板式换热器的发展现况和展望

第一章 板式换热器的发展现况和展望

第一节 板式换热器的发展现状

一、板式换热器的发展现况： 1、概述：

最近几十年来板式换热器发展很快，主要表现在以下几个方面。 ? 板式换热器的种类越来越多，技术性能越来越好，应用范围越来越广。

① 板式换热器的种类：

从板式换热器的连接方式上看：从可拆式板式换热器发展到钎焊式板式换热器。从半焊接式、全焊接式发展到板壳式换热器。 从板片的形式上看：从对称型发展到非对称型。

从板片的流道上看：从对称流道发展到宽窄流道、宽宽流道。 从板片波纹的深浅看：从波深为3~5mm的一般板发展到波深为2~2.5mm的浅密波纹板。

② 板式换热器的技术性能越来越好

图1-1表示板式换热器的设计温度、设计压力范围。 ?工作温度从可拆式的260℃发展到板壳式的1000℃。 ?工作压力从可拆式型的2.5MPa发展到板壳式的8.0MPa。 ?传热系数从2000W/m2·k发展至12000W/m2·k。 ?最大当量直径28mm。

?最大可拆式单板换热面积4.75m2。 ?最大焊接式单板换热面积18m2。 ?最小钎焊式单板换热面积0.006m2。 ?最大可拆式单台换热面积2500m2。 ?最大全焊式单台换热面积10000m2。 ?最大接管尺寸500mm。

③ 板式换热器的应用范围越来越广（见表1-1）。 表1-1 各种类型板式换热器的应用范围

? 板式换热器向大型化、小型化、专业化、多元化、装置化发展。 ① 大型化

大型板式换热器主要用于中央冷却系统（以下简称CCS），该系统集中冷却各种工厂使用的冷却水，并作为发电厂轴承冷却水的冷却器。板式换热器的容量与工厂的规模，工艺过程等有关，必要的冷却水量从数千至数万m3/h,大型板式换热器可达数十万m3/h，CCS中希望采用尽可能少的台数进行处理，故要求采用大型板式换热器，近几十年，中东地区建设了许多具有世界级规模的LNG工厂，使用过去的冷却塔的冷却方式不能确保补给水，故希望变更为使用板式换热器的CCS方式。过去发电厂使用S&T轴承冷却水方式，但通过性能评价说明，板式换热器在成本、传热性能、小型化及维护性等方面均具有明显的优越性，因此需要将它们更换为板式换热器的方式。如巴塞罗那论坛区能源系统采用的是垃圾利用（将巴塞罗那市区收集的垃圾进行厌氧分析，产生人造燃气），废热发电（垃圾产生的燃气加热蒸汽锅炉，

驱动气轮发电机，向论坛区及城市电网供电），发电余热制冷（高压蒸汽发电后衰减为低压蒸汽，被送至远大空调制造的吸收式制冷机加热溴化锂溶液，进行制冷），海水冷却。设备设计容量：吸收式制冷机4×4500 kW；蒸汽—水板式换热器4×5000 kW；蓄冷罐5053m3；海水板式换热器4×12000 kW（每台海水板式换热器流量961m3/h，压力降58kPa ）,板片材料为钛。海水冷却板式换热器（见照片1-1）。

上述用途的共同特征是以海水作为冷却水的水源，在板式换热器中使用海水的问题之一是防垢。今后，随着CCS和电厂中的冷却器采用板式换热器不断增长的要求，就必须研究海生生物附着在板片上后对传热性能的影响程度，并要了解板片的耐腐蚀性能。 a、耐海水性

使用海水时的防污问题。现在，作为防止海生生物附着的方法有往海水中连续注入通过电分解方法得到次亚盐酸钠(NaClO)的方法。实际运行说明，在使用海水的板式换热器中连续注入次亚盐酸钠(0.9ppm)后进行测定，运行3个月后，其总传热系数没有发生变化。在夏季海藻和贝类容易繁殖的时期，连续注入次亚盐酸钠也能确保传热性能不变。其它的方法还有，从环境保全上看，采用臭氧和热水的防污也是有效的，但尚未进行实验验证和确立相应的技术方法。 b、耐腐蚀性

使用海水时，板片的材质一般为钛板。钛对海水具有优良的耐腐蚀性，从相关的耐腐蚀性资料可知，对于海水来说，即使至120℃，钛板也

不会腐蚀。此外，为了抑制海生生物的附着而注入的次亚盐酸钠还会产生一种坚固的非动态的膜，从而提高了钛板的耐腐蚀性。使用丁腈类橡胶作为密封垫片，即使海水温度达到80℃，也不会对它产生任何腐蚀。在耐热性方面，当海水温度低于60℃时，不会产生热的劣化现象，能长期确保良好的密封性能。 c、大型板式换热器的特性

·每台板式换热器的处理流量与板的角孔口径有关，大型板式换热器角孔的口径为Φ500，每台处理的流量为5000m3/h，与以往的所谓大型板式换热器比较，所需台数可以减少一半。其结果，换热器用过滤器、安装工程和管道的初投资，板的清洗和密封垫片的更换等维护费用均能明显地降低，并且还能节省占地空间，以下通过一实例说明，现今大型板式换热器与以往大型板式换热器的比较（见表1-2），从台数上看，大型机仅需2台，而以往大型机要4台； 从初投资上看，2台大型机的投资 约比以往大型

机大10%，但它的过滤器投资约为以 表1-2 与以往大型机的比较 往型的2/3，安装工程约为一半，其总费用约能减少30%。从设置空间上看约能减少40%。即使设置1台备用机，总费用也能减少15%，空间也能节省30%。在分解清洗方面，由于板片数少，人工费亦降低约30%。

·对海水的处理措施。 当海水中的海藻、贝类附着在板的内部或堵塞在角孔的附近时，会降低海水的流量，从而不能确保冷却性能，故当海水从角孔到板的内部时，不应有突起的障碍物，使流路呈直线型，

这是防止海生生物堵塞角孔的方法之一。为了验证以上效果，对通过海水的大型板式换热器进行测定，测试结果证明，当角孔附近附着很少量的藻类时，对流路的性能没有影响。但为了保证板内流道的通畅，绝不允许通过直径大于板间距的异物，故必须在进入换热器前安装过滤器。 d、高性能化

与以往板式换热器比较，均匀流路无偏流是保持高性能的主要途径。措施之一是在板内部的主传热面上设置偏流抑制板，使液体入口处的流路为最短，从而使主传热面为均匀流(见图1-2)。其次，设计板片时，应使板中央部的流量增多，即要防止端部的流量增多。如前所述，由于防止偏流板能减少角孔的压力降，因此，其传热性能比以往大型板约增加15~20%。

③ 超小型化

在选择与使用条件相应的板式换热器的尺寸时，必须考虑初投资和设置空间等问题。板式换热器的市场之一是用在耗能量少的食品、医药流体的杀菌，少量流体的加热/冷却等用户。为此，必须开发出超小型的板式换热器，以适应产品多样化，生产规模参差不齐的要求，并满足耗能量少的热能行业的要求。目前市场上超小型板式换热器具有小型化、低成本、高性能、重量轻、生产快等优点。

a、换热器的尺寸，最大的板片也仅相当于A4用纸的尺寸，重量每台约20kg，可安装在墙上。

术，板片合格率为99%。 二、太平洋换热生产的板式换热器

1、换热生产的换热器汇总表。从表中可知，太平洋换热生产的板式换热器有 3 类，其中可拆式换热器有20种规格。 2、太平洋换热器的用途

太平洋换热器作为―加热器‖、―予热器‖、―过热器‖、―蒸发器‖、―蒸发液浓缩器‖、―再沸器‖、―冷凝器‖、―冷却器‖等被广泛应用于各个领域。 加热器用于把流体加热到所需温度，被加热流体在加热过程中不发生相变。如供热用换热器等。

