板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種新型高效換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，通過板片進(jìn)行熱量交換。板式換熱器是液—液、液—汽進(jìn)行熱交換的理想設(shè)備。它具有換熱效率高、熱損失小、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、占地面積小、安裝清洗方便、應(yīng)用廣泛、使用壽命長等特點(diǎn)。

板式換熱器基本結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理

板式換熱器的型式主要有框架式（可拆卸式）和釬焊式兩大類，板片形式主要有人字形波紋板、水平平直波紋板和瘤形板片三種。

釬焊換熱器結(jié)構(gòu)

主要結(jié)構(gòu)

⒈板式換熱器板片和板式換熱器密封墊片

⒉固定壓緊板

⒊活動壓緊板

⒋夾緊螺栓

⒌上導(dǎo)桿

⒍下導(dǎo)桿

⒎后立柱

由一組板片疊放成具有通道型式的板片包。兩端分別配置帶有接管的端底板。

整機(jī)由真空釬焊而成。相鄰的通道分別流動兩種介質(zhì)。相鄰?fù)ǖ乐g的板片壓制成波紋。型式，以強(qiáng)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。

圖示為單邊流，有些換熱器做成對角流，即：Q1和Q3容納一種介質(zhì)，而Q2和Q4容納另一種介質(zhì)。

所有都是螺桿和螺栓結(jié)構(gòu)，便于現(xiàn)場拆卸和修復(fù)。

運(yùn)行原理

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(dǎo)桿，前支柱）組成，板片之間由密封墊片進(jìn)行密封并導(dǎo)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(jìn)行熱量交換，以達(dá)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。

換熱原理：間壁式傳熱。

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。

板片和流道

通常有二種波紋的板片 (L 小角度和 H大角度)，這樣就有三種不同的流道(L, M 和 H)，如下所示：

L：小角度		由相鄰小夾角的板片組成的通道。傳熱系數(shù)低，阻力小。適用于大流量，傳熱弱（低比熱或溫差?。┑那闆r，如：環(huán)境壓力下的空氣傳熱。
H：大角度		由相鄰大夾角的板片組成的通道。傳熱系數(shù)高，阻力大。適用于小流量但傳熱強(qiáng)（高比熱，有相變或大溫差）的情況，如：制冷劑相變傳熱。
M：通道		由相鄰大/小夾角的板片組成的通道。傳熱系數(shù)和阻力介于H和L通道之間。
L+L = 小角度流道
L+H = 混合流道
H+H=大角度流道

在這三種流道中選擇，并根據(jù)特殊的工況定身量做和選型。

理論上，一臺換熱器可以混用不同類型的流道，如H型之后是M型。

但對于有相變的情況，這會導(dǎo)致第一個H流道和最后一個M流道之間介質(zhì)的分配失調(diào)，因此，在各類制冷用BPHE中不予采用。

板片波紋的主要作用：使得流體紊流，強(qiáng)化傳熱相鄰板片的波紋形成接觸抗點(diǎn)，提高耐壓性能。

注：巧克力分布去：使流體均勻流過整個板片，在 A 和B處的壓力降相同，使在這里的壓力損失最小，把壓力降用于有效的傳熱，允許平行流AlfaLaval 創(chuàng)造發(fā)明創(chuàng)造，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用。如下圖。

平行流與對角流：

平行流的優(yōu)勢：一塊板片 & 一條密封墊，同一的板片在板片組里，旋轉(zhuǎn)180o可以用于二邊通道備件損耗小。完全滿足對角流所有的功能，較高的設(shè)計(jì)壓力或使用較薄的板片沒有交叉出管口。

關(guān)于板片材質(zhì)

不銹鋼：指耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)和酸、堿、鹽等化學(xué)浸蝕性介質(zhì)的鋼，又稱不銹耐酸鋼。實(shí)際應(yīng)用中，常將耐弱腐蝕介質(zhì)的鋼稱為不銹鋼，而將耐化學(xué)介質(zhì)的鋼稱為耐酸鋼。兩者在化學(xué)成分上存在一定差異，前者不一定耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕，而后者則一般均具有不銹性。不銹鋼的耐蝕性取決于鋼中所含的合金元素。

耐腐蝕機(jī)理：鉻是不銹鋼獲得耐蝕性的基本元素，當(dāng)鋼中含鉻量達(dá)到12％左右時，鉻就與腐蝕介質(zhì)中的氧作用，在鋼表面形成一層很薄的氧化膜（ 自鈍化膜Cr2O3），極難溶于水，可進(jìn)一步阻止氧與鐵腐蝕。同理，破壞鈍化膜Cr2O3 就意味著破壞其抗氧腐蝕能力。

