可拆卸板式換熱器是一種高效節能型換熱設備,具有傳熱效率高,質量輕,占地面積小,易于維修等諸多優點。主要用于石油、化工、飲料、醫藥、城市集中供熱、輕工、紡織、造紙、油脂、船舶、冶金、動力(包括核電站)以及近海工程等領域。自2000年以來,我國可拆卸板式換熱器的設計和制造水平有很大提高,品種規格也不斷完善,應用范圍不斷拓寬。但與國外的應用情況及發展趨勢比較,我國產品還有較大的差距。

 　　1現狀

 　　1.1品種、規格

 　　自進入21世紀以來,常規對稱形、非對稱形、高NTU型(淺密波紋型)、免粘型、寬流道型、板式蒸發器、板式冷凝器等國外已有的可拆卸板式換熱器均已實現國產化,且已成功應用于不同的領域。

 　　目前,國內80%的企業仍以生產技術含量不高的常規普通型產品為主,與國際先進水平相比,我國產品在特殊品種方面還較缺乏,如性能先進的新型板式蒸發器、超大處理量的板式冷凝器以及特殊用途的激光半焊接產品等。國內只有個別企業開發了DN400、DN450或DN500的大角孔、大處理量的板式換熱器,但尚未形成系列,產量有限,且產品的性能水平、可靠性仍有待提高,尤其是受平板硫化機的限制,無法生產單張板片面積大于3.0 m2的墊片。而國外單張板片的最大換熱面積已達到3.8 m2,板片最小厚度為0.4 mm,單臺換熱器最大換熱面積可達3 000 m2(國內為1 500 m2),單臺換熱器組裝板片數可達1 000張(國內為600張)。板式冷凝器角孔最大公稱直徑為1 400 mm,蒸汽處理量可達40×104m3/h;板式蒸發器角孔最大公稱直徑為700 mm,介質蒸發量已達100 t/h。

 　　1.2性能

 　　受密封墊片性能的影響,目前國內可拆卸板式換熱器的最高設計溫度為180℃,最大設計壓力為2.5 MPa。

 　　板片波紋形式仍以人字形為主,各企業的板型均配備軟硬板,可實現熱混合設計,其NTU最大為5(國外最高可達7),可實現的末端最小溫差為1℃(國外為0.5℃)。介質為水-水逆流運行、定性溫度40℃、板間流速0.5 m/s下的傳熱系數可達5 000~6 500 W/(m2·K),接近國際先進水平。

1.3材料

      由于板片為模具冷壓成型,因而能夠進行冷拉(壓)成型的材料方能用于板式換熱器板片,目前國內板式換熱器板片所用材質主要為常規300系列奧氏體不銹鋼且以304、316L為主,其用量占全年總量的80%以上。對于國外已大量使用的904L、254SMO、654SMO等超級奧氏體不銹鋼,國內應用較少,且僅限于254SMO或同等級別的185N、AL 6XN,諸如鈦-鈀合金、鎳及其合金等特殊昂貴材料用量非常少,對于國外已成功使用的鉭金屬,國內至今仍未使用。

1.4密封墊片

密封墊片是可拆卸板式換熱器各主要零件中最薄弱的環節,其質量的好壞對耐壓和耐溫能力、可靠性和適用范圍等均有明顯影響。國內密封墊片制造企業經過近幾年的技術革新及內部質量控制,生產的墊片外觀質量和幾何尺寸的精度已達到國際先進水平,但仍有不小差距,主要表現在:①物理性能指標較低。如耐溫、耐老化、高溫壓縮永久變形、抗撕裂等性能有待進一步提高。②質量波動較大,隨批次而變。③品種少。例如,應用于水、汽等一般介質的密封墊片的配方、硫化工藝較成熟,但缺少耐溫性能好的丁腈橡膠(NBR)、三元乙丙橡膠(EPDM)和(膨脹)石墨墊片。沒有耐腐蝕、抗蠕變性能好的包覆聚四氟乙烯(PTFE)密封墊片。從事密封墊片幾何結構設計的人員對板式換熱器的板形結構不了解,對密封墊片的幾何形狀和壓縮量不能進行合理的控制,因而會影響墊片的使用和壽命(形狀過大宜造成板片變形,過小則會縮短密封壽命)。此外,設計人員也不能根據不同的墊片槽形狀設計相應結構的墊片,也不注意及時跟蹤板式換熱器最新板型的進展,造成板片結構已改變,但墊片的結構沒有變化。