预热器用于预先加热流体，以使整套工艺装置效率得到改善。如板壳式空气预热器、锅炉给水预热器等。 过热器用于将饱和蒸汽加热到过热蒸汽。

蒸发器、蒸发浓缩器用于加热液体使之蒸发汽化。如钎焊式板式蒸发器、全焊式黑液蒸发浓缩器等。

再沸器用于使装置中冷凝了的液体再受热蒸发。

冷凝器用于冷却凝结性饱和蒸汽，使之放出潜热而凝结液化。如钎焊式板式冷凝器。

冷却器用于冷却流体到必要的温度，如炼钢、化工、造纸、食品工业中的板式冷却器等。

表1-4 太平洋生产的板式换热器汇总表

三、在许多应用领域板式换热器逐渐取代了管壳式换热器。

换热器是合理利用与节约能源、开发新能源的关键设备。据统计，在现代石油化工企业中，换热器投资占30% ~40%。在制冷机中，蒸发器和冷凝器的重量占机组重量的30% ~40%，动力消耗占总动力消耗的20% ~30%。可见换热器对企业投资、金属耗量以及动力消耗有着重要的影响。由于在生产中存在的热交换千变万化，因此所需的换热器必然各式各样，但从承受高温、高压、超低温及耐腐蚀能力上看，管壳式换热器的数量和使用场所在20世纪80、90年代仍居主要地位。随着全焊、钎焊、板壳式等新型结构板式换热器的发展，以及新技术、新工艺、新材料在板式换热器中的应用，板式换热器在进一步发展自身的传系数高、对数平均温差大、占地面积小、重量轻、价格低、末端温差小和污垢系数低等优越性之外，还将它的承压能力从2.5MPa提高到8.0MPa，耐温能力从150℃提高到了1000℃，为其在许多应用领域取代管壳式换热器创造了条件。 1、板式换热器的特点。 ? 传热系数高（见表1-5）

表1-5 常用间壁式换热器的传热系数的大致范围*1

注：*1摘自于邱树林、钱滨江《换热器原理、结构、设计》。 *2数据来源于太平洋换热设备制造公司。

从表1-5可知，板式换热器具有较高的传热系数，一般约为管壳式换热器的3~5倍。主要原因是流体在管壳式换热器的壳程中流动时存在着折流板—壳体，折流板—换热管，管束—壳体之间的旁路，通过这

些旁路的流体，没有充分参与换热。而板式换热器，不存在旁路，而且板片的波纹能使流体在较小的流速下产生湍流，湍流效果明显（雷诺数约为150时即为湍流），故能获得较高的传热系数。 ? 对数平均温差大

板式换热器两种流体可实现纯逆流，一般为顺流或逆流方式。但在管壳式换热器中，两种流体分别在壳程和管程内流动。总体上是错流的流动方式。降低了对数平均温差。板式换热器能实现温度交叉，末端温差能达到1℃；管壳式换热器不能实现温度交叉（即二次侧出口温度不能高于一次侧的出口温度）末端温差只能达到5℃ 。 ? NTU大

NTU表示相对于流体热容流量，换热器传热能力的大小。例如对于已定的传热系数K和热容量 GCp值，NTU的大小就意味着换热器尺寸的大小，即传热面积的大小。管壳式换热器的NTU约为0.2~0.3（平均0.25）。（BRS）板式换热器的NTU约为1.0~3.0（平均2.0）。如在进行一次水14~9℃，二次水13~7℃，一次水流量60m3/h,二次水流量50m3/h换热时，NTU=(14-9)/1.5=3.33。若采用对称型（BRS）板式换热器3.33/2.0 = 1.66≈2流程，A=95m2；而采用管壳式换热器，则3.33/0.25=13.32≈14流程，A=320m2。. ? 耐温承压能力强

设计工作压力可达8MPa，设计工作温度达1000℃。 ? 大型化 单板面积达18m2，单台达10000m2。 ? 小型化 单板面积比A4还小。

? 占地面积小

从?分析可知，由于板式换热器NTU 大，故在换热量相同时，所需的换热器的尺寸也小。除此之外，板式换热器的结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式换热器的2~5倍，也不需管壳式换热器要预留抽出管束的检修场地，故板式换热器的占地面积是管壳式换热器的1/5~1/10。（见图1-6）

? 重量轻

板式换热器的板片厚度仅为 0.6~0.8mm,管壳式换热器的传热管厚度为2.0~2.5mm;管壳式换热器的壳体比板式换热器的框架重量重得多；故在换热量相同时，板式换热器所需的换热面积比管壳式换热器小，其重量约为管壳式的1/5。 ? 污垢系数低（见表1-6）

从表1-7可知，板式换热器的 表1-6 污垢系数 单位：（m2·℃/W） 垢系数约为管壳式换热器的1/10。其原因是板间流体的剧烈湍动，杂质不易沉积；板间流道死区少；不锈钢换热面光滑，附着物少；清洗容易等。

? 能实现多种介质换热 若要进行两种以上介质换热时， 则可在板式换热器中设置中间隔板。

图1-7表示中间隔板的结构，视换热介质的数目，中间隔板可设置一个，也可设置多个。管壳式换热器无法实现多种介质换热。 ⑴ 清洗方便

把板式换热 器的压紧螺柱卸掉后，即可松开板束，卸下板片，进行机械清洗。

⑵ 通过改变换热面积或多流程组合适应新换热工况的要求。 ⑶ 工作压力达8MPa

可拆式板式换热器是靠垫片密封的，密封周边长，而且角孔的两道密封处的支撑情况较差，垫片得不到足够的压紧力，所以最高工作压力仅为2.5MPa。钎焊式、全焊板式换热器改变了可拆式板式换热器的密封形式，板壳式换热器改变了两种流体的进（出）口形式，提高了板式换热器的工作压力。目前钎焊式、全焊板式换热器承受的工作压力达3.5~4MPa，板壳式可达8MPa。在可拆式换热器中，通过在常规波纹板片上加筋形成波纹管状通道，除能 强化传热之外，还增加了板式换热器的承压能力。 ⑷ 工作温度达1000℃

可拆式板式换热器的工作温度决定于密封垫片能承受的温度，用橡胶类弹性垫片时，最高工作温度低于200℃。钎焊式、全焊式和板壳式密封不采用垫片形式，其工作温度与工艺有关，目前为-200~1000℃。 ⑸ 当量直径大

宽—宽通道，宽—窄通道等大通道板式换热器的当量直径de达28mm，（苏州太平洋换热生产的KBB，KNB型板式换热器属这种型

式），有一侧或两侧可适用于含纤维、颗粒或高粘度介质的换热。 ⑹ 适用流体的范围更广泛

可拆式板式换热器受密封材料的限制，不适合某些流体。钎焊式、全焊式和板壳式不使用密封垫片，故可在高真空条件下使用，适用流体的范围也扩大了。

2、在许多应用领域，板式换热器逐渐取代了管壳式换热器。 ? 在许多工艺过程中，两种流体的末端温差仅为1℃或更小，如区域供冷系统，冰蓄冷的乙二醇换热系统，海水冷却系统和污水利用热泵系统等。以往采用的管壳式换热器体积大，重量大，占地面积大，经济效益差。最近苏州太平洋换热生产的BRH型板式换热器的板片是波纹浅（波深约为2~2.5mm)的浅密波纹板，传热系数约为7000w/(m2·K)，硬板的 NTU可达5~8。在上述几种工艺过程中，采用高NTU板式换热器不仅可以取代管壳式换热器，而且由于这种板式换热器的NTU高，故所需换热面积小，占地少，经济效益亦非常明显。

? 热泵机组的蒸发器和冷凝器。热泵机组是广泛应用于空调系统和热回收系统的关键装置，这些应用场所对热泵提出了如下要求：重量轻，体积小（组装化），耐压性能好、耐低温性能好和具有高的密封性能等。以往采用的管壳式换热器很难满足上述要求。苏州太平洋换热生产的QH钎焊式板式换热器不仅可节省热泵的空间，还能降低制冷剂的成本和制冷剂的渗漏，故在热泵机组中大量地采用 它作为蒸发器和冷凝器。除此之外还采用它们作为省能器和油冷却器。在吸收

