板式换热器

板式换热器1、板式换热器的应用2、板式换热器的原理及结构3、板式换热器简介4、闭式循环冷却器的用途5、抗垢设计和防冲刷设计6、换热器及系统的要求7、板式换热器的清洗8、RRI/SEC板式换热器核安全级别和其结构特点9、我国部分现役核电站RRI/SEC核级板式换热器的使用情况10、常用核电板式换热器的规格型号11、标准规范12、设计能力介绍13、制造能力及检测能力介绍14、质量保证情况15、目前核电板式换热器的应用情况目录板式换热器(PHE)作为一种高效、紧凑的换热设备，广泛应用于机械、化工、石化、冶金、食品、供热与空调、船舶、轻工、电力等领域。由于其传热系数高、结构紧凑，易于拆洗维护，在许多方面优于管壳式换热器，因此在国内外核电站中得到了大量的应用。目前在核电站主要有如下系统中普遍使用板式换热器：1、设备冷却水系统（RRI)2、安全厂用水系统（SEC）3、反应堆换料水池和乏燃料换料水池冷却和处理系统（PTR）4、辅助给水系统（ASG）5、常规岛闭式冷却水系统（SRI）而在核岛的主要辅助系统中，设备冷却水系统（RRI）/重要厂用水系统（SEC）/反应堆换料水池和乏燃料换料水池冷却和处理系统（PTR）作为把热量从具有放射性介质的系统传输到外界环境的中间冷却环节，所采用的大中型板式换热器的设计与制造要求比其它非核岛系统（ASG、SRI）更为严格、苛刻。板式换热器的应用板式换热器由许多压制成型的波纹金属薄板片按一定的间隔，四周通过垫片密封，并通过框架和夹紧螺栓副进行压紧而成，板片和垫片的四个角孔形成了流体的分配管和汇集管，同时又合理地将冷热流体进行自由导流分配，通过板片进行热传递达到热量交换的目的。板式换热器的基本元件构成（见图），其中板片是热量传递元件，决定板式换热器的传热速率、阻力损失、承压能力、适用流体和使用寿命等；垫片决定板式换热器的承压能力、适用流体和维检周期等。板式换热器的原理及结构板式换热器的原理及结构序号部件名称部件功能1固定板其不直接与流体接触，用夹紧螺栓副紧固后压紧板片及垫片保证密封2支架支撑换热器的重量，使整个换热器组成一体3上横梁承受换热器的重量并保证安装尺寸，使板片在其间滑动，横梁通常比板片组夹紧后长，以保证松开夹紧螺栓后组装、检查和清洗板片4下横梁保持板片底端对齐5活动板与固定板配对使用在横梁上自由滑动，以便于换热器的拆装6角孔介质进入换热板片间的分配管与汇集管7夹紧螺栓副压紧板片组使换热器整体保证密封，同时能够承受压力载荷8板片热量传递的元件，提供介质流道和换热表面9垫片防止介质混流或泄露，并使之在不同板片间分配10中间隔板在固定板和活动板中间的不同位置上设置中间隔板，可以使一台设备同时处理多种介质，执行多段操作板式换热器简介主要技术参数最大单板换热面积：4.0m2最小单板换热面积：0.015m2单机最大装机面积：3200m2单机最小装机面积：0.1m2单机最大水处理量：3800m3最高承压能力：3.0MPa最大角孔直径：500mm最大板间距：15mm最小对数平均温差：1℃板型种类：200余种板片结构板片压制过程中会产生应力，应力会导致板片受力不均，产生翘曲变形，板片装配后就容易发生泄漏，这种在大板型上表现更为突出，较大的内应力存在也会加速板腐蚀。在设计板片时充分注意到这一问题，采用有限元应力分析及模拟软件攻克了这一难题，并在板型设计时采用增加了应力释放区的设计，收到了良好的效果（如右图）。板片的压制后更平整，这对大板型来说无疑是非常关键的。流体进入板间时要做到很好的分流，避免流体不能均匀布满整张板面，否则会出现滞流死区，影响传热。在设计时运用CFD计算流体力学原理，对流场进行分析和模拟，对分流区域调配阻力，有效地把流体均匀分配到整张板面，这也就消除了水流死区，达到完全逆流，使板间流速和流量均布，在有效地提高传热能力的同时，也避免了由于板间流量分配不均而产生流速相差较大的现象，从而也降低了冲刷腐蚀的影响(如图所示)。