（一）简介

板式换热器是近几十年来得到发展和广泛应用的一种新型高效、紧凑的换热器。它由一系列互相平行、具有波纹表面的薄金属板相叠而成，而螺旋板式换热器更为紧凑，传热性能更好。

（二）构造和工作原理

板式换热器由三个主要部件：传热板片、密封垫圈、压紧装置及其他一些部件，如夹紧螺柱、导杆和接管等组成，如图1所示。在固定压紧板上，交替地安放一张板片和一个垫圈，然后安放活动压紧板，旋紧压紧螺栓即构成一台板式热交换器。各传热板片按一定的顺序相叠即形成板片间的流道，冷、热流体在板片两侧各自的流道内流动，通过传热板片进行热交换如图2所示。

图1 压紧装置

图2 板式热交换器的流向示意图

（1）传热板片

传热板片是板式热交换器的关键元件。它的设计主要考虑两方面因素：①使流体在低速下发生强烈湍流，以强化传热；②提高板片刚度，能耐较高的压力。

传热板片的波纹形式对传热效率及流动阻力影响较大。为了满足不同传热工况的需要，人们已经研发出许多种类的波纹传热板片。其中，以人字形波纹板和水平平直波纹板应用最广泛。

人字形波纹板断面形状常为三角形，人字形之间夹角通常为。板式热交换器组装时，每相邻两板片是相互倒置的，从而形成网状触点，并使通道中流体形成网状流。据统计，装配后相邻板片间能形成多达每平方米投影面积上2300个支承触点。流体从板片一端的一个角孔流入，可从另一端同一侧的角孔流出，称为“单边流”，或从另一端另一侧的角孔流出，称之“对角流”。根据各种板片的对比试验表明，人字形波纹板片不仅刚性好，传热性能也较好。国内改进的人字形波纹板式水—水热交换器传热系数达到以上，压力降也得到了改善。一般来说，人字形波纹板的流阻较大，且不适宜于含颗粒或纤维的流体。

水平平直波纹板是一种断面形状为等腰三角形的水平平直波纹板。它的传热和流体力学性能均较好，水—水间传热系数可达。其它断面形状的还有有褶的三角形波纹（英国APV公司）、阶梯形波纹（日本蒸馏工业所制造的NPH型板），均属此类。

锯齿形波纹板的特点为组装后的流道断面积不变，因而阻力小，能在高速下运行。支承触点多，刚性大。但板面结构复杂，需要两套模具。近年来我国自行研制出鳞甲波纹形板式热交换器，并已投产。

图3 板式换热器的板片（水平波纹板）

不论何种板片，它们都具有以下共同部分：强化传热的凹凸形波纹；板片四周及角孔处的密封槽；流体进出孔（角孔，一般为圆形，大型冷凝器板片角孔常为三角形）；悬挂用缺口。板片组装后两板片间都有相互接触的地方，称为触点，其作用是在板片两侧出现压差时，保持流道的正常间隙形状，同时使流动“网状”化，强化传热。经验表明，合理的触点设计是提高板片耐压程度的有效途径。

板片材料有碳钢、不锈钢、铝及其合金、黄铜、蒙乃尔合金、镍、铝、钛等。目前应用最广的是不锈钢。由于钛的耐腐蚀性能好，特别是在含氯介质中，所以虽然钛很贵，钛板热交换器仍然比较广泛地用于腐蚀性较强的场合。板片的厚度很薄，为0.5～1.5 mm，通常为1 mm左右。制造板式热交换器的关键是板片的成型，目前几乎全是冲压型板。

（2）密封垫圈

为了防止流体的外漏和两流体之间内漏，必须要有密封垫圈。它安装于密封槽中，运行中承受压力和温度，而且受着工作流体的侵蚀，此外还要求在多次拆装后还要求它具有良好的弹性。对橡胶质量的要求除了耐蚀、耐温外，还要求其它物理性能满足下列要求：根据使用压力不同，硬度一般应在65～90邵氏硬度，压缩永jiu变形量不大于10% ，抗拉强度，延伸率≥200% 。板式热交换器运行中出现的故障，很少是板片或其它机件的损坏，大部分是垫圈发生问题，如脱垫、伸长、老化、断裂等。所以，对于板式热交换器的密封垫圈的材料有着特殊的要求，目前广泛应用的有：天然橡胶、丁睛橡胶、丁ben橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、硅橡胶等。它们的使用温度都在80～150℃以下。近年来研制出压缩石棉垫和石棉橡胶垫，操作温度提高到260～300℃。随着工艺对操作压力和温度提出更高的要求，板式热交换器的密封结构改进也成为人们的注意力集中点。密封问题之所以显得这样突出，是因为它的密封周边很长。如，一台装有200块板片，每片面积为0.5的板式热交换器，其垫圈总长达到约900m。再考虑到它的频繁拆卸和清洗，仍要保持不泄漏就并非易事。为了能更好地防止内漏，在密封垫上采用了双道密封。同时为了能及时发现内漏，许多厂家在密封垫圈上开有凹槽，通常称之为“信号孔”，一但出现泄漏，流体将首先由此泄出。

图4  密封垫圈

（3）压紧装置

它包括固定与活动的压紧板、压紧螺栓。它用于将垫圈压紧，产生足够密封力，使得热交换器在工作时不发生泄漏，通过旋紧螺栓来产生压紧力。对于大型板式热交换器，其密封压紧力甚至超过98×104 N，所以要有坚固的框架。在制造成本中，压紧装置占了一个相当大的比例。因此，应当注意板片尺寸和负荷的关系，如果条件许可，宜采用数量较多的小尺寸的板片，而使压紧装置费用相对降低。

板式热交换器所存在的主要问题是它的操作压力和温度的提高受到结构的限制。国内一般的板式热交换器只能用于0.6 MPa以下的压力和120～150℃的温度。目前在国内，经过板片型式和框架结构的改进，采用新型的密封垫片和板片材抖，耐压和耐温均已有相当大的提高。现在国内生产的板式热交换器的最da单片面积达到2.0，最gao工作压力1.6MPa，最gao工作温度200℃。对于许多工业的热工过程，尤其是流体有腐蚀性而必须使用贵重金属材料制造时，在压力1.5MPa和温度150℃以下的条件下，存在板式热交换器逐渐取代管壳式的趋势。至于板式热交换器由于流道狭窄和角孔的限制而难以实现大流量运行的问题，由于近年来大型板式热交换器的出现和采用多段并联操作的方法使得它已不成为主要的问题。

目前世界上可拆式板式热交换器所达到的主要技术指标如下：

为了解决可拆式板式热交换器的耐温耐压偏低问题，全焊式、半焊式的板式热交换器已经出现，使应用的范围大大扩展。其结构与常用的可拆式基本相同或为板壳形式。