另外腐蝕介質(zhì)中的鹵族元素（像水中常見的氯離子）在一定條件下也能替換掉Cr，所以不銹鋼在一定條件下也會生銹，在含酸、堿、鹽的介質(zhì)中也會被腐蝕,。因此不銹鋼抗腐蝕能力的大小是隨其鋼質(zhì)本身化學(xué)組成、加互狀態(tài), 使用條件及環(huán)境介質(zhì)類型而改變的。不銹鋼在水中腐蝕主要是由于水中氯離子引起的。

不銹鋼中其余添加元素也均發(fā)揮不同作用。像Mo會在一定程度上抵消氯離子引起的腐蝕，但是也有一個適用范圍。

常用不銹鋼：304，316屬于奧氏體不銹鋼，其牌號為國外叫法的簡寫（一般均為進(jìn)口），為300系列。美國牌號是美國鋼鐵協(xié)

會AISI標(biāo)準(zhǔn)，日本是日本工業(yè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)SUS。中國主要用成分表示，見下表。

304、304L、316、316L的成分區(qū)別。L的含義是Low,表示更低含量的碳。帶L的焊接性能好，數(shù)字一樣的話，成分除碳以外其余成分無大區(qū)別。又由于316與316L價格差別不大，故直接選用316L。從成分表中可以看出304與316最大區(qū)別為Mo（鉬）含量不同，所以316抗氯離子濃度能力要比304強(qiáng)。也是我們選用304還是316的主要依據(jù)。兩種材質(zhì)在耐受的氯離子濃度見下頁表格，板材的補(bǔ)充說明：

不銹鋼在含氯介質(zhì)中的使用范圍（mg/L）（在水介質(zhì)中與ppm百萬分之一等同）
板片材料/溫度	25℃	50℃	75℃	100℃	120℃
304/304L	100	75	40	20	10
316/316L	400	180	120	50	25
氯離子濃度超出的話，選用鈦（Ti）或其它金屬。如海水用鈦（Ti）

板片常用材料的特點(diǎn)和使用條件補(bǔ)充

評價材料耐蝕性好壞的指標(biāo)是“耐局部腐蝕當(dāng)量PRE”值越大則耐腐蝕性越好。主要是Cr、MO、Ni的含量決定。

1）304不銹鋼：使用于有機(jī)和無機(jī)介質(zhì)中，濃度＜30% 溫度＜＝100/濃度﹥30% 溫度﹤50的硝酸溫度﹤100的各種濃度的碳酸、氨水和醇類。304L的材料基本和304材料一樣，可焊接性更好，可以用作焊接式換熱器。

2）316L天然冷卻水、冷卻塔水、軟化水、碳酸，濃度小于50%的醋酸和苛性鈉溶液，醇類和丙酮等溶劑，溫度小于100度的稀硝酸（﹤20%）稀磷酸（﹤30%），但不適于硫酸。316和它基本一樣。

3）317適合比316L使用條件更多的情況。

4）AISI904L和SUS890L 性價比高，比以上材料都要好。特別適合一般的硫酸，磷酸和鹵化物。

5）SMO 254高級不銹鋼，提高了MO 含量，是對316進(jìn)行改良的超級不銹鋼。具有優(yōu)良的耐氯化物和縫隙腐蝕的性能。適用于含鹽水，無機(jī)酸。

6）SMO654比254更好的材料，可用于冷的海水。

7）RS-2（0Cr20Ni26Mo3Cu3Si2Nb）不銹鋼，這是國產(chǎn)的相當(dāng)于316，耐應(yīng)力腐蝕更好，可用于80度以上的濃硫酸。（濃度90%---98%）

備注：具體可見下表：

關(guān)于板式換熱器墊片

墊片作為換熱器板片間的密封元件，是為了防止板片泄漏的。墊片的質(zhì)量好壞直觀地影響換熱器的質(zhì)量和形象。在暖通行業(yè)，墊片主要為橡膠制品，受溫度、介質(zhì)影響大，因此在制作過程中受配方、組分的均勻度、硫化定型的條件影響很大。

對墊片的要求：（以下建議不針對任何品牌及暖通南社不持立場）

1、配方科學(xué)，必須具有抗老化、抗撕裂、高回彈的特性（降低彈性引起的反作用力，板片不易變形）。

2、密封接觸面尺寸精確，報(bào)警信號孔靈敏。

3、免粘接結(jié)構(gòu)，拆裝方便。

墊片的品牌：國內(nèi)用戶認(rèn)可的膠條生產(chǎn)廠家：如

1、國內(nèi)品牌：武漢派克（北京市場很認(rèn)）、西安聯(lián)誼、江蘇啟東等。

2、國外品牌：美國杜邦等。

墊片的定位形式：

1、粘合式墊片

2、免粘接墊片：掛式、卡式

墊片的選型：

1、介質(zhì)的溫度，見下表： 2、介質(zhì)的腐蝕性

板式換熱器在暖通空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用

區(qū)域供熱系統(tǒng)

熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)

地?zé)崴┡到y(tǒng)

即熱式生活熱水系統(tǒng)

即熱式特點(diǎn)

可保證用戶隨時隨地均有熱水供應(yīng)，系統(tǒng)緊湊，無需儲罐，需要較大的鍋爐容量需要較大的熱交換器。

半即熱式生活熱水系統(tǒng)

半即熱式特點(diǎn)

需要較小的鍋爐容量，需要較小的熱交換器，儲罐內(nèi)易生長細(xì)菌，需要額外的地方安放儲罐。

游泳池恒溫保持系統(tǒng)

太陽能熱水系統(tǒng)

供冷空調(diào)系統(tǒng)

冷凝器側(cè)應(yīng)用：

1 冷卻塔水冷卻凝結(jié)水

2 海水、河水或井水冷卻凝結(jié)水

3 乙二醇冷卻凝結(jié)水

4 短路冷凍機(jī)組系統(tǒng)

5 地下水冷/熱源系統(tǒng)

6 熱回收系統(tǒng)

冷凝水側(cè)熱交換器可以起到以下作用：

保護(hù)冷凝器免受污染、結(jié)垢和腐蝕

代替冷凝器承受冷卻水側(cè)壓力

能夠在季節(jié)許可時不運(yùn)行冷凍機(jī)組

能夠?qū)崿F(xiàn)熱回收

節(jié)省昂貴的添加劑

冷卻塔水冷卻凝結(jié)水

海水、河水、或井水冷卻凝結(jié)水

乙二醇冷卻凝結(jié)水

短路冷凍機(jī)組系統(tǒng)

地下水冷/熱源系統(tǒng)

熱回收系統(tǒng)

蒸發(fā)側(cè)的應(yīng)用：

1 壓力接力系統(tǒng)

2 分離冷卻循環(huán)水 (無壓力接力功能)

3 蓄冰系統(tǒng)

4 區(qū)域供冷系統(tǒng)

5 天花板供冷系統(tǒng)

蒸發(fā)器側(cè)熱交換器可以起到以下作用：

避免冷凍機(jī)組承受高壓(壓力接力系統(tǒng))

減少昂貴、低效添加劑的用量

分離冷卻水系統(tǒng)，以保證局部系統(tǒng)清潔度很高(電子元件生產(chǎn))

減少泄漏所帶來的損害

壓力接力系統(tǒng)

分離冷卻循環(huán)水系統(tǒng)

蓄冰系統(tǒng)

蓄冰系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本要素：

設(shè)定空調(diào)要求

運(yùn)行方案

全蓄冰系統(tǒng)

部分蓄冰系統(tǒng)

冷凍機(jī)組為主系統(tǒng)

蓄冰為主系統(tǒng)

區(qū)域供冷系統(tǒng)

天花板供冷系統(tǒng)

空調(diào)系統(tǒng)其它應(yīng)用方案

1 夏、冬季供冷、熱轉(zhuǎn)換

2 冷凍水預(yù)冷卻系統(tǒng)

板式換熱器在供冷空調(diào)系統(tǒng)中的優(yōu)勢

1. 傳熱系數(shù)高,對數(shù)溫差可作到0.5度。

2. 體積小,重量輕,便于安裝,可放置于設(shè)備層。

3. 易于拆卸,方便清理內(nèi)部污垢。

4. 結(jié)構(gòu)堅(jiān)固,可承受較高工作壓力,最高 3.0MPa。

5. 換熱效率高,降低運(yùn)行成本。

6. 固定投資低。

板式換熱機(jī)組基本原理

流經(jīng)用戶散熱片后的低溫水（二次回水）經(jīng)過濾器除污后，由循環(huán)泵加壓進(jìn)入換熱器，吸收一次熱媒放出的熱量，達(dá)到供水設(shè)定溫度后，再流向供熱管網(wǎng)對用戶進(jìn)行供熱；

熱源經(jīng)一次熱網(wǎng)（一次水）流經(jīng)過濾器、調(diào)節(jié)閥、進(jìn)入換熱器放熱后（二次水），由熱媒回水管返回?zé)嵩矗ǘ位厮┍患訜岷笤俅螀⑴c循環(huán)換熱；

補(bǔ)水泵根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況適時對二次循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行定壓補(bǔ)水。

