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板式换热器在流体系统的应用与分析

作者:网站管理员 来源:本站原创 日期:2015-08-06 14:40:27 点击:1215 属于:行业新闻

蒸汽散热器


蒸汽散热器

      液压、润滑系统中的液压泵、润滑泵、液压马达等动力源的传动效率损失、流体控制元件及传输过程中的压力损失等都以能量消耗的形式转化成热能,系统油温升高粘度下降,元件的内泄增加磨损加剧,各类故障频发。板式换热器具换热效率高、介质温差小等优点,在流体传动的恒温控制中应用较为广泛。

    板式换热器与管式换热器具有较为明显的综合优势,但就结构强度而言,管换的结构强度优于板式换热器,管式换热器的泄漏事故具有明显的渐变特性,延续期间内更容易在检查中发现并实施控制,比较而言,板式换热器的泄漏事故突发性强、危害更大,短时间内即可形成大量的介质泄漏或窜液。
    常规的大型工业的冷却介质为软水,该水质采用了集中过滤并配比了一定的化学添加剂,介质在循环过程中具有一定的除垢功能,采用集中循环板式换热器的大量泄漏会引起较多的系统连锁问题,特别是泄漏的油品介质会附着在系统管线和相关设备的内壁,腐败变质后形成胶状物质堵塞阀体、泵体等,补救措施繁琐,修复成本较高。对于这类事故的控制和预防具有较好的实际意义。
 
结构原理
1板式换热器是由上下导梁、固定压板、活动压板、管道接口、换热板片、板片密封件、压紧螺栓等零部件组成。如图示(1):


     换热板片按工艺要流程进行组合进行装配,固定压板和活动压板孔的周边粘有密封件。装配时,换热板片粘有密封件的一侧朝向活动压板,交替组合的板片组形成了冷、热两侧流体通道。该通道通过外部的管道接口与对应的介质相连通,实现两介质的热量传递,达到预定的温控要求。

2工作原理
     传热板片是是换热器的核心部件,板片的成型工艺及材质特性对密封和换热效率会产生直接影响。换热器通常以水作为冷却介质,板片多数采用不锈钢薄板制造,在板片上压制有波纹流槽,相邻两板片之间的空间即为介质流道,冷、热流体在板片两侧流动时,通过板片进行热量交换。
     波纹所形成的特殊流道,使流体在极低流速的条件下发生湍流(雷诺系数Re约200),低雷诺系数下的湍流具有自身除垢效应,有力地破坏隔热边界层,减少界面上液膜热阻。一般情况下板式换热器的传热系数K值在3000~6000W/㎡℃范围内,同时,两种介质几乎是全逆流流动,热传导效率较高。在同等换热效率下,板式换热器只需要管壳式换热器面积的1/2~1/4即可达到同样的换热效果。

3.流程组合
   板式换热器使用1~2年的周期(根据实际使用工况而定)后需要进行必要的拆检、清洗、打压测试等。对于变形或穿孔等存在问题的板片需要及时更换,在这过程中散热板片的装配必须严格按流程图排列。流程图是按冷却工艺设计的,采用并联或串联的方式将各板片连接起来,常见的有单流程和双流程(或多流程组合)换热器,单流程换热器的介质接入和流出管口通常都固定压板一侧,热介质和冷介质又分别在固定压板垂直轴线的单侧布置,同一种介质同时在左侧或同时在右侧。图示(2)为单流程排列图,图示(3)为双流程排列图。




4.常见问题分析
4.1错排板片引起的两介质短路或泄漏。
     单流程板片从密封垫一侧观察,由右边流进的流体总是从右边流出:由左边流进的流体总是从左边流出。对人字形波纹板片,如果流体从左边流进,而且人字纹指向朝上A型板片,将A板沿垂直于板面的轴线旋转180°就成为B型板片,流体从右边进出,如图示(4)所示:

       假定粘有密封垫片A板片的每个孔的分别以:a1、a2、a3、a4、盲孔为a0;B板片为b1、b2、b3、b4盲孔为b0。排版从固定压板一端开始,板片弹性密封面朝活动压板一侧,单流程换热器的四个孔都在固定压板上,即第一块板片的四个孔都是通孔,双流程或多流程换热器活动压板和固定压板上各有两个孔,第一块板片和最后一块板片的对应的有两个通孔和两个盲孔,板片依次交错排列,排错板片会发生两介质发生短路或泄露,无法正常使用。