式制冷机中也用它作为溶液的换热器。

? 在造纸、食品、酒精等蒸发浓缩工艺过程中，由于工艺的一侧含有纤维、颗粒、或高粘度的介质，故要求大通道的流通断面。过去只能采用管壳式换热器，但堵塞之后频繁清洗和很难清洗的缺点，促使相关行业开发新型的换热器。苏州太平洋换热生产的全焊式板式换热器和可拆式KNB型、KBB型板式换热器的板间当量直径约为28mm,适合于含纤维、颗粒的流体。目前已广泛应用于上述工艺过程中，其中黑液浓缩装置已成为定型化产品。

? 炼油工业的催化重整装置，燃气热电冷三联供的热回收装置中采用的板壳式换热器、全焊板式空气预热器和全焊板式省能器等，已基本上取代了管壳式换热器。

? 在硫酸工业、制碱工业、炼油工业的冷却过程中，板式冷却器已取代了管壳式换热器第三节 板式换热器用材料

材料是产品之本。要生产高性能、高质量的产品,必须选好材、管好材、用好材，并使所选用材料的品种、规格，满足用户、设计图样和相关材料标准的要求。板式换热器材料质量控制的关键在于确保板片、密封垫片、压紧板、中间隔板、夹紧螺柱、管法兰和接管等主要零件及其焊接材料的真实性和可追溯性，从而才能保证产品的质量、使用寿命和安全可靠性。此外,选材、用材应该经济合理。

板式换热器主要零部件用的材料应不低于国家标准GB 16409《板式

换热器》或行业标准JB8701《制冷用板式换热器》的规定（见表1-21）。材料的质量控制应贯穿于采购、验收、标志、保管、发放和生产加工等各阶段。

本章主要介绍板片、密封垫片等零件用材料的质量要求和适用范围。板片和密封垫片的耐腐蚀性能除本章已给出的资料外，尚可参考《板式换热器工程设计手册》。

板片的材质对板式换热器的性能、寿命、适用工况和板片成形质量等均有重要的影响。材料的质量控制主要包括两个方面：（1）材料的化学成分、力学性能及其它技术要求应符合相应标准的规定；（2）针对材料的特性和适用范围，正确、合理选用,即必需考虑换热介质的性质、操作条件（包括氯化物含量、PH值大小、操作温度、操作压力、间隙操作还是连续操作等），以及材料的成型加工性能、耐腐蚀性能等。板片常用的材料主要有奥氏体不锈钢、钛及钛合金、镍及镍合金和铜等四类冷轧薄板。 一、国内外板片常用的材料 1、常用材料

材料牌号及相应标准对照（见表1-22）；材料的化学成分（见表1-23~表1-26）；材料的力学性能（见表1-27）；当从材料成品上取样进行化学成分分析时，允许与熔炼分析结果有一定的偏差，见表1-24、表1-25和表1-28；板材的实际厚度与名义厚度允许有一定的偏差，见表1-29。

表1-21 板式换热器主要零部件用的材料

表1-22 国内外板片常用材料的牌号及其标准对照

注： 1. UNS—美国金属材料统一编号系统(Unified Numbering System)；ASTM – AISI –ASME

(分别为美国材料与试验协会、美国钢铁学会、美国机械工程师协会) 三种牌号的表示

方法和标准实际上是一致的,材料的名称（型号）是AISI确定的；SUS是日本工业标准 委员会的牌号；

2. 钢铁公司的注册商标；

3. AISI—the American Iron and Steel Istitute 。

2、合理选材，避免腐蚀

经济、合理地选用板材，使其不仅具有良好的冷冲压性能，而且在相应的介质中，具有较高的耐蚀性,这一点尤为重要。一般情况下，要求板片的年腐蚀率≤0.05mm/a(管壳式换热器≤0.125mm/a)。

表1-23 奥氏体不锈钢的化学成分(熔炼分析,%)

注：1.PRE--耐点蚀当量（Pitting Resistance Equivalent）不是标准中规定的项目，而是根据Cr、Mo、N的平均含量计算得出的耐蚀性评价指标。

表1-24 钛及钛合金的化学成分(%)[3]

注1.GB/T 3620.2-94 钛及钛合金加工产品化学成分及成分允许偏差。

注2.GB/T 3620.1-94 钛及钛合金牌号和化学成分。 注3.括号内的数字为成品分析时的允许偏差。 表1-25 镍及镍合金的化学成分（%）

注1、括号外的数值为熔炼分析值，括号内的数值为成品分析时的允许偏差。

表1-26 铜的化学成分(%)

表1-27 板片材料的力学性能及其它要求 续表1-27

注:1、应保证，但模据相应的标准须在合同中指明。 2、不适用于厚度小于0.5mm的材料 3、仅供参考，不作为验收依据

4、须在合同中指明，否则按硬态（Y）供应，适用厚度≥0.5mm。 5、适用于厚度0.41-0.60mm。对于厚度0.61-1.10mm和1.20-1.50mm者。杯突值分别为11.5和12.0mm。 6、HB、HRB、HV只需符合其中之一。 7、适用厚度0.8-4mm 8、适用厚度0.3-1mm 9、适用厚度0.8-20mm

表1-28 奥氏体不锈钢的化学成成品分析的允许偏差（%) 注:1、JIS G 0321:2002钢材の制品分析法びその许容变动值。 2、ASTM A480-99 Standard Specification For General Requirements for

? 工作压力——板式换热器在正常工作情况下，任何一侧可能出现的最高压力。

? 设计压力——在相应的设计温度下，用以保证板式换热器正常工作的压力，该压力值不得低于工作压力。

? 液压试验压力——液压试验中的试验压力，其值为设计压力的1.25倍。

? 设计温度——板式换热器在正常工作情况和相应的设计压力下，设定的元件温度，其值不得低于元件表面在工作状态下可能达到的最高温度；对于0℃以下工作的板式换热器，其设计温度不得高于元件表面可能达到的最低温度。在任何情况下，元件表面的温度不得超过元件材料的允许使用温度。图样和铭牌上标注的设计温度为垫片的设计温度。

? 板片厚度——在图样上标注的板材标准规格厚度。

⑴ 流道——板式换热器内相邻板片组成的介质流动通道，常用N表示热流体侧的流道数；用n表示冷流体侧的流道数。

⑵ 流程——板式换热器内介质向一个方向流动的一组流道。常用M、m分别表示热流体侧、冷流体侧的流程数。

⑶ 流程组合——板式换热器内流程与流道的配置方式，表示为：

式中 M1，M2，… ，Mi——指从固定压紧板开始，热流体侧流道数

相同的流程数；

N1，N2， … ，Ni——指M1，M2,… ，Mi流程中对应的流道数； m1， m2，… , mi——指从固定压紧板开始，冷流体侧流道数相同的流程数；

n1, n2, … , ni——指 m1，m2，… , mi流程中对应的流道数。 板式换热器有各种各样的流程组合。按程数分类，有多程和单程两种。按流体总的流动方向分类，有顺流和逆流两种。应根据换热和流体压力降计算，在满足工艺要求的前提下确定流程组合。图1-10表示―Z‖形和―U‖形组合，均属单流程，两种流体可以纯逆流或纯顺流进行换热，一般采用纯逆流方式。两种方式的板间流速分布见图1-11，从图1-11可见，板式换热器各板间流速是不相等的，但在设计时，仍以平均流速进行计算。由于―U‖形流程组合的接管都在固定压紧板上，拆装方便，颇受用户欢迎。图1-12表示混合的流程组合形式。该图中表示热流体侧4流道×2流程，冷流体侧2流道×4流程。

⑷ 角孔 —与接管相连接板片的开口。角孔大小一般按流体流速m/s设计。但对于冷凝器的板片，若采用普通板片，其开口太小，将会使气侧压力降增大，故专门用于冷凝的板片的角孔特别大。 3、可拆式板式换热器型号表示方法 × × ×—×—×—×—×