選型要點(diǎn)及原則

1、流速及取值：

①、換熱管網(wǎng)流速：指進(jìn)、出水管路，見流速表。

②、機(jī)組總管流速：管徑≦ 80時，選1m/s， ≧ 100時，見流速表。

③、角孔流速：最大為6m/s （四個進(jìn)出口）。

④、板間流速：0.4 ～ 0.8m/s（L型0.8，M型0.6，H型0.4）。

2、換熱面積：指換熱器的面積，單板面積*參與換熱片數(shù)（總片數(shù)減二）

①、換熱面積的計(jì)算：

換熱面積=換熱量/換熱系數(shù)/對數(shù)平均溫差/污垢系數(shù)

②、換熱量的計(jì)算：

換熱量=建筑面積*采暖熱指標(biāo)（即熱負(fù)荷，見指標(biāo)表）

3、介質(zhì)參數(shù)：

①、區(qū)域供暖：暖氣采暖/地?zé)岵膳?10/75 ℃ - 50/75

②、區(qū)域供暖：地?zé)岵膳?10/75 ℃- 40/50 ℃

③、樓宇空調(diào)：風(fēng)機(jī)盤管采暖：110/75 ℃ - 50/60 ℃

④、生活熱水：洗浴、廚房、洗衣房：70/50 ℃ - 10/55 ℃

⑤、泳池供水：游泳池恒溫供水：110/70 ℃ - 10/40 ℃

⑥、超高層空調(diào)制冷：冷水轉(zhuǎn)換：7/11 ℃ - 8/12 ℃

板式換熱器選型計(jì)算的方法及公式

現(xiàn)今板式換熱器選型計(jì)算一般都采用軟件選型。常規(guī)手算方法和公式如下：

(1) 求熱負(fù)荷Q

Q=G．ρ．ＣP．Δt

(2) 求冷熱流體進(jìn)出口溫度

t2=t1+ Q /G ．ρ ．ＣP

(3) 冷熱流體流量

Ｇ=Q / ρ ．ＣP ．(t2-t1 )

(4) 求平均溫度差Δtm

Δtm=(T1-t2)-(T2-t1)/In(T1-t2)/(T2-t1)或Δtm=(T１-t2)+(T2-t1)/2

(5) 選擇板型

若所有的板型選擇完，則進(jìn)行結(jié)果分析。

(6) 由Ｋ值范圍，計(jì)算板片數(shù)范圍Ｎmin，Ｎmax

Ｎmin = Q / Kmax ．Δtm ．F P ．β

Ｎmax = Q / Kmin ．Δtm ．F P ．β

(7) 取板片數(shù)N（Ｎmin≤Ｎ≤Ｎmax ）

若N已達(dá)Ｎmax，做（5）。

(8) 取N的流程組合形式，若組合形式取完則做（7）。

(9) 求Re，Nu

Re = W ．de/ ν

Nu =a1．Rea2．Pra3

(10)求a，K傳熱面積Ｆ

a = Nu ．λ/ de

K= 1 / 1/ah+1/ ac+γc+γc+δ/λ0

　F=Q /K ．Δtm ．β

(11)由傳熱面積Ｆ求所需板片數(shù)ＮＮ

ＮＮ= F/ Fp+ 2

(12)若N＜NN，做（８）。

(13)求壓降Δp

Eu = a4．Rea5

Δp = Eu ．ρ．W2 ．ф

(14) 若Δp＞Δ允　，做（８）；

若Δp≤Δ允　，記錄結(jié)果 ，做（８）。

注: 1．（1）、（2）、（3）根據(jù)已知條件的情況進(jìn)行計(jì)算。

2．當(dāng)T1-t2=T2-t1時采用Δtm = (T１-t2)+(T2-t1)/2

3．修正系數(shù)β一般0.7～0.9。

4．壓降修正系數(shù)ф ，單流程ф度=1～1.2 ，二流程、三流程ф=1.8～2.0，四流程ф=2.6～2.8。

5．a(chǎn)1、a2、a3、a4、a5為常系數(shù)。

選型計(jì)算各公式符號的意義及單位

符號	意 義	單位	符號	意 義	單位
Q	熱負(fù)荷	W	Cp	比熱KJ/kg℃
ρ	流體密度	Kg/ m3	Δtm	平均溫差	℃
G	體積流量	m3/s	F	傳熱面積	m2
K	傳統(tǒng)系數(shù)	W/ m2℃	W	流 速	m/s
T1、T2	熱介質(zhì)進(jìn)出口溫度	℃	t1、t2	熱介質(zhì)進(jìn)出口溫度	℃
m	流程數(shù)		n	流道數(shù)
α	對流換熱系數(shù)	W/ m2℃	f	單通道截面積	m2
ν	運(yùn)動粘度	m2/s	λ	介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)	W/ m℃
Δp	阻力損失	Mpa	Eu	Eu = Δp / ρ. W2	無量綱
Re	雷諾數(shù)Re = W ．de /ν	無量綱	de	當(dāng)量直徑	m
Nu	Nu = de．α / γ	無量綱	Pr	普朗特?cái)?shù)
λ0	板片導(dǎo)熱系數(shù)	W/ m℃	t	板 厚	m
β	修正系數(shù)		h、c	熱、冷介質(zhì)角標(biāo)
γP	熱介質(zhì)污垢熱阻	m2℃/W	γc	冷介質(zhì)污垢熱阻	m2℃/W

