板式换热器设计选型的一种计算方法

板式换热器设计选型的一种计算方法

1.本文概述

板式换热器，作为一种高效、紧凑且广泛应用于各种工业领域的

热交换设备，其设计选型对于确保设备性能、提高能源利用效率以及

降低运营成本具有至关重要的意义。本文旨在提供一种系统、全面的

板式换热器设计选型计算方法，帮助工程师和技术人员在实际应用中

能够更准确地选择合适的板式换热器，以满足特定的工艺要求。

本文首先介绍了板式换热器的基本原理和结构特点，包括其工作

原理、传热方式以及主要构成部件。随后，详细阐述了设计选型过程

中需要考虑的关键因素，如传热系数、压力降、换热面积等，并对这

些因素的计算方法进行了深入探讨。

在计算方法部分，本文提出了一种基于经验公式和计算机辅助设

计的综合选型方法。该方法结合了理论计算和实际工程经验，通过一

系列的数学模型和计算步骤，能够快速、准确地得出板式换热器的设

计参数和选型结果。同时，本文还强调了在实际应用中需要注意的问

题，如设计安全系数的选择、材料的选择和腐蚀防护等。

通过本文的介绍和计算方法的应用，工程师和技术人员将能够更

好地理解和掌握板式换热器的设计选型技术，为工业领域的热能传递

和能源利用提供更加高效、可靠的解决方案。

2.板式换热器的基本结构和工作原理

板式换热器，也称为板式热交换器，是一种高效、紧凑且适应性

强的热交换设备。其基本结构由一系列薄的金属板片堆叠而成，这些

板片之间形成了用于流体流动的通道。板片通常由不锈钢、钛或其他

耐腐蚀材料制成，以适应各种工作环境和流体介质。

板式换热器的工作原理基于热传导和时流换热。当两种不同温度

的流体分别流过板片的两侧时，热量通过板片从一种流体传递到另一

种流体。板片之间的小间隙和金属的高导热性使得热量传递非常迅速

和高效。通过调整板片的数量和排列方式，可以灵活地适应不同的换

热需求，从而实现高效、节能的运行。

板式换热器的另一个显著特点是其模决化设计。每个板片都可以

单独更换，这不仅简化了维护过程，还延长了设备的使用寿命。由于

板式换热器具有较小的体积和较轻的重量，它在空间受限的场合中特

别受欢迎。

板式换热器以其高效、紧凑和灵活的设计，广泛应用于化工、石

油、食品、制药等各个行业。其独特的工作原理和结构特点使得它在

现代工业中发挥着不可替代的作用。

3.板式换热器设计的理论基础

板式换热器设计选型是化工、能源、食品等多个行业中关键的工

程任务，其设计理论基础涉及热力学、流体力学、传热学等多个领域。

在设计过程中，需要综合考虑换热效率、流体特性、材料选择、经济

性等因素，以确保换热器能够在满足工艺要求的同时，保证设备的安

全性和可靠性。

热力学第一定律，即能量守恒定律，是换热器设计的基础。在板

式换热器中，热量从高温流体传递到低温流体，这一过程需要遵循能

量守恒的原则。设计时，必须确保热侧和冷侧的热负荷平衡，即热侧

放出的热量等于冷侧吸收的热量。

热力学第二定律，即嫡增原理，也对换热器设计有重要影响。在

实际的换热过程中，由于存在温差和压力差，会产生不可逆损失，导

致系统端增加。设计时需要尽量减少这些不可逆损失，提高换热效率。

流体力学原理主要涉及流体在换热器中的流动特性和压降」设计

时需要考虑流体的雷诺数(ReynoldsNumber),以判断流动状态是

层流还是湍流。不同的流动状态会影响传热系数和压降，进而影响换

热器的性能和能耗。

流体的粘度、密度、流速等物理性质也会对换热器的设计产生影

响。设计时需要根据流体的特性选择合适的通道尺寸和流速，以保证

良好的传热效果和合理的压降。

传热学原理是板式换热器设计的核心。传热过程通常包括对流、

负荷。这通常涉及到对流体的热容、流速、温差等参数的计算。

选择温差：确定换热器的最小允许温差，这通常取决于过程的要

求和流体的性质。温差的选择会影响到换热器的尺寸和成本。

计算传热系数：传热系数是评价换热器性能的重要参数，它取决

于流体的性质、流速、温度以及换热器的几何结构。通常需要通过实

验数据或者经验公式来确定。

确定换热面积：根据热负荷、传热系数和温差，可以计算出所需

的换热面积。这一步骤是选型计算中的核心，它直接关系到换热器的

大小和成本。

选择换热器类型和布局：根据计算出的换热面积，结合流体的性

质和操作条件，选择合适的换热器类型（如平板式、螺旋式等）和板

片布局（如直通道、波纹通道等）U

进行压力降和流速校核：在确定了换热器的类型和布局后，需要

校核流体通过换热器时的压力降和流速，确保它们在安全和经济的范

围内。

经济性评估：对不同方案进行经济性评估，包括初始投资、运行

成本和维护费用等，以确定最终的选型方案。

5.影响板式换热器性能的因素分析

首先是设计参数。板式换热器的设计参数，如板片数量、板片间

距、流道设计等，直接影响到换热器的传热效率和压力降。板片数量

增加，可以提供更多的传热面积，但也会增加流体通过时的阻力板片

间距的选择则需要在传热效率和流体阻力之间寻求平衡。流道设计则

直接决定了流体在换热器内的流动状态，合理的流道设计可以提高传

热效率并减少压力降。

其次是操作条件。操作条件如流体的流量、温度、压力等，对板

式换热器的性能有着显著影响。流量的增加可以提高传热效率，但也

