板式换热器结构设计.doc

板式换热器 1 绪论 1.1 板式换热器的学术背景及意义 板式换热器于1878由德国发明。1886年法国人设计出通道板式换热器，并应用到葡萄酒的杀菌。1923年APV公司设计了可成批生产的铸青铜板组合的板式换热器。1930年以后，出现了用不锈钢或薄金属板压制的用垫片密封的波纹板片换热器，这样基于沟道板，跨入了现代用薄板压制的波纹板形式。早期的板式换热器主要用于在牛奶或啤酒处理的灭菌。1932年APV公司开始生产高温，短时的牛奶消毒设备。 与此同时，流体力学与传热学的发展对板式换热器的发展做出了重要的贡献，同时也是板式换热器设计中最重要的技术理论。如：19世纪末到20世纪初，雷诺（Reynolds）实验证实了客观存在层流和紊流，提出了雷诺数—奠定了流动阻力和损失的基础。此外，在流体、传热方面做出了突出贡献的学者还有瑞利（Reyleigh）、普朗特（Prandtl）、库塔（Kutta）、儒可夫斯基（жуковскиǔ）、钱学森、周培源等[]。 板式换热器的应用非常广泛，如电力，食品，医药，石油，化工等。在现代化的新技术，新工艺，新材料的不断发展，以及日益严峻的能源问题，必然需要更高性能、高参数换热设备，板式换热器将进一步扩大应用范围[]。与常规的管壳式换热器，在相同的流动阻力和泵功率消耗相比，传热系数更高，有取代管壳式换热器的趋势。 通过广泛的应用和实践，加深了板式换热器的优点的认识，随着应用拓展的进步和制造技术加快发展，板式换热器已成为一个非常重要的换热设备。 近几十年来，板式热交换器的技术发展，可概括如下[]： 研究高效的波纹板片。初期的板片是铣制的沟道板，至三四十年代，才用薄金属板压制成波纹板，相继出现水平平直波纹、阶梯形波纹、弧形波纹板、人字形波纹等形式繁多的波纹板片。同一种形式的波纹，又对其波纹的断面尺寸-波纹的高度、节距、圆角等进行大量的研究，同时也发展了一些特殊用途的板片； 耐腐蚀耐高温的板片和垫片。目前钛，镍，钯和钛的合金材料可制成板片。垫片材料也扩大，从天然橡胶合成橡胶，氟橡胶，石棉等[]。 提高了使用的压力和温度压力和温度承受能力大大板式换热器应用范围，特别是在化学领域。 计算板式热交换器的和流动阻力由于流道结构的复杂性，导致在该区域的传热和流动阻复杂，大大促进板式换热器的发展。 提高换热器工性主要是为了提高模具的制造的水平和改善板片精度。 发展大板式换热器。 提高板式换热器总体效率可能的方法的研究。 1.2 我国设计制造情况 我国板式换热器的研究、设计、制造，开始于六十年代。 1965年，兰州石油化工机器厂设计、制造了我国生产的第一台板式换热器，单板换热器面积为0.52m2，板片为水平平直波纹。 1967年，兰州石油机械研究所在1971年制造了我国第一台人字形波纹板片，单板换热面积为0.3m2的板式换热器，这对于我国板式换热器采用波纹型式的选型起了重要的作用。兰州石油机械研究所板式换热器厂是兰州石油机械研究所直属厂，现有主厂房7000m2，建于1963年，专门从事板式换热器设备的研究、制造工作，技术力量雄厚，拥有国内最先进的试验检测设备及大型油压机和其他加工设备，组成了完整的板式热交换设备的研究、生产及质保体系，确保产品质量的优良和高可靠性。三十年来为国内外各种应用领域提供近三千台、装机面积20余万m2的板式换热器、板式冷凝器和板式蒸发器，产品技术性能及质量居国内领先地位。兰州石油机械研究所对板片的制造材料、板片波纹型式、单片换热面积、板式换热器的应用等方面进行了研究，促进了我国板式换热器的发展。 三十年来兰州石油机械研究所板式换热器厂先后研制成功BR01、BR03、BR03A、BP07、BR03B、BR05A、BR06A、BR07A、BRS08、BR08A板式换热器、板式冷凝器和BF01、BF02板式蒸发器等多种型号、多种用途的板式设备。板片波纹的形状有人字形、双人字形、水平平直形、竖直形、鼓泡形等等，流道截面积也有相等和不相等之分。板片材质以铬镍不锈钢为主并且向耐酸、耐碱、耐各种强腐蚀的方向发展，同时将普通不锈钢的化学和电化学处理转化膜技术应用于板片生产中，提高了不锈钢板片耐氯离子腐蚀的能力；H-RS耐高温浓硫酸材质板片、哈氏合金板片近年来在硫酸工业及离子膜烧碱生产过程中得到了广泛的应用。该厂制造手段齐备，无论用任何材质压制的板片，减薄量均控制在20%以下，表面光洁平整，装配完成的设备耐压能力达到3.5MPa,实际应用压力2.5MPa。该厂出厂的产品配备的是中美合资的派克牌密封垫片，自行研制的耐温、耐压复合垫片也在生产中得到了应用。该厂出厂的的设备使用温度为250℃[5]。 表11 兰州石油机械研究所板式换热器厂主要的板式换热器 板式换热器 型号 最高工作压力(MPa) 单板换热面 积