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全焊接板式换热器

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  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,通过板片进行热量交换。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。本期我们就一起来了解下板式换热器的相关知识。

  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。

  板式换热器由一组板片叠放成具有通道型式的板片包。两端分别配置带有接管的端底板。整机由真空钎焊而成。相邻的通道分别流动两种介质。相邻通道之间的板片压制成波纹。型式,以强化两种介质的热交换。在制冷用钎焊式板式换热器中,水流道总是比制冷剂流道多一个。

  图示为单边流,有些换热器做成对角流,即:Q1和Q3容纳一种介质,而Q2和Q4容纳另一种介质。

  板式换热器是由带一定波纹形状的金属板片叠装而成的新型高效换热器,构造包括垫片、压紧板(活动端板、固定端板)和框架(上、下导杆,前支柱)组成,板片之间由密封垫片进行密封并导流,分隔出冷/热两个流体通道,冷/热换热介质分别在各自通道流过,与相隔的板片进行热量交换,以达到用户所需温度。

  每块板片四角都有开孔,组装成板束后形成流体的分配管和汇集管,冷/热介质热量交换后,从各自的汇集管回流后循环利用。

  通常有二种波纹的板片 (L 小角度和 H大角度),这样就有三种不同的流道(L, M 和 H),如下所示:

  但对于有相变的情况,这会导致第一个H流道和最后一个M流道之间介质的分配失调,因此,在各类制冷用BPHE中不予采用。

  使流体均匀流过整个板片,在 A 和B处的压力降相同,使在这里的压力损失最小,把压力降用于有效的传热,允许平行流,由AlfaLaval 创造发明,现已被广泛应用。如下图。

  一块板片 & 一条密封垫,同一的板片在板片组里,旋转180º可以用于二边通道备件损耗小。完全满足对角流所有的功能,较高的设计压力或使用较薄的板片没有交叉出管口。

  不锈钢:指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质的钢,又称不锈耐酸钢。实际应用中,常将耐弱腐蚀介质的钢称为不锈钢,而将耐化学介质的钢称为耐酸钢。两者在化学成分上存在一定差异,前者不一定耐化学介质腐蚀,而后者则一般均具有不锈性。不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。

  耐腐蚀机理:铬是不锈钢获得耐蚀性的基本元素,当钢中含铬量达到12%左右时,铬就与腐蚀介质中的氧作用,在钢表面形成一层很薄的氧化膜( 自钝化膜Cr2O3),极难溶于水,可进一步阻止氧与铁腐蚀。同理,破坏钝化膜Cr2O3 就意味着破坏其抗氧腐蚀能力。

  另外腐蚀介质中的卤族元素(像水中常见的氯离子)在一定条件下也能替换掉Cr,所以不锈钢在一定条件下也会生锈,在含酸、碱、盐的介质中也会被腐蚀,。因此不锈钢抗腐蚀能力的大小是随其钢质本身化学组成、加互状态, 使用条件及环境介质类型而改变的。不锈钢在水中腐蚀主要是由于水中氯离子引起的。

  不锈钢中其余添加元素也均发挥不同作用。像Mo会在一定程度上抵消氯离子引起的腐蚀,但是也有一个适用范围。

  常用不锈钢:304,316属于奥氏体不锈钢,其牌号为国外叫法的简写(一般均为进口),为300系列。美国牌号是美国钢铁协

  L的含义是Low,表示更低含量的碳。带L的焊接性能好,数字一样的话,成分除碳以外其余成分无大区别。又由于316与316L价格差别不大,故直接选用316L。

  从成分表中可以看出304与316最大区别为Mo(钼)含量不同,所以316抗氯离子浓度能力要比304强。也是我们选用304还是316的主要依据。两种材质在耐受的氯离子浓度见下页表格,板材的补充说明:

  评价材料耐蚀性好坏的指标是“耐局部腐蚀当量PRE”值越大则耐腐蚀性越好。主要是Cr、MO、Ni的含量决定。

  1)304不锈钢:使用于有机和无机介质中,浓度<30% 温度<=100/浓度﹥30% 温度﹤50的硝酸温度﹤100的各种浓度的碳酸、氨水和醇类。304L的材料基本和304材料一样,可焊接性更好,可以用作焊接式换热器。