框架结构形式代号 垫片材料代号

换热器换热面积，m2 设计压力，MPa 单板公称换热面积，m2 板片波纹形式代号

板式换热器代号（B、BL或BZ）

注：① 框架结构形式为1时，框架结构形式代号可省略。 ② B—板式冷换热器代号； BL—板式冷凝器代号； BZ—板式蒸发器代号。 示例1：

波纹形式为人字形，单板公称换热面积为0.3 m2，设计压力为1.6MPa,换热面积为15 m2，用丁腈垫片密封的双支撑框架结构的板式换热器，其型号表示为：

BR0.3-1.6-15-N-I或BR0.3-1.6-15-N 示例2：

波纹形式为水平平直波纹，单板公称换热面积为1.0 m2, 设计压力为1.0MPa, 换热面积为100 m2,用三元乙丙垫片密封的带中间隔板双支撑框架结构的板式换热器，其型号表示为： BP1.0-1.0-100-E-II ? 框架结构形式见表1-11 表1-11 框架结构形式

? 垫片材料代号（见表1-12）

表1-12 垫板材料代号

? 板片波纹形式代号（见表1-13） 表1-13 板片波纹形式代号

? 太平洋换热生产的板式换热器型号表示方法。

① 按照GB16409—1996板式换热器的规定表示太平洋制造的板式换热器的型号。

② 最近几年来，太平洋开发了许多新型的可拆式板式换热器，钎焊式、全焊式和板壳式换热器，在表示新产品型号时，作了如下规定： FBR —非对称流道； KNBR—宽-窄流道； KBBR—宽-宽流道； BRH —浅密波纹板片； QH —钎焊板式换热器； WH —全焊板式换热器。 4、板片 ? 板片材料

板片所用材料必须考虑换热器的使用条件（如：设计温度、设计压力、介质特性和操作特点等）和材料的焊接性能，加工性能及经济合理性。一般使用316（0Cr17Ni12Mo2）或316L（00Cr17Ni14Mo2)。当介质中氯离子含量超过

表1-14 不锈钢在含氯介质中的适用范围 *资料来源于阿法拉法

316、316L的承受能力后，可使用价格比钛便宜的含钼量大于6~6.5%的254SMo。当然也可使用钛，见表1-14。当板式换热器用于酸、碱

及氢氧化物、醇等介质中时，必须正确选择板片的材料，即选择的材料腐蚀率＜0.05mm/a为优良；腐蚀率为0.05~0.5mm/a为良好；腐蚀率为0.5~1.5mm/a为可用；但不选择腐蚀率＞1.5mm/a的材料。 ? 板片厚度δ

①GB16409-1996规定板片厚度应不小于0.5mm，即δ≥0.5mm，钎焊板片厚度δ≥0.4mm。国外板片厚度δ = 0.4mm。

② 板片厚度δ与承压能力的大小有关 ，与板式换热器的制造成本有关 ，δ越大，制造成本越高。但与腐蚀性能无关，从承压能力看，人字形波纹板片的两相邻板片互相倒置组合后，波纹相互接触，在约1～1.6cm2面积内（视波纹节距而定）就有一个支点，且分布均匀，所以有很好的承受压力差的能力。随着板片网状导流等特殊结构的采用，随着板片角孔和二道密封承压薄弱区域结构形式的改变，板片的承压能力不断提高，故国外板片的厚度降低到0.4mm。 ③ 板片厚度δ与板式换热器传热系数的关系。

由于板片厚度δ与板片的热阻有关，δ越大，热阻越大，传热系数也随之降低。从有关分析可知，对于对称型板式换热器，当δ降低0.1mm，传热系数约增加600w/(m2·K);对于非对称型板式换热器，当δ降低0.1mm，传热系数约增加500w/(m2·K)。 ? 硬板（H板）、软板（L板）和热混合板

H板的人字角θ＞90°，一般为120~130°，人字角θ大,换热效率高，流体阻力大。L板的人字角θ＜90°，人字角θ小，换热效率,流体阻力都低一些。

Flat-Rolled Stainless and Heat-Resisting Steel Plate,Sheet,and Strip。 3、GB 222-84 钢的化学分析用试样取样法及成品化学成分允许偏差。 表1-29 板片材料的尺寸及允许偏差 单位:mm 续表1-29

注:1、板的标准尺寸(宽×高):914×1829、1000×2000、1219×2438、1219×3048、1500×3000、1524×3048mm。

2、GB 708-88 ;冷扎钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差。

? 板式换热器可能产生的腐蚀失效类型

① 点蚀：由―闭塞电池腐蚀‖（Ocluded Cell Corrosion）作用引起的一种局部腐蚀—使局部金属表面的钝化膜破坏,形成尺寸小于1mm的穿孔或蚀坑。例如,在不锈钢板片表面生锈或积垢(碳化物、二氧化硅垢层)处,因导热不良、介质的pH值减小产生的腐蚀；

② 缝隙腐蚀：由―闭塞电池腐蚀‖作用引起的一种呈斑点状或溃疡形的局部腐蚀。同点蚀的主要区别是腐蚀产生在金属零件的缝隙处,由于滞留介质的电化学不均匀性而导致的。例如, 密封垫片槽底或板片封闭流道的角孔垫片外侧处产生的腐蚀；

③ 应力腐蚀开裂：在静态拉伸应力与电化学介质共同作用下，由阴极溶解过程引起的金属局部腐蚀裂纹或断裂。例如,板片压制成型时将产生残余内应力，若与介质中的卤素离子（如Cl -、F -等离子）或H2S接触可能引起应力腐蚀开裂；

④ 晶间腐蚀：起源于金属表面并沿晶粒边界深入到内部的腐蚀,可导

致晶粒间的结合力丧失，使材料的强度大大降低。例如,不锈钢在过敏温度范围 （400℃~600℃）内产生的腐蚀；

⑤ 均匀腐蚀：接触介质的金属表面全部或大部分被腐蚀的现象。例如,板片选材不当,或使用期过长,超过了允许使用寿命；

⑥ 其他腐蚀失效：主要有露点腐蚀、磨蚀 、微生物腐蚀等。例如,含有酸性物质的热蒸汽与冷的板片接触,可引起露点腐蚀；板片的介质入口角孔处和导流区的流速过高，或流体中含有砂粒类颗粒物时,可导致磨蚀；海水中的藻类、细菌、原生物等,可导致板片的微生物腐蚀。

以上几种腐蚀失效中，Cr-Ni奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂约占50％，点蚀和缝隙腐蚀共约占20％，所以最危险、最常见。 ? 板片材料中合金元素对耐腐蚀性能的影响

合金元素C具有明显减小耐腐蚀抗力的作用,其含量不宜大于0.08％ ；Cr明显有利于增加耐腐蚀抗力；适量的Mo可增加耐腐蚀抗力；Ni(晶间腐蚀除外)、少量的Cu和微量的Nb、Ti、N等均有利于提高耐腐蚀性能,并可以改善材料的力学性能或热稳定性；P和S 是对耐腐蚀抗力最有害的的元素,其含量应限制在0.045％以下。有关各种合金元素的影响详见表1-30。 表1-30 腐蚀类型及合金元素的影响

注：↑↑明显增加耐腐蚀抗力； ↓↓明显减小耐腐蚀抗力； ↑ 耐腐蚀抗力有一定的增加；

↓ 耐腐蚀抗力有一定的减小； ↑↓ 视具体工况，可能增加也可能减小

耐腐蚀抗力。

? 常见介质的腐蚀性和合理选材的基本原则

通常，氯化物对于不锈钢,氟化物对于钛,均容易产生应力腐蚀；含氮介质（如氨和胺）对铜有腐蚀性。在静止的腐蚀性介质中,局部腐蚀的危险性更大。介质的腐蚀性除取决于其成分外，主要同它的浓度或温度（成正比）、pH值（成反比）、含氧量（成正比），以及流速（成正比）等有关。