会增加压力降温度的变化会影响传热系数，从而影响换热效率而压力

的变化则可能改变流体的物性，进一步影响传热过程。

再次是流体特性。流体的导热系数、粘度、密度等物性参数对板

式换热器的性能也有重要影响。导热系数高的流体具有更好的传热性

能，而粘度和密度则会影响到流体的流动状态和传热效率。例如，高

粘度流体在换热器内流动时，更容易形成边界层，降低传热效率。

最后是材料选择。板式换热器的材料选择，包括板片材料、密封

材料以及紧固件材料等，都会影响到换热器的性能和使用寿命。耐腐

蚀、导热性能好的材料可以提高换热器的耐用性和传热效率，而密封

材料的选择则直接关系到换热器是否会发生泄漏。

设计参数、操作条件、流体特性以及材料选择等因素都会对板式

换热器的性能产生影响。在实际应用中，需要根据具体的使用场景和

需求，综合考虑这些因素，进行合理的设计和选型，以确保板式换热

器能够发挥最佳的性能。

6.板式换热器材料的选择和腐蚀问题

板式换热器的性能和使用寿命在很大程度上取决于其材料的选

择。合适的材料不仅能够确保换热器的长期稳定运行，还能够有效防

止腐蚀问题的发生。在选择板式换热器的材料时，需要综合考虑工作

介质、操作温度、压力、以及可能存在的化学腐蚀等因素。

不锈钢是板式换热器最常用的材料之一，其优良的耐腐蚀性和机

械性能使其成为许多应用场合的首选。常见的不锈钢材质包括316L

等，其中316L不锈钢因其更好的耐腐蚀性，在一些高温、高氯离子

浓度的环境中更为适用。不锈钢材料也可能在某些特定条件下发生腐

蚀，如氯化物应力腐蚀和点蚀等，因此在选择时需要特别注意。

除了不锈钢，板式换热器还可以使用钛、但、哈氏合金等更为耐

腐蚀的材料。这些材料虽然成本较高，但在一些极端的工作环境下，

如高腐蚀性介质或高温高压环境中，能够保证换热器的长期稳定运行。

除了材料选择，防止板式换热器腐蚀的另一个重要措施是进行适

当的表面处理。常见的表面处理方法包括酸洗、钝化、喷砂等，这些

处理可以去除材料表面的氧化层、油脂等污染物，提高材料的耐腐蚀

性能。

板式换热器的材料选择和腐蚀防护是确保其长期稳定运行的关

键。在选择材料时，需要综合考虑工作条件、介质特性、以及经济成

本等因素，同时采取适当的表面处理措施，以提高材料的耐腐蚀性能,

延长换热器的使用寿命。

7.板式换热器的优化设计

在板式换热器的设计选型过程中，优化设计是一个至关重要的环

节。通过优化设计，可以进一步提升换热器的性能，实现更高效、更

可靠的热量交换。

优化设计需要考虑板式换热器的结构参数。这包括板片数量、板

片间距、板片材质和板片波纹形状等。通过合理调整这些参数，可以

优化热量传递的路径，提高传热效率。例如，增加板片数量可以增加

传热面积，从而增强换热效果而调整板片间距和波纹形状则可以影响

流体的流动状态和传热系数，进一步提高换热效率。

优化设计还需要考虑操作参数的影响。这包括流体的流速、温度、

压力和物性等因素。通过合理控制这些参数，可以优化热量传递的过

程，提高换热器的性能。例如，适当提高流体的流速可以增加传热系

数，从而增强换热效果而控制流体的温度和压力则可以保证换热器在

稳定运行的同时.，实现更高的换热效率。

优化设计还可以结合先进的数值模拟技术和实验方法。通过数值

模拟，可以预测和优化板式换热器的传热性能和流动特性而通过实验

验证，则可以确保设计方案的可行性和可靠性。这些方法的结合使用，

可以为板式换热器的优化设计提供有力支持。

板式换热器的优化设计是一个综合考虑结构参数、操作参数和数

值模拟技术的过程。通过优化设计，可以进一步提高板式换热器的传

热效率和稳定性，为工业生产和能源利用提供更加高效、可靠的解决

方案。

8.实际应用案例分析

在实际的工程应用中，板式换热器的设计选型是至关重要的环节。

本章节将通过一个具体的案例，详细阐述板式换热器设计选型计算方

法的实际应用。

案例背景：某化工厂需要为其生产过程中的热交换环节选择一款

合适的板式换热器。该化工厂的生产过程中，需要将一种高温流体与

另一种低温流体进行热交换，以实现工艺要求。为了保证热交换效果

和生产效率，化工厂需要对板式换热器进行合理的设计选型。

我们根据化工厂提供的工艺参数，包括流体的进出口温度、流量、

比热容等，以及换热器的工作压力和材质要求等信息，进行了初步的

数据收集和分析。在此基础上，我们采用了前述的板式换热器设计选

型计算方法，对换热器的传热面积、板片数量、板片间距等关键参数

进行了计算。

在计算过程中，我们充分考虑了流体的物性变化、热损失、污垢

热阻等因素对换热器性能的影响，并进行了相应的修正。同时，我们

还根据化工厂的实际需求，对换热器的结构形式、材质选择、密封方

式等进行了综合考虑，以确保所选板式换热器能够满足生产过程中的

长期稳定运行和维护方便。

最终，我们为化工厂推荐了一款合适的板式换热器，并提供了详

细的选型报告和安装维护建议。在实际运行中，该板式换热器表现出

了良好的热交换效果和生产效率，得到了化工厂的高度认可。

通过这个案例，我们可以看到，合理的板式换热器设计选型计算

方法不仅能够保证换热器的性能满足生产需求，还能够提高生产效率、

