板式換熱器設計的一般原則

板式換熱器設計的一般原則
在設計一臺換熱器的時候，應分析其設計壓力、涉及溫度、介質特性、經濟性等因素，并和其他換熱器設備進行一定程度上的比較（如：板式換熱器與管殼式換熱器的一般比較）。確定采用板式換熱器后，具體的設計計算的原則為下面幾個方面：
一、選擇板片的波紋型式
板片的波紋型式只要有人字形波紋和水平平直波紋兩種。人字形波紋板的承壓能力可高于1.0MPa，水平平直波紋板片的承壓能力一般都在1.0MPa左右；人字形波紋板片的傳熱系數和流體阻力都高于水平平直波紋板片。選擇板片的波紋型式，主要考慮板式換熱器的工作壓力、流體的壓力降和傳熱系數。如果工作壓力在1.6MPa以上，則別無選擇的要采用人字形波紋板片；如果工作壓力不高，又特別要求阻力降低，則選用水平平直波紋板片較好一些；如果由于安裝位置所限，需要較高的換熱效率以減少換熱器占地面積，而阻力降可以不受限制，則應選用人字形波紋板片。
二、單板面積的選擇
單板面積過小，則板式換熱器的板片數多，也使得占地面積增加，程數增多，導致阻力降提高；反之，雖然占地面積和阻力降減小了，卻難以保證板間通道必要的流速。單板面積可按流體流過角孔的速度為6m/s左右考慮。
三、流速的選取
流體在板間的流速，影響換熱性能和流體的壓力降，流速高雖然換熱系數高，但是流體的阻力降也增加；反之的情況則相反。一般板間平均流速為0.2~0.8m/s（主流線上的流速要比平均值高4~5倍）。流速低于0.2m/s時流體就達不到湍流狀態且會形成較大的死角區，流速過高則會導致阻力降劇增。具體設計時，可以先確定一個流速，計算其阻力降是否在給定的范圍內；也可按給定的壓力降求出流速的初選值。
四、流程的選取
對于一般對稱型流道的板式換熱器，兩流體的體積流量大致相當時，應盡可能按等程布置；如果兩側流量相差懸殊時，則流量小的一側可采取多流程布置。相變板式換熱器的相變一側一般均為單程。多程換熱器，除非特殊的需要，一般對同一個流體在各程中應采取相同的流道數。
在給定的總允許壓降下，多程布置使每一程對應的允許壓降變小，迫使流速降低，對換熱不利。此外，不等程的多程布置是平均傳熱溫差減小的重要原因之一，應盡可能避免。（近年來國產的板式換熱器出現了非對稱通道的板式換熱器，國外則采取“熱混合”的板片組合方式，即允許熱量—流量—壓降三者之間的不匹配的問題，同時節省換熱面積）
五、流體的選取
單相換熱時，逆流具有更的平均傳熱溫差。在一般換熱器的工程設計中都盡量把流體布置為逆流。對板式換熱器來說，要做到這一點，兩側應該為等程。若安排為不等程，則順逆流需交替出現，此時的平均傳熱溫差將明顯小于純逆流時。
在相變換熱時順流布置與逆流布置平均溫差的區別比單相換熱時小，但由于這時牙尖大小與流向有密切關系，所以相對流向的選擇將主要考慮壓降因素，其次才是平均溫差。其中要特別注意的是，有相變的流體除不宜采用多程外，還要求要從板片的上部進，下部出，以便排除冷凝液體。
六、并聯流道數的選取
一程中并聯流道數的數目視給定流量及選取的流速而定，流速的高低受制于允許壓降，在可能的較大流速以內，并聯流道數目取決于流量的大小。
七、選擇半片材料
根據介質的腐蝕性能來選擇板片的材料。國外制造板片的材料品種繁多，有較大的選擇余地。我國制造板片的材料主要有不銹鋼和鈦等，在選擇的耐腐蝕材料基礎上，在輔以增加板片厚度或防腐處理來延長板片的使用壽命。
八、墊片材料的選擇
所選擇墊片的材料主要考慮耐溫和耐腐蝕兩個因素。
九、其他
1.板式換熱器一般不適用于氣體的熱交換。
2.進行易爆、易燃介質換熱的板式換熱器的設計壓力，至少要比介質的工作壓力高出一個公稱級別以上。而墊片的耐溫、耐腐蝕性能需要可靠。
3.進行強腐蝕介質（如：硫酸）換熱的板式換熱器，其板束周圍宜設置一個防護罩。
4.對雜質較多的介質進行換熱時，介質的進口管道上應該設置過濾器，單程排列。此外還應盡可能選用通道間隙較大的板片。
5.對工作壓力和工作溫度都較高的工況，可拆式板式換熱器無法適應時，應采用焊接式板式換熱器。