① 奥氏体不锈钢表面经钝化处理(在浓度300g/L ~500 g/L的硝酸和浓度 20g/L~30 g/L的重铬酸钠(Na2Cr2O7)溶液中,室温下,浸泡30~60分钟),可在表面生成Cr2O3钝化(保护)膜,使其耐腐蚀性能提高。但是,含卤素离子(尤其是Cl—)的液体(例如,盐水、盐酸、含碘或含氯的消毒液等),对钝化膜有破坏作用,从而可加剧腐蚀。如果由于化学侵蚀、机械损伤以及其他原因造成钝化膜破坏,也将在受到破坏的地方产生局部腐蚀。一般情况下,介质中Cl—浓度＜200 mg/L(ppm)时, 可选用316（温度60℃下，最高Cl—浓度可达 300 mg/L，温度120℃下，仅80 mg/L）或304（温度60℃下，最高Cl—浓度仅 50mg/L）型不锈钢；Cl—浓度≥200mg/L时,宜选用高级不锈钢或钛及钛合金。几种不锈钢在非氧化性、含氯(Cl—)水溶液中的适用条件见表1-31。

表1-31 几种不锈钢在含氯(Cl—)水溶液中的适用条件 注：不含气体、PH值为7(即中性)、流动的含氯水溶液。

② 奥氏体不锈钢对硫化物(SO2 、SO3)腐蚀有一定的抗力。但是，Ni含量越高，耐蚀性将降低（因生成低熔点NiS）,可能引起硫化物应力腐蚀开裂。硫化物应力腐蚀开裂同材料的硬度有关，奥氏体不锈钢的硬度应≤HB228；Ni-Mo或Ni–Mo–Cr合金的硬度不限；碳素钢的硬度应≤HB225；

③ 必须注意板片材料与垫片或胶粘剂的相容性。例如，应避免将含氯的垫片或胶粘剂（如氯丁橡胶或以其为溶质的胶粘剂）与不锈钢板片组配,或者将氟橡胶、聚四氟乙烯（PTFE）垫片与钛板板片组配； ④ 一般，硫酸可选用镍及镍基合金；盐酸、硝酸和稀硫酸(浓度70％以下)等可选用钛—钯合金；不容许接触黑色金属的特殊场合（如软化饮用水），或要求耐磨蚀的场合，可选用铜及铜合金；

⑤ 常用的评价材料耐蚀性好坏的指标之一是―耐局部腐蚀当量PRE‖（Pitting Resistance Equivalent）。PRE值取决于材料中Cr、 Mo和N元素的平均含量(％)：PRE＝Cr+3.3Mo+30N ；其值越大，耐局部腐蚀或均匀腐蚀的性能越好。 ? 板片常用材料的特点及适用条件 ① 304型不锈钢

这是最廉价、最广泛使用的奥氏体不锈钢（如食品、化工、原子能等工业设备）。适用于一般的有机和无机介质。例如，浓度＜30％、温度≤100℃或浓度≥30％、温度＜50℃的硝酸；温度≤100℃的各种浓度的碳酸、氨水和醇类。在硫酸和盐酸中的耐蚀性差；尤其对含氯介质(如冷却水)引起的缝隙腐蚀最敏感。在含氯水溶液中的适用条件,见表

1-34。PRE为19。 ② 304L型不锈钢

耐蚀性和用途与304型基本相同。由于含碳量更低（≤0.03％），故耐蚀性（尤其耐晶间腐蚀, 包括焊缝区）和可焊性更好，可用于半焊式或全焊式PHE。 ③ 316型不锈钢

适用于一般的有机和无机介质。例如,天然冷却水、冷却塔水、软化水；碳酸；浓度＜50％的醋酸和苛性碱液；醇类和丙酮等溶剂；温度≤100℃的稀硝酸（浓度＜20％＝、稀磷酸（浓度＜30％＝等。但是,不宜用于硫酸。由于约含2％的Mo，故在海水和其他含氯介质中的耐蚀性比304型好,完全可以替代304型,见表1-34。PRE为25。 ④ 316L型不锈钢

耐蚀性和用途与316型基本相同。由于含碳量更低（≤0.03％），故可焊性和焊后的耐蚀性也更好，可用于半焊式或全焊式PHE。PRE为25。

⑤ 317型不锈钢

适合要求比316型使用寿命更长的工况。由于Cr、Mo、Ni元素的含量比316型稍高，故耐缝隙腐蚀、点蚀和应力腐蚀的性能更好。PRE为30。

⑥ AISI 904L或 SUS 890L型不锈钢

这是一种兼顾了价格与耐蚀性的高性价比的奥氏体不锈钢，其耐蚀性比以上几种材料好,特别适合一般的硫酸、磷酸等酸类和卤化物（含

Cl—、F— ）。由于Cr、Ni、Mo含量较高，故具有良好的耐应力腐蚀、点蚀和缝隙腐蚀性能。在含氯介质中的适用条件,见表1-34。PRE为36。

⑦ Avesta 254 SMO高级不锈钢

这是一种通过提高Mo含量对316型进行了改进的超低碳高级不锈钢，具有优良的耐氯化物点蚀和缝隙腐蚀性能，适用于不能用316型的含盐水、无机酸等介质。在含氯介质中的适用条件,见表5-11。PRE为47。

⑧ Avesta 654 SMO高级不锈钢

这是一种Cr、Ni、Mo、N含量均高于254 SMO 的超低碳高级不锈钢,耐

氯化物腐蚀的性能比254 SMO更好,可用于冷的海水。PRE为64。 ⑨ RS-2（OCr20Ni26Mo3Cu3Si2Nb）不锈钢

这是一种国产的Cr–Ni–Mo-Cu不锈钢。耐点蚀和缝隙腐蚀的性能相当于316型，而耐应力腐蚀的性能更好。 可用于80 ℃以下的浓硫酸（浓度90~98％），年腐蚀率≤0.04mm/a。PRE为29。

⑩ Incoloy 825

这是一种Ni（40％）–Cr（22％）–Mo（3％）高级不锈钢。Incoloy是the International Nickel Co.公司的注册商标。适用于低温下各种浓度的硫酸；在浓度为50％~70％的苛性碱（如NaOH）溶液中,具有良好的耐蚀性,不产生应力腐蚀开裂。但是,对氯化物引起的缝隙腐蚀却

很敏感。此外,冲压性能也不太好,故不是板片常用的材料。PRE为32。 钛

非合金化钛，重量轻，相对密度4.5，能自然生成钝化保护膜（Ti2O3），且如果一旦被破坏，具有―自愈性‖，故耐蚀性比不锈钢好，是适合含氯介质 （Cl—浓度＞200 mg/L，温度≤130℃）的典型材料。在不超过120℃的海水和其他氯化物（如CaCl2）溶液中, 实际上不受腐蚀。一般,可用于135℃以下的海水和165℃以下各种浓度的盐水(NaCl)：

钛在沸点以下的有机酸（如浓硝酸、浓碳酸等）和稀碱液中,耐蚀性能也良好。

钛在H2SO4、HCl、HF和王水等中的耐蚀性较差。在高温(120℃以上)的某些浓氯化物溶液（如PH＞7、氯化物浓度＞200mg/L的废水）中，也可能引起缝隙腐蚀或应力腐蚀；此时,应选用钛－钯合金。因为，在高温下，某些离子(如F—、Cl—、S—等)对钛的缝隙腐蚀有加速作用，尤其是氟化物的危害性更大，故应避免与氟橡胶或聚四氟乙烯垫片配用。 钛-钯合金

这是添加了钯(0.12％~0.25％)的非合金化钛，因而明显改善了钛在酸类介质（尤其是条件不太苛刻的工况）中的耐蚀性。例如，对浓度达70％的硝酸、含氧化性离子（如Fe＋、Cu＋）的盐酸以及电镀液等