流体在在进入导流区时的流速是板间流速最高的，因此极易产生冲刷腐蚀，尤其是对于含沙量较大时更应引起重视。为此在设计时为防止流体对导流区的冲击，因此采用柱状流设计，能够减轻冲刷腐蚀。板间距及波纹形状板间距（即波纹深度）要根据介质情况进行合理选择，一般来说，介质中的不溶固形物的颗粒大小应以不超过波纹深度的50%为宜。板式换热器板片间距从2mm到7.5mm。一般海水经过自动反洗滤网过滤后,相对介质较为清洁，我们认为选用3-4mm的板间距较为合理。人字形波纹板其承压性能好，板的波纹形状同样影响板式换热器的板片寿命，同时也会对冲刷腐蚀产生不同的影响，如右图所示，左边的板片的板纹为尖角相触，这种形式的波纹加工较为容易，但其在受外力时由于其结构原因承压能力较差，使板片波纹峰顶发生变形并产生凹坑，从而影响使用寿命，而板式换热器在波纹峰顶采用圆弧型设计，采用数控加工中心加工模具，高精度的加工保证板片触点完全接触，这种波纹在提高支撑强度的同时，减少积垢并提高耐冲蚀性能，这种结构对压制钛板尤为关键。板片的定位方式板式换热器采用独特的燕尾槽结构的多点定位方式。如下图所示，这种定位方式采用机械定位的“一面二销”的基本原则，从而开放一个工件的自由度，这种定位方式防止产生过定位现象。板式换热器采用波纹板为定位平面，一侧采用全面限制自由度的方法，另一侧采用非全面限制自由度的方式，在纵向方向上可以伸长。板片在受热及夹紧受力时，可以延纵向方向向下延伸，能够大大降低板式换热器的泄漏机会，板片无变形，并使板式热器在框架上定位更精确，同时拆装更为方便快捷。以往淘汰的板式换热器上下定位孔采用全封闭自由度的圆孔式定位方式，如上右图示，这种定位会造成过定位现象，板片在受热膨胀及夹紧受力时不能伸缩，发生板片翘曲造成泄漏，同时板片的拆装非常困难，板片的定位精度低，影响了外观质量。板片的定位方式板式换热器检修周期一般为二到三年一次，为避免板片在拆装时上下定位槽发生变形，采用了加强设计，同进进行翻边加工，维修即不会使定位槽发生变形，多次拆装后定位仍然精确，定位点更耐磨，同时也起到了防止定位槽对维修人员的损伤。为了达到人性化设计的要求，使装配板式换热器时更为便捷，我们在板式换热器的每一张板片的四个角孔采用辅助定位裙边，这些裙边为锥形结构，在第一张板片能够正确装机后，其后板片可以通过四个角定位裙边，自动对入正确的装配位置，达到自动对位之目的，使装配板式换热器时更为便捷，实现“傻瓜式”装配。热混合设计方式板式换热器采用先进的热混合设计方式。能在相当宽广的参数范围内，做到“换热量—流量—允许压降”的完全匹配，并节省换热面积。一种型号的板式换热器分二种板片，外形尺寸及垫片尺寸相同，仅波纹的人字形夹角不同，因为人字形夹角对换热效率、流体阻力都有明显的影响。人字形夹角大，换热效率、流体阻力大，我们把其称之为大角度板(D板)；反之称之为小角度板(X板)。根据工况的不同要求可以组成三种通道：DD通道、XX通道、DX通道(M板)。通过热混设计方法，可以采用多种板片通道组合设计，以保证最低压降、最大处理量和保证最佳传热的条件下，换热面积最小，节省投资。如图所示。只有两种板形及一种胶垫，同一组板片中板片统一，旋转180º得到另一面板，减少配件需求。而采用一张板多种纹夹角的情况会大大提高检修的难度，并且位置应有严格要求，否则会影响热工及水力效果。180º先进的密封结构和垫片板式换热器垫片结构采用的独特的三角形屋顶设计(见图),其密封型式为线密封，线接触密封作为密封领域公认的最佳的可靠型式被用于板式换热器的垫片结构上。这种结构可以保证板片在夹紧受力时垫片中间受力最大，在较小的夹紧力作用下实现较大的密封作用力，从而保证了良好的密封性能并使垫片在较小的作用力下工作，多次拆装后垫片永久变形小，同时对垫片槽的弯曲应力也很小，不会产生永久变形，达到装配精确，如右图所示。垫片槽采用封闭式设计，使垫片在夹紧时不会接触到大气，垫片与外界空气及内部介质接触较少，减缓了垫片的老化和腐蚀，延长了垫片的使用寿命，从而实现了板式换热器长期安全可靠运行。