降低能耗和维护成本U在实际应用中，我们应该充分重视板式换热器

的设计选型工作，并采用科学、合理的设计选型计算方法来进行计算

和评估。

9.结论

板式换热器作为一种高效、紧凑的热交换设备，在众多工业领域

中发挥着重要的作用。本文提出的一种设计选型计算方法，为板式换

热器的合理选型和应用提供了理论支持和实际操作的指导。

本文首先回顾了板式换热器的基本原理和结构特点，然后详细介

绍了设计选型过程中需要考虑的关键因素，包括热负荷、流体性质、

工作压力和温度等。接着，通过理论分析和实验研究，本文提出了一

种基于热传递效率和流体流动特性的计算方法，旨在优化板式换热器

的设计参数，提高其热交换效率和运行稳定性。

该方法综合考虑了板式换热器的结构参数、流体流动状态和热传

递过程，通过数学模型和计算程序的建立，实现了对板式换热器性能

的快速预测和优化。在实际应用中，该方法能够帮助工程师根据具体

的工况要求，快速确定合适的板式换热器型号和参数，提高设备的运

行效率和经济效益。

本文还通过案例分析，验证了所提出计算方法的可行性和有效性。

结果表明，该方法能够准确预测板式换热器的热交换性能，为工程设

计和实际应用提供了有力的支持

本文提出的板式换热器设计选型计算方法具有理论意义和实际

应用价值。它不仅为板式换热器的设计选型提供了科学的依据，而且

为工业领域的热能利用和设备优化提供了新的思路和方法。随着技术

的不断发展和应用需求的不断提高，该方法将在未来的工程实践中发

挥更加重要的作用。

参考资料：

板翅式换热器是一种广泛应用于各种工业领域的高效热交换设

备。它以其紧凑的结构、高传热效率和广泛的应用范围而受到青睐。

为了充分发挥其性能，进行准确的传热计算至关重要。

板翅式换热器主要由一系列平行排列的板和翅片组成。板与板之

间形成通道，流体通过这些通道进行热交换。翅片则用于增加传热面

积，提高传热效率。这种结构使得板翅式换热器能够在较小的体积内

实现高效的热交换。

传热计算是基于热力学第一定律和传热学的基本原理进行的。在

板翅式换热器中，热量通过传导、对流和辐射三种方式传递。传导是

热量在固体中通过微观粒子的热运动进行传递；对流是热量通过流体

的运动进行传递；辐射则是热量以电磁波的形式在空间中进行传递。

传热系数的确定：传热系数是衡量换热器传热性能的重要参数。

它受到流体物性、流速、换热器结构等多种因素的影响V通过实验测

量或经验公式，可以确定给定条件下的传热系数。

传热面积的计算：传热面积是影响换热器传热效果的关键因素。

根据换热器的结构参数和传热系数，可以计算出所需的传热面积。

流体的热物性参数：流体的热物性参数如导热系数、比热容等，

对传热计算至关重要。这些参数可以通过查阅相关物性数据表或使用

物性计算软件获得。

热量平衡方程的建立与求解：根据传热原理和能量守恒定律，可

以建立热量平衡方程。通过求解该方程，可以得到换热器在不同工况

下的传热性能。

通过对板翅式换热器的传热计算进行优化，可以提高其传热效率、

降低能耗并延长使用寿命。在实际应用中，可以根据具体的工艺要求

和流体特性，选择合适的换热器结构参数和操作条件，以达到最佳的

传热效果。

板翅式换热器的传热计算是确保其高效、稳定运行的关键环节。

通过掌握传热计算的基本原理和方法，并结合实际应用需求进行优化

设计，可以为工业生产提供可靠的热交换解决方案。

板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的

一种高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量

交换。板式换热器是液一液、液一汽进行热交换的理想设备U它具有

换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、应用广泛、使

用寿命长等特点。在相同压力损失情况下，其传热系数比管式换热器

高3-5倍，占地面积为管式换热器的三分之一，热回收率可高达90%

以上。

板式换热器的型式主要有框架式（可拆卸式）和钎焊式两大类，

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。

可拆卸板式换热器是由许多冲压有波纹薄板按一定间隔，四周通

过垫片密封，并用框架和压紧螺旋重叠压紧而成，板片和垫片的四个

角孔形成了流体的分配管和汇集管，同时又合理地将冷热流体分开，

使其分别在每块板片两侧的流道中流动，通过板片进行热交换。

板式换热器的优化设计计算，就是在已知温差比NTUE的条件下，

合理地确定其型号、流程和传热面积，使NTUp等于NTUE。

由于不同的波纹板相互倒置，构成复杂的流道，使流体在波纹板

间流道内呈旋转三维流动，能在较低的雷诺数（一般Re=50~200）下

产生紊流，所以传热系数高，一般认为是管壳式的3、5倍。

在管壳式换热器中，两种流体分别在管程和壳程内流动，总体上

是错流流动，对数平均温差修正系数小，而板式换热器多是并流或逆

流流动方式，其修正系数也通常在95左右，冷、热流体在板式换热

器内的流动平行于换热面、无旁流，因此使得板式换热器的末端温差

小，对水换热可低于而管壳式换热器一般为5℃fff.