       1.5制造

 　　板式換熱器的制造質量主要體現在換熱板片的成型精度,其成型精度的高低會嚴重影響整臺產品的承壓、傳熱與流阻特性等綜合性能,盡管文獻[3]已規定了換熱板片的成型偏差在其單板公稱換熱面積不大于0.3 m2、0.3~1.0 m2、大于1.0 m2時分別為±0.10 mm、±0.15 mm、±0.20 mm,此規定遠比國外各公司±0.10 mm的要求低,但國內部分企業仍達不到此要求,嚴重者超差±0.50 mm。同時還存在板片壓痕明顯、外觀質量較差及波紋變形等問題。

       由于換熱板片的精度欠佳及其與墊片的不合理匹配致使產品整機承壓能力下降或整機換熱面積無法提高,同時也影響了運行時的傳熱與流阻特性,增加了產品應用的局限性及不良影響。國內企業目前已普遍意識到對產品外觀質量的提高與改善,但對內在質量的控制重視不夠。主要存問題如下。

(1)板片成型專用油壓機性能欠佳板片成型的關鍵設備板片專用油壓機的精度與可靠性均不高,如結構不合理、整體鋼性弱,壓制板片加壓時,油壓機上、下工作臺首先變形,因而造成板片成型深度不均勻。由于油壓機液壓控制元件質量差,漏油現象嚴重,致使設備無法長時間運行在額定工作壓力下。另外,國內板片主要使用20 000 t以下的油壓機壓制,而用于大板型或超大板型成型的30 000 t、40 000 t油壓機的精度、可靠性更低,造成大規格板型的發展受到限制。

(2)模具精度低造成板片成型精度低的另一個原因是板片壓制模具結構不合理或精度達不到要求,這是由于我國產品的設計與模具的制造脫鉤,產品設計者對模具的設計和制造要求不高,對上、下模的間隙控制不合理,對板片的壓型回彈考慮不全面,造成所加工的模具不能準確反映設計意圖,偏離設計要求。表現在波紋的幾何形狀改變,嚴重者梯形波紋形狀已呈鋸齒形,板片減薄量過大,壓制如鈦、鎳等特殊板材的合格率較低。

 　　國內普遍缺乏高水平的模具設計及加工人員,且加工手段落后,部分企業仍采用數控銑床加工模具,只有個別加工企業完全采用數控加工中心,而國外著名大公司均采用高轉速(20 000 r/min)、高性能的專用加工中心及高質量的刀具來完成模具的加工,保證了模具的加工精度及使用壽命。

1.6應用

 　　我國可拆卸板式換熱器主要應用于城市集中供熱、石油、化工、輕工、冶金和電力等行業中溫度、壓力、介質不是非常苛刻的工況,其中每年用于城市集中供熱的可拆卸板式換熱器臺數約占產品總數的70%。盡管近幾年新的板型不斷問世,應用領域隨之拓展,如高NTU值板片的問世,使我國產品進入了傳熱溫差1℃的制冷空調領域;寬間隙板片的問世,使我國產品進入了酒精、制糖等粘性、顆粒性介質行業。但在核電、冶金、電力、船舶等大型產品及特殊板材需求量較大的領域仍然應用較少,主要原因是高技術含量產品的品種規格不全、質量性能水平低、可靠性不高以及工藝選型計算不準確等。

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