可拆卸板式換熱器是一種高效節(jié)能型換熱設(shè)備,具有傳熱效率高,質(zhì)量輕,占地面積小,易于維修等諸多優(yōu)點(diǎn)。主要用于石油,、化工,、飲料、醫(yī)藥,、城市集中供熱,、輕工、紡織,、造紙,、油脂、船舶,、冶金,、動(dòng)力(包括核電站)以及近海工程等領(lǐng)域。自2000年以來,我國(guó)可拆卸板式換熱器的設(shè)計(jì)和制造水平有很大提高,品種規(guī)格也不斷完善,應(yīng)用范圍不斷拓寬,。但與國(guó)外的應(yīng)用情況及發(fā)展趨勢(shì)比較,我國(guó)產(chǎn)品還有較大的差距,。

 　　1現(xiàn)狀

 　　1.1品種、規(guī)格

 　　自進(jìn)入21世紀(jì)以來,常規(guī)對(duì)稱形,、非對(duì)稱形,、高NTU型(淺密波紋型)、免粘型,、寬流道型,、板式蒸發(fā)器、板式冷凝器等國(guó)外已有的可拆卸板式換熱器均已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,且已成功應(yīng)用于不同的領(lǐng)域,。

 　　目前,國(guó)內(nèi)80%的企業(yè)仍以生產(chǎn)技術(shù)含量不高的常規(guī)普通型產(chǎn)品為主,與國(guó)際先進(jìn)水平相比,我國(guó)產(chǎn)品在特殊品種方面還較缺乏,如性能先進(jìn)的新型板式蒸發(fā)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(chǎn)品等,。國(guó)內(nèi)只有個(gè)別企業(yè)開發(fā)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(chǎn)量有限,且產(chǎn)品的性能水平,、可靠性仍有待提高,尤其是受平板硫化機(jī)的限制,無法生產(chǎn)單張板片面積大于3.0 m2的墊片。而國(guó)外單張板片的最大換熱面積已達(dá)到3.8 m2,板片最小厚度為0.4 mm,單臺(tái)換熱器最大換熱面積可達(dá)3 000 m2(國(guó)內(nèi)為1 500 m2),單臺(tái)換熱器組裝板片數(shù)可達(dá)1 000張(國(guó)內(nèi)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(dá)40×104m3/h;板式蒸發(fā)器角孔最大公稱直徑為700 mm,介質(zhì)蒸發(fā)量已達(dá)100 t/h,。

 　　1.2性能

 　　受密封墊片性能的影響,目前國(guó)內(nèi)可拆卸板式換熱器的最高設(shè)計(jì)溫度為180℃,最大設(shè)計(jì)壓力為2.5 MPa。

 　　板片波紋形式仍以人字形為主,各企業(yè)的板型均配備軟硬板,可實(shí)現(xiàn)熱混合設(shè)計(jì),其NTU最大為5(國(guó)外最高可達(dá)7),可實(shí)現(xiàn)的末端最小溫差為1℃(國(guó)外為0.5℃),。介質(zhì)為水-水逆流運(yùn)行,、定性溫度40℃、板間流速0.5 m/s下的傳熱系數(shù)可達(dá)5 000~6 500 W/(m2·K),接近國(guó)際先進(jìn)水平,。

1.3材料

      由于板片為模具冷壓成型,因而能夠進(jìn)行冷拉(壓)成型的材料方能用于板式換熱器板片,目前國(guó)內(nèi)板式換熱器板片所用材質(zhì)主要為常規(guī)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(duì)于國(guó)外已大量使用的904L,、254SMO、654SMO等超級(jí)奧氏體不銹鋼,國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少,且僅限于254SMO或同等級(jí)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(duì)于國(guó)外已成功使用的鉭金屬,國(guó)內(nèi)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(huán)節(jié),其質(zhì)量的好壞對(duì)耐壓和耐溫能力,、可靠性和適用范圍等均有明顯影響,。國(guó)內(nèi)密封墊片制造企業(yè)經(jīng)過近幾年的技術(shù)革新及內(nèi)部質(zhì)量控制,生產(chǎn)的墊片外觀質(zhì)量和幾何尺寸的精度已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,但仍有不小差距,主要表現(xiàn)在:①物理性能指標(biāo)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(jìn)一步提高,。②質(zhì)量波動(dòng)較大,隨批次而變,。③品種少。例如,應(yīng)用于水,、汽等一般介質(zhì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的人員對(duì)板式換熱器的板形結(jié)構(gòu)不了解,對(duì)密封墊片的幾何形狀和壓縮量不能進(jìn)行合理的控制,因而會(huì)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(huì)縮短密封壽命),。此外,設(shè)計(jì)人員也不能根據(jù)不同的墊片槽形狀設(shè)計(jì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)的墊片,也不注意及時(shí)跟蹤板式換熱器最新板型的進(jìn)展,造成板片結(jié)構(gòu)已改變,但墊片的結(jié)構(gòu)沒有變化,。

