板式换热器设计的一般原则

板式换热器设计的一般原则
在设计一台换热器的时候，应分析其设计压力、涉及温度、介质特性、经济性等因素，并和其他换热器设备进行一定程度上的比较（如：板式换热器与管壳式换热器的一般比较）。确定采用板式换热器后，具体的设计计算的原则为下面几个方面：
一、选择板片的波纹型式
板片的波纹型式只要有人字形波纹和水平平直波纹两种。人字形波纹板的承压能力可高于1.0MPa，水平平直波纹板片的承压能力一般都在1.0MPa左右；人字形波纹板片的传热系数和流体阻力都高于水平平直波纹板片。选择板片的波纹型式，主要考虑板式换热器的工作压力、流体的压力降和传热系数。如果工作压力在1.6MPa以上，则别无选择的要采用人字形波纹板片；如果工作压力不高，又特别要求阻力降低，则选用水平平直波纹板片较好一些；如果由于安装位置所限，需要较高的换热效率以减少换热器占地面积，而阻力降可以不受限制，则应选用人字形波纹板片。
二、单板面积的选择
单板面积过小，则板式换热器的板片数多，也使得占地面积增加，程数增多，导致阻力降提高；反之，虽然占地面积和阻力降减小了，却难以保证板间通道必要的流速。单板面积可按流体流过角孔的速度为6m/s左右考虑。
三、流速的选取
流体在板间的流速，影响换热性能和流体的压力降，流速高虽然换热系数高，但是流体的阻力降也增加；反之的情况则相反。一般板间平均流速为0.2~0.8m/s（主流线上的流速要比平均值高4~5倍）。流速低于0.2m/s时流体就达不到湍流状态且会形成较大的死角区，流速过高则会导致阻力降剧增。具体设计时，可以先确定一个流速，计算其阻力降是否在给定的范围内；也可按给定的压力降求出流速的初选值。
四、流程的选取
对于一般对称型流道的板式换热器，两流体的体积流量大致相当时，应尽可能按等程布置；如果两侧流量相差悬殊时，则流量小的一侧可采取多流程布置。相变板式换热器的相变一侧一般均为单程。多程换热器，除非特殊的需要，一般对同一个流体在各程中应采取相同的流道数。
在给定的总允许压降下，多程布置使每一程对应的允许压降变小，迫使流速降低，对换热不利。此外，不等程的多程布置是平均传热温差减小的重要原因之一，应尽可能避免。（近年来国产的板式换热器出现了非对称通道的板式换热器，国外则采取“热混合”的板片组合方式，即允许热量—流量—压降三者之间的不匹配的问题，同时节省换热面积）
五、流体的选取
单相换热时，逆流具有更的平均传热温差。在一般换热器的工程设计中都尽量把流体布置为逆流。对板式换热器来说，要做到这一点，两侧应该为等程。若安排为不等程，则顺逆流需交替出现，此时的平均传热温差将明显小于纯逆流时。
在相变换热时顺流布置与逆流布置平均温差的区别比单相换热时小，但由于这时牙尖大小与流向有密切关系，所以相对流向的选择将主要考虑压降因素，其次才是平均温差。其中要特别注意的是，有相变的流体除不宜采用多程外，还要求要从板片的上部进，下部出，以便排除冷凝液体。
六、并联流道数的选取
一程中并联流道数的数目视给定流量及选取的流速而定，流速的高低受制于允许压降，在可能的较大流速以内，并联流道数目取决于流量的大小。
七、选择半片材料
根据介质的腐蚀性能来选择板片的材料。国外制造板片的材料品种繁多，有较大的选择余地。我国制造板片的材料主要有不锈钢和钛等，在选择的耐腐蚀材料基础上，在辅以增加板片厚度或防腐处理来延长板片的使用寿命。
八、垫片材料的选择
所选择垫片的材料主要考虑耐温和耐腐蚀两个因素。
九、其他
1.板式换热器一般不适用于气体的热交换。
2.进行易爆、易燃介质换热的板式换热器的设计压力，至少要比介质的工作压力高出一个公称级别以上。而垫片的耐温、耐腐蚀性能需要可靠。
3.进行强腐蚀介质（如：硫酸）换热的板式换热器，其板束周围宜设置一个防护罩。
4.对杂质较多的介质进行换热时，介质的进口管道上应该设置过滤器，单程排列。此外还应尽可能选用通道间隙较大的板片。
5.对工作压力和工作温度都较高的工况，可拆式板式换热器无法适应时，应采用焊接式板式换热器。