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全方位攻略——板式换热器原理、结构、设计、选型、安装与维修

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素材:暖通南社

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新型高效换热器。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—液、液—汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便、应用广泛、使用寿命长等特点。



板式换热器基本结构及运行原理

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。

钎焊换热器结构

主要结构

⒈板式换热器板片和板式换热器密封垫片

⒉固定压紧板

⒊活动压紧板

⒋夹紧螺栓

⒌上导杆

⒍下导杆

⒎后立柱

   由一组板片叠放成具有通道型式的板片包。两端分别配置带有接管的端底板。

   整机由真空钎焊而成。相邻的通道分别流动两种介质。相邻通道之间的板片压制成波纹。型式,以强化两种介质的热交换。在制冷用钎焊式板式换热器中,水流道总是比制冷剂流道多一个。


图示为单边流,有些换热器做成对角流,即:Q1和Q3容纳一种介质,而Q2和Q4容纳另一种介质。


所有都是螺杆和螺栓结构,便于现场拆卸和修复。

运行原理

板式换热器是由带一定波纹形状的金属板片叠装而成的新型高效换热器,构造包括垫片、压紧板(活动端板、固定端板)和框架(上、下导杆,前支柱)组成,板片之间由密封垫片进行密封并导流,分隔出冷/热两个流体通道,冷/热换热介质分别在各自通道流过,与相隔的板片进行热量交换,以达到用户所需温度。

每块板片四角都有开孔,组装成板束后形成流体的分配管和汇集管,冷/热介质热量交换后,从各自的汇集管回流后循环利用。


换热原理:间壁式传热。

单流程结构只有2块板片不传热-头尾板。


双流程结构每一个流程有3块板片不传热。


板片和流道

通常有二种波纹的板片 (L 小角度和 H大角度),这样就有三种不同的流道(L, M 和 H),如下所示:

L:小角度
由相邻小夹角的板片组成的通道。传热系数低,阻力小。适用于大流量,传热弱(低比热或温差小)的情况,如:环境压力下的空气传热。
H:大角度
由相邻大夹角的板片组成的通道。传热系数高,阻力大。适用于小流量但传热强(高比热,有相变或大温差)的情况,如:制冷剂相变传热。
M:通道
由相邻大/小夹角的板片组成的通道。传热系数和阻力介于H和L通道之间。
L+L = 小角度流道

L+H = 混合流道

H+H=大角度流道

在这三种流道中选择,并根据特殊的工况定身量做和选型。

理论上,一台换热器可以混用不同类型的流道,如H型之后是M型。

但对于有相变的情况,这会导致第一个H流道和最后一个M流道之间介质的分配失调,因此,在各类制冷用BPHE中不予采用。

板片波纹的主要作用:使得流体紊流,强化传热相邻板片的波纹形成接触抗点,提高耐压性能。


注:巧克力分布去:使流体均匀流过整个板片,在 A 和B处的压力降相同,使在这里的压力损失最小,把压力降用于有效的传热,允许平行流AlfaLaval 创造发明创造,现已被广泛应用。如下图。


平行流与对角流:


平行流的优势:一块板片 & 一条密封垫,同一的板片在板片组里,旋转180º可以用于二边通道备件损耗小。完全满足对角流所有的功能,较高的设计压力或使用较薄的板片没有交叉出管口。


关于板片材质

不锈钢:指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质的钢,又称不锈耐酸钢。实际应用中,常将耐弱腐蚀介质的钢称为不锈钢,而将耐化学介质的钢称为耐酸钢。两者在化学成分上存在一定差异,前者不一定耐化学介质腐蚀,而后者则一般均具有不锈性。不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。

耐腐蚀机理:铬是不锈钢获得耐蚀性的基本元素,当钢中含铬量达到12%左右时,铬就与腐蚀介质中的氧作用,在钢表面形成一层很薄的氧化膜( 自钝化膜Cr2O3),极难溶于水,可进一步阻止氧与铁腐蚀。同理,破坏钝化膜Cr2O3 就意味着破坏其抗氧腐蚀能力。

   另外腐蚀介质中的卤族元素(像水中常见的氯离子)在一定条件下也能替换掉Cr,所以不锈钢在一定条件下也会生锈,在含酸、碱、盐的介质中也会被腐蚀,。因此不锈钢抗腐蚀能力的大小是随其钢质本身化学组成、加互状态, 使用条件及环境介质类型而改变的。不锈钢在水中腐蚀主要是由于水中氯离子引起的。

