板式換熱器基本知識作者：一諾

文檔編碼：UoEdZfJX-ChinaKa5INFCS-China5oAConCl-China板式換熱器概述板式換熱器是由波紋狀金屬板

片疊裝組合，通過密封墊片分

隔形成獨(dú)立冷熱流體通道，以

板片為傳熱面實(shí)現(xiàn)冷熱介質(zhì)間

接接觸的熱量交換設(shè)備，具有

結(jié)構(gòu)緊湊和傳熱效率高的特點(diǎn)

,多用于化工和食品及暖通空

調(diào)系統(tǒng)。板式換熱器的核心傳熱單元為

波紋板片，其特殊的人字形或

球形波紋設(shè)計(jì)不僅增大了有效

傳熱面積，還使流體多次改變

流速和方向，減少污垢沉積；

密封墊片精確分隔冷熱流體，

確保介質(zhì)不混合，適應(yīng)不同工況的溫度與壓力需求，保障換其工作原理基于冷熱流體在相

鄰板片通道內(nèi)交替流動(dòng)，通過

薄型板片壁面進(jìn)行熱量傳遞，

流體在波紋板間形成的復(fù)雜流

道增強(qiáng)湍流程度，提高對流換

熱系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)高溫流體熱

量向低溫介質(zhì)的高效轉(zhuǎn)移。

板式換熱器的定義與工作原理熱過程安穩(wěn)定。式換熱器起源于世紀(jì)中后期，早期由瑞士人發(fā)明

雛形，受限于加工技術(shù)，僅采用簡單平板結(jié)構(gòu)，

傳熱效率較低，主要應(yīng)用于食品行業(yè)的巴氏殺菌

等基礎(chǔ)場景，材料以銅和鉛等耐腐蝕金屬為主，

密封技術(shù)也較為簡陋。世紀(jì)中葉后，隨著沖壓技術(shù)和焊接工藝進(jìn)步，波

紋板式結(jié)構(gòu)逐漸成熟，通過改變板片形狀和流體

通道設(shè)計(jì)，顯著提升了傳熱系數(shù)和抗結(jié)垢能力，

應(yīng)用領(lǐng)域從食品擴(kuò)展到化工和石油和暖通空調(diào)等

工業(yè)領(lǐng)域，標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)?；a(chǎn)推動(dòng)其成為主流

換熱設(shè)備之一。當(dāng)前，板式換熱器正向高效化和智能化和特種化

方向發(fā)展，采用超薄板片和納米涂層材料提升傳熱性能，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障預(yù)

警，同時(shí)在新能源和環(huán)保等新興領(lǐng)域需求激增，緊湊化設(shè)計(jì)和耐極端工況能力成為技術(shù)競爭焦點(diǎn)板式換熱器的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀◎暖通空調(diào)系統(tǒng)中，板式換熱器承擔(dān)冷凍水與冷卻水的熱量交換任務(wù)，常見于中央空調(diào)和地源熱泵及新風(fēng)機(jī)組。其高效傳熱效率和低流阻特性，可減少水泵能耗，模塊化設(shè)計(jì)便于安裝維護(hù)，提升系統(tǒng)整體能效。食品飲料行業(yè)中，板式換熱器憑借衛(wèi)生級設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)用于巴氏殺菌和物料冷卻及熱回

收環(huán)節(jié)。其可拆卸結(jié)構(gòu)便于徹底清洗，避免交叉污染，精確控制溫度確保產(chǎn)品品質(zhì)，

同時(shí)高效回收余熱降低生產(chǎn)成本。工業(yè)制冷系統(tǒng)中，板式換熱器常作為冷凝器和蒸發(fā)器，廣泛應(yīng)用于冷水機(jī)組和冷庫及低溫

環(huán)境制冷。其高效傳熱性能和緊湊結(jié)構(gòu)可顯著降低能耗，適應(yīng)不同制冷劑工況，確保系統(tǒng)