  2)316L天然冷却水、冷却塔水、软化水、碳酸,浓度小于50%的醋酸和苛性钠溶液,醇类和丙酮等溶剂,温度小于100度的稀硝酸(﹤20%)稀磷酸(﹤30%),但不适于硫酸。316和它基本一样。

  4)AISI904L和SUS890L 性价比高,比以上材料都要好。特别适合一般的硫酸,磷酸和卤化物。

  5)SMO 254高级不锈钢,提高了MO 含量,是对316进行改良的超级不锈钢。具有优良的耐氯化物和缝隙腐蚀的性能。适用于含盐水,无机酸。

  垫片作为换热器板片间的密封元件,是为了防止板片泄漏的。垫片的质量好坏直观地影响换热器的质量和形象。在暖通行业,垫片主要为橡胶制品,受温度、介质影响大,因此在制作过程中受配方、组分的均匀度、硫化定型的条件影响很大。

  1、配方科学,必须具有抗老化、抗撕裂、高回弹的特性(降低弹性引起的反作用力,板片不易变形)。

  流经用户散热片后的低温水(二次回水)经过滤器除污后,由循环泵加压进入换热器,吸收一次热媒放出的热量,达到供水设定温度后,再流向供热管网对用户进行供热;

  热源经一次热网(一次水)流经过滤器、调节阀、进入换热器放热后(二次水),由热媒回水管返回热源(二次回水)被加热后再次参与循环换热;

  4.压降修正系数ф ,单流程ф度=1~1.2 ,二流程、三流程ф=1.8~2.0,四流程ф=2.6~2.8。

  选用板式换热器就是要选择板片的面积,它的选择主要有两种方法,但这两种都比较难理解,最简单的是套用公式:

  传热系数取决于换热器自身的结构,每个不同流道的板片,都有自身的经验公式,如果不严格的线。最后算出的板换的面积要乘以一定的系数如1.2。

  如果水路从上部接管接入并且压力降较小,低于相应的静压差,那么,水就不会充满BPHE。换热器的上部形成空气腔并阻塞部分传热面。

  用溶剂对焊接表面清洗并去除油污。为避免氧化并冷却BPHE,将氮气吹过被焊接的管路。水侧管路通水并保持流动。焊接开始前就通水并持续到可以手摸BPHE为止。也可以在接管根部缠绕湿布或不断用水冲刷焊件。

  避免在一台冷凝器内使冷凝液进一步过冷,由于K冷凝远大于K过冷,过冷面积和冷凝面积的转换会引起大的容量变化,结果可能是控制问题并产生震荡。除此以外惰性气体还会在冷凝器内被有效分离,并浮在其上部。

  应保持尽可能低的设计冷凝压力,降低冷凝压力意味着给定制冷量下,减少压缩机的耗能,或压缩机耗能一定时,增加制冷量。冷凝温度与入口水温之差控制在5~10℃最为合适。

  压缩机运行过程中,应保持压力不变,当冷却水温降低时,冷凝压力至少不应降低到限定值,如降低过多,热力膨胀阀就不能有足够的压差给出所要求的容量。

  由于冷凝器循环的负荷(冷凝量)大于蒸发器循环的负荷(制冷量),所以最好让冷凝器循环呈逆流(热泵循环),蒸发器循环呈顺流(制冷循环)。

  从经济观点出发,可把压力降调整到一个合理的值,压力降小于0.2~0.3MPa时,在钎焊换热器内不会有侵蚀的危险。流量和压力降必须同时计算,以便求出最佳值。壳管式或套管式换热器利于在大流量,低压力降下工作,而钎焊换热器则相反。

  检查水流动受阻,来自储液器的满溢,以及异常声音等,检查冷凝器外表面的温度变化。大温差有可能是惰性气体阻塞,或水侧阻塞,要不然是制冷剂流动受阻,若不是纯水,检查冷却流体。若是乙二醇水溶液或类似物,可校核其浓度和/或粘度。浓度太高会削弱传热。

  检查冷凝器液体侧中污垢情况和制冷剂侧中润滑油情况,蒸发器和压缩机是否匹配。检查压缩机。在额定压力下压缩机是否排出足够的制冷剂到冷凝器。若排出的比吸入的多,多出的制冷剂不能在冷凝器内冷凝,使容量降低。是否由于压缩机磨损造成制冷剂的内部泄漏?转速和电流消耗是否与其容量相一致?