   不锈钢中其余添加元素也均发挥不同作用。像Mo会在一定程度上抵消氯离子引起的腐蚀,但是也有一个适用范围。

常用不锈钢:304,316属于奥氏体不锈钢,其牌号为国外叫法的简写(一般均为进口),为300系列。美国牌号是美国钢铁协

会AISI标准,日本是日本工业协会标准SUS。中国主要用成分表示,见下表。


304、304L、316、316L的成分区别。L的含义是Low,表示更低含量的碳。带L的焊接性能好,数字一样的话,成分除碳以外其余成分无大区别。又由于316与316L价格差别不大,故直接选用316L。从成分表中可以看出304与316最大区别为Mo(钼)含量不同,所以316抗氯离子浓度能力要比304强。也是我们选用304还是316的主要依据。两种材质在耐受的氯离子浓度见下页表格,板材的补充说明:

不锈钢在含氯介质中的使用范围(mg/L)(在水介质中与ppm百万分之一等同)

板片材料/温度

25

50

75

100

120

304/304L

100

75

40

20

10

316/316L

400

180

120

50

25

氯离子浓度超出的话,选用钛(Ti)或其它金属。如海水用钛(Ti)

板片常用材料的特点和使用条件补充

评价材料耐蚀性好坏的指标是“耐局部腐蚀当量PRE”值越大则耐腐蚀性越好。主要是Cr、MO、Ni的含量决定。

1)304不锈钢:使用于有机和无机介质中,浓度<30%  温度<=100/浓度﹥30% 温度﹤50的硝酸温度﹤100的各种浓度的碳酸、氨水和醇类。304L的材料基本和304材料一样,可焊接性更好,可以用作焊接式换热器。

2)316L天然冷却水、冷却塔水、软化水、碳酸,浓度小于50%的醋酸和苛性钠溶液,醇类和丙酮等溶剂,温度小于100度的稀硝酸(﹤20%)稀磷酸(﹤30%),但不适于硫酸。316和它基本一样。

3)317适合比316L使用条件更多的情况。

4)AISI904L和SUS890L 性价比高,比以上材料都要好。特别适合一般的硫酸,磷酸和卤化物。

5)SMO 254高级不锈钢,提高了MO 含量,是对316进行改良的超级不锈钢。具有优良的耐氯化物和缝隙腐蚀的性能。适用于含盐水,无机酸。

6)SMO654比254更好的材料,可用于冷的海水。

7)RS-2(0Cr20Ni26Mo3Cu3Si2Nb)不锈钢,这是国产的相当于316,耐应力腐蚀更好,可用于80度以上的浓硫酸。(浓度90%---98%)

备注:具体可见下表:


关于板式换热器垫片

垫片作为换热器板片间的密封元件,是为了防止板片泄漏的。垫片的质量好坏直观地影响换热器的质量和形象。在暖通行业,垫片主要为橡胶制品,受温度、介质影响大,因此在制作过程中受配方、组分的均匀度、硫化定型的条件影响很大。


对垫片的要求:(以下建议不针对任何品牌及暖通南社不持立场)

1、配方科学,必须具有抗老化、抗撕裂、高回弹的特性(降低弹性引起的反作用力,板片不易变形)。

2、密封接触面尺寸精确,报警信号孔灵敏。

3、免粘接结构,拆装方便。

垫片的品牌:国内用户认可的胶条生产厂家:如

1、国内品牌:武汉派克(北京市场很认)、西安联谊、江苏启东等。

2、国外品牌:美国杜邦等。

垫片的定位形式:

1、粘合式垫片

2、免粘接垫片:挂式、卡式

垫片的选型:

1、介质的温度,见下表:    2、介质的腐蚀性


板式换热器在暖通空调领域的应用

区域供热系统


热电联产系统


地热水供暖系统


即热式生活热水系统


即热式特点

可保证用户随时随地均有热水供应,系统紧凑,无需储罐,需要较大的锅炉容量需要较大的热交换器。

半即热式生活热水系统


半即热式特点

需要较小的锅炉容量,需要较小的热交换器,储罐内易生长细菌,需要额外的地方安放储罐。

太阳能热水系统


供冷空调系统


冷凝器侧应用:

