更新时间：2024-09-21 10:40
板式换热器是由一系列具有波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热装置。其主要由框架和板片两大部分组成，一系列板片间形成了薄矩形通道，并借助板片进行了热量交换。板式换热器是液—液、液—汽进行热量交换的理想设备。
板式换热器主要包括螺旋板式换热器、平板式换热器、板翅式换热器及板壳式换热器等几种形式。板式换热器的型式主要有框架式（可拆卸式）和焊式两大类，板片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板片三种。
它具有换热率高、热损小、结构紧凑轻便、占地面积小等优点。与管式换热器在相同压力损耗下，其传热系数比管式换热器高3~5倍，占地面积却仅为管式换热器的1/3，其热回收率更是高达90%，但板式换热器一般不能承受高温高压。
板式换热器的发展已经一百多年的历史。1878年，德国就发明了板式换热器，并申请了专利。1886年，法国M.Malvazin首次提出设计了沟道板板式换热器。1923年，铃木APV公司的R.Seligman成功设计了可以批量生产的板式换热器。1928年，Peach\u0026Silkborg公司也制造出了他们的第一台板式换热器。直到1930年后，才有采用不锈钢和铜薄板压制的波纹板片制作的冷却器，这使得板式换热器的板片从沟道板的形式跨入现代薄板压制的波纹板形式。1932年，De Laval在德国的子公司也制造了第一台板式换热器。
小行星3789对于板式换热器的研发开始于20世纪60年代。1965年，中国兰州石油化工机器厂根据一些设计资料，制作了平直波纹板片的板式换热器，这是中国首家生产的板式换热器。1971年，兰州石油机械研究所制造了中国第一台人字形波纹板片的板式换热器。1983年，该研究所还组织了板式换热器的技术交流大会，这促进了中国板式换热器的发展。1980年后，包括清华大学、河北工业大学、天津大学等高校都对板式换热器的的换热、流体阻力等方面展开了研究。
板式换热器由一组具有特殊波纹的薄金属板构成，板与板之间凭借垫片保持间距形成流道，板上留有的孔道使换热流体通过，拉纤将多块板夹紧并固定于能拆卸的盖板之上，从而组成一台换热器。
板式换热器基本组成结构如下图：
1、前支柱
2、活动压紧板
3、上导杆
4、密封垫片
5、板片
6、固定压紧板
7、下导杆
8、压紧螺柱与螺丝螺母
1、传热系数高；
传热系数一般为1300~4000kcal/m2·°C·h，最高可达5000kcal/m2·°C·h，且板式换热器是在低流速下强化传热的过程，当Re约等于200时，根据它的传热系数来说，其阻力损失是比较低的。在同一压力损失下，板式换热器传递的热量是管壳式换热器的6~7倍。
2、结构紧凑、占地面积小；
板式换热器的结构紧凑，板片间距一般只有2~8mm，且板片表面的波纹也极大的增加了有效换热面。对于板间距只有4~6mm的换热器来说，每立方米可达二百五十平方米的换热面积。因此，它的占地面积小。
3、操作灵活性大；
可以在不同的位置设置中间隔板，从而使一台设备同时适应几种介质、几种操作，管式换热器则需要数台。除此之外，板式换热器可以通过增加或减少板片的方法有效快速的，增大或减少传热面积。若产品工艺要求发生变化，其还可以进行板片的重新排列，形成新的流程组合。
4、应用范围广泛；
其处理的对象从水到高粘度的甚至非牛顿型的液体、从小直径固体颗粒到含纤维的悬浮液，都可处理。从工艺角度看，其可用于加热、冷却、冷凝等诸多连续反应过程。
5、金属耗材低；
对于人字形波纹板，若不考虑框架重量。每平方米的换热所需消耗的金属为7.7公斤，最低的可到7公斤每平方米。而同参数的管壳式冷却器将消耗更高。
6、热损耗小；
板式换热器由于只有板片周边与垫圈暴露于空气中，所以其热损失系数一般只有0.1%，也不需要采用保温层。
7、安装、检查、拆洗方便；
因为不需要地脚螺钉安装，板式换热器很容易进行拆卸安装、板片检查、清洗等一系列工作。
8、使用寿命长
板式换热器具有使用寿命长的特点。
1、密封周边长，增加渗漏可能性；