穩(wěn)定運(yùn)行。

板式換熱器的主要應(yīng)用領(lǐng)域板式換熱器通過波紋板片形成復(fù)雜流道，傳熱系數(shù)比管殼式高-倍，單位體積傳熱面積

為管殼式的倍左右，結(jié)構(gòu)緊湊，適合空間受

限場景，而管殼式因管束結(jié)構(gòu)傳熱效率較低

,占用空間大。在清洗維護(hù)方面，板式換熱器可拆卸設(shè)計(jì)，

板片可單獨(dú)抽出清洗，特別適合含顆粒和易

結(jié)垢流體，維護(hù)便捷；管殼式換熱器管束清

洗需拆卸封頭，勞動(dòng)強(qiáng)度大，對高粘度流體

易堵塞，維護(hù)成本高。從適用工況看，板式換熱器耐壓能力通常不

超過MPa,

耐溫不超過℃,適合中低壓和中

低溫流體；而管殼式換熱器可承受更高壓力和溫度，適合高溫高壓工業(yè)場景，但傳熱效

率相對較低。

板式換熱器與其他類型換熱器的對比板式換熱器的結(jié)構(gòu)組成人字形板片兩側(cè)波紋呈一定角度交叉排列，形成網(wǎng)狀交錯(cuò)流道，流體在板間多次折返并形成逆向流動(dòng)

,實(shí)現(xiàn)溫度效率最大化，同時(shí)波紋的'自鎖'結(jié)構(gòu)增強(qiáng)板片承壓能力，邊緣設(shè)計(jì)的密封槽配合橡膠墊片，確保流體無泄漏并分隔冷熱介質(zhì)。凹凸強(qiáng)化板片表面分布密集的微型凹坑或凸臺，通過破壞流體邊界層和促進(jìn)局部微擾動(dòng)進(jìn)一步強(qiáng)化

傳熱，凹凸結(jié)構(gòu)的深度和密度可針對不同粘度介質(zhì)優(yōu)化設(shè)計(jì)，四角的大直徑角孔配合導(dǎo)流槽，實(shí)現(xiàn)

流體在板束中均勻分配，避免偏流導(dǎo)致的換熱效率下降和局部結(jié)垢。板片的結(jié)構(gòu)形式與關(guān)鍵特征波紋板片通過特定形狀的波紋形成復(fù)雜流道，流體在板間流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈湍流，顯著提高對流傳熱系數(shù)，同時(shí)波紋

的凹凸結(jié)構(gòu)增大了傳熱面積，使換熱效率較平直板提升%以上，且多采用不銹鋼和鈦材等耐腐蝕材料，適應(yīng)不同介

質(zhì)工況。材料選擇需綜合考慮工作介質(zhì)的化

學(xué)特性和溫度范圍及工作壓力：丁

腈橡膠耐油性好，適用于礦物油等

非極性介質(zhì)；氟橡膠耐高溫和耐腐

蝕，可處理℃以上酸性或氧化性介

質(zhì)；三元乙丙橡膠則擅長耐水蒸氣

與極性溶劑，需根據(jù)具體工況匹配

材料特性以保障密封壽命。優(yōu)質(zhì)密封件材料需具備優(yōu)異的彈性

恢復(fù)能力與抗老化性能，在長期受

壓和溫度波動(dòng)下不易產(chǎn)生壓縮永久

變形，確保密封持久可靠。合理選

擇材料可減少密封失效導(dǎo)致的停機(jī)維修，降低設(shè)備全生命周期維護(hù)成

本，提升板式換熱器運(yùn)行穩(wěn)定性與

經(jīng)濟(jì)性。封件在板式換熱器中承擔(dān)著隔絕介

質(zhì)和防止泄漏的核心功能，其性能

直接決定換熱效率與設(shè)備安全性。

通過在板片間形成可靠密封，避免

冷熱介質(zhì)混合或外部空氣滲入，確

保熱量高效傳遞，同時(shí)杜絕介質(zhì)泄漏引發(fā)的安全風(fēng)險(xiǎn)與環(huán)境污染。

密封件的作用與材料選擇壓緊裝置通過施加足夠預(yù)緊力確保板片間密封墊片有效貼合，防止工作介質(zhì)泄漏，同時(shí)承受換熱器內(nèi)部介質(zhì)壓力，保障設(shè)備在高溫高壓環(huán)境下安全穩(wěn)定運(yùn)行,是板式換熱器密封系統(tǒng)的核心部件。螺桿式壓緊裝置利用螺桿與螺母的螺紋傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)壓緊力的調(diào)節(jié)與傳遞，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，成本較低，適用于中小型板式換熱器；液壓式則通過液壓系統(tǒng)提供大