均有良好的耐蚀性。此

外,尚可用于浓度≤10％、温度≤70℃的稀硫酸。 钛-钼-镍合金

这是添加了钼(0.3％)和镍(0.8％)的合金化钛,可用于非合金化钛不耐腐蚀的工况。

此外，由于钛及钛合金的抗拉强度低（ζb≥240MPa）,对蠕变很敏感，故在板片夹紧力过大,或橡胶垫片产生溶涨的工况下，易使垫片槽变形；同时,其塑性较差（δ5≥18％或24％）、屈强比较高(ζs /ζb ≥0.71~1.92)，冲压成型时容易压裂, 故在板片和模具的结构设计方面应适当考虑。 Nickel 200

这是含镍99％以上的纯镍板。主要用于高浓度（50％~70％）、高温（可至沸点）的苛性碱溶液（NaOH、KOH等）。但是，对微咸水等氯化物引起的缝隙腐蚀很敏感。 Hastelloy C-276

这是一种昂贵的超低碳Ni（57％）- Cr（16％）- Mo（16％）合金— C族镍基合金中的主要品种。Hastelloy是the Cabot Co.公司的注册商标。国外，20世纪60年代开始生产，已有5.5万吨以上用于各种工业，具有良好的耐蚀性：在低PH介质中几乎不受Cl—的影响；对各种浓度的硫酸耐蚀性极好，是可用于热浓硫酸的少数几种材料之一；广泛用于有机酸（如甲酸、醋酸）、高温HF酸和一定浓度的盐酸（＜

40％）、磷酸(≤50％)；氯化物、氟化物和有机溶剂（如甲醇、乙醇）。PRE为69。 Hastelloy C-22

这是一种昂贵的超低碳Ni（57％）-Cr（22％）-Mo（13％）合金—也是C族镍基合金之一。国外，20世纪80年代开始生产。性能类似于C-276，但Cr含量更高，而Mo、Mn、S、P含量稍低。在强氧化性介质中，耐蚀性比C-276好；在低、中浓度的硫酸、硝酸中腐蚀率更低。PRE为65。

由于C-276含Mo量高，用途广泛，价格也相对较低,故实际效益超过C-22。C-22正被90年代几种新的C族合金（如C-59、C-2000等）逐步取代。 Monel 400

这是一种Ni(约70％ )-Cu(约30％ )镍基合金。在浓度80％以下、温度不高于50℃~100℃非充气的硫酸,浓度50％以下、温度100℃以下的HF酸,醋酸和苛性碱等介质中,耐蚀性良好。特别适用于酸性的氯化物溶液和某些工况下的微咸水和盐水；具有良好的耐高温性能。但是,不适用于浓硫酸、盐酸和硝酸，而且对汞（有时作为杂质存在）的侵蚀很敏感。 Inconel 625

这是一种Ni（62％）–Cr（23％）–Mo（9％）镍基合金。Inconel是the International Nickel Co.公司的注册商标。适用于含Cl—的各种溶

液和酸类,以及浓度＜70％的苛性碱等许多介质。它的耐蚀性能与价格介于C-276和Inconel 825之间。但是,冲压性能不太好，故不是板片常用的材料。PRE为52。 ? 几种国外耐蚀合金的新品种

① 31合金 ：由904L改进后的（提高Mo、N含量）、标准的6％Mo高级不锈钢(31％Ni-27％Cr-6.5％Mo-32％Fe)。在许多介质中的耐蚀性比904L更好；在浓度20％~80％、温度60℃~100℃的硫酸中,耐蚀性能甚至超过 C-276。PRE为34。

② 33合金：一种完全奥氏体化的铬基高级不锈钢，其耐蚀性可与Inconel 625等一些Ni-Cr-Mo合金媲美。在酸性和 碱性介质(包括硝酸、硝酸与氢氟酸的混合物)中，具有良好的耐局部腐蚀和应力腐蚀开裂的性能；在浓硝酸中的耐蚀性比304L好得多。例如,适用于浓度大于96％~99％、温度≤150℃、氧化硫含量小于200 mg/L的硫酸；热的海水；浓度≤50％、沸腾的强腐蚀性溶液；浓度≤85％、温度≤150℃的磷酸等。但是,不适用于还原性介质(如稀硫酸等)。价格与C-276相差不多。PRE为50。

③ C-2000合金：一种二十世纪90年代研发的镍基合金,价格与C-276相近,是以上材料中耐腐蚀性能最好者之一。在中等浓度以下的硫酸、稀盐酸和沸腾温度下,浓度≤50％的磷酸,以及热的氯化物等介质中，其耐蚀性比C-276和 C-22更好, 有取代C-22合金的趋势。但是,对于浓度≥70％的硫酸,耐蚀性不如C-276。PRE为76。

④ 59合金：化学成分与C-2000比较,除了Ni含量稍高(59％),且低

Fe,无Cu、W外,其余基本上相同。这是目前镍基合金中耐蚀性、热稳定性、可冲压性和可焊性最好的一种材料,自1990年商业化以来,已广泛用于硫酸、盐酸、氢氟酸以及含氯、含氧、低pH值的许多介质。PRE为76,与C-2000相同。

几种耐蚀合金在―绿色死液‖(11.5％H2S04、1.2％HCl、1％FeCl3和1％CuCl2混合液)中试验的结果,见表1-32。其中, 59合金的耐蚀性最好。 表1-32 几种耐蚀合金的耐蚀性能比较

注: 1.CPT－临界点蚀温度 (the Critical Pitting Temperature),℃； 2.CCT－ 临界缝隙腐蚀温度(the Critical Crevice－Corrosion Temperature),℃；

3.CPT、CCT值越高,材料在氧化性、酸性（pH＜7）介质中,耐局部腐蚀（点蚀、缝隙腐蚀）的性能越好。三、密封垫片用材料

密封垫片是主要零件中最薄弱的环节,其质量好坏对产品的耐温与耐压性能、平均使用寿命、可靠性以及适用范围等均有明显影响。板式换热器最广泛采用的是橡胶垫片，选用时,不仅要求适当的物理性能,尚应考虑其与换热流体的相容性（即耐蚀性、溶胀性）、使用温度与使用压力的波动大小等因素。橡胶是一种高分子聚合物，由生胶、硫化剂、填充剂、防老剂、加工助剂和稀释剂等组成。

1、物理性能

橡胶垫片的物理性能主要取决于配方—混炼和硫化工艺（包括硫化的压力、温度、时间等）。通常，硫化—模压的压力应不小于9.8MPa,

温度为 160~185℃，时间为3~15min,视胶种而异；为了提高生产能力，硫化—模压后的橡胶垫片尚应静置于烘箱内，在均匀的温度下，保温一定的时间，最终完成硫化过程。物理性能将随使用时间和温度的增高而恶化。一般,在推荐的橡胶垫片最高使用温度下,连续使用的平均寿命约为两年。超过最高温度10℃,平均寿命约缩短一半。但是,短时间超温,影响不大。室温下物理性能良好的垫片,在高温、连续使用的情况下, 可能会变得很差。为此,保证垫片高温下的物理性能非常重要。

压缩永久变形率是衡量垫片材料弹性恢复能力和确定使用温度极限的重要依据。在允许的使用温度下,其值越小,弹性恢复性能越好,对垫片的密封性能和平均寿命越有利。压缩永久变形率将随温度和时间的增加而增大（表 1-33）,而且与橡胶的分子量、硫化剂、补强剂和其他助剂等有关。在生胶一定的前提下,主要取决于硫化剂的类型与最佳量的配方。采用酚类化合物硫化剂,压缩永久变形率最小；胺类化合物硫化剂最差。

表1-33 温度和时间对橡胶压缩永久变形率的影响

撕裂强度反映了垫片对缺口的敏感性和在承受一定的压力下,抗开裂的能力。撕裂强度低的垫片,在装拆板片或受压状态时,尖角处易开裂，这对免粘式垫片尤其重要。

橡胶经老化（时效）处理后,其物理性能变化程度对垫片的耐温能力和使用寿命有明显影响。例如,某企业生产的三元乙丙橡胶,室温下性

能完全符合GB 16409的要求,但经180℃、72小时老化后,压缩永久变形率达82.3％（增大75.6％）；硬度达87度（增加12度）；装有该垫片的PHE经72小时、热蒸汽（180℃~200℃）试验后, 弹性近乎完全丧失。

