第一節(jié) 國內(nèi)市場最新技術(shù)運用狀況

1、氟塑料-石墨板式換熱器通過鑒定

由天華化工機(jī)械及自動化 研究 設(shè)計院（蘭州）于'十五'期間研發(fā)的大型氟塑料－石墨板式換熱器，近日通過中國石化股份有限公司組織的技術(shù)鑒定。與會專家一致認(rèn)為，該換熱器技術(shù)成果達(dá)到國際先進(jìn)水平。

氟塑料－石墨板式換熱器實際上是在傳統(tǒng)金屬板式換熱器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，將金屬換熱板片用非金屬材料制成的換熱板片（氟塑料－石墨復(fù)合材料板片）來代替，進(jìn)而制成換熱設(shè)備。它同時具有非金屬材料所具有的高耐腐蝕性和板式換熱器的高換熱效率，特別適用于化工、石油等腐蝕性較強(qiáng)的 行業(yè) 。由于具有板式換熱器的基本結(jié)構(gòu)，因而該產(chǎn)品具有目前國內(nèi)各種換熱器中最強(qiáng)的換熱效果，且使用壽命長、價格低。

該公司至今已為二十多家企業(yè)設(shè)計制造了七十余臺氟塑料－石墨板式換熱器，最長使用年限已超過10年，受到用戶好評。

2、自主研發(fā)首款銅合金板式換熱器面世

“板式換熱器的新藍(lán)圖——新型銅合金制板式換熱器全國首發(fā)儀式”在上海舉行，中國首款銅合金板式換熱器在該儀式上正式推出。專家認(rèn)為它的面世開拓了國內(nèi)板式換熱器市場的藍(lán)海。該產(chǎn)品充分利用了銅合金材料耐腐蝕、高導(dǎo)熱、抑菌等自身優(yōu)勢，經(jīng)濟(jì)實用、技術(shù)可靠，而且其關(guān)鍵部件——銅合金板材可以保證長期穩(wěn)定供應(yīng)。該產(chǎn)品由國際銅業(yè)協(xié)會（中國）、全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會熱交換器分技術(shù)委員會以及來自板式換熱器 行業(yè) 和銅加工 行業(yè) 的主要企業(yè)在自愿合作的基礎(chǔ)上自主研發(fā)，目前在我國尚屬首創(chuàng)，未來應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展空間非常廣闊。

第二節(jié) 國際市場最新技術(shù)運用狀況

隨著動力、石油化工工業(yè)的發(fā)展，其設(shè)備也繼續(xù)向著高溫、高壓、大型化方向發(fā)展。而換熱器在結(jié)構(gòu)方面也有不少新的發(fā)展。

1、可拆卸板式換熱器

板片種類繁多，但仍以人字形波紋板片為主。瑞典ALFA-LAVAL、英國APV、德國GEA和W.Schmidt、法國VICARB、日本HISAKA（日阪制作所）以及美國Tranter等公司的產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)，較有特色。

1.1"熱混合"設(shè)計的板式換熱器

傳熱單元數(shù)NTU（或θ）是表征板片和流道特性的系數(shù)。同一幾何尺寸和波紋結(jié)構(gòu)的板片NTU相同，只能組成單一特性的流道，不能滿足實際工況中非對稱流體傳熱的需要，故在PHE設(shè)計選型時，往往存在2種情況：①冷、熱流道內(nèi)的流速差別較大，低流速側(cè)壓力降過小，常需串連，導(dǎo)致?lián)Q熱面積過大，即"壓力降控制設(shè)計"。②滿足兩側(cè)壓力降要求時，換熱面積太小，傳熱量不夠，即"熱控制設(shè)計"。1983年，ALFA-LAVAL應(yīng)用"熱混合"設(shè)計原理，以高、低2種NTU值的板片組成高、中、低3種NTU值的流道，分別與冷、熱流體的需要"精確匹配"，可使PHE的性能和面積最佳化，較成功地解決了這些問題，被認(rèn)為是PHE設(shè)計應(yīng)用的一項重大突破。在充分利用允許壓力降的情況下，"熱混合"設(shè)計的換熱面積有時可比傳統(tǒng)的PHE減少25%～30%，現(xiàn)已普遍推廣。

1.2非對稱流道板式換熱器

這種產(chǎn)品的基本原理仍為"熱混合"。主要特點是：①冷、熱流道的幾何形狀和（或）截面面積不同。②冷、熱流體的流量比最大可到2～3，而常規(guī)的PHE僅0.7～1.5。

（1）非對稱板式換熱器在同一塊板片上，具有不同夾角的人字形波紋，可組成6種不同特性的流道，比"熱混合"PHE增加1倍，換熱面積可減少16%～20%，費用降低10%～20%，板片和模具的數(shù)量也大大減少，見圖1。1985年，瑞典Reheat公司首創(chuàng)該產(chǎn)品，并且譽(yù)為第二代PHE。Tranter和德國的Fischer公司等均有這種產(chǎn)品。