1 冷却塔水冷却凝结水

2 海水、河水或井水冷却凝结水

3 乙二醇冷却凝结水

4 短路冷冻机组系统

5 地下水冷/热源系统

6 热回收系统

冷凝水侧热交换器可以起到以下作用:

保护冷凝器免受污染、结垢和腐蚀

代替冷凝器承受冷却水侧压力

能够在季节许可时不运行冷冻机组

能够实现热回收

节省昂贵的添加剂

冷却塔水冷却凝结水


海水、河水、或井水冷却凝结水


乙二醇冷却凝结水


短路冷冻机组系统


地下水冷/热源系统


热回收系统


蒸发侧的应用:

1 压力接力系统

2 分离冷却循环水 (无压力接力功能)

3 蓄冰系统

4 区域供冷系统

5 天花板供冷系统

蒸发器侧热交换器可以起到以下作用:

避免冷冻机组承受高压(压力接力系统)

减少昂贵、低效添加剂的用量

分离冷却水系统,以保证局部系统清洁度很高(电子元件生产)

减少泄漏所带来的损害

压力接力系统


分离冷却循环水系统


蓄冰系统


蓄冰系统设计基本要素:

设定空调要求

运行方案

全蓄冰系统

部分蓄冰系统

冷冻机组为主系统

蓄冰为主系统

区域供冷系统


天花板供冷系统


空调系统其它应用方案

1 夏、冬季供冷、热转换


2 冷冻水预冷却系统


板式换热器在供冷空调系统中的优势

1. 传热系数高,对数温差可作到0.5度。

2. 体积小,重量轻,便于安装,可放置于设备层。

3. 易于拆卸,方便清理内部污垢。

4. 结构坚固,可承受较高工作压力,最高 3.0MPa。

5. 换热效率高,降低运行成本。

6. 固定投资低。

板式换热机组基本原理


流经用户散热片后的低温水(二次回水)经过滤器除污后,由循环泵加压进入换热器,吸收一次热媒放出的热量,达到供水设定温度后,再流向供热管网对用户进行供热;

热源经一次热网(一次水)流经过滤器、调节阀、进入换热器放热后(二次水),由热媒回水管返回热源(二次回水)被加热后再次参与循环换热;

补水泵根据系统运行情况适时对二次循环水系统进行定压补水。

选型要点及原则

1、流速及取值:

①、换热管网流速:指进、出水管路,见流速表。

②、机组总管流速:管径≦ 80时,选1m/s, ≧ 100时,见流速表。


③、角孔流速:最大为6m/s (四个进出口)。

④、板间流速:0.4 ~ 0.8m/s(L型0.8,M型0.6,H型0.4)。

2、换热面积:指换热器的面积,单板面积*参与换热片数(总片数减二)

①、换热面积的计算:

  换热面积=换热量/换热系数/对数平均温差/污垢系数

②、换热量的计算:

换热量=建筑面积*采暖热指标(即热负荷,见指标表)


3、介质参数:

①、区域供暖:暖气采暖/地热采暖:110/75 ℃ - 50/75

②、区域供暖:地热采暖:110/75 ℃-  40/50 ℃

③、楼宇空调:风机盘管采暖:110/75 ℃ - 50/60 ℃

④、生活热水:洗浴、厨房、洗衣房:70/50 ℃ - 10/55 ℃

⑤、泳池供水:游泳池恒温供水:110/70 ℃ - 10/40 ℃

⑥、超高层空调制冷:冷水转换:7/11 ℃ - 8/12 ℃

板式换热器选型计算的方法及公式

现今板式换热器选型计算一般都采用软件选型。常规手算方法和公式如下:

(1) 求热负荷Q

Q=G.ρ.CP.Δt

(2) 求冷热流体进出口温度

t2=t1+ Q /G .ρ .CP

(3) 冷热流体流量

G=Q / ρ .CP .(t2-t1 )

(4) 求平均温度差Δtm

Δtm=(T1-t2)-(T2-t1)/In(T1-t2)/(T2-t1)或Δtm=(T1-t2)+(T2-t1)/2

(5) 选择板型

若所有的板型选择完,则进行结果分析。

(6) 由K值范围,计算板片数范围Nmin,Nmax

Nmin = Q / Kmax .Δtm .F P .β

Nmax = Q / Kmin .Δtm .F P .β

(7) 取板片数N(Nmin≤N≤Nmax )

