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技術文章

淺談高低溫濕熱試驗箱板式換熱器

閱讀：1172          發(fā)布時間：2023-1-5

板式換熱器是由帶一定波紋形狀的金屬板片疊裝而成的新型高效換熱器,構(gòu)造包括墊片、壓緊板（活動端板、固定端板）和框架（上、下導桿，前支柱）組成，板片之間由密封墊片進行密封并導流,分隔出冷/熱兩個流體通道,冷/熱換熱介質(zhì)分別在各自通道流過,與相隔的板片進行熱量交換，以達到用戶所需溫度。

每塊板片四角都有開孔，組裝成板束后形成流體的分配管和匯集管，冷/熱介質(zhì)熱量交換后，從各自的匯集管回流后循環(huán)利用。
單流程結(jié)構(gòu)：只有2塊板片不傳熱－頭尾板。

雙流程結(jié)構(gòu)：每一個流程有3塊板片不傳熱。




板式換熱器分類：
一般情況下，我們主要根據(jù)結(jié)構(gòu)來區(qū)分板式換熱器，也就是根據(jù)外形來區(qū)分，可分為四大類：
①可拆卸板式換熱器（又叫帶密封墊片的板式換熱器）
②焊接板式換熱器
③螺旋板式換熱器
④板卷式換熱器（又叫蜂窩式換熱器）
其中，焊接板式換熱器又分為：半焊接板式換熱器、全焊接板式換熱器、板殼式換熱器、釬焊板式換熱器。
（1）體積小，占地面積少；
（3）組裝靈活；
（5）熱損失小；
（7）板式換熱器缺點是密封周邊較長，容易泄漏，不能承受高壓。
板式換熱器有哪幾部分組成？有什么作用？

1、傳熱板片
2、密封墊片
3、兩端壓板
4、夾緊螺栓
5、掛架


⒉固定壓緊板
⒋夾緊螺栓
⒍下導桿

整機由真空釬焊而成。相鄰的通道分別流動兩種介質(zhì)。相鄰通道之間的板片壓制成波紋。型式，以強化兩種介質(zhì)的熱交換。在制冷用釬焊式板式換熱器中，水流道總是比制冷劑流道多一個。



板式換熱器的優(yōu)點：
1、板式換熱器傳熱系數(shù)高

2、板式換熱器污垢熱阻小

這是因為板間具有較高的端流，致使污混雜物懸浮，這時板作為傳熱面很光滑，即便污垢沉積掛于板上，板材表面不易腐蝕，這時湍流有助于自身洗滌，沖刷附著板上的污垢，起剝離作用。同時板間流動，空間小，使介質(zhì)滯留量少，所以清洗起來簡單方便。
4、板式體積小，因此向周圍環(huán)境散失的熱量也較少

在板式換熱器發(fā)生泄漏對，板式換熱器內(nèi)的介質(zhì)是泄漏在外表面，不是像列管換熱器那樣，發(fā)生于一次永與二次水互串，并在一般狀況下不易發(fā)覺。
6、操作方便

根據(jù)不同的負荷，可把一個流通的板片數(shù)和程數(shù)相結(jié)合起來，所以板式組裝靈活。如果采用中間連接板或中間隔板，可一個臺架上裝幾個換熱器，運行不同的負荷，這樣可以減少系統(tǒng)中管線、閥門配件等設備，對降低工程造價，減少占地面積都有益處。








換熱器接管的顛倒放置


不要采用水平放置形式。
側(cè)邊朝下（圖1）的放置稍好一些，估計用作蒸發(fā)器時容量會減少25%，
傾斜5 ~10°的BPHE可以把容量減少降低到能夠接受的程度（圖2）。
蒸發(fā)器應將制冷劑接管在上，防止汽阻塞（圖3）。
換熱器的安裝和水側(cè)管路布置

—在BPHE和支架之間加橡膠墊。
—直管段較長時，采用波紋管或其它吸振裝置。
一個高于進口接管的回彎可以使水充滿BPHE（圖示）。
換熱器的管路焊接

用溶劑對焊接表面清洗并去除油污。為避免氧化并冷卻BPHE，將氮氣吹過被焊接的管路。水側(cè)管路通水并保持流動。焊接開始前就通水并持續(xù)到可以手摸BPHE為止。也可以在接管根部纏繞濕布或不斷用水沖刷焊件。




