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最全面的板式換熱器知識(原理、結構、設計、選型、安裝、維修)

2017-12-26  yaohbsg

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,通過板片進行熱量交換。板式換熱器是液—液、液—汽進行熱交換的理想設備。它具有換熱效率高、熱損失小、結構緊湊輕巧、佔地面積小、安裝清洗方便、應用廣泛、使用壽命長等特點。本課件由暖通南社獨立完成整合編輯,歡迎轉載,但請註明出處。

最全面的板式換熱器知識(原理、結構、設計、選型、安裝、維修)

板式換熱器基本結構及運行原理

板式換熱器的型式主要有框架式(可拆卸式)和釺焊式兩大類,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。

釺焊換熱器結構

主要結構

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上導杆

⒍下導杆

⒎後立柱

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。

整機由真空釺焊而成。相鄰的通道分別流動兩種介質。相鄰通道之間的板片壓制成波紋。型式,以強化兩種介質的熱交換。在製冷用釺焊式板式換熱器中,水流道總是比製冷劑流道多一個。

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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,而Q2和Q4容納另一種介質。

所有都是螺桿和螺栓結構,便於現場拆卸和修復。

運行原理

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,構造包括墊片、壓緊板(活動端板、固定端板)和框架(上、下導杆,前支柱)組成,板片之間由密封墊片進行密封並導流,分隔出冷/熱兩個流體通道,冷/熱換熱介質分別在各自通道流過,與相隔的板片進行熱量交換,以達到用户所需温度。

每塊板片四角都有開孔,組裝成板束後形成流體的分配管和彙集管,冷/熱介質熱量交換後,從各自的彙集管迴流後循環利用。

換熱原理:間壁式傳熱。

單流程結構:只有2塊板片不傳熱-頭尾板。

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雙流程結構:每一個流程有3塊板片不傳熱。

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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。傳熱係數低,阻力小。適用於大流量,傳熱弱(低比熱或温差小)的情況,如:環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。傳熱係數高,阻力大。適用於小流量但傳熱強(高比熱,有相變或大温差)的情況,如:製冷劑相變傳熱。
M:通道由相鄰大/小夾角的板片組成的通道。傳熱係數和阻力介於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,並根據特殊的工況定身量做和選型。

理論上,一台換熱器可以混用不同類型的流道,如H型之後是M型。

但對於有相變的情況,這會導致第一個H流道和最後一個M流道之間介質的分配失調,因此,在各類製冷用BPHE中不予採用。

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

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注:巧克力分佈去:使流體均勻流過整個板片,在 A 和B處的壓力降相同,使在這裏的壓力損失最小,把壓力降用於有效的傳熱,允許平行流AlfaLaval 創造發明創造,現已被廣泛應用。如下圖。

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平行流與對角流:

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平行流的優勢:一塊板片 & 一條密封墊,同一的板片在板片組裏,旋轉180º可以用於二邊通道備件損耗小。完全滿足對角流所有的功能,較高的設計壓力或使用較薄的板片沒有交叉出管口。

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關於板片材質

不鏽鋼:指耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質和酸、鹼、鹽等化學浸蝕性介質的鋼,又稱不鏽耐酸鋼。實際應用中,常將耐弱腐蝕介質的鋼稱為不鏽鋼,而將耐化學介質的鋼稱為耐酸鋼。兩者在化學成分上存在一定差異,前者不一定耐化學介質腐蝕,而後者則一般均具有不鏽性。不鏽鋼的耐蝕性取決於鋼中所含的合金元素。

耐腐蝕機理:鉻是不鏽鋼獲得耐蝕性的基本元素,當鋼中含鉻量達到12%左右時,鉻就與腐蝕介質中的氧作用,在鋼表面形成一層很薄的氧化膜( 自鈍化膜Cr2O3),極難溶於水,可進一步阻止氧與鐵腐蝕。同理,破壞鈍化膜Cr2O3 就意味着破壞其抗氧腐蝕能力。

