板式换热器密封件的性能分析和保养维护

刘刚 赵林 赵海

板式换热器具有换热效率高、物料流阻损失小、经济节能、结构紧凑、温度控制灵敏、操作弹性大、装拆方便、使用寿命长等特点,是目前国内最先进的高效节能换热设备。可处理的物料非常广泛,目前在城市集中供热及热能回收工程中被大量采用。为了保证其正常运行,延长关键部件的使用寿命,了解掌握板式换热器密封件出现的故障及其产生原因和处理方法显得尤为重要。

1 板式换热器

1.1 结构原理

板式换热器是由许多波纹形的传热板片,按一定的间隔,通过橡胶垫片压紧组成的可拆卸的换热设备。板片组装时,两组交替排列,板与板之间用粘结剂把橡胶密封板条固定好,其作用是防止流体泄漏并使两板之间形成狭窄的网形流道,换热板片压成各种波纹形,以增加换热板片面积和刚性,并能使流体在低流速成下形成湍流,以达到强化传热的效果。板上的4个角孔,形成了流体的分配管和泄集管,两种换热介质分别流入各自流道,形成逆流或并流通过每个板片进行热量的交换。

1.2 设计特点

1)高效节能。其换热系数在3 000 Kcal/(m2◦℃◦h)～4 500 Kcal/(m2◦℃◦h),比管壳式换热器的热效率高3倍～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小,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。

2 板式换热器密封件性能特点

2.1 弹性密封垫

板式换热器各个板式散热片之间进行密封的弹性密封垫是一种易损件,并且在自然条件下也是一种易于老化的零件,它的使用寿命对于板式换热器的使用寿命有着重要的影响。如果这些密封热硬化了,失去了原有的弹性,则可导致换热器无法正常工作。

1)弹性密封垫常用的类别规格和性能规格见表1,表2。

表1 板式换热器弹性密封垫常用规格

表2 板式换热器常用弹性密封垫材质及耐温范围

2)影响弹性密封垫使用寿命的重要因素。换热器的工作方式(连续的还是不连续的);散热的介质和使用的清洁剂的腐蚀性;最高工作温度;最高工作压力;由于过大的压力和不均衡的压力而使弹性密封垫的应力较大;自然老化等。

3)换热器密封性能调节。弹性密封垫的软化与压力和温度有关,当密封垫失去弹性后,换热器会出现滴漏。在某些产品中,为了解决因密封垫老化而引起的滴漏现象,允许对换热器进行密封性能调节,即再次拧紧组合板式换热器的螺栓,调节各个换热器之间的弹性密封垫的压紧力,解决滴漏问题。在有这种功能的换热器的铭牌上,一般都给出了允许最大和最小应力。对于新的换热器片组,应使用最小的允许应力进行连接固定。视每组换热器片的数量多少,可以一次或者多次调整换热器的拧紧力,每次拧紧时,可以将螺母拧进去3 mm,并在拧紧过程中始终注意调节片的应力情况,而且,只允许对无工作压力的换热器,在室温条件下进行拧紧力的调整,防止滴漏。

对于在铭牌中没有给出应力调节范围的板式换热器,一般在零件图中给出了应力数值,在拧紧这类板式换热器时,拧紧力矩无论如何不应低于图纸规定的数值。

2.2 密封件的固定

1)非粘结密封。免粘胶垫在高温条件下,由于不存在胶对板片的腐蚀,可提高板式换热器使用寿命1倍～2倍。免粘胶垫维修方便,不需粘结,减轻了劳动强度,降低了维修成本。同时,免粘胶垫防止了胶垫在槽中的滑动,可提高使用压力6 kg左右。

密封操作程序第一步是对准,将密封圈放置到位;第二步是放入,使密封圈正确地进入密封槽中;第三步是压紧,在密封槽中,有横截面逐渐减小的槽形结构,以便使密封圈正确定位。

2)粘结式密封。在进行粘结之前,应使用蒸汽气流彻底地清除粘结面残留的粘结剂和残留的密封垫。对于调和式密封胶粘结来讲,必须用火烧尽板式换热器结合面上的残留粘结剂和残留密封垫。在大批量进行粘结时,应准备冷冻密封件的液氮池,准备好为带有密封垫的板式换热器进行干燥处理的加热炉,加热温度应达160℃。

