板式换热器的安全使用

　　收穑日期：2⑴5-03- ElectronicPubli片波i纹不1能互相接触，形成不了支撑，：受压I寸会变et 0前言板式换热器是一种新式高效的换热设备，在许多工业中已经使用很普遍，现已广泛用于动力工程、航舶、冶金、石油、化工、食品和轻工业等许多行业，近年来也推广到制糖工业。上世纪70年代以来，在欧美、南非和印度的不少糖厂亦用它在清汁加热、甜菜糖厂渗出法的稀汁加热、稀汁入罐前的加热，以及终糖蜜的冷却（入废蜜罐之前），效果良好。在国内，20世纪90年代后已陆续在不少甘蔗糖厂应用，在甜菜糖厂中的使用则要推迟到上世纪90年代末。1999年，屯河新源糖业有限责任公司（以下简称屯新公司）在35000t/d技改中首次大范围地使用了多种型号的板式热器。充分利用了板式换热器体积小、结构紧密、质量轻、特别适用于空间有限场合的特点。

　　2板式换热器的构造及工作原理板式换热器主要由一定数量的平板式换热片（几十片至数百片）、垫片、固定框架和压紧装置（压紧螺杆和活动压板）等组成。换热片系由冲压或辊压成各种形状，在其表面上压出特殊设计的波纹，这种波纹不仅使其强度和刚性增加，而且形成流体的高速紊流。紊流有力地阻止了沉淀物在板面上形成，减少了积垢，大大提高了冷热介质通过薄金属板壁的换热效率。换热片的波纹形式很重要，他决定了换热片的工作特性。主要的波纹形式有水平平直波纹、皱褶波纹形、瘤形凹凸板、锯齿型波纹板、人字形波纹板（V字形）和双人形波纹板（W字形），斜形的波纹又有不同的倾角。换热板片波纹的设计和制造是板式换热器的技术关键。换热片的材质是优质不锈钢板或钛板，其次是铝及其合金。板片厚度0.5~1.2mm.板片角上开有流体通道孔，四周及角孔周围压有圈槽。装配时首先用粘结剂将垫片粘牢在板片密封槽中，角孔周围部分槽中根据流动需要放置垫片，一方面防止流体的泄漏，另一方面使板片之间形成一定的空隙。当金属板组借压紧螺杆由盖板压紧时，相邻板间板角上的开孔形成连续的通道，将介质（参与热交换过程的介质）从进口处引流到金属板组中，并分配到金属板间的狭窄槽道中。

　　由于金属板上配了垫片以及金属板“A”和金属板“B”的交替安装，两种介质交替进入金属板内的槽道，即热介质进入奇数槽道，而冷介质进入偶数槽道。这样，两种介质被薄薄的金属壁隔开。多数情况下，两种介质的流动方向相反。介质通过换热器时，热介质将其部分热量传递到薄金属壁上，而薄金属壁又将这部分热量传递到另一侧的冷介质上。热介质的温度下降，而冷介质的温度则上升。后，两种介质流向金属板另一端的相似通道，并排出换热器。

　　板式换热器中将板片联结成一个整体并形成板片间冷热介质流动通道的关键部件是垫片和垫圈。垫片是板式换热器的密封部件，每件板片的同一侧面都牢固的粘着一组有弹性的垫片。将螺栓上紧后，被压紧的垫片厚度等于板片波纹突起的厚度，此时板片与垫片的突出端位于同一平面上，互相紧贴。垫片厚度一定要准确。如垫片过厚，则板薄发速度快。若为高温蒸汽与液体物料作为冷PublishingHouse.Allrights形；如垫片不够厚，则上紧螺栓时会使板片波纹顶端紧贴后再压入而形成小凹坑，易穿孔泄漏，造成板片报废。垫片的材料和质量也决定了该台换热器所能承受的压力和温度。板式换热器一般在压力1.5Mpa和温度150°C内操作，性能可靠。目前国内制造的板式换热器采用丁晴橡胶垫圈时，允许使用温度为150°C以下，使用压力为0.字形板式换热器允许使用压力为1Mpa.垫片的温度极限通常由垫片的材料来决定；对于氯丁（二烯）为71°C，硅酮为138°C，石棉为199°C.近年来，国外由于采用压缩石棉垫片，高操作温度360°C，高操作压力2.8Mpa. 3板式换热器的特点传热效率高，一般比管壳式加热器高2~值一般达到3500~5800KW/m2.k（3000~5000cal/m2.h.°C），因而在同一条件下所需传热面积小。