釬焊換熱器用于冷凝器/冷凝液液位（高度）控制的危險

冷凝器其他方面
冷凝器的壓力降
大溫差（小流量）下的允許壓力降比小溫差（大流量）下的允許壓力降高，但溫差不應小于1～2℃。

應保持盡可能低的設計冷凝壓力，降低冷凝壓力意味著給定制冷量下，減少壓縮機的耗能，或壓縮機耗能一定時，增加制冷量。冷凝溫度與入口水溫之差控制在5～10℃最為合適。

由于冷凝器循環(huán)的負荷（冷凝量）大于蒸發(fā)器循環(huán)的負荷（制冷量），所以最好讓冷凝器循環(huán)呈逆流（熱泵循環(huán)），蒸發(fā)器循環(huán)呈順流（制冷循環(huán)）。
壓力降



查驗流量，溫度和壓力降等參數(shù)。判斷什么現(xiàn)象引起壓力降異常。



儲液器壓力控制閥與冷凝器之間距離大，意味著冷凝液在其液位升高以前不得不充滿冷凝液管，即響應時間長，與此相反，當冷凝器排液時，響應時間短。
檢查各種閥門的力學性能。尤其是膨脹閥，水中的雜質(zhì)或因磨損而產(chǎn)生的金屬碎屑，很容易阻塞流動并損壞閥門。如果流量減少是由堵塞所造成，其容量同樣要降低。這種被堵塞的閥門會通過其不規(guī)則的控制運作和/或異常聲音顯露出來。
釬焊換熱器用于蒸發(fā)器
對于與油互溶的制冷劑，如R22，油會影響沸騰放熱系數(shù)，在R22中油的濃度在3～5%范圍內(nèi)，沸騰放熱系數(shù)隨油濃度的增加而增大，超過5%時，沸騰放熱系數(shù)又降低。這種影響可用制冷劑-油混合物的表面張力降低，使更多的汽化核心起作用來加以解釋。油濃度高時制冷劑中油的影響可以忽略，此時混合物粘度加大將起主導作用。
遺憾的是：預測沸騰放熱系數(shù)是很困難的（＞9%的誤差）。
幸運的是：上述的機理在工業(yè)，尤其在制冷蒸發(fā)器中起著次要作用。


直接膨脹式蒸發(fā)器




膨脹閥和蒸發(fā)器必須有相同的名義換熱量和過熱度。














改變靜過熱度。將感溫包安裝離蒸發(fā)器遠些。震蕩是否僅在低容量下發(fā)生？具有非常低的流道流量的蒸發(fā)器，有時工作不穩(wěn)定。冷凝器或儲液器流量是否恒定？其特性參數(shù)是否恒定？是否有熱氣旁通控制或凍結(jié)保護，它們是否是震蕩的來源？
盡量提高蒸發(fā)器中兩種介質(zhì)的溫差，使膨脹閥曲線移到其斜率小于蒸發(fā)器曲線斜率的區(qū)域，提供了可允許的誤差。檢查系統(tǒng)的制冷劑充滿度。如不足，儲液器將跑干，膨脹閥制冷劑流量不規(guī)律，這樣給蒸發(fā)器穩(wěn)定性和容量帶來影響。
容量不足

冷凝器和壓縮機是否匹配，制冷劑中是否有水。在膨脹閥處水將變成冰，從而阻塞制冷劑流動。檢查冷凝器壓力。如果壓力太低，沒有足夠的壓力驅(qū)動制冷劑流過膨脹閥。
不穩(wěn)定因素。它將導致容量降低。檢查過熱度，如果大于設計值，說明蒸發(fā)器應能蒸發(fā)比實際更多的制冷劑，即增大容量?？赡苡捎谔〉拈y門，管道阻礙物，過濾器過臟，結(jié)冰，儲液器跑干等等。由此蒸發(fā)器不能蒸發(fā)超過其進入量更多的制冷劑，并且進入量太少，致使容量太低。如果針對已被調(diào)好過熱度，膨脹閥不能給予所需的容量，且靜裝配過熱度設置小，系統(tǒng)將不可能提供更多制冷劑。
將感溫包卸下，讓其加熱。感溫包溫度升高迫使膨脹閥達到最大容量值，看看容量增加了嗎？制冷劑不斷從有故障的熱氣旁通閥漏出。于是，降低了容量。檢查膨脹閥的進口溫度。如果具有相當高的過冷度，如裝有回熱器，相比于在冷凝壓力下進入膨脹閥，有較少的液體蒸發(fā)。較低蒸汽干度降低傳熱系數(shù)。因此容量減少。
制冷劑側(cè)的污垢
油（在傳熱面上產(chǎn)生絕熱的油膜）。
磨損和破裂（壓縮機的磨損，對傳熱不一定有害）。
清洗和預防
為了保證油在蒸發(fā)器中良好地通過，制冷劑蒸汽速度或者剪切應力越大越好。剪切應力正比于單位流道長的壓力降。通常5KPa/m就足夠了。
冷凝器水側(cè)的污垢
自來水—水質(zhì)和水溫都很好。
由于水溫低，而且一般可獲得的數(shù)量很少，所以允許溫升大于冷卻塔水的水溫升，而冷卻塔水的溫升在低流量條件下為10~15℃。
河水和湖水—鹽濃度通常相當?shù)?，但是含有相當?shù)量的固體顆粒。微生物活性（藻類，細菌和真菌）很高，有時會有農(nóng)藥。預處理是必需的，溫度通常介于井水和冷卻塔水之間。由于環(huán)境的原因，其溫升不允許超過10℃。
鹽水和海水—由于氯離子的腐蝕作用，不能用作BPHE的冷凝器的冷卻介質(zhì)。
冷凝器水側(cè)污垢的清洗