范圍和高精度的壓緊力控制，能適應(yīng)大型或高壓工況，且自動(dòng)化程度高，便于遠(yuǎn)程操作。_壓緊裝置需長期維持穩(wěn)定的壓緊力，以抵消板片因溫度變化產(chǎn)生的熱膨脹和介質(zhì)壓力波動(dòng)導(dǎo)致的松動(dòng)，確保板片間換熱間隙均勻，避免因密封失效或間隙變化影響傳熱效率，同時(shí)部分類型設(shè)計(jì)有快速松緊結(jié)構(gòu)，便于板片的清洗維護(hù)。

壓緊裝置的功能與類型如何預(yù)防和應(yīng)對火災(zāi)05

0403

0201接管設(shè)計(jì)需綜合考慮流體流速與壓降，通常采用漸擴(kuò)或漸縮結(jié)構(gòu)減少流動(dòng)阻力，進(jìn)出口位置需避開板間死區(qū)，確保流體均勻進(jìn)入板片間隙，同時(shí)內(nèi)部壁面需光滑處理，避免焊縫突起引發(fā)沖蝕，尤其對含顆粒介質(zhì)需控制流速防止磨損。接管與分布裝置的協(xié)同設(shè)計(jì)需兼顧安裝空間與維護(hù)便利性，高溫工況下需選用膨脹系數(shù)匹配的材料減少熱應(yīng)力，高壓場合則需加強(qiáng)法蘭連接強(qiáng)度，同時(shí)分布裝置的支撐結(jié)構(gòu)需避開主要流道，避免阻礙流

體流動(dòng)并確保長期運(yùn)行中不發(fā)生變形或松動(dòng)。接管設(shè)計(jì)需綜合考慮流體流速與壓降，通常采用漸擴(kuò)或漸縮結(jié)構(gòu)減少流動(dòng)阻力

,進(jìn)出口位置需避開板間死區(qū)，確保流

體均勻進(jìn)入板片間隙，同時(shí)內(nèi)部壁面需光滑處理，避免焊縫突起引發(fā)沖蝕，尤其對含顆粒介質(zhì)需控制流速防止磨損。

進(jìn)出口接管與流體分布裝置設(shè)計(jì)板式換熱器的工作原理與性能參數(shù)板式換熱器中，熱傳導(dǎo)主要發(fā)生在

金屬板片內(nèi)部，熱量從高溫側(cè)流體

通過板壁傳遞至低溫側(cè)，板片材質(zhì)

的導(dǎo)熱系數(shù)直接影響傳熱效率，薄

型板片設(shè)計(jì)縮短了導(dǎo)熱路徑，減少

了熱阻，確保熱量快速通過固體界

面。板式換熱器中，熱傳導(dǎo)主要發(fā)生在

金屬板片內(nèi)部，熱量從高溫側(cè)流體通過板壁傳遞至低溫側(cè)，板片材質(zhì)

的導(dǎo)熱系數(shù)直接影響傳熱效率，薄型板片設(shè)計(jì)縮短了導(dǎo)熱路徑，減少

了熱阻，確保熱量快速通過固體界板式換熱器中，熱傳導(dǎo)主要發(fā)生在

金屬板片內(nèi)部，熱量從高溫側(cè)流體通過板壁傳遞至低溫側(cè)，板片材質(zhì)