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

不鏽鋼中其餘添加元素也均發揮不同作用。像Mo會在一定程度上抵消氯離子引起的腐蝕,但是也有一個適用範圍。

常用不鏽鋼:304,316屬於奧氏體不鏽鋼,其牌號為國外叫法的簡寫(一般均為進口),為300系列。美國牌號是美國鋼鐵協

會AISI標準,日本是日本工業協會標準SUS。中國主要用成分表示,見下表。

304、304L、316、316L的成分區別。L的含義是Low,表示更低含量的碳。帶L的焊接性能好,數字一樣的話,成分除碳以外其餘成分無大區別。又由於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最大區別為Mo(鉬)含量不同,所以316抗氯離子濃度能力要比304強。也是我們選用304還是316的主要依據。兩種材質在耐受的氯離子濃度見下頁表格,板材的補充説明:

不鏽鋼在含氯介質中的使用範圍(mg/L)(在水介質中與ppm百萬分之一等同)
板片材料/温度25℃50℃75℃100℃120℃
304/304L10075402010
316/316L4001801205025
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和使用條件補充

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

1)304不鏽鋼:使用於有機和無機介質中,濃度<30% 温度<=100/濃度﹥30% 温度﹤50的硝酸温度﹤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,濃度小於50%的醋酸和苛性鈉溶液,醇類和丙酮等溶劑,温度小於100度的稀硝酸(﹤20%)稀磷酸(﹤30%),但不適於硫酸。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高級不鏽鋼,提高了MO 含量,是對316進行改良的超級不鏽鋼。具有優良的耐氯化物和縫隙腐蝕的性能。適用於含鹽水,無機酸。

6)SMO654比254更好的材料,可用於冷的海水。

7)RS-2(0Cr20Ni26Mo3Cu3Si2Nb)不鏽鋼,這是國產的相當於316,耐應力腐蝕更好,可用於80度以上的濃硫酸。(濃度90%---98%)

備註:具體可見下表:

關於板式換熱器墊片

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。墊片的質量好壞直觀地影響換熱器的質量和形象。在暖通行業,墊片主要為橡膠製品,受温度、介質影響大,因此在製作過程中受配方、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,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,報警信號孔靈敏。

3、免粘接結構,拆裝方便。

墊片的品牌:國內用户認可的膠條生產廠家:如

1、國內品牌:武漢派克(北京市場很認)、西安聯誼、江蘇啓東等。

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、介質的温度,見下表: 2、介質的腐蝕性

板式換熱器在暖通空調領域的應用

區域供熱系統

熱電聯產系統

地熱水供暖系統

即熱式生活熱水系統

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即熱式特點

可保證用户隨時隨地均有熱水供應,系統緊湊,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

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半即熱式特點

需要較小的鍋爐容量,需要較小的熱交換器,儲罐內易生長細菌,需要額外的地方安放儲罐。

游泳池恆温保持系統

太陽能熱水系統

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供冷空調系統

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冷凝器側應用:

1 冷卻塔水冷卻凝結水

2 海水、河水或井水冷卻凝結水

3 乙二醇冷卻凝結水

4 短路冷凍機組系統

5 地下水冷/熱源系統

6 熱回收系統

冷凝水側熱交換器可以起到以下作用:

保護冷凝器免受污染、結垢和腐蝕

代替冷凝器承受冷卻水側壓力

能夠在季節許可時不運行冷凍機組

能夠實現熱回收

節省昂貴的添加劑

冷卻塔水冷卻凝結水

海水、河水、或井水冷卻凝結水

乙二醇冷卻凝結水

短路冷凍機組系統

地下水冷/熱源系統

熱回收系統

蒸發側的應用:

1 壓力接力系統

2 分離冷卻循環水 (無壓力接力功能)

3 蓄冰系統

4 區域供冷系統

5 天花板供冷系統

蒸發器側熱交換器可以起到以下作用:

避免冷凍機組承受高壓(壓力接力系統)

減少昂貴、低效添加劑的用量

分離冷卻水系統,以保證局部系統清潔度很高(電子元件生產)

減少泄漏所帶來的損害

壓力接力系統

分離冷卻循環水系統

蓄冰系統

蓄冰系統設計基本要素:

設定空調要求

運行方案

全蓄冰系統

部分蓄冰系統

冷凍機組為主系統

蓄冰為主系統

區域供冷系統

天花板供冷系統

空調系統其它應用方案

1 夏、冬季供冷、熱轉換

2 冷凍水預冷卻系統

板式換熱器在供冷空調系統中的優勢

1. 傳熱係數高,對數温差可作到0.5度。

2. 體積小,重量輕,便於安裝,可放置於設備層。

3. 易於拆卸,方便清理內部污垢。

4. 結構堅固,可承受較高工作壓力,最高 3.0MPa。

5. 換熱效率高,降低運行成本。

6. 固定投資低。

板式換熱機組基本原理

流經用户散熱片後的低温水(二次回水)經過濾器除污後,由循環泵加壓進入換熱器,吸收一次熱媒放出的熱量,達到供水設定温度後,再流向供熱管網對用户進行供熱;

熱源經一次熱網(一次水)流經過濾器、調節閥、進入換熱器放熱後(二次水),由熱媒回水管返回熱源(二次回水)被加熱後再次參與循環換熱;

補水泵根據系統運行情況適時對二次循環水系統進行定壓補水。

選型要點及原則

1、流速及取值:

①、換熱管網流速:指進、出水管路,見流速表。

②、機組總管流速: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(總片數減二)

①、換熱面積的計算:

換熱面積=換熱量/換熱係數/對數平均温差/污垢係數

②、換熱量的計算:

換熱量=建築面積*採暖熱指標(即熱負荷,見指標表)

3、介質參數:

①、區域供暖:暖氣採暖/地熱採暖:110/75 ℃ - 50/75

②、區域供暖:地熱採暖:110/75 ℃- 40/50 ℃

③、樓宇空調:風機盤管採暖: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:游泳池恆温供水:110/70 ℃ - 10/40 ℃

⑥、超高層空調製冷:冷水轉換:7/11 ℃ - 8/12 ℃

板式換熱器選型計算的方法及公式

現今板式換熱器選型計算一般都採用軟件選型。常規手算方法和公式如下:

(1) 求熱負荷Q

Q=G.ρ.CP.Δt

(2) 求冷熱流體進出口温度

t2=t1 Q /G .ρ .CP

(3) 冷熱流體流量

G=Q / ρ .CP .(t2-t1 )

(4) 求平均温度差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,則進行結果分析。

(6) 由K值範圍,計算板片數範圍Nmin,Nmax

Nmin = Q / Kmax .Δtm .F P .β

Nmax = Q / Kmin .Δtm .F P .β

(7) 取板片數N(Nmin≤N≤Nmax )

若N已達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 ,記錄結果 ,做(8)。

注: 1.(1)、(2)、(3)根據已知條件的情況進行計算。

2.當T1-t2=T2-t1時採用Δtm = (T1-t2) (T2-t1)/2

3.修正係數β一般0.7~0.9。

4.壓降修正係數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.a1、a2、a3、a4、a5為常係數。

選型計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熱負荷WCp比熱KJ/kg℃
ρ流體密度Kg/ m3Δtm平均温差
G體積流量m3/sF傳熱面積m2
K傳統係數W/ m2℃W流 速m/s
T1、T2熱介質進出口温度t1、t2熱介質進出口温度
m流程數n流道數
α對流換熱係數W/ m2℃f單通道截面積m2
ν運動粘度m2/sλ介質導熱係數W/ m℃
Δp阻力損失MpaEuEu = Δp / ρ. W2無量綱
Re雷諾數Re = W .de /ν無量綱de當量直徑m
NuNu = de.α / γ無量綱Pr普朗特數
λ0板片導熱係數W/ m℃t板 厚m
β修正係數h、c熱、冷介質角標
γP熱介質污垢熱阻m2℃/Wγc冷介質污垢熱阻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——熱負荷

K——傳熱係數

F——換熱面積

Δt——傳熱温差(一般用對數温差)

傳熱係數取決於換熱器自身的結構,每個不同流道的板片,都有自身的經驗公式,如果不嚴格的話,可以取2000~3000。最後算出的板換的面積要乘以一定的係數如1.2。

應用及安裝

換熱器接管的顛倒放置

換熱器的安裝姿勢

應垂直安裝。

不要採用水平放置形式。

只有在全面試驗並作出評估以後才能如下圖示方法安裝。

側邊朝下(圖1)的放置稍好一些,估計用作蒸發器時容量會減少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製冷劑從下面兩個接管出入,防止液阻塞(圖2)。