板式换热器的结合面应使用化学清洁剂清理,例如利用丙酮。同样,也必须利用化学清洁剂清除粘结在密封垫上的软化剂和防粘连涂层。将粘结剂涂抹在各个粘结结合面的中部。视密封垫的宽度,粘结剂的宽度约为一根火柴的宽度,然后用毛刷将粘结剂在整个粘结表面涂抹均匀,以便充分利用整个结合面。根据粘结剂的种类不同,等待一定的通风干燥时间,然后放入密封垫,将各个板式换热器叠放在一起,用拉紧螺杆拉紧,或者用重物压放在叠放的换热器组上。根据粘结剂的种类不同,硬化时间约为8 h～20 h。对于调和式粘结剂,则必须进行螺杆拉紧和炉内加热硬化。

2.3 设备清理和清洁

通常,人们是通过设备停车冷却过程中的滴漏来发现换热器密封件失效的,有些板式换热器具有二次调节的功能,允许在出现小量滴漏时可以再次将换热器片组拧紧。从而增加各个密封垫之间的应力,短时间内解决滴漏现象。在新组装的换热器中,可以使用较大的组合长度尺寸,当出现滴漏后,再拧紧各组板式换热器,使用较长的组合长度尺寸。最大组合长度尺寸和最小组合长度尺寸一般都可在热交换器的铭牌中看到。需注意的是,不能小于最小组合长度尺寸。当组合后的换热器达到最小组合长度尺寸仍出现滴漏时,说明密封垫需要更换了。

3 橡胶密封件更换技术

3.1 密封件更换

1)回用性能的检验和检测。在怀疑有锈蚀的情况下对换热器及管道的壁厚进行检查。

2)清除老化的密封件,根据不同的污垢,采用酸、碱进行化学清洗,被清洗零部件的表面不会受到化学介质(例如汽油)的腐蚀侵害。

3)在进行化学清洗之后,用高压吹净装置彻底地清除残留在板式换热器等表面的化学介质。

4)各换热器板涂以荧光测试剂,在紫外光的照射下检查是否有细小的裂纹和腐蚀孔,并重新清洗干净。另外,还要着重检查密封槽的情况,必要时进行修整。

5)对于粘结式密封垫,将彻底清除残留的物质,使用调和式粘结胶重新粘结,重新组合的换热器片组在专用夹具中夹紧,使粘结剂固化;在保温炉中加热保温,以达到最佳的粘结效果。对于非粘结式密封垫,则采用不同的装置将密封垫固定在散热片中。

6)对各个板式散热片的粘结位置和粘结质量进行检验,按安装顺序进行分类,然后对板式散热片组进行认真仔细的组装。

3.2 特殊处理

如果没有备用的密封垫,必须从整个板式换热器组中取下受损密封垫两侧的散热片,然后对剩余散热片的密封垫结合面进行检查。在考虑重新组合的换热器组的应力和尺寸的条件下,重新进行加压紧固。必须严格按照使用说明书中的要求安装剩余的换热器片,为了保证剩余的换热器有足够的应力以抵抗负载,必须将原来各片允许承受的应力乘以原来的换热器片数,所得的积再除以当前剩余换热器的片数,得到现在每个换热器片必须承受的组装应力数值。

4 结语

板式换热器是供热设备中热交换技术中的关键部件,密封件是板式换热器的关键部件。板式换热器的工作温度实质上就是密封垫片能承受的温度,板式换热器的工作压力也受密封垫片制约。在使用过程中会出现一些问题,尤其是它的密封件,需要分析和掌握其性能,并进行保养和维护,这已经成为供热企业技术人员不断提升的工作项目。

[1]杨崇麟.板式换热器工程设计手册[M].北京：机械工业出版社,1998.

[2]程宝华.板式换热器及换热装置技术应用手册[M].北京：中国建筑工业出版社,2005.

[3]GB 50176-1993,城市热力网设计规范[S].

[4]GB 50019-2003,采暖通风与空气调节设计规范[S].

[5]GB 50176-93,民用建筑热工设计规范[S].