的導(dǎo)熱系數(shù)直接影響傳熱效率，薄

型板片設(shè)計(jì)縮短了導(dǎo)熱路徑，減少

了熱阻，確保熱量快速通過固體界

面

。

對流傳熱與熱傳導(dǎo)過程板間流型隨雷諾數(shù)變化呈現(xiàn)顯著差異，低雷諾數(shù)時(shí)流體呈層流狀態(tài)，流線平行且規(guī)則；高雷諾數(shù)時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧?，流體質(zhì)點(diǎn)劇烈混合，而板片波紋的幾何參數(shù)直接影響流型轉(zhuǎn)變的臨界點(diǎn)及湍流強(qiáng)度。流體在板間的流動(dòng)特性直接影響換熱器的綜合性能，三維扭曲流道不僅增大了流體與

板片的接觸面積，還通過促進(jìn)近壁面流體更新降低熱阻，同時(shí)合理的流型設(shè)計(jì)能在保

證高傳熱系數(shù)的同時(shí)，有效控制流動(dòng)壓降，實(shí)現(xiàn)能耗與效率的平衡。流體在板式換熱器板間的流動(dòng)受波紋板片結(jié)構(gòu)引導(dǎo)，形成復(fù)雜的三維扭曲流道，流體在交

替的凹凸波紋間反復(fù)轉(zhuǎn)向和加速，邊界層不斷被破壞和重組，有效增強(qiáng)流體的擾動(dòng)程度，

為高效換熱創(chuàng)造有利條件。

流體在板間的流動(dòng)特性與流型分析板片波紋角度和間距和形式是關(guān)鍵結(jié)構(gòu)因素，人字形波紋可增強(qiáng)流體擾動(dòng)，提高傳熱系數(shù)，但波紋越

密集和角度越大，流道流動(dòng)阻力增加，導(dǎo)致壓降顯著上升；而平滑板片雖壓降較低，傳熱效果卻相對

較差，需根據(jù)工況優(yōu)化設(shè)計(jì)。操作溫度和流量變化直接影響兩者特性，流量增大時(shí)傳熱系數(shù)因流速提升而增加，但壓降與流速平

方成正比上升；當(dāng)流體發(fā)生相變時(shí)，傳熱系數(shù)會大幅躍升，而壓降變化則受相變形態(tài)影響，需結(jié)合

實(shí)際工況調(diào)整參數(shù)。傳熱系數(shù)與壓降的影響因素傳熱系數(shù)受流體物性和流速影響顯著,流速增大可強(qiáng)化流體湍流，提高對流傳熱系數(shù)，但流體粘度增加則會削弱傳

熱；同時(shí)壓降隨流速升高和粘度增大而線性上升，需平衡傳熱需求與能耗成本。

熱效率和換熱面積和污垢系數(shù)板式換熱器的熱效率是衡量其能量利用水平的關(guān)鍵指標(biāo)，指實(shí)際換熱量與理論最大可換熱量的比值，受流體流速和傳熱溫差及板片波紋結(jié)構(gòu)影響，優(yōu)化設(shè)計(jì)可提升湍流程度和減少熱阻，從而提高熱效率，降低系統(tǒng)能耗污垢系數(shù)反映板式換熱器運(yùn)行中污垢層對傳熱的影響程度，污垢越厚，系數(shù)越大，熱阻增加導(dǎo)致?lián)Q熱效率下降，需通過定期清洗和水質(zhì)預(yù)處理及抗污垢板片設(shè)計(jì)控制其增長，確保設(shè)備長期高效穩(wěn)定運(yùn)行。換熱面積是決定板式換熱器換熱能力的基礎(chǔ)

參數(shù)，由板片數(shù)量和單片有效換熱面積及板

片波紋形式共同決定，在相同換熱量需求下

,更高的傳熱系數(shù)可減少所需面積，從而縮小設(shè)備體積和降低制造成本，合理匹配面積

丁藝需求是設(shè)計(jì)核心。板式換熱器的選型與設(shè)計(jì)計(jì)算板式換熱器的選型需嚴(yán)格匹配工藝溫度與壓力范圍，高溫工況需選用耐高溫墊片及耐熱板片材料,高壓系統(tǒng)則應(yīng)采用加強(qiáng)型波紋板片，確保密封結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，避免因溫度壓力波動(dòng)導(dǎo)致泄漏或設(shè)備損壞。介質(zhì)腐蝕性是匹配關(guān)鍵，酸性介質(zhì)需選用鈦材或哈氏合金板片，堿性環(huán)境宜采用不銹鋼L,