板式换热器结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式的2〜5倍,

也不像管壳式那样要预留抽出管束的检修场所，因此实现同样的换热

量，板式换热器占地面积约为管壳式换热器的1/5F/8。

只要增加或减少几张板，即可达到增加或减少换热面积的目的；

改变板片排列或更换几张板片，即可达到所要求的流程组合，适应新

的换热工况，而管壳式换热器的传热面积几乎不可能增加。

板式换热器的板片厚度仅为4〜8nim,而管壳式换热器的换热管的

厚度为（f5mnb管壳式的壳体比板式换热器的框架重得多，板式换热

器一般只有管壳式重量的1/5左右。

采用相同材料，在相同换热面积下，板式换热器价格比管壳式约

低40Q60%。

板式换热器的传热板是采用冲压加工，标准化程度高，并可大批

生产，管壳式换热器一般采用手工制作。

框架式板式换热器只要松动压紧螺栓，即可松开板束，卸下板片

进行机械清洗，这对需要经常清洗设备的换热过程十分方便。

板式换热器只有传热板的外壳板暴露在大气中，因此散热损失可

以忽略不计，也不需要保温措施。而管壳式换热器热损失大，需要隔

热层U

由于传热面之间的间隙较小，传热面上有凹凸，因此比传统的光

滑管的压力损失大。

由于内部充分湍动，所以不易结垢，其结垢系数仅为管壳式换热

器的1/31/

板式换热器采用密封垫密封，工作压力一般不宜超过5MPa,介

质温度应在低于250℃以下，否则有可能泄露。

由于板片间通道很窄，一般只有2~5mm,当换热介质含有较大颗

粒或纤维物质时，容易堵塞板间通道。

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）。

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根据单位空间内的换热面积的多少，板式换热器属于紧凑式换

热器，主要是与管壳式换热器进行比较，传统的管壳式换热器占地较

大。

2根据工艺用途，又有不同的叫法：板式加热器、板式冷却器、

板式冷凝器、板式预热器；

4根据两种介质的流动方向，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，后两者用的比较多；

5按照流道的间隙大小，分为常规间隙板式换热器和宽间隙板式

换热器；

6按照波纹，板式换热器有更详细的分别，不再累述，请参考：

板式换热器板片波纹形式。

板片型式或波纹式应根据换热场合的实际需要而定。对流量大允

许压降小的情况，应选用阻力小的板型，反之选用阻力大的板型。根

据流体压力和温度的情况，确定选择可拆卸式，还是钎焊式。确定板

型时不宜选择单板面积太小的板片，以免板片数量过多，板间流速偏

小，传热系数过低，对较大的换热器更应注意这个问题。

流程指板式换热器内一种介质同一流动方向的一组并联流道，而

流道指板式换热器内，相邻两板片组成的介质流动通道。一般情况下,

将若干个流道按并联或串联的方式连接起来，以形成冷、热介质通道

的不同组合。

流程组合形式应根据换热和流体阻力计算，在满足工艺条件要求

下确定。尽量使冷、热水流道内的对流换热系数相等或接近，从而得

到最佳的传热效果。因为在传热表面两侧对流换热系数相等或接近时

传热系数获得较大值U虽然板式换热器各板间流速不等，但在换热和

流体阻力计算时，仍以平均流速进行计算。由于形单流程的接

管都固定在压紧板上，拆装方便。

在板式换热器的设计选型时，一般对压降有一定的要求，所以应

对其进行校核。如果校核压降超过允许压降，需重新进行设计选型计

算，直到满足工艺要求为止。

关于传热系数和压降的计算，由各个厂家产品的性能曲线计算得

到。性能曲线（准则关联式）一般来自于产品的性能测试。对于缺少

性能测试的板型，也可通过参考尺寸法，根据板型的特性几何尺寸获

得板型的准则关联式，国际上的一些通用软件均采用这种方法。

关于板式换热器的选型软件，一般各自厂家根据自己的板型都有

自己的选型软件。国际上通用的软件有HTRI,HTFS等。通用的计算

软件公开的很少，国内一些网站如换热支持网站提供了板式换热器的

在线计算软件，可供参考使用。

主要表现为渗漏（量不大，水滴不连续）和泄漏（量较大，水滴

连续）。外漏出现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。

主要特征为压力较高一侧的介质串入压力较低一侧的介质中，系

统中会出现压力和温度的异常。如果介质具有腐蚀性，还可能导致板

式换热器密封垫片的腐蚀。串液通常发生在导流区域或者二道密封区

域处。

介质进、出口压降超过设计要求，甚至高出设计值许多倍，严重

影响系统对流量和温度的要求。在供暖系统中，若热侧压降过大，则

一次侧流量将严重不足，即热源不够，导致二次侧出温度不能满足要

求。

高效节能:其换热系数在3000〜4500kcal/m2•°C-h,比管壳

式换热器的热效率高夕5倍。

结构紧凑：板式换热器板片紧密排列，与其他换热器类型相比，

板式换热器的占地面积和占用空间较少，面积相同换热量的板式换热

器仅为管壳式换热器的1/5。

容易清洗拆装方便：板式换热器靠夹紧螺栓将夹固板板片夹紧，

因此拆装方便，随时可以打开清洗，同时由于板面光洁，湍流程度高,

不易结垢。

使用寿命长：板式换热器采用不锈钢或钛合金板片压制，可耐各

种腐蚀介质，胶垫可随意更换，并可方便在、拆装检修。

适应性强：板式换热器板片为独立元件，可按要求随意增减流程,

形式多样；可适用于各种不同的、工艺的要求。

不串液，板式换热器密封槽设置泄液液道，各种介质不会串通，

即使出现泄露，介质总是向外排出°

板式换热器已广泛应用于冶金、矿山、石油、化工、电力、医药、

食品、化纤、造纸、轻纺、船舶、供热等部门，可用于加热、冷却、

蒸发、冷凝、杀菌消毒、余热回收等各种情况。

太阳能利用：参与太阳能集热板中传热介质乙二醇等防冻液热量

交换过程，以达到利用太阳能目的。

化学工业：制造氧化钛、酒精发酵、合成氨、树脂合成、制造橡