  容量低,但冷凝液的过冷度又太大,这意味着冷凝液液位过高,阻塞了冷凝器用于冷凝的加热表面。此现象可能是系统中的制冷剂充灌量太多。

  储液器压力控制阀与冷凝器之间距离大,意味着冷凝液在其液位升高以前不得不充满冷凝液管,即响应时间长,与此相反,当冷凝器排液时,响应时间短。

  检查各种阀门的力学性能。尤其是膨胀阀,水中的杂质或因磨损而产生的金属碎屑,很容易阻塞流动并损坏阀门。如果流量减少是由堵塞所造成,其容量同样要降低。这种被堵塞的阀门会通过其不规则的控制运作和/或异常声音显露出来。

  对于与油互溶的制冷剂,如R22,油会影响沸腾放热系数,在R22中油的浓度在3~5%范围内,沸腾放热系数随油浓度的增加而增大,超过5%时,沸腾放热系数又降低。这种影响可用制冷剂-油混合物的表面张力降低,使更多的汽化核心起作用来加以解释。油浓度高时制冷剂中油的影响可以忽略,此时混合物粘度加大将起主导作用。

  制冷剂流入蒸发器进口处已部分汽化,一般对R22入口蒸汽干度约为25%,制冷剂是饱和状态,当液体在蒸发器中上升时,压力降低(压力降和静压的原因).温度将由进口处降至制冷剂都蒸发的状态点.蒸汽将开始过热.过热度是变化的,对R22一般是5℃。

  蒸汽过热能保护压机免受液滴(5%的不可压缩油滴不会导致液击)蒸发引起的冲击.并能避免液滴冲走压机中的油。

  按照对液击敏感高低程度,分压机类型由高到低依此是:开启活塞式压机,螺杆式压机,对液击最不敏感的是透平压机和涡旋式压机。

  过热度5 ℃可将R22(饱和温度0 ℃)含有1.8%的液滴蒸发为100%的饱和蒸汽(0℃)。

  万一有可能发生不稳定的系统,蒸发器应该设计成其过热度大于5℃的名义过热度。由于正常设计预量和垢阻,实际设计应该如此。这会增大斜率,但是容量有一定损失。

  选择最大容量小于蒸发器零过热度容量的阀门,如果震荡发生,也不会有未蒸发的制冷剂进入压缩机的危险。

  在换热器中,由于管口速度低,危险在于:通过膨胀阀的气态和液态制冷剂,可能分离而进入不同的流道。另一方面,如果管口流速过大,导致管口压降相对于流道压降要大,这将导致制冷剂分液不均。

  以下的各种改善分液不均的方案都有缺陷,正确安装的膨胀阀是使其进口管径尽可能的小(如加装一个带有预混器的接管)。特别对低温制冷,钦宝的分配器是很有效的。其缺点是它很难应用于可逆的系统,即当用作冷凝器时,膨胀阀也应比通常情况稍大。

  制冷剂会从膨胀阀的填料盒泄露出来,因此液态制冷剂会和蒸汽一起进入压缩机。一般 说明书说明,感温包应安装在压力表的上游,以免读数错误,但这意味着进入压缩机的过热度不正确。因此,如果蒸发器和压缩机之间有足够的距离,感温包要放在压力表下游 400~600mm外,液态制冷剂可充分蒸发。感温包将可测到正确的过热度。传压管必须安装在感温包的下游。

  感温包和传压管必须安装在水平弯头之后的 一段水平管路上,弯头充作汽液分离器,排除液态制冷剂和油对测量的干扰。

  如果压缩机与感温包和传压管之间距离太短 ,由于膨胀阀没有时间对负荷作出响。

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