若N已达Nmax,做(5)。

(8) 取N的流程组合形式,若组合形式取完则做(7)。

(9) 求Re,Nu

Re = W .de/ ν

Nu =a1.Rea2.Pra3

(10)求a,K传热面积F

a = Nu .λ/ de

K= 1 / 1/ah+1/ ac+γc+γc+δ/λ0

 F=Q /K .Δtm .β

(11)由传热面积F求所需板片数NN

NN= F/ Fp+ 2

(12)若N<NN,做(8)。

(13)求压降Δp

Eu = a4.Rea5

Δp = Eu .ρ.W2 .ф

(14) 若Δp>Δ允 ,做(8);

若Δp≤Δ允 ,记录结果 ,做(8)。

注: 1.(1)、(2)、(3)根据已知条件的情况进行计算。

2.当T1-t2=T2-t1时采用Δtm = (T1-t2)+(T2-t1)/2

3.修正系数β一般0.7~0.9。

4.压降修正系数ф ,单流程ф度=1~1.2 ,二流程、三流程ф=1.8~2.0,四流程ф=2.6~2.8。

5.a1、a2、a3、a4、a5为常系数。

选型计算各公式符号的意义及单位

符号

意 义

单位

符号

意 义

单位

Q

热负荷

W

Cp

比热KJ/kg℃


ρ

流体密度

Kg/ m3

Δtm

平均温差

G

体积流量

m3/s

F

传热面积

m2

K

传统系数

W/ m2℃

W

流 速

m/s

T1、T2

热介质进出口温度

t1、t2

热介质进出口温度

m

流程数


n

流道数


α

对流换热系数

W/ m2℃

f

单通道截面积

m2

ν

运动粘度

m2/s

λ

介质导热系数

W/ m℃

Δp

阻力损失

Mpa

Eu

Eu = Δp / ρ. W2

无量纲

Re

雷诺数Re = W .de /ν

无量纲

de

当量直径

m

Nu

Nu = de.α / γ

无量纲

Pr

普朗特数


λ0

板片导热系数

W/ m℃

t

板 厚

m

β

修正系数


h、c

热、冷介质角标


γP

热介质污垢热阻

m2℃/W

γc

冷介质污垢热阻

m2℃/W

选用板式换热器就是要选择板片的面积,它的选择主要有两种方法,但这两种都比较难理解,最简单的是套用公式:

Q=K×F×Δt

Q——热负荷

K——传热系数

F——换热面积

Δt——传热温差(一般用对数温差)

传热系数取决于换热器自身的结构,每个不同流道的板片,都有自身的经验公式,如果不严格的话,可以取2000~3000。最后算出的板换的面积要乘以一定的系数如1.2。


应用及安装

换热器接管的颠倒放置


换热器的安装姿势


应垂直安装。

不要采用水平放置形式。

只有在全面试验并作出评估以后才能如下图示方法安装。

侧边朝下(图1)的放置稍好一些,估计用作蒸发器时容量会减少25%,  

冷凝器不清楚,但肯定会减低。

倾斜5 ~10°的BPHE可以把容量减少降低到能够接受的程度(图2)。

冷凝器的放置方式必须使制冷剂从下面两个接管出入,防止液阻塞(图2)。

蒸发器应将制冷剂接管在上,防止汽阻塞(图3)。

换热器的安装和水侧管路布置


不要让震动和管道的热膨胀波及到换热器。可采取:

—在BPHE和支架之间加橡胶垫。

—压缩机采用减振器。

—直管段较长时,采用波纹管或其它吸振装置。

如果水路从上部接管接入并且压力降较小,低于相应的静压差,那么,水就不会充满BPHE。换热器的上部形成空气腔并阻塞部分传热面。

一个高于进口接管的回弯可以使水充满BPHE(图示)。

换热器的管路焊接


用溶剂对焊接表面清洗并去除油污。

为避免氧化并冷却BPHE,将氮气吹过被焊接的管路。

水侧管路通水并保持流动。焊接开始前就通水并持续到可以手摸BPHE为止。

也可以在接管根部缠绕湿布或不断用水冲刷焊件。

焊料至少含银45%,钎焊应在低于650 ℃下进行。

任何情况下焊件都不应超过800 ℃。

TIG(钨极惰性气体保护电弧焊)焊接和保护气是放热量最少的焊接法,应尽量采用。

在管口压降较大时,换热器的不均匀分布


钎焊换热器排汽和排水(某些流程须配置一些附加接管)