（2）不等流量液體板式換熱器ALFA-LAVAL生產(chǎn)1種冷、熱流體接管直徑不同，板片導(dǎo)流區(qū)結(jié)構(gòu)特殊的PHE，即使對最寬的板片也能保證流體均勻分布，壓力降小，傳熱性能好，可以用于冷、熱流體流量比為3的工況。

（3）板管式換熱器ALFA-LAVAL公司的Flow-Flex產(chǎn)品，在板片的一面可組成管狀流道，而另一面則為常規(guī)的板狀流道。冷、熱流體的流量比可達(dá)2，適用于低壓冷凝、汽化，以及含纖維和顆粒雜質(zhì)的流體。

（4）不等間距板式換熱器由2種板片分別組成板間距寬窄不同的流道。寬流道用于粘性或含纖維和顆粒雜質(zhì)的流體，而窄流道用于一般的液體。ALFA-LAVAL、W.Schmidt、Tranter等公司均有這種產(chǎn)品。Tranter公司可用同一種板片組成不等間距和等間距2種流道的PHE。

1.3自由流板式換熱器

流道間隙可達(dá)20mm，適用于冷、熱流體均為粘性或含纖維和顆粒雜質(zhì)的流體。設(shè)計壓力一般不超過1MPa（最高1.5MPa），同管殼式換熱器相比，傳熱性能更好，操作周期更長，清洗更方便。

（1）魚鱗形板式換熱器板片橫截面呈弧形，波紋為魚鱗形或"搓衣板"形，板片間沒有或僅有少數(shù)觸點，流體在這種流道內(nèi)暢通無阻。GEAAHLBORN、HISAKA、美國PAULMUELLER、Tranter和德國EduardAhlborn等公司均有類似的產(chǎn)品。

（2）寬間隙板式換熱器板片的波紋結(jié)構(gòu)基本上與常規(guī)板片相同，但有一些特制的深波紋（"筋"）起支撐和保持寬間隙的作用。ALFA-LAVAL公司的產(chǎn)品間隙為16mm，HISAKA公司的產(chǎn)品間隙為10mm和20mm，Tranter公司的板片波紋深度為常規(guī)板片的2～5倍。

1.4雙壁板式換熱器

以雙層板片代替單層板片，兩組雙層板片間用常規(guī)的墊片密封，適用于因泄漏而造成兩種介質(zhì)混合時，可能產(chǎn)生有害反應(yīng)或不良后果的工況（如化工、食品 行業(yè) ）。萬一發(fā)生泄漏，該介質(zhì)可由雙壁之間流出，以便從外部及時發(fā)現(xiàn)，采取措施。APV、ALFA-LAVAL均有此類產(chǎn)品。

1.5淺密波紋板式換熱器

板片的波紋淺而密，NTU值大，傳熱性能良好，適用于清潔流體。由于板片的剛性好，接觸點比較多，故壓力可達(dá)2～3MPa。ALFA-LAVAL、HISAKA、Tranter等公司均有此類產(chǎn)品。

1.6石墨板式換熱器

ALFA-LAVAL與德國SIGRIGreatLakesCarbon公司合作開發(fā)了1種名為DiabonF100的石墨板式換熱器，適用于高合金和貴金屬也難處理的強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)。波紋板片由石墨與氟塑料配制的復(fù)合材料壓制而成，板片之間由耐腐蝕密封劑密封。該產(chǎn)品不僅耐腐蝕，且傳熱性能好，熱膨脹量小，不易塑性變形，設(shè)計溫度140℃，設(shè)計壓力0.6MPa，總傳熱系數(shù)達(dá)2230W／（m2.K）。用于化工、石油化工和醫(yī)藥等 行業(yè) ，可代替浸漬合成樹脂的管殼式、石墨塊和Teflon換熱器。

1.7非粘貼密封墊片

傳統(tǒng)的粘貼式墊片工藝繁雜、費時費料、裝拆不便，甚至可能因粘接劑、清洗劑中的有害成分影響人體健康和導(dǎo)致板片墊片槽腐蝕開裂。因此，非粘貼密封墊片的應(yīng)用越來越廣，某些場合也可采用局部粘貼方法。一般，裝（換）1條墊片僅需幾分種，時間和勞動量分別比粘貼式墊片節(jié)省80%～95%和70%，尤其便于現(xiàn)場更換，使維修費用及停工損失大大減少。

非粘貼墊片和板片相應(yīng)部位均具有特制的結(jié)構(gòu)形狀，兩者用機(jī)械方法連接，品種較多，大致可分為"嵌入式"和"夾卡式"兩類，適用的溫度達(dá)165℃，壓力2.5MPa。ALFA-LAVAL、APV、GEA、美國ITT和HISAKA等公司均各有專利產(chǎn)品。