選用板式換熱器就是要選擇板片的面積,它的選擇主要有兩種方法，但這兩種都比較難理解，最簡單的是套用公式：

Q=K×F×Δt

Q——熱負(fù)荷

K——傳熱系數(shù)

F——換熱面積

Δt——傳熱溫差（一般用對數(shù)溫差）

傳熱系數(shù)取決于換熱器自身的結(jié)構(gòu)，每個不同流道的板片，都有自身的經(jīng)驗(yàn)公式，如果不嚴(yán)格的話，可以取2000~3000。最后算出的板換的面積要乘以一定的系數(shù)如1.2。

應(yīng)用及安裝

換熱器接管的顛倒放置

換熱器的安裝姿勢

應(yīng)垂直安裝。

不要采用水平放置形式。

只有在全面試驗(yàn)并作出評估以后才能如下圖示方法安裝。

側(cè)邊朝下（圖1）的放置稍好一些，估計(jì)用作蒸發(fā)器時容量會減少25%，

冷凝器不清楚，但肯定會減低。

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）。

冷凝器的放置方式必須使制冷劑從下面兩個接管出入，防止液阻塞（圖2）。

蒸發(fā)器應(yīng)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

不要讓震動和管道的熱膨脹波及到換熱器?？刹扇。?/span>

—在BPHE和支架之間加橡膠墊。

—壓縮機(jī)采用減振器。

—直管段較長時，采用波紋管或其它吸振裝置。

如果水路從上部接管接入并且壓力降較小，低于相應(yīng)的靜壓差，那么，水就不會充滿BPHE。換熱器的上部形成空氣腔并阻塞部分傳熱面。

一個高于進(jìn)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?dú)獯颠^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。

焊料至少含銀45%，釬焊應(yīng)在低于650 ℃下進(jìn)行。

任何情況下焊件都不應(yīng)超過800 ℃。

TIG（鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊）焊接和保護(hù)氣是放熱量最少的焊接法，應(yīng)盡量采用。

在管口壓降較大時，換熱器的不均勻分布

釬焊換熱器排汽和排水（某些流程須配置一些附加接管）

釬焊換熱器用于冷凝器/冷凝液液位（高度）控制的危險

避免在一臺冷凝器內(nèi)使冷凝液進(jìn)一步過冷，由于K冷凝遠(yuǎn)大于K過冷，過冷面積和冷凝面積的轉(zhuǎn)換會引起大的容量變化，結(jié)果可能是控制問題并產(chǎn)生震蕩。除此以外惰性氣體還會在冷凝器內(nèi)被有效分離，并浮在其上部。

冷凝器其他方面

冷凝器的壓力降

制冷劑通常在強(qiáng)制壓力下運(yùn)行，該壓力使足夠的壓力降可資利用。

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(yīng)小于1～2℃。

管口的壓力降應(yīng)小于20%的總壓力降，否則從第一個到最后一個通道會發(fā)生分配不均。

冷凝器的冷凝壓力

應(yīng)保持盡可能低的設(shè)計(jì)冷凝壓力，降低冷凝壓力意味著給定制冷量下，減少壓縮機(jī)的耗能，或壓縮機(jī)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。

壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，應(yīng)保持壓力不變，當(dāng)冷卻水溫降低時，冷凝壓力至少不應(yīng)降低到限定值，如降低過多，熱力膨脹閥就不能有足夠的壓差給出所要求的容量。

水流方向

由于冷凝器循環(huán)的負(fù)荷（冷凝量）大于蒸發(fā)器循環(huán)的負(fù)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

從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā)，可把壓力降調(diào)整到一個合理的值，壓力降小于0.2～0.3MPa時，在釬焊換熱器內(nèi)不會有侵蝕的危險。