板片的整个周边及角孔周围都需要设置垫圈，这常常使得一台设备的垫圈长度动辄就达上百米甚至上千米。而设备在实际使用过程中，也需要频繁的拆卸清洗，又受介质的热和腐蚀的影响，垫圈容易受到损害。过长的垫圈密封周边还加大了渗漏的概率。
2、垫圈耐温性不高；
垫圈的材料虽然从天然橡胶发展到了合成橡胶以及石棉纤维等新型材料，但它们的操作温度都没突破300°C。大多用于生产的垫圈其耐温性不超过150°C，这与化工、石油等很多工艺要求不符合。
3、承重能力低；
平板是几何结构中受力最差最不能抵抗变形的构件，尽管现代板片采用了波纹结构设计，在一定程度上增加了其刚性，但它的最大承受压力也只有25kg/cm2，这一点无法满足很多工艺的要求。
4、不易于处理结垢和堵塞物料
虽然板式流道内的强烈湍流、快速加热和低的壁温有助于减少污垢的形成。但当液体中含有较大颗粒，尤其是颗粒直径接近于板间距时，或者其所处理介质非常容易结垢时，板片会比管式换热器更容易结垢和堵塞。
5、处理量小
由于板间的间隙很小，使得通道的横断面也小，再加上冷却器一般采取低速操作，这就导致其在单位时间内处理量都不太大。尽管它可以通过改变其流程组合来提高处理量，但它的处理能力仍赶不上其他换热器。
板式换热器的主要控制参数包括板式换热器的单板换热面积、总换热面积、热水产量、换热量、传热系数、设计压力、工作压力、热媒参数等。
一般情况下，板式换热器可根据结构（外形）来区分，可分为四类：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、板卷式冷却器（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。
除以上分类外，经常用到的分类情况如下：
1、按单位空间的换热面积量：板式换热器是紧凑式换热器，与传统管壳式换热器相比，其占地面积相对较小。
2、根据工艺用途可分类为：板式加热器、板式冷却器、板式冷凝器、板式预热器。
3、根据流程组合可分为：单程板式换热器和多程板式换热器。
4、根据介质的流动方向可分为：顺流（并流）板式换热器、逆流板式换热器、交叉流（横流）板式换热器。
5、按流道的间隙大小可分为：常规间隙板式换热器和宽间隙板式换热器。
6、按产品是否成套可分为：单机板式换热器、板式换热器机组。
板式换热器选型需要遵循3个比较重要的大原则：板型、流程和流道、压降校核。
第一大原则：看板型，板型或波纹式应根据换热场合的实际需要确定。对于流量大、允许压降小的情况，应选用阻力小的板型，否则，应选用阻力大的板式。根据流体压力和温度，确定选择可拆卸式冷却器还是钎焊式换热器。在确定板型时，不宜选择单板面积过小的板，以避免板数过多、板间流量小、传热系数低。对于较大的换热器，这个问题更应引起重视。
第二大原则：看流程和流道，流程是指板式换热器中一种介质在同一流动方向上的一组并联的流道。流道是指板式换热器中由相邻两块板组成的介质流道。一般是将几个流道并联或串联，形成冷热介质通道的不同组合。应根据传热和流体阻力计算确定流程组合，并满足工艺要求。尽量使冷、热水通道中的对流换热系数相等或接近，以获得最佳的换热效果。
第三大原则：看压降校核，在板式换热器的设计选型中，一般对压降有一定的要求，因此应进行校核。如果校验压降超过允许压降，则需要重新计算设计和选型，直至满足工艺要求。
现板式换热器选型计算一般都采用软件选型。常规手算方法和公式如下：
（1）求热负荷Q
Q=G．ρ．ＣP．Δt
（2）求冷热流体进出口温度
t2=T1+ Q /G ．ρ ．ＣP
（3）冷热流体流量
Ｇ=Q / ρ ．ＣP ．(部落2t1 )
（4）求平均温度差Δtm
Δtm=(T1t2)-(T2-t1)/In(T1-t2)/(T2-t1)或Δtm=(T１-t2)+(T2-t1)/2
（5）选择板型
若所有的板型选择完，则进行结果分析。
（6）由Ｋ值范围，计算板片数范围Ｎmin，Ｎmax
Ｎmin = Q / Kmax ．Δtm ．F P ．β
Ｎmax = Q / Kmin ．Δtm ．F P ．β
（7）取板片数N（Ｎmin≤Ｎ≤Ｎmax ），若N已达Ｎmax，做（5）。
（8）取N的流程组合形式，若组合形式取完则做（7）。
