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图文讲解板式换热器的原理、结构、设计、选型、安装与维修(下)(转载)

edmin 2022-05-13 产品中心 8 ℃ 0 评论

  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:

  1.保护冷凝器免受污染、结垢和腐蚀

  2.代替冷凝器承受冷却水侧压力

  3.能够在季节许可时不运行冷冻机组

  4.能够实现热回收

  5.节省昂贵的添加剂

  冷却塔水冷却凝结水

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  海水、河水或井水冷却凝结水

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  乙二醇冷却凝结水

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  短路冷冻机组系统

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  地下水冷/热源系统

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  热回收系统

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  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

  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

  换热器机关的颠倒放置

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  换热器的安装姿势

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  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

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  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。

  换热器的管路焊接

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  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

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  钎焊换热器排汽和排水(某些流程须配置一些附加接管)

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  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。

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  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

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  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)。

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  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。

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  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

  水温50~60℃时,控制Cl-

  氯化钙和溴化锂溶液浓缩的氯化钙溶液在高PH值和低温(

  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。

  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的泄露/不同类型的泄露

  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

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  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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本文标签:换热器板式选型讲解原理

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