板式熱交換器的應(yīng)用現(xiàn)狀及研究

陳志新 韓江

摘要：板式熱交換器具備的傳熱和流體阻力性能是裝置先進(jìn)性的主要指標(biāo)，同時(shí)板片參數(shù)為嚴(yán)重影響板式熱交換器傳熱以及流體阻力特點(diǎn)的關(guān)鍵因素。本文通過對(duì)板式熱交換器的研究發(fā)展進(jìn)行闡述，國內(nèi)的板式熱交換器研究雖然取得一定發(fā)展，但是依然與先進(jìn)水平存在差距。對(duì)此，國內(nèi)相關(guān)部門與研究人員一定要對(duì)板式熱交換器的相關(guān)基礎(chǔ)理論進(jìn)行深入研究，注重板式熱交換器的生產(chǎn)成本控制，在一定程度上降低運(yùn)行的維護(hù)成本，有效節(jié)約能源與金屬材料造成的消耗。

關(guān)鍵詞：板式熱交換器 歧化裝置 應(yīng)用現(xiàn)狀

中圖分類號(hào)： TE965 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)1672-3791（2015）01（c）-0000-00

現(xiàn)階段，熱交換器的發(fā)展主要呈現(xiàn)為提升裝置的熱效率，提升裝置自身結(jié)構(gòu)的緊湊性，提升生產(chǎn)制造的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化以及專業(yè)化等方面，同時(shí)在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)大型化方向的進(jìn)一步發(fā)展。另外，還要注重基礎(chǔ)理論和測(cè)試手段的研究。近些年來，國內(nèi)外主要通過加強(qiáng)傳熱和創(chuàng)新熱交換器性能，在一定程度上提升傳熱效率，降低傳熱面積，并且減小裝置的投資成本等方面，也取得了一定的成果。

1板式熱交換器的研究發(fā)展

換熱板片為板式熱交換器的主要部件。其設(shè)計(jì)必須進(jìn)行綜合考慮。首先要考慮流體在低速狀態(tài)下出現(xiàn)的強(qiáng)烈湍流，從而加強(qiáng)傳熱效果；其次提升熱交換器板片的剛度，加強(qiáng)板片的耐壓力。由于傳熱板片具備不同的波紋形式，所以會(huì)對(duì)傳熱與流動(dòng)阻力造成嚴(yán)重影響。為了能夠滿足各種傳熱場(chǎng)所的相關(guān)需求，目前已經(jīng)研發(fā)出大量的波紋板片，其中板片的厚度在0.4mm以內(nèi)能夠承載的壓力達(dá)到了2.5MPa。從板片運(yùn)用方面而言，主要利用的板片形狀是人字形的波紋板與水平平直的波紋板。除去波紋形式的板片，板片參數(shù)還包含了板片厚度與波紋以及波紋深度等方面。因?yàn)樵谝幌盗袇?shù)的共同作用之下，導(dǎo)致板片會(huì)呈現(xiàn)出各種性能。

1.1國內(nèi)的研究現(xiàn)狀

我國對(duì)于板式熱交換器的研究初始于1967年，最先開始研究板式熱交換器的企業(yè)是蘭州的石油機(jī)械研究所，其主要針對(duì)板式熱交換器中熱自行波紋和水平波紋以及球形波紋進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)與研究，同時(shí)總結(jié)出人字形波紋具備良好的優(yōu)勢(shì)。而這一觀點(diǎn)至今依然被許多研究學(xué)者所引用[1]。除此之外，清華大學(xué)與山東大學(xué)等多個(gè)高等院校也從多個(gè)角度對(duì)熱交換器的板型所造成的影響進(jìn)行了深入的研究與探討。同時(shí)還對(duì)所有參數(shù)性能造成的影響完成了進(jìn)一步分析，可是至今為止，我國并未出現(xiàn)針對(duì)熱交換器自身性能造成影響的有關(guān)報(bào)道，從而也就造成設(shè)計(jì)人員難以依據(jù)現(xiàn)實(shí)狀況完成設(shè)計(jì)的相關(guān)理論基礎(chǔ)。

1.2國外的研究現(xiàn)狀

國外在上世紀(jì)的中期就已經(jīng)對(duì)板式熱交換器中板片波紋參數(shù)完成了試驗(yàn)研究，并且該實(shí)驗(yàn)研究工作相對(duì)較為系統(tǒng)化。在1985年，不僅Focke、W·w進(jìn)行了人字形波紋參數(shù)的研究，而且Okada，K還對(duì)傾斜角是30°、45°、60°等多個(gè)角度的板片進(jìn)行了深入研究，但是其選擇的實(shí)驗(yàn)熱交換器板片波紋的截角是三角形。

2板殼式熱交換器結(jié)構(gòu)

2.1導(dǎo)孔型板殼式的熱交換器

導(dǎo)孔型結(jié)構(gòu)一般適宜運(yùn)用在中型和小型熱交換器中，該內(nèi)部的核心部分主要由一組特制的和幾何結(jié)構(gòu)基本相同的金屬圓板片進(jìn)行完全焊接構(gòu)成，從而組成一個(gè)形狀為圓柱狀的導(dǎo)孔型換熱板組，在板中2個(gè)圓孔可以構(gòu)成板程流道，同時(shí)殼體與板片間還會(huì)構(gòu)成殼程流道[2]。另外，為了能夠使殼體流體順利經(jīng)過板間流動(dòng)，一般要在殼體與板組間設(shè)置導(dǎo)流塊。