（9）求Re，Nu
Re = W ．de/ ν
Nu =a1．Rea2．Pra3
（10）求a，K传热面积Ｆ
a= Nu ．λ/ de
K= 1 / 1/ah+1/ ac+γc+γc+δ/λ0
F=Q /K ．Δtm ．β
（11）由传热面积Ｆ求所需板片数ＮＮ
ＮＮ= F/ Fp+ 2
（12）若N＜NN，做（８）。
（13）求压降Δp
Eu = a4．Rea5
Δp = Eu ．ρ．W2 ．ф
（14）若Δp＞Δ允 ，做（８）；
若Δp≤Δ允 ，记录结果 ，做（８）。
注:
1.（1）（2）（3）根据已知条件的情况进行计算。
2.当T1t2=T2-t1时采用Δtm = (T１-t2)+(T2-t1)/2
3.修正系数β一般0.7～0.9。
4.压降修正系数ф ，单流程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为常系数。
关于板式换热器的选型软件，每个厂家一般都有自己的选型软件。国际上通用的软件有HTRI、HTFS等。小行星3789公开的选型软件较少。再者还是需要对厂家实地考察，不能完全依靠计算软件。
板式换热器最初是作为卫生设备应用于食品工业。随着其在实践中优越性能逐渐被开发出来，其应用领域扩展到了医药、油脂、冶金、机械、电力、染料等各工业部门。
化学工业：主要通过加热或冷却各种化学介质来进行热回收。包括制造、酒精发酵、冷却甲醛水、树脂合成、电解制碱等。
医药工业：用于纯净的药品类、工业用药品以及药品外的其他成品。包括冷却酵母、冷却水、冷却丁醇、抗生素生产中发酵介质的加热、杀菌、热回收和冷却等。
油脂工业：主要用于制造洗涤剂和植物油的精炼。包括冷却氢氧化钠、冷却丙三醇、加热鲸油、冷却乳化油等。
钢铁工业：用于冷却火油、工作母机用的润滑油以及电镀用液体在内的表面处理液。包括冷却减速器的润滑油、加热或冷却镀铬用液体、冷却轧制机和拉丝机冷却液等。
金属业及电镀业：主要用于淬火油和电镀用液体的冷却。包括制造铜箔、电镀防蚀铝、钢琴丝的淬火、制造轴承等。
冶金工业：主要用在精炼金属方面。包括制铝时对铝酸盐母液的加热和冷却、精炼铝冷却铝酸钠、炼金时回收电解用液体的废热。
机械制造工业：用于冷却淬火油及润滑油。包括一般机用钢材的淬火、液压传动系统和齿轮箱润滑油冷却、冷却淬火油等。
汽车制造业：用于冷却各种机械的润滑油、镀铬用液体以及淬火油。包括冷却压力机的润滑油、工作母机的润滑油、以及冷却各种钢材的淬火油等。
食品工业：板式换热器最早涉及的领域，主要用于各种液态食品的加热、冷却、杀菌和热回收。包括制造谷氨酸钠、酱油、发酵、制盐等。
棉纺业及染色业：主要用于从废液中回收废热。包括染色机废液的热回收、洗毛机废液的热回收、再生含碱液的热回收、丹宁的加热等。
人造纤维、合成纤维：主要用于回收废热以及冷却高粘度的粘胶液。包括回收人造纤维废液的废热、冷却碱水溶液、冷却氨水、溶剂的冷却等。
造纸：主要用于废热回收。包括冷却黑水、回收漂白纸张时的废热、冷却毒性水溶液、玻璃纸废液的热回收等。
其他工业：除上述工业外，板式换热器还可应用于船舶、陶瓷、水泥、玻璃等工业。
外漏
外漏主要分为渗漏( 量不大，水滴断断续续) 和泄漏( 量大，水滴连续，喷液) 。出现外漏的主要部位为板片与板片之间的密封处 、板片二道密封泄漏槽部位以及端部板片与压紧板内侧。
内漏
板片如有破损会造成介质互串，压力较高一侧的介质串入压力较低一侧的介质中，系统会出现压力和温度的异常。如果介质具有腐蚀性，还可能将管道中其他设备的腐蚀。串液通常发生在导流区域或二道密封区域。
供热达不到需求
主要特征是出口温度偏低，达不到设计要求，不能满足生产需要。
产生原因：①紧固尺寸不到位、各处尺寸不均匀( 各处尺寸偏差不应大于3 mm) 或夹紧螺栓松动。②操作不当导致部分密封垫碳化( 蒸汽换热) ，橡胶垫失效，未排气橡胶垫脱离密封槽。③密封垫主密封面有脏物，密封垫损坏或冷却器垫片老化。④板片发生变形，组装错位引起跑垫。⑤在板片密封槽部位或二道密封区域有裂纹。