硬度是衡量橡胶制品硫化程度好坏的指标之一,对垫片的耐温性能有一定影响。硬度较高,垫片的使用温度也较高。我国常用邵尔（A）硬度,而国外常用IRHD(国际橡胶硬度单位)；在30度~80度范围内,两者基本上相同。

某些垫片与流体（或其中的微量成分）可能存在不相容性,导致垫片被侵蚀或溶胀（体积增大，弹性减退）, 严重者将使垫片槽变形或垫片脱出槽外,产生泄漏。

以下列举几个国内外标准或企业有关橡胶垫片物理性能的规定： GB 16409—1996《板式换热器 附录A》（表1-34） 表1-34

JB 8701—1998《制冷用板式换热器 附录A》（表1-35） 表1-35

例3 ISO 6448:1985 《Rubber seals——Joint rings used for petroleum product supply pipes and fittings——Specification for materials》（摘要）（表 1-36） 表1-36

例4 ISO 15547：2000（E）《Petroleum and natural gas industries——Plate

heat exchangers》（摘要）

? 垫片材料应根据工艺用途选择，供方应提供有关垫片材料及其操作限制的详细资料，包括预期的垫片使用寿命在内；

? 对于可能导致垫片溶胀的工况（例如，介质为碳氢化合物），为便于维修，应优先选择粘贴式垫片；

? 如果供方缺乏垫片用于某一工况的使用经验，则该垫片应进行浸泡试验，以便确定其溶胀性、硬度和对化学侵蚀的敏感性。浸泡试验应采用一段最大厚度为8mm的该垫片，在操作温度下进行。试验时间至少15天。氟橡胶的硬度变化应不超过15 IRHD；其他橡胶应不超过10 IRHD。体积变化应不大于 15%；

? 如果供方缺乏胶粘剂用于某一工况的使用经验，则应使用该胶粘剂粘接后进行浸泡试验，以便确定其粘接强度和对化学侵蚀的敏感性。浸泡试验应采用一段长度为100mm的该垫片，在操作温度下进行。试验时间至少15天。试验垫片长度的一半（50mm）应粘贴到与垫片槽表面状态相当的粘接面上。最终的剥离强度（N）应不小于5B（B为垫片宽度，mm）。

例5 英国TRP公司和我国派克公司橡胶垫片的典型数据（摘要）（表1-37） 表1-37

例6 国内外几家公司有关氟橡胶的典型数据（表1-38和表1-39） 国内生产的氟橡胶主要有23型和26型两种：23型耐强氧化性酸（如

发烟硝酸、硫酸）的性能更好,但在热水和水蒸汽中的稳定性却差得多。氟橡胶在200℃以下的使用寿命大于1万小时；但260~320℃时,仅500~26小时。

表1-38 国内外几家公司有关氟橡胶的典型数据

表1-39 温度—时间对Viton26氟橡胶压缩永久变形率的影响 2、卫生指标

食品、医药用垫片除应符合上述物理性能的规定外,尚须符合 GB 4806.1-1994 《食品用橡胶制品卫生标准》的要求。主要有以下几点： ? 助剂：应符合GB 9685 《食品容器、包装材料用助剂使用卫生标准》；

? 感官指标：应色泽正常,无异嗅、异物；浸泡液应无色,无异嗅、异味；

? 理化指标：

在浓度4％的乙酸、65％的乙醇、水和正己烷等四种浸泡液中,保温 60℃、浸泡0.5 h后,蒸发残渣分别应≤2000mg/L、≤40mg/L、≤30mg/L和 ≤2000 mg/L。此外,在水浸泡液中,高锰酸钾消耗量应≤40 mg/L；在4％浓度的乙酸浸泡残液中,锌应≤20mg/L,重金属应≤1.0mg/L；残留丙烯腈等应≤11 mg/kg。 3、常用密封垫片的适用范围

GB 16409仅规定了垫片的适用温度,未明确适用的介质范围。表1-40为常用密封垫片适用范围的有关资料。 表1-40 常用密封垫片的适用范围

4、垫片材料的发展动向

? 在一般情况下,应首选EPDM，并以其代替丁基橡胶； ? 为了改善丁腈橡胶的耐温性能,采取高温或氢化处理；

? 开发层压石墨、膨胀石墨和聚四氟乙烯（PTFE）等耐温、耐腐蚀垫片,代替压制石棉纤维垫片。例如, 使用温度达400℃的层压石墨垫片；W.L.Gore ＆ Associates Inc.公司的膨胀聚四氟乙烯垫片,具有良好的耐蚀性和抗压缩蠕变性,适用于各种酸、碱或其它腐蚀性流体,温度可达-240℃～260℃；日阪公司的包覆PTFE垫片和经氟化处理的合成材料垫片,可用于强腐蚀性介质和有机溶剂。

? 一般,在高于允许使用的温度和较长时间（3~40天）下,进行压缩永久变形试验,根据试验结果并考虑一定的安全系数后作为确定使用温度的依据（例如,3天,按压缩永久变形率≤30％的相应温度再降低10℃~25℃）。

? 为了考核垫片在实际使用工况下的性能,通常,首先以环形垫片进行模拟试验（浸泡在腐蚀液中,加热,进行长时间试验）；必要时,将垫片装在产品上进行模拟试验。 四、夹紧螺柱用材料

板式换热器常用的夹紧螺柱材料有两类—碳素钢和合金结构钢。按GB 16409的规定：碳素钢主要是Q235－A、Q235－B、35和45；合金结构钢主要是40Cr、35CrMoA（或35CrMo）。选用国产材料时,应注意以下几个问题：

1、Q235－A和Q235－B

材料的技术要求应按GB/T 700－1988《碳素结构钢》的规定；Q235－A若保证了力学性能合格,C、Si、Mn元素的含量仅供参考。 Q235－B的性能优于Q235－A。例如 ：

? 可保证冲击功≥27J（20℃,V型缺口试样）和冷弯试验合格,而 Q235－A不保证；

? C含量为0.12％~0.20％,比Q235~A（0.14％~0.22％）稍低；S含量（≤0.045％）也低于Q235－A（≤0.050％）。 2、35和45

? 材料的技术要求应按GB/T 699－1999《优质碳素结构钢》的规定。但是,钢厂通常以热轧或热锻状态的材料交货,并只提供试样毛坯（25mm,正火）的力学性能；经正火热处理后可细化晶粒,改善强度和韧性。

? 应优先选用35钢。因为，45钢的C含量（0.42％～0.50％）比35钢（0.32％～0.39％）高,塑性和韧性较差,易断裂；更不宜用冷拉的35钢和45钢；有关力学性能的比较,见表1-41。 表1-41 有关35和45钢力学性能的比较 3、40Cr、35CrMoA(35CrMo)

采用合金结构钢,可使夹紧螺柱的尺寸减小；材料的技术要求应按 GB/T 3077－1999《合金结构钢》的规定，经调质热处理后可细化晶粒,改善强度和韧性。但是,标准规定的是试样(毛坯尺寸为15或25mm)热处理后的力学性能,而实际材料通常以热轧或热锻状态供货。如需

方要求并在订货合同中注明,方可按热处理状态交货。 五、其他零件用材料 1、压紧板和中间隔板

常用的材料为碳素钢板和低合金钢板，并应注意以下几点： ? Q235－A·F限用于设计压力P≤0.6 MPa；

?16MnR与Q345－A（16Mn）比较,宜选用16MnR；选用低合金钢板,可使板厚减小；

? 由于含碳量高,可焊性较差,故不宜选用45钢。 2、管法兰

管法兰的材料可选用钢板或锻件,但应注意以下几点：

? 利用Q235－A或Q235－B钢板余料锻制法兰时,锻件的化学成分和力学性能应不低于相应钢板的要求；

? 管法兰的型式、尺寸等宜按行业标准HG 20593－1997《板式平焊钢制管法兰》或JB/T 81－1994《凸面板式平焊钢制管法兰》，或按国家标准 GB 9119·6~9119·10－1988《凸面板式平焊钢制管法兰》选用；不应按 GB 2555－1981《一般用途管法兰连接尺寸》选用。 3、接管