2.2板管型板殼式的熱交換器

板管型板殼式的熱交換器一般由板管束以及殼體兩類構(gòu)成，該總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。經(jīng)過冷壓成型的所有板條，對(duì)其接觸位置進(jìn)行焊接，使其可以比較緊密的連接在一起，從而組成一個(gè)具備大量扁平流道的板管。另外，大量的寬度不一致的板管一定要依據(jù)相關(guān)次序進(jìn)行排列，從而確保各個(gè)板管之間存在一定距離，而相鄰近的板管在兩端應(yīng)該設(shè)置金屬條，同時(shí)和板管通過焊接連在一起，這樣板管的兩端就可以構(gòu)成管板道，然后再將大量的板管合理的連接在一起就形成了板管束[3]。通常情況下，板管束要設(shè)置在熱交換器殼體內(nèi)部，部分流體要在板管內(nèi)部流動(dòng)，另外一部分流體要在殼體內(nèi)部的板管之間流動(dòng)。

2.3新型板殼式熱交換器

為了能夠滿足工業(yè)設(shè)備大型化的相關(guān)要求，傳統(tǒng)的工藝中利用金屬焊條進(jìn)行焊接形成的板束漸漸被金屬波紋板片所構(gòu)成的板束取代，制作而成新型的板殼式熱交換器。其主要由許多層具備凹凸波紋板，利用凸紋對(duì)凸紋和凹紋對(duì)凹紋的方法進(jìn)行重疊設(shè)計(jì)而成。

3板殼式熱交換器運(yùn)用狀況

3.1歧化裝置

歧化裝置作為大型芳烴聯(lián)合設(shè)備的中心部分，其中進(jìn)料熱交換器主要承擔(dān)回收設(shè)備熱量的重要換熱裝置。而在歧化設(shè)備中，進(jìn)料熱交換器一定要滿足冷流和熱流進(jìn)入以及出口溫差相對(duì)較大等多種要求，但是板殼式的熱交換器擁有相對(duì)較高的換熱工作效率，而且端差相對(duì)較小等多種優(yōu)勢(shì)，因此已成為歧化設(shè)備進(jìn)料熱交換器最合理的選擇[4]。在2008年12月份，中石化的金陵分公司運(yùn)用了歧化裝置，而在裝置投用之后盡管因?yàn)橛凸芫€的內(nèi)部存在一些雜物，對(duì)分布器造成了堵塞，從而導(dǎo)致分布器自身的壓降相對(duì)較高，而在清理之后依然可以正常使用。

3.2異構(gòu)裝置

目前，中石油的烏魯木齊市石化分公司的100萬t/a對(duì)二甲苯芳烴的聯(lián)合設(shè)備利用異構(gòu)設(shè)備是當(dāng)今世界上單系列規(guī)模相對(duì)較大的對(duì)二甲苯生產(chǎn)設(shè)備，此異構(gòu)裝置已經(jīng)基本接近國產(chǎn)化?？傮w聯(lián)合裝置主要由8套大型生產(chǎn)部件構(gòu)成，是如今我國利用的單臺(tái)換熱面積相對(duì)較大的國產(chǎn)化板殼式熱交換器。而且此熱交換器在運(yùn)行過程中具備良好的安全性與可靠性，可以滿足長時(shí)間滿負(fù)荷運(yùn)行有關(guān)需求。

4結(jié)束語

我國作為熱交換器的生產(chǎn)制造大國，并非熱交換器的生產(chǎn)制造強(qiáng)國。在熱交換器的設(shè)計(jì)水平方面與世界上發(fā)達(dá)國家比較而言，依然存在著較大的差距。因此，國內(nèi)相關(guān)部門與研究人員一定要對(duì)板式熱交換器的相關(guān)基礎(chǔ)理論進(jìn)行深入研究，不斷通過試驗(yàn)與實(shí)踐研究開發(fā)出新產(chǎn)品，同時(shí)還應(yīng)該考慮我國的基本國情，從而有針對(duì)性的解決所有行業(yè)面臨的問題，推動(dòng)板式熱交換器在更多領(lǐng)域中的運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)

[1]歐陽新萍，吳國妹，劉寶興，等.流速法在板式換熱器傳熱試驗(yàn)中的應(yīng)用[J].動(dòng)力工程，2010，（03）.

[2]許淑惠，周明連.板式換熱器進(jìn)出口段流道內(nèi)的壓力分布、流阻及流型顯示的實(shí)驗(yàn)研究[J].節(jié)能，2012，（8）：12-15.

[3]趙鎮(zhèn)南.板式熱交換器人字波紋傾角對(duì)傳熱及阻力性能的影響[J].石油化工設(shè)備，2013，（5）.

[4]楊勇.數(shù)值傳熱學(xué)在波紋式熱交換器上的應(yīng)用[J].華北電力技術(shù)，2012，（10）.