以往已淘汰的产品采用平板式面密封，接触面很大，在施加较大夹紧力的情况下才能实现密封，垫片永久变形大，板片垫片槽变形也较大，同时垫片槽为开放式设计，垫片与介质及空气接触较多（如图），垫片更容易老化，难以保证设备长期稳定运行。采用的垫片由中日合资西安联谊公司生产，原料胶均采用进口材料，质量可靠。也可按用户要求采用进口吉斯拉维的垫片，这两家企业分别通过了国家权威机构组织的板式换热器安全注册认证，为板式换热器产品实现了“零泄漏”提供了可靠的材料保障。外形线密封垫片槽更高的密封压力有泄漏的风险对垫片有足够的支撑在缺口处–垫片有脱落的风险使用寿命和可靠性的差别面密封垫片槽采用封闭式设计，有效隔离垫片与大气及介质的接触，从而减缓垫片老化和腐蚀；另外在垫片的二道密封处开设了四个检查泄漏孔与大气相通，能够检查出介质泄漏情况，并排出大气。双泄露观察孔线性密封辅助定位系统主定位系统垫片与板片的连接方式免粘接方式固化粘接方式免粘接方式一般适用于中小板型，突出特点是检修方便，减轻腐蚀。固化粘接方式适用于大板型粘接密封形式的胶垫，其能够实现密封胶垫与板片高强度结合，减少了密封胶垫更换频次，一般适用于介质相对清洁的场合。其中固化粘接是采用3M胶粘结剂（牌号4799，属于常温固化胶）均匀地涂在已经清洁过的垫片槽内，把干净的新垫片粘贴在板片上，注意垫片与垫片槽的位置。粘接后在用手抚平，保证垫片全部粘接上。贴好垫片的板片要放在平坦、阴凉、通风的地方自然干固24h后才可安装使用。先进的快拆装机构板式换热器的夹紧系统采用世界上最为先进的快装机构（如图），前夹紧螺母通过锁紧栓与螺杆联为一体，下面安有轴承盒，后夹紧螺母通过独特的锁紧套来防止松动，拆装板式换热器时只需拧紧或松开前夹紧螺母即可完成。检修板式换热器时拆装更为方便快捷，是典型的人性化设计。先进的滚轮装置板式换热器活动压紧板上均装有滚轮装置，一般小板型可以采用单滚轮结构（如下图左所示），这种结构相对简单，制造较为方便。但由于核电项目的换热器单板面积较大，如果采用一个滚轮机构则在推动活动板时会发性倾斜甚至卡住，极为不方便，因此对于大板型设计时我们在换热器的可移动压板板上设有对称的活动滚轮装置，其效果要远远优于单滚轮结构，这种活动板滚轮结构详见下图右所示：此结构保证了活动夹紧板在移动的过程中能够自由滑动、不倾斜，避免上导杆的磨损并大大方便维修。流体进入角孔的方式第三代板式换热器均采用单边流设计方式，接口采用平行流设计，即高温介质侧与低温介质侧平行布管，避免交叉布管，由于交叉流会使板式换热器垫片变成两种规格，对检修极为不利，而采用平行流既能使布管方便，又只采用一种垫片，方便检修设备，如下图所示。接口采用金属衬里，衬里材料与板片材料一致板片的强度设计采用计算软件进行设计模拟分析，也可通过耐压试验等功能性试验来验证板片的支撑强度。采用有限元方法计算各个点的应力，其中主要取角孔、导流区、波纹区、外缘区处支撑点跨距最大的薄弱区域为主要计算目标。利用支撑点支撑力来计算出在设计状态下所需的合理支撑点数量。以钛材质0.6mm的板片为例，当设计压力为1.1MPa，试验压力为1.65MPa时，其分析计算需要的支点数量为5266个/m2，而板片实际的支撑点数量为6810个/m2，板片的支撑强度得到了充分保证。由于板式换热器具有独特的密封结构；采用先进的定位系统；加之板片波纹采用了多人字形设计，相互倒置组装后触点增加并100%接触，大大提高承压能力。通过这几个方面的设计，使我公司的板式换热器具有卓越的承压能力，板片厚度在0.7mm时（不锈钢板），即可承受3.0MPa的压力，能够确保板式换热器的安全稳定运行。承压能力板片波纹应力云图板片边缘应力云图板片导流区应力云图板片角孔处应力云图闭式冷却水系统以除盐水为介质的闭式循环回路，系统的主要作用是为上一级系统设备提供冷却水。如对于电厂来说，是为发电机组的辅助设备提供冷却水