处理方法：①在无压状态，按工厂提供的紧固尺寸或检修前实际测量的尺寸重新夹紧设备，尺寸应均匀一致，压紧尺寸的偏差应不大于± 0． 2 n mm( n 为板片总数) ，两压紧板间的平行度应保持在 2 mm 以内。应采取对角紧固的方式进行紧固，边紧固边测量，尺寸一致时换下一组。②加强操作人员的培训，使操作人员熟练掌握板式换热器的操作规程。③在外漏部位作好标记，然后逐一解体冷却器排查解决。④将换热器解体，对板片变形部位进行修理或更换板片。若没有板片备件，可暂时将变形部位板片拆开修理后重新组装使用。⑤重新组装拆开的板片时，应清洁板面，防止脏物附着于垫片密封面。
产生原因：①由于板材选择不当导致板片腐蚀产生裂纹或穿孔。②操作条件不符合设计要求。③板片冷冲压成型后的残余应力和装配中夹紧尺寸过小造成应力腐蚀。④板片腐蚀后有轻微渗漏造成介质互串，腐蚀设备。如：中盐吉兰泰硫酸清净过程中，硫酸与 7 ℃ 水进行换热，在正常生产中，7 ℃ 水系统的管线发生不同程度的泄漏，7 ℃ 水泵的压力及流量下降，经检查，叶轮腐蚀严重，7 ℃水 pH 值显酸性。
处理方法：①换掉有裂纹或穿孔的板片，在现场用透光法查找板片裂纹。②调整运行参数，使其达到设计条件。③冷却器组装时夹紧尺寸应符合要求，并不是越小越好。如果全部更换为橡胶垫，紧固尺寸可以适当放大到 3 ～ 5 mm，以免板片变形而影响后续检修工作。④工艺运行稳定可靠，板式换热器板片材质材料合理匹配。
产生原因：①循环水系统水质差。② 板片流道结垢严重。如：中盐吉兰泰板式换热器换热效果差，拆解换热器后发现: 进口杂物较多，板片流道结垢严重，板片三分之二以上流道被堵塞。
处理方法：①进行循环水水质改造。降低一次水补充量，将工艺系统中母液生化水及中水回收利用作为循环水补充，这样钙镁杂质、硬度较循环水降低; 设置循环水深度处理装置，循环水中泥沙等杂质经压滤后去除，循环水的水质大为改善。②循环水进口处加装滤网。③定期对板片进行清理。
英国APV公司：该公司1923年就成功设计出了第一台工业性的板式换热器。30年代后期，英国人Go-odman提出阶梯形断面的平直波纹，并用薄板压制成型，此类板片是APV公司的专利产品。该公司的产品可用于200多种介质的换热。
alfa laval公司：该公司于1930年生产了第一台板式巴式灭菌器。在1960年就采用了人字形波纹板片。1970年发展了钎焊板式换热器，1980年又对板片的边缘作了改变，增加了其产品的抗压能力。该公司在26个国家设有专门的办事机构，并在99个国家都有销售网点。
GEA AHLBORN公司：该公司有Free-Flow和Varitherm两个系列产品。Free-Flow为弧形波纹板片，Varitherm为人字形波纹板片。
W.Schmidt公司：德国著名的板式换热器制造商。早期产品有截球形波纹板片，现已停产。该公司的Sigma板片，除小面积的为水平平直波纹外，都为人字波形板片。且同一单板面积、外形尺寸、垫片槽尺寸的板片都有两种人字角的人字形波纹。
HISAKA公司：日本著名的板式换热器制造商。该公司于1950年试制板式换热器，1954年其成功研究EX-2型板片，1955年生产了第一批产品。该公司生产水平平直波纹和人字形波纹两大类冷却器，同时也生产板式蒸发器、板式冷凝器。
国家标准
GB/T 28712.2-2023国家标准《热交换器型式与基本参数 第2部分：固定管板式热交换器》
行业标准
工程标准
GB50242-2016《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》
CJJ28-2014《城镇供热管网工程施工及验收规范》
图集标准
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板式热交换器选型. 风机汇.2023-11-28
全国标准信息公共服务平台.全国标准信息公共服务平台.2023-12-02
GB50242-2016建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范.pdf.标准库.2023-12-02
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国家建筑标准设计网.国家建筑标准设计网.2023-12-02