船用板式換熱器作為船上的主要換熱設(shè)備對全船的安全運行起到關(guān)鍵的作用。它的結(jié)構(gòu)相對其他設(shè)備較為簡單,主要由螺桿、壓板、底座、板片等組成。它廣泛地作為大型艦船主機缸套水、滑油冷卻器以及中央冷卻器。幾十年來得到了很大的發(fā)展。各大廠家都將精力放在如何提高板式換熱器的換熱效果上。
由于船用板式換熱器的板片結(jié)構(gòu)直接影響了換熱器的性能。本文將對現(xiàn)有的船用板式換熱器的一系列板片參數(shù)對換熱器性能的影響進行探討,以求為進一步的研究提供一些借鑒。
由傳熱系數(shù)的表達式可知,板片的厚度δ越小,換熱器的傳熱效果越好,船用板式換熱器的標(biāo)準(zhǔn),提出換熱器的板片厚度在0.6~0.8mm,目前行業(yè)薄的鈦板板片已經(jīng)達到0.4mm。板片再做薄對提高換熱效果不會太明顯,而主要的是為了減少成本,降低材料的消耗,但薄板片在壓制后強度會相對減小。
清洗釬焊板式換熱器的水垢時,方法不同其原理也會有所不同;相應(yīng)的,水垢與其酸溶液反應(yīng)的過程也大有不同,因此大家在清除水垢時要視情況而定。釬焊板式換熱器去除水垢的清洗方法釬焊板式換熱器經(jīng)過長時間使用,傳熱板片表面就會產(chǎn)生不同程度的污垢或沉積物,從而增加流阻和降低傳熱機能,這主要表現(xiàn)為進出口壓力表壓差增大和冷介質(zhì)出口溫度降低。為了避免釬焊板式換熱器出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象,影響使用效果,我們要定期對其進行清洗工作。
直徑大于1.5~3mm顆粒雜物容易阻塞板片通道,板式換熱器的流道間隙較小,導(dǎo)致設(shè)備因堵塞而換熱能力大幅降低,嚴(yán)重的造成裝置連續(xù)生產(chǎn)中斷。所以根據(jù)需要可在介質(zhì)的進口處設(shè)置粗過濾器或反沖洗裝置能有效的防止板式換熱器的堵塞。
嚴(yán)重時還會堵塞板片通道,板式換熱器的板片設(shè)計有大量的支承點,結(jié)垢可導(dǎo)致傳熱設(shè)備的傳熱系數(shù)降低,旨在對介質(zhì)起擾流(使介質(zhì)紊流以提高傳熱系數(shù))和承壓支承作用,固體雜物容易集聚的地方,其副作用是使流體形成了局部的滯流而生成污垢,介質(zhì)中的鈣鎂離子在適宜的溫度析出后很容易形成蜂窩狀的垢樣。
船用板式換熱器提高k值的主要方法之一是提高板片兩側(cè)換熱介質(zhì)表面的流體擾動程度。船用板式換熱器的板片通常加工成人字波紋板。對于人字形波紋板片,人字角的大小對傳熱和流體阻力影響很大。人字角大的板片傳熱系數(shù)高、流體阻力亦大;反之人字角小的板片傳熱系數(shù)和阻力都低。120°人字角的波紋傳熱效果好,角度越小或者變大,傳熱效率都會變低,通常的中央冷卻器與缸套水冷卻器采用120°人字角板片,以達到大的換熱效果。
在船用滑油冷卻器中,由于滑油的粘度高于水的粘度,如果全使用120°大夾角的板片會造成流體阻力大,而60°小夾角板片的傳熱系數(shù)低。因此滑油冷卻器往往使用2種板片混裝的方式,在充分利用允許壓降的情況下,這種稱之為換熱混合設(shè)計,其換熱面積可達到優(yōu)效果。
流體在板間流動,其流速是不均勻的,在主流線上的流速,約為平均流速的4~5倍,在一個流程內(nèi)每個流道的流速也不均勻。為使流體在板間流動時,出于充分湍流狀態(tài),宜取板間的平均流速0.3~0.8m/s。在阻力降容許的情況下取大值,以提高對流傳熱膜系數(shù),從而減小換熱面積,提高換熱效率。通常按照給定的流速選擇出板片恰當(dāng)?shù)膯纹娣e與長寬比,這樣的選型方法是控制板間流速的關(guān)鍵因素。