钎焊换热器用于冷凝器/冷凝液液位(高度)控制的危险

避免在一台冷凝器内使冷凝液进一步过冷,由于K冷凝远大于K过冷,过冷面积和冷凝面积的转换会引起大的容量变化,结果可能是控制问题并产生震荡。除此以外惰性气体还会在冷凝器内被有效分离,并浮在其上部。


冷凝器其他方面

冷凝器的压力降

制冷剂通常在强制压力下运行,该压力使足够的压力降可资利用。

大温差(小流量)下的允许压力降比小温差(大流量)下的允许压力降高,但温差不应小于1~2℃。

管口的压力降应小于20%的总压力降,否则从第一个到最后一个通道会发生分配不均。

冷凝器的冷凝压力

应保持尽可能低的设计冷凝压力,降低冷凝压力意味着给定制冷量下,减少压缩机的耗能,或压缩机耗能一定时,增加制冷量。冷凝温度与入口水温之差控制在5~10℃最为合适。

压缩机运行过程中,应保持压力不变,当冷却水温降低时,冷凝压力至少不应降低到限定值,如降低过多,热力膨胀阀就不能有足够的压差给出所要求的容量。

水流方向

由于冷凝器循环的负荷(冷凝量)大于蒸发器循环的负荷(制冷量),所以最好让冷凝器循环呈逆流(热泵循环),蒸发器循环呈顺流(制冷循环)。

压力降

从经济观点出发,可把压力降调整到一个合理的值,压力降小于0.2~0.3MPa时,在钎焊换热器内不会有侵蚀的危险。

流量和压力降必须同时计算,以便求出最佳值。

壳管式或套管式换热器利于在大流量,低压力降下工作,而钎焊换热器则相反。

最佳流量一般是使每米流道长的压力降大于0.04MPa,且管口压力降约小于30%的总压力降。

冷凝器故障诊断

容量不足

查验流量,温度和压力降等参数。判断什么现象引起压力降异常。

检查水流动受阻,来自储液器的满溢,以及异常声音等

检查冷凝器外表面的温度变化。大温差有可能是惰性气体阻塞,或水侧阻塞,要不然是制冷剂流动受阻

若不是纯水,检查冷却流体。若是乙二醇水溶液或类似物,可校核其浓度和/或粘度。浓度太高会削弱传热。

检查冷凝器液体侧中污垢情况和制冷剂侧中润滑油情况

蒸发器和压缩机是否匹配。

检查压缩机。在额定压力下压缩机是否排出足够的制冷剂到冷凝器。

若排出的比吸入的多,多出的制冷剂不能在冷凝器内冷凝,使容量降低。是否由于压缩机磨损造成制冷剂的内部泄漏?转速和电流消耗是否与其容量相一致?

容量低,但冷凝液的过冷度又太大,这意味着冷凝液液位过高,阻塞了冷凝器用于冷凝的加热表面。此现象可能是系统中的制冷剂充灌量太多。

不稳定性

储液器压力控制阀与冷凝器之间距离大,意味着冷凝液在其液位升高以前不得不充满冷凝液管,即响应时间长,与此相反,当冷凝器排液时,响应时间短

检查各种阀门的力学性能。尤其是膨胀阀,水中的杂质或因磨损而产生的金属碎屑,很容易阻塞流动并损坏阀门。如果流量减少是由堵塞所造成,其容量同样要降低。这种被堵塞的阀门会通过其不规则的控制运作和/或异常声音显露出来。

钎焊换热器用于蒸发器

沸腾放热系数

对于与油五溶的制冷剂,如R12,油的影响可以提高沸腾放热系数,在R22中油的浓度在3~5%范围内,沸腾放热系数随油浓度的增加而增大,超过5%时,沸腾放热系数又降低。这种影响可用制冷剂-油混合物的表面张力降低,使更多的汽化核心起作用来加以解释。油浓度高时制冷剂中油的影响可以忽略,此时混合物粘度加大将起主导作用。

遗憾的是:预测沸腾放热系数是很困难的(>9%的误差)。

幸运的是:上述的机理在工业,尤其在制冷蒸发器中起着次要作用。


在圆形流道中垂直,向上的两相流流态图


直接膨胀式蒸发器

制冷剂流入蒸发器进口处已部分汽化,一般对R22入口蒸汽干度约为25%,制冷剂是饱和状态,当液体在蒸发器中上升时,压力降低(压力降和静压的原因).温度将由进口处降至制冷剂都蒸发的状态点.蒸汽将开始过热.过热度是变化的,对R22一般是5℃。