　　②结构紧凑，体积小，特别适用于老厂改造中技改等充分利用原有设备，克服空间局限的场合。质量轻，传热板薄，耗用金属量少，每平方米加热面积约消耗金属10kg.仅为列管式加热器的1/3~1/4.垣加热物料在加热器中停留时间短，内部死角少，卫生条件好。适用于热敏性物料的加热，例如牛乳、味精溶液等。

　　④操作灵活性大，应用范围广，可以根据需要增加或减少板片的数量以改变其加热面积，或改变工作条件。设备规格的幅度很大，每片换热片的尺寸，小的可到0.5m2，大的可达1.3m2，每台设备的换热面积可在1m2~ 1000m2之间，设备余量大。

　　巧可使用较低温度的热源，回收低温热源中的热量，达到节约能源的目的。冷热物料之间的传热温差可减少到4~⑥换热器板片间通道内流体运动激烈，且表面光滑，形成积垢较少，工作周期长，并便于使用化学方法清洗。可以大幅度减少小检或停机时蒸发罐刷管煮碱所耗费的人力、物力、财务。

　　换热器板片较薄，承压能力低；特别是对于波纹板片间形成接触点，互为支撑型的换热器，使用年代长，压紧尺寸超出安装要求尺寸后，易使接触点压成凹坑，后形成穿孔，使板片报废。

　　运板片之间的间距（缝隙宽度）较窄（一般换热器4~6mm，“宽缝”的换热器在8~ 12mm）液膜较热介质进行换热，在物料突然断流情况下，容易发生蒸干焦化现象，加速板片间的密封垫圈损坏；焦化物质会造成板片间冷物料通道堵死，影响设备的使用，给生产造成损失。所以，员工对板式换热器设备结构和工作原理的理解是实际使用中的难点。

　　4屯新公司板式换热器的分析现有两种类型的板式加热器，一种是常用的板与板之间有金属接触点的类型。它用于加热或冷却不含悬浮固体的液体，如糖浆、糖蜜、稀汁、清汁等。我公司用于加热稀汁的M15-MFML型板式加热器，与老厂技改前标准管壳式蒸发管并联使用士WTFL型板式扩展器却是这种类型。

　　EC500型扩展器是流体介质状况为复杂、单片和总装机面积大、员工难以理解和掌控的换热器类型。

　　另一种后来发展起来的称为“自由流动”或“宽隙”型，即板与板之间间隙宽，可用于带悬浮物的液体，如渗出汁，预灰汁、饱充汁和含结晶体的糖液（如糖膏）等。我公司用于渗出汁加热的MA30-SFM型板式换热器即是这种类型。

　　表1屯新公司使用的板式换热器的主要参数型号数量（台）加热物料稀汁渗出汁二效糖浆四效糖浆单片换热面积（m2）单台换热板片数（片）板片间隙（mm）单台装机面积（m2）板片材料（不锈钢）板片厚度（mm）垫片材料垫片类型设计温度（c）设计压力（bar）试验压力（bar）物料进出口直径（内径mm）0值缺框架宽度（mm）框架高度（mm）框架长度（mm）板片组厚度（A注：K值：传热系数1W.7m2K=°C；0值：热参数（t2效数蒸发器类型传热面积（m2）式换热器，双板壁板式换热器的工作原理同一般的板式换热器一样，所不同的是，两种介质之间的一为3500吨/日，设计过程中，新疆轻工设计研究总院根据屯新公司当时厂房狭小的实际情况，权衡增加土建投资和新增高效换热设备的经济性后，大量运用了板式换热器，将技改前的四效低真空蒸发改为五效低真空蒸发。稀汁加热系统由原来的90m2列管式加热器改为5台40.3m2/单台的M15-MFML型板式加热器，5台加热器串联进汁、5级加热。该稀汁加热系统在1999/00榨期中成功地将硫漂稀汁温度由90°C提高至进罐温度127°C. 2000/01榨期，屯新公司日处理甜菜能力由3500吨/日上升至4500吨/日，稀汁流量达到200m3/h.由于在技改中物料管道要迁就新老设备，使管道曲折，造成流体阻力大，稀汁泵压力过高，稀汁箱经常溢流；一效蒸发罐液位难于控制易干罐，稀汁只好从稀汁三级加热器出口处走短路进一效罐，进罐稀汁温度不够，大大增加了热电站乏汽用量，反而体现不出板式加热器的优势，造成资源的浪费；而且M15-MFML型板式加热器的固定盖板上与管道匹配的开孔直径为DN150；200m3/h的稀汁全部要串联通过5台（67片/每台）板片间的66个0.5cm宽的“缝隙”，由于通道面积不够限制了进汁量，造成了内部巨大的压力降。如果增大原来DN250的稀汁总管道，由于固定盖板上的开孔直径为DN150，所以不会取得明显效果。如果更换更大扬程的稀汁泵，效果不会理想，还有可能超出稀汁加热器的工作压力，造成垫片冲出或损坏而停机。为解决这一问题，我们改变稀汁5级加热器的联接方式，改五级串联为四级串联，其中二、三级分别由两台板式加热器两两相并联，再增加两台原3500吨/日技改时淘汰下来的旧90m2列管式加热器作为第四级加热作为补充。