蒸發器應將製冷劑接管在上,防止汽阻塞(圖3)。

換熱器的安裝和水側管路佈置

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不要讓震動和管道的熱膨脹波及到換熱器。可採取:

—在BPHE和支架之間加橡膠墊。

—壓縮機採用減振器。

—直管段較長時,採用波紋管或其它吸振裝置。

如果水路從上部接管接入並且壓力降較小,低於相應的靜壓差,那麼,水就不會充滿BPHE。換熱器的上部形成空氣腔並阻塞部分傳熱面。

一個高於進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並去除油污。

為避免氧化並冷卻BPHE,將氮氣吹過被焊接的管路。

水側管路通水並保持流動。焊接開始前就通水並持續到可以手摸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%,釺焊應在低於650 ℃下進行。

任何情況下焊件都不應超過800 ℃。

TIG(鎢極惰性氣體保護電弧焊)焊接和保護氣是放熱量最少的焊接法,應儘量採用。

在管口壓降較大時,換熱器的不均勻分佈

釺焊換熱器排汽和排水(某些流程須配置一些附加接管)

釺焊換熱器用於冷凝器/冷凝液液位(高度)控制的危險

避免在一台冷凝器內使冷凝液進一步過冷,由於K冷凝遠大於K過冷,過冷麪積和冷凝面積的轉換會引起大的容量變化,結果可能是控制問題併產生震盪。除此以外惰性氣體還會在冷凝器內被有效分離,並浮在其上部。

冷凝器其他方面

冷凝器的壓力降

製冷劑通常在強制壓力下運行,該壓力使足夠的壓力降可資利用。

大温差(小流量)下的允許壓力降比小温差(大流量)下的允許壓力降高,但温差不應小於1~2℃。

管口的壓力降應小於20%的總壓力降,否則從第一個到最後一個通道會發生分配不均。

冷凝器的冷凝壓力

應保持儘可能低的設計冷凝壓力,降低冷凝壓力意味着給定製冷量下,減少壓縮機的耗能,或壓縮機耗能一定時,增加製冷量。冷凝温度與入口水温之差控制在5~10℃最為合適。

壓縮機運行過程中,應保持壓力不變,當冷卻水温降低時,冷凝壓力至少不應降低到限定值,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

由於冷凝器循環的負荷(冷凝量)大於蒸發器循環的負荷(製冷量),所以最好讓冷凝器循環呈逆流(熱泵循環),蒸發器循環呈順流(製冷循環)。

壓力降

從經濟觀點出發,可把壓力降調整到一個合理的值,壓力降小於0.2~0.3MPa時,在釺焊換熱器內不會有侵蝕的危險。

流量和壓力降必須同時計算,以便求出最佳值。

殼管式或套管式換熱器利於在大流量,低壓力降下工作,而釺焊換熱器則相反。

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

冷凝器故障診斷

容量不足

查驗流量,温度和壓力降等參數。判斷什麼現象引起壓力降異常。

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温度變化。大温差有可能是惰性氣體阻塞,或水側阻塞,要不然是製冷劑流動受阻

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。

檢查冷凝器液體側中污垢情況和製冷劑側中潤滑油情況

蒸發器和壓縮機是否匹配。

檢查壓縮機。在額定壓力下壓縮機是否排出足夠的製冷劑到冷凝器。

若排出的比吸入的多,多出的製冷劑不能在冷凝器內冷凝,使容量降低。是否由於壓縮機磨損造成製冷劑的內部泄漏?轉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,這意味着冷凝液液位過高,阻塞了冷凝器用於冷凝的加熱表面。此現象可能是系統中的製冷劑充灌量太多。

不穩定性

儲液器壓力控制閥與冷凝器之間距離大,意味着冷凝液在其液位升高以前不得不充滿冷凝液管,即響應時間長,與此相反,當冷凝器排液時,響應時間短

檢查各種閥門的力學性能。尤其是膨脹閥,水中的雜質或因磨損而產生的金屬碎屑,很容易阻塞流動並損壞閥門。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則的控制運作和/或異常聲音顯露出來。