氯化的水
預防不要在BPHE之前立即放置加氯點，應該盡量遠些。
在BPHE進口，Cl2<0.5ppm。
氯化鈣和溴化鋰溶液濃縮的氯化鈣溶液在高PH值和低溫（<0℃）時，不腐蝕不銹鋼。對25%濃度的氯化鈣溶液，316L可用于溫度<80℃，100%濃度時，可用于溫度<20℃。如果用抗腐蝕劑如重鉻酸鹽，對溶液進行處理，它對銅同樣有腐蝕性。當設備停止運行，且使溶液的溫度升高，尤其是使溶液的PH值降低了，比
預防金屬點腐蝕是一種很快的過程，對蒸發(fā)器內(nèi)點腐蝕的影響可能是災難性的。僅僅使用抗腐蝕的工業(yè)溶液。這種溶液正確地說明，它與銅和不銹鋼是相容的。
制冷劑側(cè)的腐蝕
HCFCS可能更容易分解，如果氧氣存在，將加速分解。
高溫。<100℃時，危險性很小，但當有催化劑時，分解將加快。鎳，鉻，釩等以及氧化物可以做催化劑。不銹鋼在焊接時可形成這些氧化物。因此在焊接過程中不容許有氧化過程。
氨。干燥的氨不會對銅腐蝕。由于水份通常是存在的，在氨制冷系統(tǒng)中，不能用銅釬焊換熱器。氨的熱力特性意味著壓縮機排氣溫度較高，有油分解的危險。這可能導致潤滑故障，以及形成無腐蝕性的污垢。在油分解的過程中形成的酸將被氨中和掉。
預防經(jīng)常檢查干燥器。
檢查過濾器。如果偶然發(fā)生堵塞，這可能是油分解物生成的跡象。

泄漏的查找
—檢查停機程序和蒸發(fā)溫度。冷凝器中壓力是否得以控制？冬季最大冷凝壓力低會迫使蒸發(fā)溫度下降。
—檢查來自其它設備的振動。是否有可減力或減振的彎頭或波紋管？
—在水側(cè)是否應用了電動閥或電磁閥？在BPHE之后安裝電磁閥，可能導致水擊。
—水中是否含有過量的氯離子或其它腐蝕劑？試取水樣。
—在正對進水口處的反面蓋板上是否有鼓包？
—接管連接是否密封？


BPHE凍結(jié)的防止/安裝

水凍結(jié)過程
壁溫恰好是0℃時，不會結(jié)冰，必須有一定的過冷度。
主流水溫接近0℃時，冰層會逐漸加厚最后把整個流道阻塞。
在一個直接膨脹蒸發(fā)器里，制冷劑的進口溫度通常要比蒸發(fā)溫度高出1.5-2.5℃。流動形式一般是逆流，即溫度ZD的水將遇到ZD溫度的液態(tài)制冷劑。

在一般的穩(wěn)定運行工況下，當壁溫還沒有降到0℃以下時蒸發(fā)溫度可能已經(jīng)遠低于0℃了。但這種情況會在哪里發(fā)生？
—很難確定。取決于溫度分布，水和制冷劑的壓力降等因素。
—先在一個流道內(nèi)結(jié)冰，流道阻力增加而使水流量減小，水溫和壁溫被冷卻到更低的程度，結(jié)更多的冰，直至板片破裂。

—只要蒸發(fā)溫度低于0℃，凍結(jié)都有可能發(fā)生。
乙二醇或鹽溶液凍結(jié)時，形成的冰晶體中含有純水，因此該冰晶體的融點是0℃。所以當溫度升高時“冰"依然存在，與水結(jié)的冰將融化有所不同。
由于這種結(jié)冰滯后作用，可能在蒸發(fā)器中出現(xiàn)冰的集結(jié)現(xiàn)象。所幸的是溶液冰晶體中含有乙二醇或鹽，因而它更象一團松散的泥漿而不象那樣是堅硬的一塊。

BPHE凍結(jié)的防止/熱力和水力設計

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