　　对稀汁加热系统进行技改后，未再出现稀汁走短路现象，稀汁进罐温度稳定在127°C.均衡生产得到改善，加工量得到了提高。

　　进入11月份，气温开始下降，糖厂渗出汁达不到预灰工艺要求的40~45°（实际平均在25°C左右）清净效率低。在以前是采用列管式加热器（F 12管程）对加热器进行提温，但是由于渗出汁是粗糖汁（渗出器提汁篦子孔径是/经过滤，糖水中夹杂有大量碎粕；造成使用伊始，列管式加热器就被堵塞而停用，打开加热器疏通后，投用。耗费了大量的人力而没有实际效果。ubl为解决这一工艺问题，并从充分利用低品质热源、降低制糖车间冷疑用水量的角度考虑，决定在3500吨/天技改中使用新型高效的MA30-SFM板式加热器对渗出汁进行提温。

　　MA30-SFM型板式换热器是一种特制的具有中间隔板的“宽隙”型板式换热器，板片间的宽度较大，达到12mm.板片之间的空间较M15-MFML型和EC500±WTFL型板式换热器大很多，可用于含有纤维类杂质的液体；热源也可使用低压或具有较高真空度的、比容很大的蒸汽。这种板片的波纹深度大，用特殊设计的波纹形状来加强板片的刚性，板片之间的接触点较少。这种板片较难制造，价格也较高。为增加渗出汁在板片间的流速，增大传热效率，增加了中间隔板（与换热板片的大小差不多，用15mm厚的碳钢板制成，在需要流体转折的角上不开孔，而在有介质流通的角上开孔并衬有垫片）使之形成4程流动（两上两下）。这样就有效的减少了碎粕在板片上的沉积。根据甜菜糖厂渗出汁的特点，Alfa-Laval公司给MA30-SFM型板式换热器设计了反冲洗程序，即利用5bar的压缩空气驱动气缸阀，每分钟渗出汁进汁方向倒换一次。1998/1999榨期投用后，碎粕堵塞加热器的现象没有了。

　　之后又对工艺流程进行了一系列技改，该设备运行正常，发挥了较大的作用，渗出汁温度由原来的25°C左右提高到35~ 40°C之间，效果较明显。

　　需注意的是虽然板间距为12mm，但反冲程序要坚持使用。要尽量均衡生产，防止渗出汁压力突升将垫片冲出。

　　EC500土WTFL的应用在3500吨/天技改中，为节省设备投资，充分利用原有蒸发罐，在对蒸发罐不移位，不投入土建投资的情况下，为原二效、四效蒸发罐分别配制了EC500±WFTL型板式蒸发器，形成了现在的蒸发系统加热面积分配形式。

　　表2蒸发系统加热面积分析一效二效三效四效五效内循环内循环式蒸两个内循内循环式蒸内循环式式蒸发发管+板式环式蒸发发罐+板式蒸发管环式罐扩展器罐扩展器蒸发管用激光焊接在一起的板片所替代。其被焊接后的一对对板片在装配后形成的通道同一般板片组成的通道一样也由通常的橡胶垫密封。各种原因引起的泄漏，都能很容易地在换热器外部发现，防止介质混流。例如：（a）双板壁中的一块板有穿孔将形成外泄漏，就是从双板壁中间泄漏到大气中。（b）橡胶密封垫的失效引起的外泄漏，直接从密封垫边缘或密封垫的槽孔泄漏到大气中。（c）焊接处引起的外泄漏从密封垫的槽孔或焊接失效一侧的双板壁中泄漏。