含氯離子介質(zhì)需避免應(yīng)力腐蝕，通過材質(zhì)升級確保設(shè)備長期運(yùn)行不發(fā)生腐蝕失效。介質(zhì)清潔度與粘度直接影響換熱效率，含顆?；蛞捉Y(jié)垢介質(zhì)需選擇寬流道或可拆式板式換熱器，高粘度介質(zhì)則需采用特殊波紋設(shè)計(jì)降低流動(dòng)阻力，防止堵塞并保證傳熱效果。

工藝條件與介質(zhì)特性匹配熱負(fù)荷計(jì)算和傳熱面積估算與板片選型ABC板片選型需結(jié)合流體特性

選擇合適材質(zhì)，流道設(shè)計(jì)

影響傳熱系數(shù)與壓降，需

兼顧高效換熱與流動(dòng)阻力

;同時(shí)根據(jù)熱負(fù)荷與傳熱

面積確定單板面積及流程

組合，確保冷熱流體流量

匹配，并通過壓降校核優(yōu)傳熱面積估算基于傳熱基本方程Q=KA△tm,其

中

傳熱系數(shù)K需綜合板片材質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)和污垢熱阻及兩

側(cè)對流換熱系數(shù)確定，對

數(shù)平均溫差△tm

則根據(jù)流

體進(jìn)出口溫度及流動(dòng)方式

計(jì)算，初步估算時(shí)需預(yù)留負(fù)荷計(jì)算是板式換熱器設(shè)

計(jì)的核心起點(diǎn)，需明確冷

熱流體的質(zhì)量流量和進(jìn)出口溫度和比熱容及相變潛

熱，通過Q=mc△t

或Q=r精確計(jì)算流體需傳遞的熱

量，同時(shí)需考慮污垢熱阻

對實(shí)際熱負(fù)荷的影響，確

耐腐蝕性和溫度與壓力適應(yīng)性考量板式換熱器的耐腐蝕性需結(jié)合換熱介質(zhì)特性選擇板片材質(zhì)，如處理海水時(shí)采用鈦合金或不銹鋼，酸性介質(zhì)選用Hastelloy合金，同時(shí)墊片材料需耐介質(zhì)侵蝕與溫度老化，避免腐蝕導(dǎo)致泄漏或效率下降，延長設(shè)備使用壽命。溫度適應(yīng)性需考慮板片材料的耐溫極限，如橡膠墊片適用于-~℃,石墨墊片可耐℃

以上高溫，而釬焊板式換熱器因整體結(jié)構(gòu)能承受更高溫度，設(shè)計(jì)時(shí)需確保密封材料與板片熱膨脹系數(shù)匹配，防止溫度波動(dòng)導(dǎo)構(gòu)，同時(shí)框架剛度與緊固螺栓強(qiáng)度需匹配，避免壓力波動(dòng)導(dǎo)致板片變形或密封墊片擠出，確保換熱過程安全穩(wěn)定