接管材料应采用无缝钢管。常用的碳素钢管为10和20,应优先选用10钢管,且应符合GB/T 8163－1999《输送流体用无缝钢管》的规定；奥氏体不锈钢管应符合GB/T 14976－2002《输送流体用不锈钢无缝钢管》或GB/T 13296－1991《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》

的规定；钛管（TA1、TA2）应符合GB/T 3624－1995《钛及钛合金管》或GB/T 3625－1995《热交换器及冷凝器用无缝钛管》的规定。 六、焊条

接管与压紧板（或中间隔板）、接管与管法兰相互焊接用的焊条，必须具有焊条生产单位的质量证明书，且应注意以下几点： 1、焊条质量应分别符合以下标准

? 碳钢焊条按GB/T 5117－1995《碳钢焊条》；

? 低合金钢焊条按GB/T 5118－1995《低合金钢焊条》； ? 不锈钢焊条按GB/T 983－1995《不锈钢焊条》。 2、焊条的型号与牌号

焊条的型号是统一的,按相应焊条标准的规定；牌号则不尽一致。自1968年起, 焊接材料行业对牌号已有统一的编写规定,且各生产企业可在该规定的牌号前另加代号(如天津猴王牌焊条加―MK‖；上海牌焊条加―SH‖)。以下为焊接材料行业1997年版《焊接材料产品样本》的规定。

? 常用焊条的型号与牌号对照

碳钢和低合金钢焊条（统称―结构钢焊条‖）的型号与牌号对照,见表 1-42；不锈钢焊条的型号与牌号对照,见表1-43。 表1-42 碳钢和低合金钢焊条型号与牌号对照 表1-43 不锈钢焊条的型号与牌号对照

? 型号与牌号表示方法的说明

举例说明如下： ① 碳钢焊条的型号 E 43 0 3

药皮及电流类型（详见2.3）

焊接位置。0、1为全位置（平、立、仰、横）焊 熔敷金属的最小抗拉强度,420MPa（43kg/mm2） 焊条

② 碳钢焊条的牌号 J 42 2

药皮及电流类型（详见2.3）

熔敷金属的最小抗拉强度,420MPa（43kg/mm2） 结构钢焊条

③ 低合金钢焊条的型号 E 55 0 3－G

熔敷金属化学成分类别代号；G为其它低合金钢 药皮及电流类型（详见2.3）

焊接位置。0、1为全位置（平、立、仰、横）焊 熔敷金属的最小抗拉强度,540MPa（55kg/mm2） 焊条

④ 低合金钢焊条的牌号 J 55 2

药皮及电流类型（详见2.3）

熔敷金属的最小抗拉强度,540MPa（55kg/mm2） 结构钢焊条 J 50 6 R

压力容器用焊条

药皮及电流类型（详见2.3）

熔敷金属的最小抗拉强度,490MPa（50kg/mm2） 结构钢焊条

⑤ 不锈钢焊条的型号 E 308－16

药皮类型；焊接位置及电流种类（详见2.4） 熔敷金属化学成分等级代号(详见2.5) 焊条

⑥ 不锈钢焊条的牌号 A 1 0 2

药皮及电流类型（详见2.3） 牌号分类号

熔敷金属化学成分等级代号（详见2.5） 焊条大类,镍铬奥氏体不锈钢 ? 焊条的药皮及电流类型 不属于已规定的药皮及电流类型； 氧化钛型药皮；交流或直流,正接或反接； 钛钙型药皮；交流或直流;正接或反接； 钛铁矿型药皮；交流或直流;正接或反接； 氧化铁型药皮；交流或直流;正接或反接； 纤维素型药皮；交流或直流；反接； 低氢钾型药皮；交流或直流;正接或反接； 低氢钠型药皮；直流；反接。

? 不锈钢焊条型号中药皮类型、焊接位置及电流种类 15— 碱性药皮；直流（有时也可采用交流焊,但焊接工艺 性能要受影响）、反接；全位置焊（焊条直径不大 于4.0mm）；

16— 碱性或钛型、钛钙型药皮；交流或直流、反接；全 位置焊（焊条直径不大于4.0mm）。

? 不锈钢焊条牌号中熔敷金属化学成分等级代号 0—C≤0.04％； 1—Cr≈18％,Ni≈10％； 2—Cr≈19％,Ni≈12％； 3—Cr≈23％,Ni≈13％； 4—Cr≈26％,Ni≈21％； 5—Cr≈16％,Ni≈25％； 6—Cr≈16％,Ni≈35％。

七、板片冲压模具用材料

选择板片冲压模具用材料的基本原则：材料应具有良好的加工性、耐磨性、冲击疲劳强度、表面热疲劳强度、耐腐蚀性和热处理性能。 一般，板片冲压模具用材料宜选用调质热处理的合金钢，其工作表面经化学热处理（如渗氮、涂覆3～10μm的TiN等）后，可提高表面硬度，延长使用

寿命1~20倍。当要求冲压件数为104以下时，下料模和冲裁模可优先考虑Cr5Mo1V、Cr12、Cr12MoV；成形模可优先考虑Ni-Cr合金铸铁。当要求冲压件数为105件或以上时，下料模和冲裁模可优先考虑Cr12、Cr12Mo1V1、Cr12MoV；成形模可优先考虑Ni-Cr合金铸铁、Cr12MoV、Cr12Mo1V1，详见表1-44。

表1-44 板片冲压模具用材料第二节 板式换热器的定义及基本参数

一、可拆式板式换热器

1、定义：可拆式板式换热器是将薄的金属板片（一般0.4～0.8mm)冲压成为凸凹状，周边张贴合成橡胶类的密封垫片，每一枚传热板片为一个传热单元，必要的传热板组合成传热部，高温流体或低温流体流过各传热板形成流路时进行热交换。通过上下两根拉杆将传热部分固定在固定板（框架板）和可动板（游动板、挤压板）之间，并用长的螺栓紧固。图1-8表示各部分的结果及名称。 2、基本参数的定义

? 单板计算换热面积a—在垫片内侧参与换热部分的板片展开面积，按下式计算： a = φ·a1

式中 a—单板计算换热面积，m2；

φ—展开系数，板片展开面积与投影面积之比，按下式计算： φ = (φ≈1.15~1.3,一般φ≈1.2） 式中 t′—波纹节距展开长度，mm； t —波纹节距（见图1-9），mm；

a1 —在垫片内侧参与换热部分的板片投影面积，m2。

注：若导流区与波纹区波纹节距相差较大时，应分别计算导流区与波纹区的换热面积，两者相加。

? 单板公称换热面积——经圆整后的单板计算换热面积，一般圆整

至小数点后二位。如单板计算换热面积为0.346m2，圆整后的公称换热面积为0.35m2。

? 板间距b——板式换热器相邻两板片间的平均距离，如图1-9所示。

? 当量直径de——四倍的板间通道截面积与其湿润周边之比。按下式计算： de =

式中 As—通道截面积，m2； S—参与传热的湿润周边长，m。

在一般情况下，常用下式计算当量直径De。

de = ≈ =2b

式中 b—板间距， m； a—板间的通道宽度， m。

对于某些特殊结构的板式换热器，板片两侧的通道截面积并不相等（称为非对称型结构），这时两侧的当量直径应分别计算。 ? 换热器换热面积——经圆整后的整台板式换热器中有效换热板片数（板片总数减少2）与单板计算换热面积之积，按下式计算： A= a(Np-2)

式中 A—换热面积，m2； Np—板片总数。

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