釺焊換熱器用於蒸發器

沸騰放熱係數

對於與油五溶的製冷劑,如R12,油的影響可以提高沸騰放熱係數,在R22中油的濃度在3~5%範圍內,沸騰放熱係數隨油濃度的增加而增大,超過5%時,沸騰放熱係數又降低。這種影響可用製冷劑-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。油濃度高時製冷劑中油的影響可以忽略,此時混合物粘度加大將起主導作用。

遺憾的是:預測沸騰放熱係數是很困難的(>9%的誤差)。

幸運的是:上述的機理在工業,尤其在製冷蒸發器中起着次要作用。

在圓形流道中垂直,向上的兩相流流態圖

直接膨脹式蒸發器

製冷劑流入蒸發器進口處已部分汽化,一般對R22入口蒸汽幹度約為25%,製冷劑是飽和狀態,當液體在蒸發器中上升時,壓力降低(壓力降和靜壓的原因).温度將由進口處降至製冷劑都蒸發的狀態點.蒸汽將開始過熱.過熱度是變化的,對R22一般是5℃。

蒸汽過熱能保護壓機免受液滴(5%的不可壓縮油滴不會導致液擊)蒸發引起的衝擊.並能避免液滴沖走壓機中的油。

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

過熱度5 ℃可將R22(飽和温度0 ℃)含有1.8%的液滴蒸發為100%的飽和蒸汽(0℃)。

熱力膨脹閥的選擇和安裝

膨脹閥和蒸發器必須有相同的名義換熱量和過熱度。

兩隻表面上相同,而效應不同的閥門,應選擇斜率小的(如圖示)。

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萬一有可能發生不穩定的系統,蒸發器應該設計成其過熱度大於5℃的名義過熱度。由於正常設計預量和垢阻,實際設計應該如此。這會增大斜率,但是容量有一定損失。

選擇最大容量小於蒸發器零過熱度容量的閥門,如果震盪發生,也不會有未蒸發的製冷劑進入壓縮機的危險。

在換熱器中,由於管口速度低,危險在於:通過膨脹閥的氣態和液態製冷劑,可能分離而進入不同的流道。另一方面,如果管口流速過大,導致管口壓降相對於流道壓降要大,這將導致製冷劑分液不均。

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口管徑儘可能的小(如加裝一個帶有預混器的接管)。特別對低温製冷,欽寶的分配器是很有效的。其缺點是它很難應用於可逆的系統,即當用作冷凝器時,膨脹閥也應比通常情況稍大。

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感温包禁止安裝在管道底部,防止油的干擾。

製冷劑會從膨脹閥的填料盒泄露出來,因此液態製冷劑會和蒸汽一起進入壓縮機。一般 説明書説明,感温包應安裝在壓力錶的上游,以免讀數錯誤,但這意味着進入壓縮機的過熱度不正確。因此,如果蒸發器和壓縮機之間有足夠的距離,感温包要放在壓力錶下游 400~600mm外,液態製冷劑可充分蒸發。感温包將可測到正確的過熱度。傳壓管必須安裝在感温包的下游。

感温包和傳壓管必須安裝在水平彎頭之後的 一段水平管路上,彎頭充作汽液分離器,排除液態製冷劑和油對測量的干擾。

膨脹閥到蒸發器的管路應平直,並且與閥門出口管徑相同。

如果壓縮機與感温包和傳壓管之間距離太短 ,由於膨脹閥沒有時間對負荷作出響應,液態製冷劑有可能進入壓縮機。電磁閥應該儘可能近地安裝於膨脹閥前面。

蒸發器故障診斷

震盪(無論多麼謹慎,震盪都將發生)

改變靜過熱度。

將感温包安裝離蒸發器遠些。

震盪是否僅在低容量下發生?具有非常低的流道流量的蒸發器,有時工作不穩定。

冷凝器或儲液器流量是否恆定?其特性參數是否恆定?

是否有熱氣旁通控制或凍結保護,它們是否是震盪的來源?