蒸汽过热能保护压机免受液滴(5%的不可压缩油滴不会导致液击)蒸发引起的冲击.并能避免液滴冲走压机中的油。

按照对液击敏感高低程度,分压机类型由高到低依此是:开启活塞式压机,螺杆式压机,对液击最不敏感的是透平压机和涡旋式压机。

过热度5 ℃可将R22(饱和温度0 ℃)含有1.8%的液滴蒸发为100%的饱和蒸汽(0℃)。

热力膨胀阀的选择和安装

膨胀阀和蒸发器必须有相同的名义换热量和过热度。

两只表面上相同,而效应不同的阀门,应选择斜率小的(如图示)。


万一有可能发生不稳定的系统,蒸发器应该设计成其过热度大于5℃的名义过热度。由于正常设计预量和垢阻,实际设计应该如此。这会增大斜率,但是容量有一定损失。

选择最大容量小于蒸发器零过热度容量的阀门,如果震荡发生,也不会有未蒸发的制冷剂进入压缩机的危险。

在换热器中,由于管口速度低,危险在于:通过膨胀阀的气态和液态制冷剂,可能分离而进入不同的流道。另一方面,如果管口流速过大,导致管口压降相对于流道压降要大,这将导致制冷剂分液不均。

以下的各种改善分液不均的方案都有缺陷,正确安装的膨胀阀是使其进口管径尽可能的小(如加装一个带有预混器的接管)。特别对低温制冷,钦宝的分配器是很有效的。其缺点是它很难应用于可逆的系统,即当用作冷凝器时,膨胀阀也应比通常情况稍大。


感温包禁止安装在管道底部,防止油的干扰。

制冷剂会从膨胀阀的填料盒泄露出来,因此液态制冷剂会和蒸汽一起进入压缩机。一般 说明书说明,感温包应安装在压力表的上游,以免读数错误,但这意味着进入压缩机的过热度不正确。因此,如果蒸发器和压缩机之间有足够的距离,感温包要放在压力表下游 400~600mm外,液态制冷剂可充分蒸发。感温包将可测到正确的过热度。传压管必须安装在感温包的下游。

感温包和传压管必须安装在水平弯头之后的 一段水平管路上,弯头充作汽液分离器,排除液态制冷剂和油对测量的干扰。

膨胀阀到蒸发器的管路应平直,并且与阀门出口管径相同。

如果压缩机与感温包和传压管之间距离太短 ,由于膨胀阀没有时间对负荷作出响应,液态制冷剂有可能进入压缩机。电磁阀应该尽可能近地安装于膨胀阀前面。


蒸发器故障诊断

震荡(无论多么谨慎,震荡都将发生)

改变静过热度。

将感温包安装离蒸发器远些。

震荡是否仅在低容量下发生?具有非常低的流道流量的蒸发器,有时工作不稳定。

冷凝器或储液器流量是否恒定?其特性参数是否恒定?

是否有热气旁通控制或冻结保护,它们是否是震荡的来源?

尽量提高蒸发器中两种介质的温差,使膨胀阀曲线移到其斜率小于蒸发器曲线斜率的区域,

提供了可允许的误差。

检查系统的制冷剂充满度。如不足,储液器将跑干,膨胀阀制冷剂流量不规律,这样给蒸发器稳定性和容量带来影响。

容量不足

查验流量,温度和压力降等参数。压力降是否暗示某些不正常?水流动受阻或油过多。

在不同位置交换使用温度计。小温差很容易被不正确的温度计所掩盖。

检查蒸发器外表面的温度变化。大温差有可能是水侧或制冷剂侧分液不均。

通过温度和流量的各种组合,双检传热。

检查加热流体。若是乙二醇水溶液或类似物,可校核其浓度和/或粘度。浓度太高会削弱传热,太低容易冻结。

检查冰的形成。冰将损害传热,实际出口温度将升高。

检查蒸发器液体侧中污垢情况和制冷剂侧中油垢情况。

冷凝器和压缩机是否匹配

制冷剂中是否有水。在膨胀阀处水将变成冰,从而阻塞制冷剂流动。

检查冷凝器压力。如果压力太低,没有足够的压力驱动制冷剂流过膨胀阀。

不稳定因素。它将导致容量降低。

检查过热度,如果大于设计值,说明蒸发器应能蒸发比实际更多的制冷剂,即增大容量。

可能由于太小的阀门,管道阻碍物,过滤器过脏,结冰,储液器跑干等等。由此蒸发器不能蒸发超过其进入量更多的制冷剂,并且进入量太少,致使容量太低。

如果针对已被调好过热度,膨胀阀不能给予所需的容量,且静装配过热度设置小,系统将不可能提供更多制冷剂。

将感温包卸下,让其加热。感温包温度升高迫使膨胀阀达到最大容量值,看看容量增加了吗?

