浅谈高低温湿热试验箱板式换热器

发布日期：2023-01-05      浏览次数：753

板式换热器是由带一定波纹形状的金属板片叠装而成的新型高效换热器,构造包括垫片、压紧板（活动端板、固定端板）和框架（上、下导杆，前支柱）组成，板片之间由密封垫片进行密封并导流,分隔出冷/热两个流体通道,冷/热换热介质分别在各自通道流过,与相隔的板片进行热量交换，以达到用户所需温度。

每块板片四角都有开孔，组装成板束后形成流体的分配管和汇集管，冷/热介质热量交换后，从各自的汇集管回流后循环利用。

单流程结构：只有2块板片不传热－头尾板。




双流程结构：每一个流程有3块板片不传热。











板式换热器分类：
一般情况下，我们主要根据结构来区分板式换热器，也就是根据外形来区分，可分为四大类：
①可拆卸板式换热器（又叫带密封垫片的板式换热器）
②焊接板式换热器
③螺旋板式换热器
④板卷式换热器（又叫蜂窝式换热器）
其中，焊接板式换热器又分为：半焊接板式换热器、全焊接板式换热器、板壳式换热器、钎焊板式换热器。
（1）体积小，占地面积少；
（3）组装灵活；
（5）热损失小；
（7）板式换热器缺点是密封周边较长，容易泄漏，不能承受高压。
板式换热器有哪几部分组成？有什么作用？


1、传热板片
2、密封垫片
3、两端压板
4、夹紧螺栓
5、挂架




⒉固定压紧板
⒋夹紧螺栓
⒍下导杆


整机由真空钎焊而成。相邻的通道分别流动两种介质。相邻通道之间的板片压制成波纹。型式，以强化两种介质的热交换。在制冷用钎焊式板式换热器中，水流道总是比制冷剂流道多一个。






板式换热器的优点：
1、板式换热器传热系数高

2、板式换热器污垢热阻小


这是因为板间具有较高的端流，致使污混杂物悬浮，这时板作为传热面很光滑，即便污垢沉积挂于板上，板材表面不易腐蚀，这时湍流有助于自身洗涤，冲刷附着板上的污垢，起剥离作用。同时板间流动，空间小，使介质滞留量少，所以清洗起来简单方便。
4、板式体积小，因此向周围环境散失的热量也较少


在板式换热器发生泄漏对，板式换热器内的介质是泄漏在外表面，不是像列管换热器那样，发生于一次永与二次水互串，并在一般状况下不易发觉。
6、操作方便


根据不同的负荷，可把一个流通的板片数和程数相结合起来，所以板式组装灵活。如果采用中间连接板或中间隔板，可一个台架上装几个换热器，运行不同的负荷，这样可以减少系统中管线、阀门配件等设备，对降低工程造价，减少占地面积都有益处。
















换热器接管的颠倒放置




不要采用水平放置形式。
侧边朝下（图1）的放置稍好一些，估计用作蒸发器时容量会减少25%，
倾斜5 ~10°的BPHE可以把容量减少降低到能够接受的程度（图2）。
蒸发器应将制冷剂接管在上，防止汽阻塞（图3）。
换热器的安装和水侧管路布置


—在BPHE和支架之间加橡胶垫。
—直管段较长时，采用波纹管或其它吸振装置。
一个高于进口接管的回弯可以使水充满BPHE（图示）。
换热器的管路焊接

用溶剂对焊接表面清洗并去除油污。为避免氧化并冷却BPHE，将氮气吹过被焊接的管路。水侧管路通水并保持流动。焊接开始前就通水并持续到可以手摸BPHE为止。也可以在接管根部缠绕湿布或不断用水冲刷焊件。