流量和壓力降必須同時計(jì)算，以便求出最佳值。

殼管式或套管式換熱器利于在大流量，低壓力降下工作，而釬焊換熱器則相反。

最佳流量一般是使每米流道長的壓力降大于0.04MPa，且管口壓力降約小于30%的總壓力降。

冷凝器故障診斷

容量不足

查驗(yàn)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。

檢查水流動受阻，來自儲液器的滿溢，以及異常聲音等

檢查冷凝器外表面的溫度變化。大溫差有可能是惰性氣體阻塞，或水側(cè)阻塞，要不然是制冷劑流動受阻

若不是純水，檢查冷卻流體。若是乙二醇水溶液或類似物，可校核其濃度和/或粘度。濃度太高會削弱傳熱。

檢查冷凝器液體側(cè)中污垢情況和制冷劑側(cè)中潤滑油情況

蒸發(fā)器和壓縮機(jī)是否匹配。

檢查壓縮機(jī)。在額定壓力下壓縮機(jī)是否排出足夠的制冷劑到冷凝器。

若排出的比吸入的多，多出的制冷劑不能在冷凝器內(nèi)冷凝，使容量降低。是否由于壓縮機(jī)磨損造成制冷劑的內(nèi)部泄漏？轉(zhuǎn)速和電流消耗是否與其容量相一致？

容量低，但冷凝液的過冷度又太大，這意味著冷凝液液位過高，阻塞了冷凝器用于冷凝的加熱表面。此現(xiàn)象可能是系統(tǒng)中的制冷劑充灌量太多。

不穩(wěn)定性

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(yīng)時間長，與此相反，當(dāng)冷凝器排液時，響應(yīng)時間短

檢查各種閥門的力學(xué)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(yùn)作和/或異常聲音顯露出來。

釬焊換熱器用于蒸發(fā)器

沸騰放熱系數(shù)

對于與油五溶的制冷劑，如R12，油的影響可以提高沸騰放熱系數(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(dǎo)作用。

遺憾的是：預(yù)測沸騰放熱系數(shù)是很困難的（＞9%的誤差）。

幸運(yùn)的是：上述的機(jī)理在工業(yè)，尤其在制冷蒸發(fā)器中起著次要作用。

在圓形流道中垂直,向上的兩相流流態(tài)圖

直接膨脹式蒸發(fā)器

制冷劑流入蒸發(fā)器進(jìn)口處已部分汽化,一般對R22入口蒸汽干度約為25%,制冷劑是飽和狀態(tài),當(dāng)液體在蒸發(fā)器中上升時,壓力降低(壓力降和靜壓的原因).溫度將由進(jìn)口處降至制冷劑都蒸發(fā)的狀態(tài)點(diǎn).蒸汽將開始過熱.過熱度是變化的,對R22一般是5℃。

蒸汽過熱能保護(hù)壓機(jī)免受液滴(5%的不可壓縮油滴不會導(dǎo)致液擊)蒸發(fā)引起的沖擊.并能避免液滴沖走壓機(jī)中的油。

按照對液擊敏感高低程度,分壓機(jī)類型由高到低依此是:開啟活塞式壓機(jī),螺桿式壓機(jī),對液擊最不敏感的是透平壓機(jī)和渦旋式壓機(jī)。

過熱度5 ℃可將R22(飽和溫度0 ℃)含有1.8%的液滴蒸發(fā)為100%的飽和蒸汽(0℃)。

熱力膨脹閥的選擇和安裝

膨脹閥和蒸發(fā)器必須有相同的名義換熱量和過熱度。

兩只表面上相同，而效應(yīng)不同的閥門，應(yīng)選擇斜率小的（如圖示）。

萬一有可能發(fā)生不穩(wěn)定的系統(tǒng)，蒸發(fā)器應(yīng)該設(shè)計(jì)成其過熱度大于5℃的名義過熱度。由于正常設(shè)計(jì)預(yù)量和垢阻，實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)該如此。這會增大斜率，但是容量有一定損失。

選擇最大容量小于蒸發(fā)器零過熱度容量的閥門，如果震蕩發(fā)生，也不會有未蒸發(fā)的制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)的危險。

在換熱器中，由于管口速度低，危險在于：通過膨脹閥的氣態(tài)和液態(tài)制冷劑，可能分離而進(jìn)入不同的流道。另一方面，如果管口流速過大，導(dǎo)致管口壓降相對于流道壓降要大，這將導(dǎo)致制冷劑分液不均。

以下的各種改善分液不均的方案都有缺陷，正確安裝的膨脹閥是使其進(jìn)口管徑盡可能的?。ㄈ缂友b一個帶有預(yù)混器的接管）。特別對低溫制冷，欽寶的分配器是很有效的。其缺點(diǎn)是它很難應(yīng)用于可逆的系統(tǒng)，即當(dāng)用作冷凝器時，膨脹閥也應(yīng)比通常情況稍大。

感溫包禁止安裝在管道底部，防止油的干擾。

制冷劑會從膨脹閥的填料盒泄露出來，因此液態(tài)制冷劑會和蒸汽一起進(jìn)入壓縮機(jī)。一般 說明書說明，感溫包應(yīng)安裝在壓力表的上游，以免讀數(shù)錯誤，但這意味著進(jìn)入壓縮機(jī)的過熱度不正確。因此，如果蒸發(fā)器和壓縮機(jī)之間有足夠的距離，感溫包要放在壓力表下游 400～600mm外，液態(tài)制冷劑可充分蒸發(fā)。感溫包將可測到正確的過熱度。傳壓管必須安裝在感溫包的下游。

