湍流 (而列管式換熱器則要求雷諾數(shù)達到 2000以上 )。由于大的擾動減薄了液膜的厚度 ,可防止雜質(zhì)在傳熱面上沉積粘附 ,從而減小污垢熱阻 ,加之板片厚度僅 0.6~0.8mm,熱阻較小 ,另外在板式換熱器中 ,冷熱流體分別從板片的兩側通過 ,流體流道較小 ,不會出現(xiàn)象管殼式換熱器那樣的旁路流 ,故總傳熱系數(shù)較高。若以水 /水為傳熱介質(zhì) ,板式換熱器的總傳熱系數(shù)可達 8360~25080kJ/m2•； h•； ℃為管殼式換熱器傳熱系數(shù)的 3~5倍 ,但其設備體積僅為管殼式換熱器的 30%左右。
1.2 、傳熱效率高。
板式換熱器的傳熱效率非常高 ,國際上已有多家公司能提供最小對數(shù)均勻溫差 △ Tm=1℃的板式換熱器產(chǎn)品。但冷熱物流最小對數(shù)均勻溫差過小將導致?lián)Q熱器的換熱面積很大 ,從工程應用角度而言并不經(jīng)濟。
1.3 、對數(shù)均勻溫差大。
進步傳熱對數(shù)均勻溫差是強化傳熱效果的重要手段。流體的活動方向和方式都會影響對數(shù)均勻溫差。板式換熱器內(nèi)流體的活動總體上呈并流或逆流的方式 ,其傳熱均勻溫差的修正系數(shù)通常為 0.95左右。而在管殼式換熱器中 ,兩種流體分別在殼程和管程內(nèi)活動 ,總體上是錯流的活動方式 ,即在殼程為混合活動 ,在管程為多股活動 ,所以傳熱均勻溫差的修正系數(shù)一般較小 (約 0.8左右 )。
1.4 、組裝靈活 ,操縱彈性大。
使用維修方便板式換熱器由若干張板片組裝而成 ,只需增、減板片的數(shù)目即可方便地調(diào)節(jié)換熱面積的大小 ,因此使用非常靈活 ,操縱彈性大 ,并且不象管殼式那樣 ,需要預留出很大的空間用來拉出管束檢驗。而板式換熱器只需要松開夾緊螺桿 ,即可在原空間范圍內(nèi) 100%地接觸倒換熱板的表面 ,維修方便。
2、板式換熱器的適用條件及應用于換熱站的實施方案
板式換熱器固然具有以上優(yōu)點，但它并不能完全取代管殼式換熱器。一方面是由于板式換熱器對介質(zhì)的潔凈程度要求較高，它要求介質(zhì)中雜質(zhì)顆粒直徑小于 1.5~2mm;另一方面是由于早期的板框式換熱器 (俗稱可拆式板式換熱器 )只能適用于工作壓力小于 1.6MPa、工作溫度介于 120~165℃之間的工況。
因換熱站熱源采用的是 1.1MPa;230℃的過熱蒸汽，受密封墊片的耐溫限制 (普通 EPDM墊片耐溫 150℃，耐高溫的 EPDM墊片耐溫為 180℃，耐高溫 PTFE墊片耐溫也僅為 220℃，且價格昂貴，為耐高溫 EPDM墊片的 8倍左右 )，故傳統(tǒng)可拆式板式換熱器不適用于該工況要求。 如采用釬焊式板式換熱器或激光全焊接式板式換熱器，設備購置本錢大 (約是可拆式板式換熱器價格的 3~5倍 )，且不可拆卸，不便于維修。
所以，終極采用在傳統(tǒng)可拆式板式換熱器前加減溫裝置的方案，在此方案中，采用傳熱效率較低，但耐溫等級較高的管殼式換熱器作為蒸汽減溫器，利用一部分供熱回水 (約占總回水流量的 10%左右 )將過熱蒸汽降到 150~180℃，之后，進進板式換熱器將剩余部分的供熱回水進行加熱，此方案充份利用了兩種熱交換器的上風，同時采熱水側采用并聯(lián)的運行方式，較串聯(lián)方式更有效地減小了壓力降，更加節(jié)能。
3、技術分析
3.1 、占地面積 板式換熱器的結構極為緊湊，并且減溫裝置體積較小 (φ 300;L=1500)，布置在板式換熱器上方，與板式換熱器有機的結合成一體，所占地面積僅為管殼式換熱器的 1/4左右。
3.2 、維修工作量 改造前，每個運行周期后，因管殼式換熱器內(nèi)結垢，換熱效果明顯降低，都需要拆檢、清洗管殼式換熱器，并且在維修時，需要拆保溫、抽芯等工作量。改造后運行了兩個周期后才拆檢了一次，并且拆裝很方便，只需要松開夾緊螺桿，露出板片，即可進行清洗。
3.3 、壓力損失 在供熱載體流量相等的情況下，經(jīng)過換熱器的壓降明顯降低，供水壓力由原來的 1.4MPa進步到了 1.6MPa。
3.4 、蒸汽消耗量 蒸汽的消耗量明顯降低，由原來的 1.11kg/s下降到 0.97kg/s，每小時節(jié)約蒸汽：
(1.11-0.97) × 3600/1000=0.504t 。
3.5 、換熱效果 在蒸汽的消耗量降低的情況下，傳熱量卻大大進步，供水溫度由原來的 92℃進步到 95℃。
4、效益分析
4.1 、維修用度 拆檢原管殼式換熱器，拆裝保溫，抽芯，清洗等用度合計： 5000元，檢驗板式換熱器及減溫裝置用度合計： 1000元。改造前每個運行周期檢驗 1次，而改造后每兩個運行周期檢驗 1次。所以，改造后每個運行周期能節(jié)省檢驗用度： 5000-1000/2=4500元
4.2 、蒸汽用度
每小時節(jié)約蒸汽 0.504， t按每個運行周期 5個月計算，每個運行周期能夠節(jié)約蒸汽：
0.504 × 24× 30× 5=1814.4t
按蒸汽用度 120元 /t計算，每個運行周期能夠節(jié)省蒸汽用度：
1814.4 × 120=217728 元。
4.3 、總節(jié)約用度
改造前后每個運行周期節(jié)約用度合計： 217728+4500=222228元
5、結語
經(jīng)過兩個周期的實際運行證實，用可拆式板式換熱器前加減溫裝置取代傳統(tǒng)的管殼式換熱器，運行可靠，實在際運行參數(shù)達到了設計要求，相對于釬焊式板式換熱器或激光全焊接式板式換熱器，大大降低了總投資，并且與傳統(tǒng)的管殼式換熱器相比較，又能大大的降低換熱站能耗及維修用度。
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