　　8板式扩展器的化学清洗程序板式换热器因其内部物料湍流强烈且板片表面很光滑，生成积垢较小，故亦称为“自洁式换热器‘。如果在运行期间定期加大物料流量或使物料反向流动，可以将其内部的一些冲击物冲去，延长换热器的工作周期。板式换热器的材料能抵御多种化学药剂的作用，而且它的内部容积较小，很便于用化学剂清洗。所用的化学药剂由积垢的种类和成分而定。屯新公司的板式扩展器从使用初开始曾试用不同浓度，不同药剂的化学清洗，后确定了一种配方和方法，可能对兄弟糖厂有一些作用。

　　2000年3月7日对四效扩展器用7浓度左右的NaOH在80°C煮碱四小时，但煮碱结束后，发现蒸发器内仍有大量垢片存在。3月10日对四效扩展器煮酸处理，采用15左右浓度磷酸在0TC至70°C煮酸4小时，完成之后用清水冲洗，但打开物料进口北侧法兰仍发现有大量垢存在，为进一步核实，将四效扩展器拆开，发现板片上有大量垢渣，板片表面有一层较为坚固深灰黄色垢层，取下部分垢样用2HN3处理，只有轻微反应，估计残留垢层主要是硅酸盐，决定采用如下流程清洗：先用12~在90°C以上煮碱循环12小时；用80°C热水冲洗残碱约1小时，再用12~15磷酸在60~ 4小时，为确保清洗效果，在酸洗时加入20mgH　　利用酸洗箱内剩余的磷酸对5台稀汁加热器（板式加热器、M15-MFML）进行3小时酸洗循环，仍保持温度在60~ 70°C.循环清洗3小时后，板片表面洁净。

　　对二效板式扩展器清洗，仍用12以上循环清洗12小时，然后用15磷酸清洗3~ 4小时，清洗完成后板表面积垢均已基本清除。在酸洗时保持温度60清洗完成后要求用热水（约80°C）冲洗至中性为止。

　　板式蒸发器清洗时，应保证每个物料通道流量不小于150L/（h.每通道）；碱洗后，循环物料流量不少于300L/（h.每通道）。在现场清洗时使用泵为14.4m3/h，40m扬程不镑钢耐腐蚀泵，煮碱时用两台泵并联操作，总流量约30m3/h；煮酸时采用单台泵循环，流量约15m3/h.板式换热器的清洗要注意，在任何情况下，不得使用盐酸清洗不锈钢金属板。制备清洗液时，水中氯含量超过300mg/kg时，不能使用。因为它会降低不锈钢包括耐蚀耐高温镍基合金、耐热镍铬合金、因康镍合金以及SMO的抗腐蚀能力。氯离子能消弱这些钢种的保护层作用，使其变得更易于腐蚀。这只是个时间和浓度的问题。所以不锈钢设备，包括蒸发罐的不锈钢加热管都不能使用盐酸进行清洗。

　　9总结板式换热器使用方便，占地小，不需刷管，传热效率高，它的使用会越来越广泛。上述屯新公司所使用的三种不同类型的板式换热器都各有特点，基本涵盖了甜菜糖厂所使用板式换热器的所有类型，其各自的特点、使用中发生的问题以及如何处理也都尽可能详细的进行了阐述。后总结几点经验，和大家商榷：0板式换热器不宜常拆卸，防止A值和垫片发生变化。

　　在生产操作中，板式换热器不宜频繁停机。

　　或者只停汽，不停物料。

　　③渗出汁加热器不需化学清洗除垢，只需注意每年榨期结束时排净糖水即可。稀汁加热器一般也不需化学清洗除垢，因为我们曾拆开检查，没有发现垢层，板面很光洁。

　　板式换热器糖水循环泵的互锁很重要，泵的选型也要专家的意见，才能体现板式蒸发器的特点。如果出现泄漏，应保持观察，直到设备温度上升至工作温度，如果，只有再压紧才能抑制泄漏，金属板组压紧后的厚度与“A值”之差只允许小于“A值”的1，但不得超过大拧紧扭矩。如果都超出以上条件，建议不要再盲目压紧，应考虑更换所有板片胶条，达到正常A值。