感溫包和傳壓管必須安裝在水平彎頭之后的 一段水平管路上，彎頭充作汽液分離器，排除液態(tài)制冷劑和油對測量的干擾。

膨脹閥到蒸發(fā)器的管路應(yīng)平直，并且與閥門出口管徑相同。

如果壓縮機(jī)與感溫包和傳壓管之間距離太短 ，由于膨脹閥沒有時間對負(fù)荷作出響應(yīng)，液態(tài)制冷劑有可能進(jìn)入壓縮機(jī)。電磁閥應(yīng)該盡可能近地安裝于膨脹閥前面。

蒸發(fā)器故障診斷

震蕩（無論多么謹(jǐn)慎，震蕩都將發(fā)生）

改變靜過熱度。

將感溫包安裝離蒸發(fā)器遠(yuǎn)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(hù)，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

查驗(yàn)流量，溫度和壓力降等參數(shù)。壓力降是否暗示某些不正常？水流動受阻或油過多。

在不同位置交換使用溫度計(jì)。小溫差很容易被不正確的溫度計(jì)所掩蓋。

檢查蒸發(fā)器外表面的溫度變化。大溫差有可能是水側(cè)或制冷劑側(cè)分液不均。

通過溫度和流量的各種組合，雙檢傳熱。

檢查加熱流體。若是乙二醇水溶液或類似物，可校核其濃度和/或粘度。濃度太高會削弱傳熱，太低容易凍結(jié)。

檢查冰的形成。冰將損害傳熱，實(shí)際出口溫度將升高。

檢查蒸發(fā)器液體側(cè)中污垢情況和制冷劑側(cè)中油垢情況。

冷凝器和壓縮機(jī)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(dǎo)致容量降低。

檢查過熱度，如果大于設(shè)計(jì)值，說明蒸發(fā)器應(yīng)能蒸發(fā)比實(shí)際更多的制冷劑，即增大容量。

可能由于太小的閥門，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(jìn)入量更多的制冷劑，并且進(jìn)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(shè)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(dá)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(jìn)口溫度。如果具有相當(dāng)高的過冷度，如裝有回?zé)崞?，相比于在冷凝壓力下進(jìn)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

產(chǎn)生原因

油（在傳熱面上產(chǎn)生絕熱的油膜）。

油分解的產(chǎn)物（在壓縮機(jī)中被加熱到超過油的分解溫度）。

磨損和破裂（壓縮機(jī)的磨損，對傳熱不一定有害）。

水（油和水以及油的分解物會形成污垢）

清洗和預(yù)防

通常不對制冷劑側(cè)進(jìn)行清洗，除非系統(tǒng)被完全堵塞。這種污垢最可能是油極其分解物?？捎靡恍┖线m的洗滌劑清洗。

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(yīng)力越大越好。剪切應(yīng)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

水的類型

自來水—水質(zhì)和水溫都很好。

井水—相當(dāng)冷且干凈及較低的微生物含量，但是生成水垢的含鹽（硫化鈣，流化鎂，碳酸鈣及碳酸鎂）濃度有時會相當(dāng)高。從簡單的過濾到精細(xì)的預(yù)處理可能是需要的。

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℃。

冷卻塔水—冷卻塔水通常比來自同一地區(qū)的井水溫度高15~20℃。含鹽量會10倍于補(bǔ)充水。在污染嚴(yán)重地區(qū)，會夾帶灰塵和腐蝕性氣體。需要對其進(jìn)行各種處理。冷卻塔通常設(shè)計(jì)成約5℃的水溫降。

河水和湖水—鹽濃度通常相當(dāng)?shù)?，但是含有相?dāng)數(shù)量的固體顆粒。微生物活性（藻類，細(xì)菌和真菌）很高，有時會有農(nóng)藥。預(yù)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℃。

城市廢水—通常含有天然農(nóng)藥，特別是自由氨。有時用吹氣法除氨。一般不能用作BPHE的冷凝器的冷卻介質(zhì)。

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

水側(cè)的腐蝕

氯化的水

水中加氯處理（如游泳池）或海水倒灌,此時氯轉(zhuǎn)變成氯離子（Cl-)并逐漸遞增，一段時間后，氯離子濃度會增加至在板片上形成坑蝕，腐蝕的發(fā)生比下圖所顯示的要低得多。