钎焊换热器用于冷凝器/冷凝液液位（高度）控制的危险


冷凝器其他方面
冷凝器的压力降
大温差（小流量）下的允许压力降比小温差（大流量）下的允许压力降高，但温差不应小于1～2℃。


应保持尽可能低的设计冷凝压力，降低冷凝压力意味着给定制冷量下，减少压缩机的耗能，或压缩机耗能一定时，增加制冷量。冷凝温度与入口水温之差控制在5～10℃最为合适。


由于冷凝器循环的负荷（冷凝量）大于蒸发器循环的负荷（制冷量），所以最好让冷凝器循环呈逆流（热泵循环），蒸发器循环呈顺流（制冷循环）。
压力降






查验流量，温度和压力降等参数。判断什么现象引起压力降异常。






储液器压力控制阀与冷凝器之间距离大，意味着冷凝液在其液位升高以前不得不充满冷凝液管，即响应时间长，与此相反，当冷凝器排液时，响应时间短。
检查各种阀门的力学性能。尤其是膨胀阀，水中的杂质或因磨损而产生的金属碎屑，很容易阻塞流动并损坏阀门。如果流量减少是由堵塞所造成，其容量同样要降低。这种被堵塞的阀门会通过其不规则的控制运作和/或异常声音显露出来。
钎焊换热器用于蒸发器
对于与油互溶的制冷剂，如R22，油会影响沸腾放热系数，在R22中油的浓度在3～5%范围内，沸腾放热系数随油浓度的增加而增大，超过5%时，沸腾放热系数又降低。这种影响可用制冷剂-油混合物的表面张力降低，使更多的汽化核心起作用来加以解释。油浓度高时制冷剂中油的影响可以忽略，此时混合物粘度加大将起主导作用。
遗憾的是：预测沸腾放热系数是很困难的（＞9%的误差）。
幸运的是：上述的机理在工业，尤其在制冷蒸发器中起着次要作用。




直接膨胀式蒸发器








膨胀阀和蒸发器必须有相同的名义换热量和过热度。




























改变静过热度。将感温包安装离蒸发器远些。震荡是否仅在低容量下发生？具有非常低的流道流量的蒸发器，有时工作不稳定。冷凝器或储液器流量是否恒定？其特性参数是否恒定？是否有热气旁通控制或冻结保护，它们是否是震荡的来源？
尽量提高蒸发器中两种介质的温差，使膨胀阀曲线移到其斜率小于蒸发器曲线斜率的区域，提供了可允许的误差。检查系统的制冷剂充满度。如不足，储液器将跑干，膨胀阀制冷剂流量不规律，这样给蒸发器稳定性和容量带来影响。
容量不足


冷凝器和压缩机是否匹配，制冷剂中是否有水。在膨胀阀处水将变成冰，从而阻塞制冷剂流动。检查冷凝器压力。如果压力太低，没有足够的压力驱动制冷剂流过膨胀阀。
不稳定因素。它将导致容量降低。检查过热度，如果大于设计值，说明蒸发器应能蒸发比实际更多的制冷剂，即增大容量。可能由于太小的阀门，管道阻碍物，过滤器过脏，结冰，储液器跑干等等。由此蒸发器不能蒸发超过其进入量更多的制冷剂，并且进入量太少，致使容量太低。如果针对已被调好过热度，膨胀阀不能给予所需的容量，且静装配过热度设置小，系统将不可能提供更多制冷剂。
将感温包卸下，让其加热。感温包温度升高迫使膨胀阀达到最大容量值，看看容量增加了吗？制冷剂不断从有故障的热气旁通阀漏出。于是，降低了容量。检查膨胀阀的进口温度。如果具有相当高的过冷度，如装有回热器，相比于在冷凝压力下进入膨胀阀，有较少的液体蒸发。较低蒸汽干度降低传热系数。因此容量减少。
制冷剂侧的污垢
油（在传热面上产生绝热的油膜）。
磨损和破裂（压缩机的磨损，对传热不一定有害）。
清洗和预防
为了保证油在蒸发器中良好地通过，制冷剂蒸汽速度或者剪切应力越大越好。剪切应力正比于单位流道长的压力降。通常5KPa/m就足够了。
冷凝器水侧的污垢
自来水—水质和水温都很好。
由于水温低，而且一般可获得的数量很少，所以允许温升大于冷却塔水的水温升，而冷却塔水的温升在低流量条件下为10~15℃。
河水和湖水—盐浓度通常相当低，但是含有相当数量的固体颗粒。微生物活性（藻类，细菌和真菌）很高，有时会有农药。预处理是必需的，温度通常介于井水和冷却塔水之间。由于环境的原因，其温升不允许超过10℃。
盐水和海水—由于氯离子的腐蚀作用，不能用作BPHE的冷凝器的冷却介质。
冷凝器水侧污垢的清洗