制冷剂不断从有故障的热气旁通阀漏出。于是,降低了容量。

检查膨胀阀的进口温度。如果具有相当高的过冷度,如装有回热器,相比于在冷凝压力下进入膨胀阀,有较少的液体蒸发。较低蒸汽干度降低传热系数。因此容量减少。

制冷剂侧的污垢

产生原因

油(在传热面上产生绝热的油膜)。

油分解的产物(在压缩机中被加热到超过油的分解温度)。

磨损和破裂(压缩机的磨损,对传热不一定有害)。

水(油和水以及油的分解物会形成污垢)

清洗和预防

通常不对制冷剂侧进行清洗,除非系统被完全堵塞。这种污垢最可能是油极其分解物。可用一些合适的洗涤剂清洗。

为了保证油在蒸发器中良好地通过,制冷剂蒸汽速度或者剪切应力越大越好。剪切应力正比于单位流道长的压力降。通常5KPa/m就足够了。

冷凝器水侧的污垢

水的类型

自来水—水质和水温都很好。

井水—相当冷且干净及较低的微生物含量,但是生成水垢的含盐(硫化钙,流化镁,碳酸钙及碳酸镁)浓度有时会相当高。从简单的过滤到精细的预处理可能是需要的。

由于水温低,而且一般可获得的数量很少,所以允许温升大于冷却塔水的水温升,而冷却塔水的温升在低流量条件下为10~15℃。

冷却塔水—冷却塔水通常比来自同一地区的井水温度高15~20℃。含盐量会10倍于补充水。在污染严重地区,会夹带灰尘和腐蚀性气体。需要对其进行各种处理。冷却塔通常设计成约5℃的水温降。

河水和湖水—盐浓度通常相当低,但是含有相当数量的固体颗粒。微生物活性(藻类,细菌和真菌)很高,有时会有农药。预处理是必需的,温度通常介于井水和冷却塔水之间。由于环境的原因,其温升不允许超过10℃。

城市废水—通常含有天然农药,特别是自由氨。有时用吹气法除氨。一般不能用作BPHE的冷凝器的冷却介质。

盐水和海水—由于氯离子的腐蚀作用,不能用作BPHE的冷凝器的冷却介质。

冷凝器水侧污垢的清洗


水侧的腐蚀

氯化的水

水中加氯处理(如游泳池)或海水倒灌,此时氯转变成氯离子(Cl-)并逐渐递增,一段时间后,氯离子浓度会增加至在板片上形成坑蚀,腐蚀的发生比下图所显示的要低得多。

预防不要在BPHE之前立即放置加氯点,应该尽量远些。

PH值愈高愈好,至少>7。

在BPHE进口,Cl2<0.5ppm。

水温50~60℃时,控制Cl-<150ppm,水温70~80℃时,控制Cl-<100ppm。

氯化钙和溴化锂溶液浓缩的氯化钙溶液在高PH值和低温(<0℃)时,不腐蚀不锈钢。对25%浓度的氯化钙溶液,316L可用于温度<80℃,100%浓度时,可用于温度<20℃。如果用抗腐蚀剂如重铬酸盐,对溶液进行处理,它对铜同样有腐蚀性。当设备停止运行,且使溶液的温度升高,尤其是使溶液的PH值降低了,比

如不适当地用水清洗后,则会引起金属点腐蚀。上述性质同样适用于溴化锂溶液。

预防金属点腐蚀是一种很快的过程,对蒸发器内点腐蚀的影响可能是灾难性的。仅仅使用抗腐蚀的工业溶液。这种溶液正确地说明,它与铜和不锈钢是相容的。

制冷剂侧的腐蚀

氢氟氯碳化物(HCFC)的分解产物。在一定条件下,HCFC将分解,氯氟和氢将形成盐酸和氢氯酸。

HCFCS可能更容易分解,如果氧气存在,将加速分解。

水的存在。完全干燥的氢氯酸和氢氟酸无很大的腐蚀性,在水溶液中成为最强的酸。

高温。<100℃时,危险性很小,但当有催化剂时,分解将加快。镍,铬,钒等以及氧化物可以做催化剂。不锈钢在焊接时可形成这些氧化物。因此在焊接过程中不容许有氧化过程。