胶、冷却磷酸、冷却甲醛水、碱炭工业、电解制碱。

钢铁工业：冷却淬火油，冷却电镀用液、冷却减速器润滑油、冷

却轧制机、拉丝机冷却液。

冶金行业：铝酸盐母液的加热和冷却，冷却铝酸钠，炼铝轧机润

滑油冷却。

机械制造业：各种淬火液冷却，冷却压力机、工业母机润滑油，

加热发动机用油。

制盐，乳品，酱油，醋的杀菌、冷却，动植物油加热、冷却，啤

酒生产中啤酒、麦芽汁的加热冷却，制糖，明胶浓缩，杀菌、冷却，

制造谷氨酸钠。

纺织工业：各种废液热回收，沸腾磷化纤维的冷却，冷却粘胶液,

醋酸和酸醋酎的冷却，冷却碱水溶液，粘胶丝的加热和冷却。

造纸工业：冷却黑水，漂白用盐、碱液的加热、冷却，玻璃纸废

液的热回收，加热蒸煮酸，冷却氢氧化钠水溶液，回收漂白张纸的废

液，排气的凝缩，预热浓缩纸浆似的废液。

油脂工业：加热、冷却合成洗涤剂，加热鲸油，冷却植物油，冷

却氢氧化钠，冷却甘油、乳化油。

船舶：柴油机，中央冷却器，卸套水冷却器，活塞冷却器，润

滑油冷却器，预热器，海水淡化系统（包括多级及单级）。

产生原因：①夹紧尺寸不到位、各处尺寸不均匀（各处尺寸偏差

不应大于3mm）或夹紧螺栓松动。②部分密封垫脱离密封槽，密封

垫主密封面有脏物，密封垫损坏或板式换热器密封垫片老化。③板

片发生变形，组装错位引起跑垫。④在板片密封槽部位或二道密封区

域有裂纹。实例：北京、青海和新疆等地的多个热力站均采用饱和蒸

汽作为一次侧热源供暖，由于蒸汽温度较高，在设备运行初期系统不

稳定的情况下，橡胶密封垫在高温下失效，引起蒸汽外漏。

处理方法：①在无压状态，按制造厂提供的夹紧尺寸重新夹紧

设备，尺寸应均匀一致，压紧尺寸的偏差应不大于±0.2N（mm）（No

为板片总数），两压紧板间的平行度应保持在2mm以内。②在外

漏部位上做好标记，然后换热器解体逐一排查解决，重新装配或更换

垫片和板片。③将开换热器解体，对板片变形部位进行修理或者更

换板片°在没有板片备件时可将变形部位板片暂时拆除后重新组装使

用。④重新组装拆开的板片时，应清洁板面，防止污物粘附着于垫

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板片泄漏槽处有轻微渗漏，造成

介质中有害物质（如C1）浓缩腐蚀板片，形成串液。实例：某铝业

有限公司硫酸系统中1台板片材料为254SMo的BR03板式换热器，

在运行5个月后出现冷却水侧碳钢接管腐她泄漏，酸液泄漏到了冷却

水侧。检查发现板片酸液进口处和导流区域有严重的腐蚀及开裂现象。

现场分析发现，系统运行温度、流量和浓度等工艺参数均超出设计条

件，使用温度远超出材料的适用范围。采用饱和蒸汽作为一次侧热源

的板式换热器在运行过程中容易发生板片腐蚀，导致产品串液。这是

由于蒸汽温度较高，设备运行中很容易造成橡胶密封垫在高温下失效,

引起蒸汽外漏并在二道密封区域急速冷凝。随着外漏的不断进行，冷

凝残液越聚越多，局部形成cl质量浓度较高区域，达到破坏板片表

面钝化层的腐蚀条件。同时，由于此区域板片冷冲压形成的内部应力

较大，在表面钝化层被破坏的情况下，内部应力作用导致应力腐蚀的

发生。

处理方法：①更换有裂纹或穿孔板片，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换热器维修组装时

夹紧尺寸应符合要求，并不是越小越好。④板式换热器板片材料合理

匹配。

产生原因：①运行系统管路未进行止常吹洗，特别是新安装系统

管路中许多脏物（如焊渣等）进入板式换热器的内部，由于板式换热

器流道截面积较窄，换热器内的沉淀物和悬浮物聚集在角孔处和导流

区内，导致该处的流道面积大为减小，造成压力主要损失在此部位。

②板式换热器首次选型时面积偏小，造成板间流速过高而压降偏大。

③板式换热器运行一段时间后，因板片表面结垢引起压降过大。

实例：2000年我厂为新疆用户提供了BRIO型板式换热器，用于

水一水换热的集中供热系统，一次供水设计温度为130℃。在换热器

设计选型时，传热导数偏高，接近5500w/(rn-K),而实际应在

3500w/(rn・K)。同时，设计单位在水泵选型时流量余量又偏大,

造成换热器二次侧介质板间流速超过1m/s,实际运行压降在2〜3

MPa,使得二次网水力平衡严重失调。

①清除换热器流道中的脏物或板片结垢，对于新运行的系统，

根据实际情况每周清洗一次。清洗板片表面水垢(主要指CaC03)时,

选用含3氨基磺酸溶液或含3乌洛托品、2苯胺、1硫氟酸钾的8硝

酸溶液作为清洗液，清洗温度40〜6。℃。不拆卸设备化学浸泡清洗

时，要打开换热器冷介质进、出口，或安装设备时在介质进、出口接

管上安装DN25清洗口，将配好的清洗液注入设备中，浸泡后用清水

清洗干净残留酸液，使PH27。拆开清洗时，将板片在清洗液中浸泡

30min,然后用软刷轻刷结垢，最后用清水清洗十净。清洗过程中应

避免损伤板片与橡胶垫。若采用不拆卸机械反冲洗方法，应事先在介

质进、出口管路上接一管口，将设备与机械清洗车连接，把清洗液按

介质流动的反方向注入设备，循环清洗时间10〜15min,介质流速

控制在05〜15m/s。最后再用清水循环儿遍，使清水中C1质量浓度

控制在25mg/I以下。

②二次循环水最好采用经过软化处理后的软水，一般要求水中

悬浮物质量浓度不大于5mg/L^杂质直径不大于3mm、pH27。当

水温不大于95℃时，Ca、Mg浓度应不大于2mmol/L；当水温大于

95℃时，Ca、Mg浓度应不大于0.3mmol/L,溶解氧质量浓度应

不大于0.1mg/Lo

产生原因：①一次侧介质流量不足，导致热侧温差大，压降小。

②冷侧温度低，并且冷、热末端温度低。③并联运行的多台板式换

热器流量分配不均。④换热器内部结垢严重。

处理方法：①增加热源的流量或加大热源介质管路直径。②平

衡并联运行的多台板式换热器的流量°③拆开板式换热器清洗板片表

面结垢。

板水加热器的主要控制参数为水加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K、设计压力、工作压力、热媒