氯化的水
预防不要在BPHE之前立即放置加氯点，应该尽量远些。
在BPHE进口，Cl2<0.5ppm。
氯化钙和溴化锂溶液浓缩的氯化钙溶液在高PH值和低温（<0℃）时，不腐蚀不锈钢。对25%浓度的氯化钙溶液，316L可用于温度<80℃，100%浓度时，可用于温度<20℃。如果用抗腐蚀剂如重铬酸盐，对溶液进行处理，它对铜同样有腐蚀性。当设备停止运行，且使溶液的温度升高，尤其是使溶液的PH值降低了，比
预防金属点腐蚀是一种很快的过程，对蒸发器内点腐蚀的影响可能是灾难性的。仅仅使用抗腐蚀的工业溶液。这种溶液正确地说明，它与铜和不锈钢是相容的。
制冷剂侧的腐蚀
HCFCS可能更容易分解，如果氧气存在，将加速分解。
高温。<100℃时，危险性很小，但当有催化剂时，分解将加快。镍，铬，钒等以及氧化物可以做催化剂。不锈钢在焊接时可形成这些氧化物。因此在焊接过程中不容许有氧化过程。
氨。干燥的氨不会对铜腐蚀。由于水份通常是存在的，在氨制冷系统中，不能用铜钎焊换热器。氨的热力特性意味着压缩机排气温度较高，有油分解的危险。这可能导致润滑故障，以及形成无腐蚀性的污垢。在油分解的过程中形成的酸将被氨中和掉。
预防经常检查干燥器。
检查过滤器。如果偶然发生堵塞，这可能是油分解物生成的迹象。


泄漏的查找
—检查停机程序和蒸发温度。冷凝器中压力是否得以控制？冬季最大冷凝压力低会迫使蒸发温度下降。
—检查来自其它设备的振动。是否有可减力或减振的弯头或波纹管？
—在水侧是否应用了电动阀或电磁阀？在BPHE之后安装电磁阀，可能导致水击。
—水中是否含有过量的氯离子或其它腐蚀剂？试取水样。
—在正对进水口处的反面盖板上是否有鼓包？
—接管连接是否密封？




BPHE冻结的防止/安装


水冻结过程
壁温恰好是0℃时，不会结冰，必须有一定的过冷度。
主流水温接近0℃时，冰层会逐渐加厚最后把整个流道阻塞。
在一个直接膨胀蒸发器里，制冷剂的进口温度通常要比蒸发温度高出1.5-2.5℃。流动形式一般是逆流，即温度ZD的水将遇到ZD温度的液态制冷剂。


在一般的稳定运行工况下，当壁温还没有降到0℃以下时蒸发温度可能已经远低于0℃了。但这种情况会在哪里发生？
—很难确定。取决于温度分布，水和制冷剂的压力降等因素。
—先在一个流道内结冰，流道阻力增加而使水流量减小，水温和壁温被冷却到更低的程度，结更多的冰，直至板片破裂。


—只要蒸发温度低于0℃，冻结都有可能发生。
乙二醇或盐溶液冻结时，形成的冰晶体中含有纯水，因此该冰晶体的融点是0℃。所以当温度升高时“冰"依然存在，与水结的冰将融化有所不同。
由于这种结冰滞后作用，可能在蒸发器中出现冰的集结现象。所幸的是溶液冰晶体中含有乙二醇或盐，因而它更象一团松散的泥浆而不象那样是坚硬的一块。


BPHE冻结的防止/热力和水力设计