儘量提高蒸發器中兩種介質的温差,使膨脹閥曲線移到其斜率小於蒸發器曲線斜率的區域,

提供了可允許的誤差。

檢查系統的製冷劑充滿度。如不足,儲液器將跑幹,膨脹閥製冷劑流量不規律,這樣給蒸發器穩定性和容量帶來影響。

容量不足

查驗流量,温度和壓力降等參數。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温度計。小温差很容易被不正確的温度計所掩蓋。

檢查蒸發器外表面的温度變化。大温差有可能是水側或製冷劑側分液不均。

通過温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。

檢查冰的形成。冰將損害傳熱,實際出口温度將升高。

檢查蒸發器液體側中污垢情況和製冷劑側中油垢情況。

冷凝器和壓縮機是否匹配

製冷劑中是否有水。在膨脹閥處水將變成冰,從而阻塞製冷劑流動。

檢查冷凝器壓力。如果壓力太低,沒有足夠的壓力驅動製冷劑流過膨脹閥。

不穩定因素。它將導致容量降低。

檢查過熱度,如果大於設計值,説明蒸發器應能蒸發比實際更多的製冷劑,即增大容量。

可能由於太小的閥門,管道阻礙物,過濾器過髒,結冰,儲液器跑乾等等。由此蒸發器不能蒸發超過其進入量更多的製冷劑,並且進入量太少,致使容量太低。

如果針對已被調好過熱度,膨脹閥不能給予所需的容量,且靜裝配過熱度設置小,系統將不可能提供更多製冷劑。

將感温包卸下,讓其加熱。感温包温度升高迫使膨脹閥達到最大容量值,看看容量增加了嗎?

製冷劑不斷從有故障的熱氣旁通閥漏出。於是,降低了容量。

檢查膨脹閥的進口温度。如果具有相當高的過冷度,如裝有回熱器,相比於在冷凝壓力下進入膨脹閥,有較少的液體蒸發。較低蒸汽幹度降低傳熱係數。因此容量減少。

製冷劑側的污垢

產生原因

油(在傳熱面上產生絕熱的油膜)。

油分解的產物(在壓縮機中被加熱到超過油的分解温度)。

磨損和破裂(壓縮機的磨損,對傳熱不一定有害)。

水(油和水以及油的分解物會形成污垢)

清洗和預防

通常不對製冷劑側進行清洗,除非系統被完全堵塞。這種污垢最可能是油極其分解物。可用一些合適的洗滌劑清洗。

為了保證油在蒸發器中良好地通過,製冷劑蒸汽速度或者剪切應力越大越好。剪切應力正比於單位流道長的壓力降。通常5KPa/m就足夠了。

冷凝器水側的污垢

水的類型

自來水—水質和水温都很好。

井水—相當冷且乾淨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)濃度有時會相當高。從簡單的過濾到精細的預處理可能是需要的。

由於水温低,而且一般可獲得的數量很少,所以允許温升大於冷卻塔水的水温升,而冷卻塔水的温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的井水温度高15~20℃。含鹽量會10倍於補充水。在污染嚴重地區,會夾帶灰塵和腐蝕性氣體。需要對其進行各種處理。冷卻塔通常設計成約5℃的水温降。

河水和湖水—鹽濃度通常相當低,但是含有相當數量的固體顆粒。微生物活性(藻類,細菌和真菌)很高,有時會有農藥。預處理是必需的,温度通常介於井水和冷卻塔水之間。由於環境的原因,其温升不允許超過10℃。

城市廢水—通常含有天然農藥,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。

鹽水和海水—由於氯離子的腐蝕作用,不能用作BPHE的冷凝器的冷卻介質。

冷凝器水側污垢的清洗

最全面的板式換熱器知識(原理、結構、設計、選型、安裝、維修)

水側的腐蝕

氯化的水

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

預防不要在BPHE之前立即放置加氯點,應該儘量遠些。

PH值愈高愈好,至少>7。

在BPHE進口,Cl2<0.5ppm。

水温50~60℃時,控制Cl-<150ppm,水温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值和低温(<0℃)時,不腐蝕不鏽鋼。對25%濃度的氯化鈣溶液,316L可用於温度<80℃,100%濃度時,可用於温度<20℃。如果用抗腐蝕劑如重鉻酸鹽,對溶液進行處理,它對銅同樣有腐蝕性。當設備停止運行,且使溶液的温度升高,尤其是使溶液的PH值降低了,比