       1.5制造

 　　板式換熱器的制造質(zhì)量主要體現(xiàn)在換熱板片的成型精度,其成型精度的高低會(huì)嚴(yán)重影響整臺(tái)產(chǎn)品的承壓、傳熱與流阻特性等綜合性能,盡管文獻(xiàn)[3]已規(guī)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(shí)分別為±0.10 mm,、±0.15 mm、±0.20 mm,此規(guī)定遠(yuǎn)比國(guó)外各公司±0.10 mm的要求低,但國(guó)內(nèi)部分企業(yè)仍達(dá)不到此要求,嚴(yán)重者超差±0.50 mm,。同時(shí)還存在板片壓痕明顯,、外觀質(zhì)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(chǎn)品整機(jī)承壓能力下降或整機(jī)換熱面積無法提高,同時(shí)也影響了運(yùn)行時(shí)的傳熱與流阻特性,增加了產(chǎn)品應(yīng)用的局限性及不良影響,。國(guó)內(nèi)企業(yè)目前已普遍意識(shí)到對(duì)產(chǎn)品外觀質(zhì)量的提高與改善,但對(duì)內(nèi)在質(zhì)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(jī)性能欠佳板片成型的關(guān)鍵設(shè)備板片專用油壓機(jī)的精度與可靠性均不高,如結(jié)構(gòu)不合理,、整體鋼性弱,壓制板片加壓時(shí),油壓機(jī)上,、下工作臺(tái)首先變形,因而造成板片成型深度不均勻。由于油壓機(jī)液壓控制元件質(zhì)量差,漏油現(xiàn)象嚴(yán)重,致使設(shè)備無法長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在額定工作壓力下,。另外,國(guó)內(nèi)板片主要使用20 000 t以下的油壓機(jī)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(jī)的精度、可靠性更低,造成大規(guī)格板型的發(fā)展受到限制,。

(2)模具精度低造成板片成型精度低的另一個(gè)原因是板片壓制模具結(jié)構(gòu)不合理或精度達(dá)不到要求,這是由于我國(guó)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與模具的制造脫鉤,產(chǎn)品設(shè)計(jì)者對(duì)模具的設(shè)計(jì)和制造要求不高,對(duì)上,、下模的間隙控制不合理,對(duì)板片的壓型回彈考慮不全面,造成所加工的模具不能準(zhǔn)確反映設(shè)計(jì)意圖,偏離設(shè)計(jì)要求。表現(xiàn)在波紋的幾何形狀改變,嚴(yán)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(guó)內(nèi)普遍缺乏高水平的模具設(shè)計(jì)及加工人員,且加工手段落后,部分企業(yè)仍采用數(shù)控銑床加工模具,只有個(gè)別加工企業(yè)完全采用數(shù)控加工中心,而國(guó)外著名大公司均采用高轉(zhuǎn)速(20 000 r/min)、高性能的專用加工中心及高質(zhì)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(yīng)用

 　　我國(guó)可拆卸板式換熱器主要應(yīng)用于城市集中供熱,、石油、化工,、輕工,、冶金和電力等行業(yè)中溫度、壓力,、介質(zhì)不是非?？量痰墓r,其中每年用于城市集中供熱的可拆卸板式換熱器臺(tái)數(shù)約占產(chǎn)品總數(shù)的70%。盡管近幾年新的板型不斷問世,應(yīng)用領(lǐng)域隨之拓展,如高NTU值板片的問世,使我國(guó)產(chǎn)品進(jìn)入了傳熱溫差1℃的制冷空調(diào)領(lǐng)域;寬間隙板片的問世,使我國(guó)產(chǎn)品進(jìn)入了酒精,、制糖等粘性,、顆粒性介質(zhì)行業(yè)。但在核電,、冶金,、電力、船舶等大型產(chǎn)品及特殊板材需求量較大的領(lǐng)域仍然應(yīng)用較少,主要原因是高技術(shù)含量產(chǎn)品的品種規(guī)格不全,、質(zhì)量性能水平低,、可靠性不高以及工藝選型計(jì)算不準(zhǔn)確等。

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