。流程組合與流道設(shè)計(jì)易被忽視，用戶常固定采用單流程或多流程,未根據(jù)流量和壓降需求靈活設(shè)計(jì)，造成壓降過大或流速過低。優(yōu)化措施應(yīng)結(jié)合流量與允許壓降,通過逆流/混合流組合及流道截面優(yōu)化，利用CFD模擬驗(yàn)證流場分布，實(shí)現(xiàn)高效換熱與低能耗平衡。板片材質(zhì)選擇常陷入'唯耐腐蝕論'誤區(qū)，僅關(guān)注介質(zhì)腐蝕性而忽略溫度和壓力和流速等綜合因素，導(dǎo)致成本浪費(fèi)或耐蝕不足。優(yōu)化措施需綜合評估介質(zhì)物性和操作參數(shù)，通過材質(zhì)對比試驗(yàn)選擇性價(jià)比最優(yōu)方案，必要時(shí)采用復(fù)合材質(zhì)或特涂層。度追求換熱面積是常見誤區(qū)，部分用戶為'保險(xiǎn)'盲目放大面積，導(dǎo)致設(shè)備成本和占地面積增加，甚至因流速過低引發(fā)結(jié)垢。優(yōu)化措施應(yīng)基于實(shí)際工況精確計(jì)算所需面積，結(jié)合板片形式與流程組合優(yōu)化傳熱系數(shù)，合理設(shè)置安全系數(shù)，避免過度冗余。

常見選型誤區(qū)與優(yōu)化措施板式換熱器的運(yùn)行維護(hù)與故障處理停機(jī)時(shí)應(yīng)先逐步關(guān)閉熱介質(zhì)閥門，

再關(guān)閉冷介質(zhì)閥門，待換熱器內(nèi)介

質(zhì)溫度降至環(huán)境溫度后停泵，對系

統(tǒng)進(jìn)行泄壓操作，打開排污閥排空殘留介質(zhì)，防止冬季凍結(jié)或介質(zhì)腐

蝕板片，最后清潔板片表面殘留物

并做好停機(jī)記錄。運(yùn)行中需實(shí)時(shí)監(jiān)控冷熱介質(zhì)的進(jìn)出

口溫度和壓力及流量，定期記錄壓

差變化，若壓差異常增大可能表明

結(jié)垢或堵塞，應(yīng)及時(shí)清洗；同時(shí)檢查密封處有無泄漏，觀察設(shè)備運(yùn)行聲音是否正常，確保換熱效率穩(wěn)定

在最佳區(qū)間，避免參數(shù)波動(dòng)影響系

統(tǒng)安全。啟動(dòng)前需全面檢查板片密封面有無

損傷，進(jìn)出口閥門狀態(tài)是否正確，

確認(rèn)冷熱介質(zhì)已充滿系統(tǒng)且無泄漏

,隨后先開啟低壓側(cè)閥門再緩慢開

啟高壓側(cè)閥門，避免壓力沖擊損壞密封，同時(shí)監(jiān)測進(jìn)出口壓力差，確

保在設(shè)備允許范圍內(nèi)逐步提升至正常運(yùn)行參數(shù)。

啟動(dòng)和停機(jī)與參數(shù)監(jiān)控泄漏常見因墊片老化和腐蝕失效，或板片變形和螺栓緊固力不均導(dǎo)致密封失效

,輕則介質(zhì)外漏造成浪費(fèi)，重則冷熱流

體混合污染產(chǎn)品，甚至引發(fā)安全事故，

需及時(shí)更換密封件或調(diào)整安裝。板式換熱器結(jié)垢主要由流體中的雜質(zhì)和鹽類在溫度變化下析出附著，或微

生物滋生形成，導(dǎo)致傳熱熱阻增大，

換熱效率顯著下降，嚴(yán)重時(shí)堵塞流道

,增加能耗甚至引發(fā)設(shè)備停運(yùn)。壓降異常通常由流道結(jié)垢和異物堵塞或流速過高引起，表現(xiàn)為進(jìn)出口壓差

超出設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致流量不足和泵耗增

加，長期異常會加速設(shè)備磨損，需清

洗流道或優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)恢復(fù)正常運(yùn)行

結(jié)垢和泄漏和壓降異常等若發(fā)現(xiàn)換熱器存在介質(zhì)泄漏，首先觀察外部密封處或板片邊緣是否有滲漏痕跡

,結(jié)合壓力測試判斷內(nèi)漏，外漏可更換

老化的密封墊并均勻擰緊螺栓，內(nèi)漏則

需檢查板片是否有裂紋或穿孔，輕微裂

紋可用專用膠修補(bǔ)，嚴(yán)重時(shí)需更換受損

板片，安裝