1.8可靠的板片定位系統(tǒng)

為使板片和墊片密封部位定位準(zhǔn)確且可靠，防止上下或左右滑移，延長墊片壽命，ALFA-LAVAL、APV及GEA公司等均采用了不同的板片定位結(jié)構(gòu)。

1.9密封墊片材料和性能評價

PHE最薄弱的環(huán)節(jié)就是墊片。多年來，一直成為眾所關(guān)注和探索的焦點，現(xiàn)已在耐溫、耐蝕材料及其性能評價方面取得了一些進(jìn)展。

（1）丁腈橡膠（NBR）一般適用于120℃以下工況，新研制的高溫NBR可到145℃，經(jīng)氫化處理的NBR達(dá)160℃；三元乙丙橡膠（EPDM）過去只用于150℃，高溫EPDM已提高到160℃；氟丙橡膠（FPM）可用于175℃；石墨層壓墊片適用溫度可達(dá)400℃，能良好地代替壓縮石棉纖維墊片。

（2）包覆墊片以一般橡膠或金屬塊作為芯體，外包聚四氟乙烯（PTFE）或經(jīng)氟化處理的合成材料等，可以用于腐蝕性很強(qiáng)的介質(zhì)或提高溫度極限。HISAKA率先使用包覆PTFE的NBR墊片，使PHE的應(yīng)用領(lǐng)域比過去大大拓寬，墊片的使用壽命也更長。ALFA-LAVAL已將這種墊片用于雙板焊接PHE。

（3）隨著非粘貼密封墊片的發(fā)展，非粘貼密封墊片用材料的配方須有微妙的改變，要求其性能更穩(wěn)定、更耐久且抗撕裂性更好。

（4）評價墊片耐溫性能的好壞，主要有2個指標(biāo)：額定溫度下的壓縮永久變形和硬度。對于新的墊片材料，一般需經(jīng)環(huán)樣試驗和板片加墊片的整體試驗，試驗時間為5～40天。推薦的墊片使用溫度極限應(yīng)低于考慮了一定安全系數(shù)后的壓縮永久變形曲線。

2、焊接板式換熱器

可拆卸板式換熱器的應(yīng)用范圍除受到壓力和溫度的限制外，主要是流體與密封墊片的相容性問題。因此，在高溫、高壓的清潔流體和有侵蝕性流體等工況下，焊接板式換熱器更具競爭性。但是，其缺點是不能（或只能局部）拆開清洗、檢查和維修。該產(chǎn)品主要有半焊式和全焊式2類。焊接方法常用氣體保護(hù)焊、釬焊和激光焊。

ALFA-LAVAL公司的雙板焊接PHE采用3kW的CO2光譜-物理型激光器，沿密封面將板片成對地焊接在一起，形成焊接流道，供有特定要求的介質(zhì)流通。兩對焊接板片之間，仍為墊片密封的可拆式流道。壓力2.5MPa，溫度-30～200℃。該技術(shù)還用于制造板式蒸發(fā)器（EC500）。以惰性氣體保護(hù)的激光焊，輸入熱量少，焊縫熱影響區(qū)小，焊接應(yīng)力低，焊接接頭少，耐蝕性好，自動化程度高，但投資大，成本高。APV、ITT等公司也有類似產(chǎn)品。該產(chǎn)品用作制冷系統(tǒng)的冷凝器和蒸發(fā)器等，占地面積比管殼式換熱器減少50%～70%；用于近海工程中石油氣冷卻，占地面積和重量分別減少84%和60%，費用降低50%。

VICARB公司的焊接PHE，四周蓋板可以拆開，便于維修，結(jié)構(gòu)有方形和圓柱形兩種。釬焊PHE為不可拆結(jié)構(gòu)，廣泛用于制冷工程。

3、先進(jìn)的設(shè)計與制造方法

計算機(jī)輔助設(shè)計與選型（CAD）、計算機(jī)輔助制造（CAM）模具等零件、有限元模擬設(shè)計以及高速、一次壓制工藝等先進(jìn)技術(shù)的采用，使板片的結(jié)構(gòu)更趨合理，尺寸精度明顯提高，即使板厚小至0.4mm，板片的承壓能力仍可較高。由于設(shè)計、選型經(jīng)濟(jì)合理，同樣工況下，產(chǎn)品的總面積和費用往往不大。

第三節(jié) 國內(nèi)技術(shù)市場區(qū)域優(yōu)勢

中國的板式換熱器經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一個完整的零部件供應(yīng)和整機(jī)制造體系。板式換熱器的技術(shù)市場集中區(qū)域在我國的東北、華東、中南部。其中東北省四平市是中國的換熱器城，全國的換熱器檢測中心落戶于四平，市場占有份額70%以上，真正成為國家換熱器研發(fā)和制造基地。
 

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