参数等。

2.选用换热器时，应尽量使换热系数小的一侧得到大的流速，

并且尽量使两流体换热面两侧的换热系数相等或相近，提高传热系数。

经换热器加热的流体温度应比换热器出口压力下的饱和温度低10℃,

且应低于二次水所用水泵的工作温度。

4.选用板式换热器时，温差较小侧流体的接口处流速不宜过大,

应能满足压力降的要求。

5.对于流量大允许压力降小的情况应选用阻力小的板型，反之,

选用阻力大的板型。

7.不宜选用单板面积太小的板片，以免板片数量过多，板间流

速偏小，降低传热系数。

5.连接换热器的管道应进行清洗，防止砂石焊渣等杂物进入换

热器，造成堵塞。

6.换热器应以最大工作压力的5倍做水压试验，蒸汽部分应不

低于蒸汽供汽压力加3MPa；热水部分应不低于4MPao

GB50242-2016《建筑给水排水及采暧工程施工质量验收规范》

3.在隔离阀和交换器间装上球阀（不小于1英寸=54厘米），

进水和回水口都应安装。

4.接上输送泵和连接导管，使清洗剂从换热器的底部泵入，从

顶部流出。

5.开始向换热器里泵入所需要的清洗剂（比例可根据具体情况

调整）。

6.反复循环清洗到推荐的清洗时间。随着循环的进展和沉积物

的溶解，反应时产生的气体也会增多，应随时通过放气阀将多余的空

气排出。随着空气的排出，换热器内的空间会增大，可加入适当的水,

不要一开始就注入大量的水，可能会造成水的溢出。

7.循环中要定时检查清洗剂的有效性，可以使用PH试纸测定。

如果溶液保持在PH值2・3时，那么清洗剂仍然有效。如果清洗剂的

PII值达到5-6时，需要再添加适量清洗剂。最终溶液的PH值在2

-3时保持30分钟没有明显变化，证明达到了清洗效果。注意：清

洗剂可以回收后重复使用，排放会造成浪费。

8.达到清洗时间后，回收清洗溶液。并用清水反复冲洗交换器,

直到冲洗干净至中性，用PH试纸测定PH值6〜7。

9.完成清洗后既可开机运行。也可以打压试验，看是否有泄漏

现象。如果有泄漏，可以采用高分子复合材料进行修复保护，并且可

以大大延长设备的使用寿命。

10.设备稳定后，记下当前的介质过流量、工作压力、换热效率

等数据。

11.比较清洗前和清洗后数值的变化，就可以计算出该企业每个

小时所节省的电费、煤费等生产费用及提高的工作效率，这正是企业

采用技术应用的价值补偿。

13.如企业需要设备进行钝化预膜处理，可按以下流程进行操作:

将钝化预膜剂按推荐稀释比泵入设备中（同时在循环槽内悬挂试片）；

按推荐时间循环、浸泡；检测预膜效果（红点法或蓝点法）；排放；

水冲洗干净至中性（用PH试纸测定PH值6、7）。

14.钝化预膜结束后，最好采用风机等通风设备将系统吹干，可

确保并提升钝化预膜效果。

板式换热器是一种广泛应用于化工、石油、食品等领域的设备，

它可以将热流体的热量传递给冷流体，从而实现热量交换的目的。板

式换热器的设计选型对于其性能和寿命有着重要的影响，本文将介绍

一种板式换热器设计选型的计算方法。

板式换热器主要由传热板、密封件和支撑杆组成。传热板是板式

换热器的核心部件，它由一组平行的薄板组成，这些薄板之间有适当

的间距，以允许冷热流体通过°密封件和支撑杆则分别用于密封和支

撑传热板。

在设计选型过程中，需要先确定一些已知条件，包括：热流体的

流量和进出口温度、冷流体的流量和进出口温度、压力降等。同时，

还需要了解一些工艺条件，如：操作压力、介质性质（腐蚀性、结垢

等）、安装空间等。

根据已知条件和工艺条件，可以按照以下步骤进行板式换热器的

设计选型:

确定传热板的数量和排列方式。传热板的数量可以根据换热面积

和工艺条件来确定，排列方式则可以根据实际情况来选择交错排列或

并联排列。

计算传热板的传热面积。传热板的传热面积可以根据热量平衡方

程式来计算，即：Q二KXAXAToQ为热量，K为传热系数，A

为传热面积，AT为冷热流体之间的温差。

确定传热板的材质和厚度。传热板的材质需要根据介质性质来选

择，如不锈钢、碳钢等。厚度则可以根据承受的压力和工艺条件来确

定。

计算支撑杆的承载能力。支撑杆的承载能力需要根据传热板的重

量和使用场合来计算，以确保换热器在工作过程中稳定可靠。

确定密封件的类型和材料。密封件的类型可以选择橡胶圈或金属

垫片，材料则可以根据工作压力和温度来选择。

按照以上步骤完成设计选型后，便可以开始进行板式换热器的制

造和安装。这种计算方法具有以下优点：

可以根据已知条件和工艺条件来确定传热板的数量、排列方式、

材质和厚度，以及密封件的类型和材料，使得换热器更符合实际需求。

在确定传热板的数量和排列方式时，需要考虑到工艺条件的限制,

这需要一定的工程经验和技术水平。

在选择传热板的材质和厚度时，需要考虑到介质性质和使用条件

的影响，这需要一定的材料知识和使用经验。

板翅式换热器，通常由隔板、翅片、封条、导流片组成。在相邻

两隔板间放置翅片、导流片以及封条组成一夹层，称为通道，将这样

的夹层根据流体的不同方式叠置起来，钎焊成一整体便组成板束，板

束是板翅式换热器的核心。

板翅式换热器的出现把换热器的换热效率提高到了一个新的水

平，同时板翅式换热器具有体积小、重量轻、可处理两种以上介质等

优点。目前'板翅式换热器已广泛应用于石油、化工、天然气加工等

行业。

二十世纪三十年代，板翅式换热器首先在航空工业上被采用，它

结构紧凑、轻巧、传热效率高等特点引起了研究人员和设计工作者的

兴趣。随后在制冷、石油化工、空气分离、航空航天、动力机械、超

导等工业部门得到广泛应用，被公认是高效新型换热器之一。

1942年，美国的诺利斯首先进行了平直翅片、锯齿翅片、波纹

翅片、钉状翅片的传热机理研究，找出几种主要翅片的摩擦因子(f),

传热因子(j)与雷诺数(Re)的关系，为以后的研究与设计奠定了基础。

1947年美国海军研究署、船舶局、航空局合作在斯坦福大学拟

定了系统的研究计划并扩大了研究范围。

板翅式换热器发展中另一方面是制造工艺，对于结构复杂、隔板

和翅片又很薄的铝合金钎焊工艺掌握是在经历了一段相当漫长又曲

折过程，在突破许多关键技术后才达到今天的水平。现在国外板翅式

换热器最高设计压力可达lOMPa以上，最大芯体尺寸（LXWXH）

6000"7000X1200X1200mm,重达10吨以上，可以有十多种流体同时

换热。

我国是从20世纪60年代中期开始板翅式换热器试验研究，70

年代初期自行开发成功，并首先在空分设备上得到应用。90年代初,

杭氧厂引进美国S.公司大型真空钎焊炉和板翅式换热器制造技术，

板翅式换热器生产在我国得到飞速发展。现在已在空气分离、石油化

工（乙烯、合成氨、天然气分离与液化）、动力机械及航天（神舟号

飞船）等工业部门得到广泛应用°并有部分出口国外（美国、加拿大

等国）。

近十年来，我国板翅式换热器生产发展很快，设计和制造技术也

较成熟，已在空气分离、石油化工、动力机械及航空航天等上业部门

得到广泛应用，并有部分出口国外。

（1）传热效率高，由于翅片对流体的扰动使边界层不断破裂，

因而具有较大的换热系数；同时由于隔板、翅片很薄，具有高导热性,