油分解过程中有机酸的形成。当有水存在时会加速。矿物油通常不会有麻烦。一些新型合成油含有非常活跃的双键分子,与水或氧形成有机酸。

氨。干燥的氨不会对铜腐蚀。由于水份通常是存在的,在氨制冷系统中,不能用铜钎焊换热器。氨的热力特性意味着压缩机排气温度较高,有油分解的危险。这可能导致润滑故障,以及形成无腐蚀性的污垢。在油分解的过程中形成的酸将被氨中和掉。

焊剂(一般不会进入换热器)。焊剂化合物能除去金属表面的氧化物,形成烈性腐蚀剂。

预防经常检查干燥器。

限制压缩机出口温度。

检查过滤器。如果偶然发生堵塞,这可能是油分解物生成的迹象。

在焊接接管时,应用氮气保护(向接管和设备内吹入氮气)。

BPHE的泄漏/不同类型的泄漏

泄漏的查找

系统检查

—检查停机程序和蒸发温度。冷凝器中压力是否得以控制?冬季最大冷凝压力低会迫使蒸发温度下降。

—检查停车和启动程序和如果热冲击可能发生的温度变化检查。是否冷流体突然进入较热的BPHE,或反之亦然?

—检查来自其它设备的振动。是否有可减力或减振的弯头或波纹管?

—在并联压缩机或BPHE情况下,当一台机组突然起动或停车时,可能会导致突然的压力或温度波动。是否所有的BPHE都有自身的压力控制器?

—在水侧是否应用了电动阀或电磁阀?在BPHE之后安装电磁阀,可能导致水击。

—是否应用了通过调节运行时间可以半连续运行的阀门?这种阀门可能开1秒,关5秒,从关转向开5秒,关1秒。它们是温度,压力骤变的原因。

—水中是否含有过量的氯离子或其它腐蚀剂?试取水样。

外部检查

—在正对进水口处的反面盖板上是否有鼓包?

—两侧是否有变形迹象?

—接管连接是否密封?

—检查外表是否有运输或安装损坏?

严重冰冻-水温控制不当,造成整台产品鼓起。
局部冰冻-水温控制不当,短期在低于0℃运行。
焊接接管时温控不当-施焊接管时,无恰当的降温措施,过高的温度传递到接管底部或临近的板片上,造成泄漏。
板片微裂纹-出厂时板片有非贯穿性的裂纹,一段时间运行后板片被击穿。
设计不当(中间隔断095等)-双系统中氟侧中间隔断处无加强板,一段时间运行后板片造成疲劳破坏。

BPHE冻结的防止/安装


水冻结过程

壁温恰好是0℃时,不会结冰,必须有一定的过冷度。

主流水温接近0℃时,冰层会逐渐加厚最后把整个流道阻塞。

在一个直接膨胀蒸发器里,制冷剂的进口温度通常要比蒸发温度高出1.5-2.5℃。流动形式一般是逆流,即温度最低的水将遇到温度最低的液态制冷剂。

在一般的稳定运行工况下,当壁温还没有降到0℃以下时蒸发温度可能已经远低于0℃了。但这种情况会在哪里发生?

—很难确定。取决于温度分布,水和制冷剂的压力降等因素。

—先在一个流道内结冰,流道阻力增加而使水流量减小,水温和壁温被冷却到更低的程度,结更多的冰,直至板片破裂。

—只要蒸发温度低于0℃,冻结都有可能发生。

乙二醇或盐溶液的冻结冻结时,形成的冰晶体中含有纯水,因此该冰晶体的融点是0℃。所以当温度升高时“冰”依然存在,与水结的冰将融化有所不同。

由于这种结冰滞后作用,可能在蒸发器中出现冰的集结现象。所幸的是溶液冰晶体中含有乙二醇或盐,因而它更象一团松散的泥浆而不象纯冰那样是坚硬的一块。

BPHE冻结的防止/热力和水力设计


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