第一節(jié) 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)最新技術(shù)運(yùn)用狀況

1、氟塑料-石墨板式換熱器通過(guò)鑒定

由天華化工機(jī)械及自動(dòng)化 研究 設(shè)計(jì)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(guò)中國(guó)石化股份有限公司組織的技術(shù)鑒定。與會(huì)專家一致認(rèn)為，該換熱器技術(shù)成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

氟塑料－石墨板式換熱器實(shí)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(lái)代替，進(jìn)而制成換熱設(shè)備。它同時(shí)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(guó)內(nèi)各種換熱器中最強(qiáng)的換熱效果，且使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格低。

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

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(guó)首發(fā)儀式”在上海舉行，中國(guó)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(kāi)拓了國(guó)內(nèi)板式換熱器市場(chǎng)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(shì)，經(jīng)濟(jì)實(shí)用、技術(shù)可靠，而且其關(guān)鍵部件——銅合金板材可以保證長(zhǎng)期穩(wěn)定供應(yīng)。該產(chǎn)品由國(guó)際銅業(yè)協(xié)會(huì)（中國(guó)）、全國(guó)鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)熱交換器分技術(shù)委員會(huì)以及來(lái)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(guó)尚屬首創(chuàng)，未來(lái)應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展空間非常廣闊。

第二節(jié) 國(guó)際市場(chǎng)最新技術(shù)運(yùn)用狀況

隨著動(dòng)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(lèi)繁多，但仍以人字形波紋板片為主。瑞典ALFA-LAVAL、英國(guó)APV、德國(guó)GEA和W.Schmidt、法國(guó)VICARB、日本HISAKA（日阪制作所）以及美國(guó)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(jì)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(shí)際工況中非對(duì)稱流體傳熱的需要，故在PHE設(shè)計(jì)選型時(shí)，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(guò)小，常需串連，導(dǎo)致?lián)Q熱面積過(guò)大，即"壓力降控制設(shè)計(jì)"。②滿足兩側(cè)壓力降要求時(shí)，換熱面積太小，傳熱量不夠，即"熱控制設(shè)計(jì)"。1983年，ALFA-LAVAL應(yīng)用"熱混合"設(shè)計(jì)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(wèn)題，被認(rèn)為是PHE設(shè)計(jì)應(yīng)用的一項(xiàng)重大突破。在充分利用允許壓力降的情況下，"熱混合"設(shè)計(jì)的換熱面積有時(shí)可比傳統(tǒng)的PHE減少25%～30%，現(xiàn)已普遍推廣。

1.2非對(duì)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(diǎn)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(duì)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(fèi)用降低10%～20%，板片和模具的數(shù)量也大大減少，見(jiàn)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(guó)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(duì)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(jì)壓力一般不超過(guò)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(zhǎng)，清洗更方便。

（1）魚(yú)鱗形板式換熱器板片橫截面呈弧形，波紋為魚(yú)鱗形或"搓衣板"形，板片間沒(méi)有或僅有少數(shù)觸點(diǎn)，流體在這種流道內(nèi)暢通無(wú)阻。GEAAHLBORN、HISAKA、美國(guó)PAULMUELLER、Tranter和德國(guó)EduardAhlborn等公司均有類(lèi)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(shí)，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(wàn)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(shí)發(fā)現(xiàn)，采取措施。APV、ALFA-LAVAL均有此類(lèi)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(diǎn)比較多，故壓力可達(dá)2～3MPa。ALFA-LAVAL、HISAKA、Tranter等公司均有此類(lèi)產(chǎn)品。

1.6石墨板式換熱器

ALFA-LAVAL與德國(guó)SIGRIGreatLakesCarbon公司合作開(kāi)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(jì)溫度140℃，設(shè)計(jì)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(shù)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(fèi)時(shí)費(fèi)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(kāi)裂。因此，非粘貼密封墊片的應(yīng)用越來(lái)越廣，某些場(chǎng)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(shí)間和勞動(dòng)量分別比粘貼式墊片節(jié)省80%～95%和70%，尤其便于現(xiàn)場(chǎng)更換，使維修費(fèi)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(lèi)，適用的溫度達(dá)165℃，壓力2.5MPa。ALFA-LAVAL、APV、GEA、美國(guó)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(zhǎng)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(píng)價(jià)

PHE最薄弱的環(huán)節(jié)就是墊片。多年來(lái)，一直成為眾所關(guān)注和探索的焦點(diǎn)，現(xiàn)已在耐溫、耐蝕材料及其性能評(píng)價(jià)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(guò)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(guò)去大大拓寬，墊片的使用壽命也更長(zhǎng)。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(píng)價(jià)墊片耐溫性能的好壞，主要有2個(gè)指標(biāo)：額定溫度下的壓縮永久變形和硬度。對(duì)于新的墊片材料，一般需經(jīng)環(huán)樣試驗(yàn)和板片加墊片的整體試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)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(wèn)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(jìng)爭(zhēng)性。但是，其缺點(diǎn)是不能（或只能局部）拆開(kāi)清洗、檢查和維修。該產(chǎn)品主要有半焊式和全焊式2類(lèi)。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(duì)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(duì)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(dòng)化程度高，但投資大，成本高。APV、ITT等公司也有類(lèi)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(fèi)用降低50%。

VICARB公司的焊接PHE，四周蓋板可以拆開(kāi)，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(jì)與制造方法

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與選型（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）模具等零件、有限元模擬設(shè)計(jì)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(jì)、選型經(jīng)濟(jì)合理，同樣工況下，產(chǎn)品的總面積和費(fèi)用往往不大。

第三節(jié) 國(guó)內(nèi)技術(shù)市場(chǎng)區(qū)域優(yōu)勢(shì)

中國(guó)的板式換熱器經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一個(gè)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(chǎng)集中區(qū)域在我國(guó)的東北、華東、中南部。其中東北省四平市是中國(guó)的換熱器城，全國(guó)的換熱器檢測(cè)中心落戶于四平，市場(chǎng)占有份額70%以上，真正成為國(guó)家換熱器研發(fā)和制造基地。
 

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