所以使得板翅式换热器可以达到很高的效率。

(2)紧凑，由于板翅式换热器具有扩展的二次表面，使得它的

比表面积可达到1000m7m3o

(3)轻巧，原因为紧凑且多为铝合金制造，现在钢制，铜制，

复合材料等的也已经批量生产。

(4)适应性强，板翅式换热器可适用于：气一气、气一液、液

一液、各种流体之间的换热以及发生集态变化的相变换热。通过流道

的布置和组合能够适应：逆流、错流、多股流、多程流等不同的换热

工况。通过单元间串联、并联、串并联的组合可以满足大型设备的换

热需要。工业上可以定型、批量生产以降低成本，通过积木式组合扩

大互换性。

(6)容易堵塞，不耐腐蚀，清洗检修很困难，故只能用于换热

介质干净、无腐蚀、不易结垢、不易沉积、不易堵塞的场合°

通常由隔板、翅片、封条、导流片组成。在相邻两隔板间放置翅

片、导流片以及封条组成一夹层，称为通道，将这样的夹层根据流体

的不同方式叠置起来，钎焊成一整体便组成板束，板束是板翅式换热

器的核心，配以必要的封头、接管、支撑等就组成了板翅式换热器。

一台典型的板翅式换热器主要组成元件有翅片、隔板、封条、导

流片和封头等。

翅片是铝板翅式换热器的基本元件，传热过程主要通过翅片热传

导及翅片与流体之间的对流传热来完成。翅片的主要作用是扩大传热

面积，

提高换热器得紧凑性，提高传热效率，兼做隔板的支撑，提高换

热器的强度和承压能力。翅片间的节距一般从ImnT2nim,翅片的种类

和型式多种多样，常用的形式有锯齿型、多孔型、平直型、波纹型等，

国外还有百叶窗式翅片、片条翅片、钉状翅片等。

隔板是二层翅片之间的金属平板，它在母体金属表面覆盖有一层

钎料合金，在钎焊时合金熔化而使翅片、封条与金属平板焊接成一体。

隔板把相邻两层隔开，热交换通过隔板进行，常用隔板一般厚ImnT2nlm。

封条在每层的四周，其作用是把介质与外界隔开。封条按其截面

形状可分为燕尾槽形、槽钢形和腰鼓形三种。一般，封条的上下两个

侧面应具有3/10的斜度，以便在与隔板组合成板束时形成缝隙，利

于溶剂的渗透和形成饱满的焊缝。

换热器中主要是起流体的进出口导向作用，以利于流体在换热器

内的均匀分布，减少流动死区，提高换热效率。

封头也叫集流箱，逋常由封头体、接管、端板、法兰等零件经焊

接组合而成。封头的作用是分布和集聚介质、连接板束与工艺管道。

一台完整的板翅式换热器还应包括支座、吊耳、隔热层等附属装

置。支座与支架相连用来支承换热器的重量；吊耳为换热器吊装使用；

铝板翅式换热器外面一般都要考虑隔热。通常采用干燥珠光砂、矿渣

棉或硬性聚胺脂发泡等方法。

从传热机理上看，板翅式换热器仍然属于间壁式换热器。其主要

特点是，它具有扩展的二次传热表面（翅片），所以传热过程不仅是

在一次传热表面（隔板）上进行，而且同时也在二次传热表面上进行。

高温侧介质的热量除了有一次表面倒入低温侧介质外，还沿翅片表面

高度方向传递部分热量，即沿翅片高度方向，有隔板倒入热量，再将

这些热量对流传递给低温侧介质。由于翅片高度大大超过了翅片厚度,

沿翅片高度方向的导热过程类似于均质细长导杆的导热。此时，翅片

的热阻就不能被忽略。翅片两端的温度最高等于隔板温度，随着翅片

和介质的对流放热，温度不断降低，直至在翅片中部区域介质温度。

板翅式换热器的制造工艺有如下几种：非焊接的粘接、有溶剂的

盐浴钎焊、无溶剂的真空钎焊和气体保护钎焊

板翅式换热器所用的材料，应根据换热器不同的用途和操作条件

选用，常用材料有铝，铝合金、铜、黄铜、银、钦、不锈钢、因科银

合金等。其中因铝和铝合金有较好