預(yù)防不要在BPHE之前立即放置加氯點(diǎn)，應(yīng)該盡量遠(yuǎn)些。

PH值愈高愈好，至少>7。

在BPHE進(jìn)口，Cl2<0.5ppm。

水溫50～60℃時，控制Cl-<150ppm，水溫70～80℃時，控制Cl-<100ppm。

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(jìn)行處理，它對銅同樣有腐蝕性。當(dāng)設(shè)備停止運(yùn)行，且使溶液的溫度升高，尤其是使溶液的PH值降低了，比

如不適當(dāng)?shù)赜盟逑春?，則會引起金屬點(diǎn)腐蝕。上述性質(zhì)同樣適用于溴化鋰溶液。

預(yù)防金屬點(diǎn)腐蝕是一種很快的過程，對蒸發(fā)器內(nèi)點(diǎn)腐蝕的影響可能是災(zāi)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

氫氟氯碳化物（HCFC）的分解產(chǎn)物。在一定條件下，HCFC將分解，氯氟和氫將形成鹽酸和氫氯酸。

HCFCS可能更容易分解，如果氧氣存在，將加速分解。

水的存在。完全干燥的氫氯酸和氫氟酸無很大的腐蝕性，在水溶液中成為最強(qiáng)的酸。

高溫。<100℃時，危險性很小，但當(dāng)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。

油分解過程中有機(jī)酸的形成。當(dāng)有水存在時會加速。礦物油通常不會有麻煩。一些新型合成油含有非?；钴S的雙鍵分子，與水或氧形成有機(jī)酸。

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(jī)排氣溫度較高，有油分解的危險。這可能導(dǎo)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。

焊劑（一般不會進(jìn)入換熱器）。焊劑化合物能除去金屬表面的氧化物，形成烈性腐蝕劑。

預(yù)防經(jīng)常檢查干燥器。

限制壓縮機(jī)出口溫度。

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。

在焊接接管時，應(yīng)用氮?dú)獗Ｗo(hù)（向接管和設(shè)備內(nèi)吹入氮?dú)猓?/span>

BPHE的泄漏/不同類型的泄漏

泄漏的查找

系統(tǒng)檢查

—檢查停機(jī)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。

—檢查停車和啟動程序和如果熱沖擊可能發(fā)生的溫度變化檢查。是否冷流體突然進(jìn)入較熱的BPHE，或反之亦然？

—檢查來自其它設(shè)備的振動。是否有可減力或減振的彎頭或波紋管？

—在并聯(lián)壓縮機(jī)或BPHE情況下，當(dāng)一臺機(jī)組突然起動或停車時，可能會導(dǎo)致突然的壓力或溫度波動。是否所有的BPHE都有自身的壓力控制器？

—在水側(cè)是否應(yīng)用了電動閥或電磁閥？在BPHE之后安裝電磁閥，可能導(dǎo)致水擊。

—是否應(yīng)用了通過調(diào)節(jié)運(yùn)行時間可以半連續(xù)運(yùn)行的閥門？這種閥門可能開1秒，關(guān)5秒，從關(guān)轉(zhuǎn)向開5秒，關(guān)1秒。它們是溫度，壓力驟變的原因。

—水中是否含有過量的氯離子或其它腐蝕劑？試取水樣。

外部檢查

—在正對進(jìn)水口處的反面蓋板上是否有鼓包？

—兩側(cè)是否有變形跡象？

—接管連接是否密封？

—檢查外表是否有運(yùn)輸或安裝損壞？

嚴(yán)重冰凍-水溫控制不當(dāng)，造成整臺產(chǎn)品鼓起。
局部冰凍-水溫控制不當(dāng)，短期在低于0℃運(yùn)行。
焊接接管時溫控不當(dāng)-施焊接管時，無恰當(dāng)?shù)慕禍卮胧?，過高的溫度傳遞到接管底部或臨近的板片上，造成泄漏。
板片微裂紋-出廠時板片有非貫穿性的裂紋，一段時間運(yùn)行后板片被擊穿。
設(shè)計(jì)不當(dāng)(中間隔斷095等)-雙系統(tǒng)中氟側(cè)中間隔斷處無加強(qiáng)板，一段時間運(yùn)行后板片造成疲勞破壞。

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(jìn)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，即溫度最低的水將遇到溫度最低的液態(tài)制冷劑。

在一般的穩(wěn)定運(yùn)行工況下，當(dāng)壁溫還沒有降到0℃以下時蒸發(fā)溫度可能已經(jīng)遠(yuǎn)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。

乙二醇或鹽溶液的凍結(jié)凍結(jié)時，形成的冰晶體中含有純水，因此該冰晶體的融點(diǎn)是0℃。所以當(dāng)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(tuán)松散的泥漿而不象純冰那樣是堅(jiān)硬的一塊。

BPHE凍結(jié)的防止/熱力和水力設(shè)計(jì)

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