如不適當地用水清洗後,則會引起金屬點腐蝕。上述性質同樣適用於溴化鋰溶液。

預防金屬點腐蝕是一種很快的過程,對蒸發器內點腐蝕的影響可能是災難性的。僅僅使用抗腐蝕的工業溶液。這種溶液正確地説明,它與銅和不鏽鋼是相容的。

製冷劑側的腐蝕

氫氟氯碳化物(HCFC)的分解產物。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。完全乾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的酸。

高温。<100℃時,危險性很小,但當有催化劑時,分解將加快。鎳,鉻,釩等以及氧化物可以做催化劑。不鏽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。

油分解過程中有機酸的形成。當有水存在時會加速。礦物油通常不會有麻煩。一些新型合成油含有非常活躍的雙鍵分子,與水或氧形成有機酸。

氨。乾燥的氨不會對銅腐蝕。由於水份通常是存在的,在氨製冷系統中,不能用銅釺焊換熱器。氨的熱力特性意味着壓縮機排氣温度較高,有油分解的危險。這可能導致潤滑故障,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。

預防經常檢查干燥器。

限制壓縮機出口温度。

檢查過濾器。如果偶然發生堵塞,這可能是油分解物生成的跡象。

在焊接接管時,應用氮氣保護(向接管和設備內吹入氮氣)。

BPHE的泄漏/不同類型的泄漏

泄漏的查找

系統檢查

—檢查停機程序和蒸發温度。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温度下降。

—檢查停車和啓動程序和如果熱衝擊可能發生的温度變化檢查。是否冷流體突然進入較熱的BPHE,或反之亦然?

—檢查來自其它設備的振動。是否有可減力或減振的彎頭或波紋管?

—在並聯壓縮機或BPHE情況下,當一台機組突然起動或停車時,可能會導致突然的壓力或温度波動。是否所有的BPHE都有自身的壓力控制器?

—在水側是否應用了電動閥或電磁閥?在BPHE之後安裝電磁閥,可能導致水擊。

—是否應用了通過調節運行時間可以半連續運行的閥門?這種閥門可能開1秒,關5秒,從關轉向開5秒,關1秒。它們是温度,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

—在正對進水口處的反面蓋板上是否有鼓包?

—兩側是否有變形跡象?

—接管連接是否密封?

—檢查外表是否有運輸或安裝損壞?

嚴重冰凍-水温控制不當,造成整台產品鼓起。
局部冰凍-水温控制不當,短期在低於0℃運行。
焊接接管時温控不當-施焊接管時,無恰當的降温措施,過高的温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,一段時間運行後板片被擊穿。
設計不當(中間隔斷095等)-雙系統中氟側中間隔斷處無加強板,一段時間運行後板片造成疲勞破壞。

BPHE凍結的防止/安裝

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水凍結過程

壁温恰好是0℃時,不會結冰,必須有一定的過冷度。

主流水温接近0℃時,冰層會逐漸加厚最後把整個流道阻塞。

在一個直接膨脹蒸發器裏,製冷劑的進口温度通常要比蒸發温度高出1.5-2.5℃。流動形式一般是逆流,即温度最低的水將遇到温度最低的液態製冷劑。

在一般的穩定運行工況下,當壁温還沒有降到0℃以下時蒸發温度可能已經遠低於0℃了。但這種情況會在哪裏發生?

—很難確定。取決於温度分佈,水和製冷劑的壓力降等因素。

—先在一個流道內結冰,流道阻力增加而使水流量減小,水温和壁温被冷卻到更低的程度,結更多的冰,直至板片破裂。

—只要蒸發温度低於0℃,凍結都有可能發生。

乙二醇或鹽溶液的凍結凍結時,形成的冰晶體中含有純水,因此該冰晶體的融點是0℃。所以當温度升高時“冰”依然存在,與水結的冰將融化有所不同。

由於這種結冰滯後作用,可能在蒸發器中出現冰的集結現象。所幸的是溶液冰晶體中含有乙二醇或鹽,因而它更象一團鬆散的泥漿而不象純冰那樣是堅硬的一塊。

BPHE凍結的防止/熱力和水力設計

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