4.2板片受力不均密封错位引起泄漏
     板式换热器拆检后需要重新按要求夹紧板片,如果为了进一步提高换热能力需要加装板片时,应充分考虑到固定压板和活动压板的变形强度,采用相同等级的实验压力,板片的数量增加同时螺栓的预紧力也需要加大,当两侧压板的弹性变形超出许可的范围,密封件的平面压缩存在径向滑动,形成错位,此时,密封失效,两介质外泄漏或内部相互窜液,无法正常使用。
     对于长期未投入使用的换热器通常要适当放松螺杆的拉力,板片及密封垫长期受压后失去必要的弹性,密封容易失效,降低使用寿命。换热器的各压紧螺栓均布受力,安装就位前需要将板换按对角线进行夹紧,并实时测量两压紧板的内侧距离,保证两压紧板基本处于平行状态,四角的平行度偏差小于2%,预紧各螺栓按图示(5)所标示的顺序进行。


     一般,先夹紧到给定的最大尺寸,如在使用中发现泄露,可继续夹紧到给定的最小尺寸。设备处于工作状态时承受内压力,应停机泄压后再可预紧各螺栓。带压拧紧螺栓极易出现密封件的挤出或破损,造成事故。

4.3换热效率降低问题
     为了高效发挥换热效能,板式换热器的两种介质循环采用了全逆流流动,在实际使用中考虑到各液压系统的离线备件配套问题,会以较大换热面积的交换器作为通用件储备,介质接口方向会有差异,冷热介质互换接口或同一介质进出对调使用等,这类问题虽然不会对密封形成不利但会对热交换效率产生一定的影响,如图示(6):逆流时的两种介质的温差小、热损失较小,换热效率高;顺流时的温差偏大换热效率低。


4.4.换热器的环境条件
4.4.1板式换热器对连接螺杆的水平拉力有着严格的要求,特别在吊装自身重量较大的大功率换热器时必须使用专设的吊装位置,非常规吊装方式对螺杆的受力结构有一定的破坏,换热器板片容易出现错位。除此之外,大型的板式换热设备在充满冷、热介质后,介质自身会重量大幅上升,设备的安装也必须放置在一定的水平面上。

4.4.2换热器的冷热介质进行热量交换同时,形成外露的散热板片也存在与环境空气的热交换过程,换热器的周围通常需要预留必要的空间位置(1m以上),以形成流畅的空气流动环境,利于换热能力的发挥。
 
4.5预防板式换热器的大量泄漏
4.5.1在连续正常运行过程中,换热器的大量泄漏事故概率通常较低,这是因为冷热两种介质同时处于供压状态且压差均衡,温度也处于受控的波动范围,换热器的受热变形空间较小,密封件的错位或板片受冲击力变形的事故可能性也很小。
     最易出现突发故障的是启、停泵的压力冲击和设备停止运行后的设备降温,在这种条件下换热器的密封件由于长期受压失去了部分弹性记忆功能,当温度下降时形成冷缩,板片的间隙增大。设备开启后压力与温度的上升不具有同步性,温度恢复较为滞后,板片间的热缩间隙补充也较为缓慢,密封件挤出致使泄漏事故的突发。
     基于上述分析,启动泵之前应先打开换热器的所有阀门和排气阀,关闭换热器的进口阀。启动泵后,缓慢打开泵的出口阀,使压力逐渐上升。为防止单侧超压,进换热器的两股流体的进口阀应同时打开,或先缓慢地注入低压侧流体,再缓慢地注入高压侧流体,避免高压冲击。
解决板片热缩间隙的泄露问题,应在启停泵至温度恢复期间做好实时检查和监控,必要的周期性解体检修、试压可根据具体使用工况而定,板式换热器如放置半年以上未用,在使用前应进行水压试验。实验压力通常设置为1.25倍设计压力,分别对冷、热介质内腔进行单侧保压30分钟无泄漏方为合格。
4.5.2老化的密封垫片要及时更换。
     在更换换热器板片时,板片密封槽内涂抹的胶粘剂一般需24小时固化周期再行组装。如果换热器有半年以上不使用时,应将换热器夹紧螺栓放松1~2个螺距,使用时再预紧,以防密封垫片的弹性丧失,影响使用寿命。