板式热交换器的应用现状及研究

陈志新 韩江

摘要：板式热交换器具备的传热和流体阻力性能是装置先进性的主要指标，同时板片参数为严重影响板式热交换器传热以及流体阻力特点的关键因素。本文通过对板式热交换器的研究发展进行阐述，国内的板式热交换器研究虽然取得一定发展，但是依然与先进水平存在差距。对此，国内相关部门与研究人员一定要对板式热交换器的相关基础理论进行深入研究，注重板式热交换器的生产成本控制，在一定程度上降低运行的维护成本，有效节约能源與金属材料造成的消耗。

关键词：板式热交换器 歧化装置 应用现状

中图分类号： TE965 文献标识码：A 文章编号1672-3791（2015）01（c）-0000-00

现阶段，热交换器的发展主要呈现为提升装置的热效率，提升装置自身结构的紧凑性，提升生产制造的规范化、标准化以及专业化等方面，同时在一定范围内实现大型化方向的进一步发展。另外，还要注重基础理论和测试手段的研究。近些年来，国内外主要通过加强传热和创新热交换器性能，在一定程度上提升传热效率，降低传热面积，并且减小装置的投资成本等方面，也取得了一定的成果。

1板式热交换器的研究发展

换热板片为板式热交换器的主要部件。其设计必须进行综合考虑。首先要考虑流体在低速状态下出现的强烈湍流，从而加强传热效果；其次提升热交换器板片的刚度，加强板片的耐压力。由于传热板片具备不同的波纹形式，所以会对传热与流动阻力造成严重影响。为了能够满足各种传热场所的相关需求，目前已经研发出大量的波纹板片，其中板片的厚度在0.4mm以内能够承载的压力达到了2.5MPa。从板片运用方面而言，主要利用的板片形状是人字形的波纹板与水平平直的波纹板。除去波纹形式的板片，板片参数还包含了板片厚度与波纹以及波纹深度等方面。因为在一系列参数的共同作用之下，导致板片会呈现出各种性能。

1.1国内的研究现状

我国对于板式热交换器的研究初始于1967年，最先开始研究板式热交换器的企业是兰州的石油机械研究所，其主要针对板式热交换器中热自行波纹和水平波纹以及球形波纹进行了对比试验与研究，同时总结出人字形波纹具备良好的优势。而这一观点至今依然被许多研究学者所引用[1]。除此之外，清华大学与山东大学等多个高等院校也从多个角度对热交换器的板型所造成的影响进行了深入的研究与探讨。同时还对所有参数性能造成的影响完成了进一步分析，可是至今为止，我国并未出现针对热交换器自身性能造成影响的有关报道，从而也就造成设计人员难以依据现实状况完成设计的相关理论基础。

1.2国外的研究现状

国外在上世纪的中期就已经对板式热交换器中板片波纹参数完成了试验研究，并且该实验研究工作相对较为系统化。在1985年，不仅Focke、W·w进行了人字形波纹参数的研究，而且Okada，K还对倾斜角是30°、45°、60°等多个角度的板片进行了深入研究，但是其选择的实验热交换器板片波纹的截角是三角形。

2板壳式热交换器结构

2.1导孔型板壳式的热交换器

导孔型结构一般适宜运用在中型和小型热交换器中，该内部的核心部分主要由一组特制的和几何结构基本相同的金属圆板片进行完全焊接构成，从而组成一个形状为圆柱状的导孔型换热板组，在板中2个圆孔可以构成板程流道，同时壳体与板片间还会构成壳程流道[2]。另外，为了能够使壳体流体顺利经过板间流动，一般要在壳体与板组间设置导流块。

2.2板管型板壳式的热交换器

板管型板壳式的热交换器一般由板管束以及壳体两类构成，该总体结构如图1所示。经过冷压成型的所有板条，对其接触位置进行焊接，使其可以比较紧密的连接在一起，从而组成一个具备大量扁平流道的板管。另外，大量的宽度不一致的板管一定要依据相关次序进行排列，从而确保各个板管之间存在一定距离，而相邻近的板管在两端应该设置金属条，同时和板管通过焊接连在一起，这样板管的两端就可以构成管板道，然后再将大量的板管合理的连接在一起就形成了板管束[3]。通常情况下，板管束要设置在热交换器壳体内部，部分流体要在板管内部流动，另外一部分流体要在壳体内部的板管之间流动。

2.3新型板壳式热交换器

为了能够满足工业设备大型化的相关要求，传统的工艺中利用金属焊条进行焊接形成的板束渐渐被金属波纹板片所构成的板束取代，制作而成新型的板壳式热交换器。其主要由许多层具备凹凸波纹板，利用凸纹对凸纹和凹纹对凹纹的方法进行重叠设计而成。

3板壳式热交换器运用状况

3.1歧化装置

歧化装置作为大型芳烃联合设备的中心部分，其中进料热交换器主要承担回收设备热量的重要换热装置。而在歧化设备中，进料热交换器一定要满足冷流和热流进入以及出口温差相对较大等多种要求，但是板壳式的热交换器拥有相对较高的换热工作效率，而且端差相对较小等多种优势，因此已成为歧化设备进料热交换器最合理的选择[4]。在2008年12月份，中石化的金陵分公司运用了歧化装置，而在装置投用之后尽管因为油管线的内部存在一些杂物，对分布器造成了堵塞，从而导致分布器自身的压降相对较高，而在清理之后依然可以正常使用。

3.2异构装置

目前，中石油的乌鲁木齐市石化分公司的100万t/a对二甲苯芳烃的联合设备利用异构设备是当今世界上单系列规模相对较大的对二甲苯生产设备，此异构装置已经基本接近国产化。总体联合装置主要由8套大型生产部件构成，是如今我国利用的单台换热面积相对较大的国产化板壳式热交换器。而且此热交换器在运行过程中具备良好的安全性与可靠性，可以满足长时间满负荷运行有关需求。

4结束语

我国作为热交换器的生产制造大国，并非热交换器的生产制造强国。在热交换器的设计水平方面与世界上发达国家比较而言，依然存在着较大的差距。因此，国内相关部门与研究人员一定要对板式热交换器的相关基础理论进行深入研究，不断通过试验与实践研究开发出新产品，同时还应该考虑我国的基本国情，从而有针对性的解决所有行业面临的问题，推动板式热交换器在更多领域中的运用。

参考文献

[1]欧阳新萍，吴国妹，刘宝兴，等.流速法在板式换热器传热试验中的应用[J].动力工程，2010，（03）.

[2]许淑惠，周明连.板式换热器进出口段流道内的压力分布、流阻及流型显示的实验研究[J].节能，2012，（8）：12-15.

[3]赵镇南.板式热交换器人字波纹倾角对传热及阻力性能的影响[J].石油化工设备，2013，（5）.

[4]杨勇.数值传热学在波纹式热交换器上的应用[J].华北电力技术，2012，（10）.