板式換熱器密封件的性能分析和保養維護

劉剛 趙林 趙海

板式換熱器具有換熱效率高、物料流阻損失小、經濟節能、結構緊湊、溫度控制靈敏、操作彈性大、裝拆方便、使用壽命長等特點,是目前國內最先進的高效節能換熱設備?？商幚淼奈锪戏浅V泛,目前在城市集中供熱及熱能回收工程中被大量采用。為了保證其正常運行,延長關鍵部件的使用壽命,了解掌握板式換熱器密封件出現的故障及其產生原因和處理方法顯得尤為重要。

1 板式換熱器

1.1 結構原理

板式換熱器是由許多波紋形的傳熱板片,按一定的間隔,通過橡膠墊片壓緊組成的可拆卸的換熱設備。板片組裝時,兩組交替排列,板與板之間用粘結劑把橡膠密封板條固定好,其作用是防止流體泄漏并使兩板之間形成狹窄的網形流道,換熱板片壓成各種波紋形,以增加換熱板片面積和剛性,并能使流體在低流速成下形成湍流,以達到強化傳熱的效果。板上的4個角孔,形成了流體的分配管和泄集管,兩種換熱介質分別流入各自流道,形成逆流或并流通過每個板片進行熱量的交換。

1.2 設計特點

1)高效節能。其換熱系數在3 000 Kcal/(m2?℃?h)～4 500 Kcal/(m2?℃?h),比管殼式換熱器的熱效率高3倍～5倍。2)結構緊湊。板式換熱器板片緊密排列,與其他換熱器類型相比,板式換熱器的占地面積和占用空間較小,面積相同換熱量的板式換熱器僅為管殼式換熱器的1/5。3)容易清洗,拆裝方便。板式換熱器靠夾緊螺栓將夾固板板片夾緊,因此拆裝方便,隨時可以打開清洗,同時由于板面光潔,湍流程度高,不易結垢。4)使用壽命長。板式換熱器采用不銹鋼或鈦合金板片壓制,可耐各種腐蝕介質,膠墊可隨意更換,并可方便拆裝檢修。5)適應性強。板式換熱器板片為獨立元件,可按要求隨意增減流程,形式多樣;可適用于各種不同工藝的要求。6)不串液。板式換熱器密封槽設置泄液液道,各種介質不會串通,即使出現泄露,介質總是向外排出。

2 板式換熱器密封件性能特點

2.1 彈性密封墊

板式換熱器各個板式散熱片之間進行密封的彈性密封墊是一種易損件,并且在自然條件下也是一種易于老化的零件,它的使用壽命對于板式換熱器的使用壽命有著重要的影響。如果這些密封熱硬化了,失去了原有的彈性,則可導致換熱器無法正常工作。

1)彈性密封墊常用的類別規格和性能規格見表1,表2。

表1 板式換熱器彈性密封墊常用規格

表2 板式換熱器常用彈性密封墊材質及耐溫范圍

2)影響彈性密封墊使用壽命的重要因素。換熱器的工作方式(連續的還是不連續的);散熱的介質和使用的清潔劑的腐蝕性;最高工作溫度;最高工作壓力;由于過大的壓力和不均衡的壓力而使彈性密封墊的應力較大;自然老化等。

3)換熱器密封性能調節。彈性密封墊的軟化與壓力和溫度有關,當密封墊失去彈性后,換熱器會出現滴漏。在某些產品中,為了解決因密封墊老化而引起的滴漏現象,允許對換熱器進行密封性能調節,即再次擰緊組合板式換熱器的螺栓,調節各個換熱器之間的彈性密封墊的壓緊力,解決滴漏問題。在有這種功能的換熱器的銘牌上,一般都給出了允許最大和最小應力。對于新的換熱器片組,應使用最小的允許應力進行連接固定。視每組換熱器片的數量多少,可以一次或者多次調整換熱器的擰緊力,每次擰緊時,可以將螺母擰進去3 mm,并在擰緊過程中始終注意調節片的應力情況,而且,只允許對無工作壓力的換熱器,在室溫條件下進行擰緊力的調整,防止滴漏。

對于在銘牌中沒有給出應力調節范圍的板式換熱器,一般在零件圖中給出了應力數值,在擰緊這類板式換熱器時,擰緊力矩無論如何不應低于圖紙規定的數值。

2.2 密封件的固定

1)非粘結密封。免粘膠墊在高溫條件下,由于不存在膠對板片的腐蝕,可提高板式換熱器使用壽命1倍～2倍。免粘膠墊維修方便,不需粘結,減輕了勞動強度,降低了維修成本。同時,免粘膠墊防止了膠墊在槽中的滑動,可提高使用壓力6 kg左右。

密封操作程序第一步是對準,將密封圈放置到位;第二步是放入,使密封圈正確地進入密封槽中;第三步是壓緊,在密封槽中,有橫截面逐漸減小的槽形結構,以便使密封圈正確定位。

2)粘結式密封。在進行粘結之前,應使用蒸汽氣流徹底地清除粘結面殘留的粘結劑和殘留的密封墊。對于調和式密封膠粘結來講,必須用火燒盡板式換熱器結合面上的殘留粘結劑和殘留密封墊。在大批量進行粘結時,應準備冷凍密封件的液氮池,準備好為帶有密封墊的板式換熱器進行干燥處理的加熱爐,加熱溫度應達160℃。

板式換熱器的結合面應使用化學清潔劑清理,例如利用丙酮。同樣,也必須利用化學清潔劑清除粘結在密封墊上的軟化劑和防粘連涂層。將粘結劑涂抹在各個粘結結合面的中部。視密封墊的寬度,粘結劑的寬度約為一根火柴的寬度,然后用毛刷將粘結劑在整個粘結表面涂抹均勻,以便充分利用整個結合面。根據粘結劑的種類不同,等待一定的通風干燥時間,然后放入密封墊,將各個板式換熱器疊放在一起,用拉緊螺桿拉緊,或者用重物壓放在疊放的換熱器組上。根據粘結劑的種類不同,硬化時間約為8 h～20 h。對于調和式粘結劑,則必須進行螺桿拉緊和爐內加熱硬化。

2.3 設備清理和清潔

通常,人們是通過設備停車冷卻過程中的滴漏來發現換熱器密封件失效的,有些板式換熱器具有二次調節的功能,允許在出現小量滴漏時可以再次將換熱器片組擰緊。從而增加各個密封墊之間的應力,短時間內解決滴漏現象。在新組裝的換熱器中,可以使用較大的組合長度尺寸,當出現滴漏后,再擰緊各組板式換熱器,使用較長的組合長度尺寸。最大組合長度尺寸和最小組合長度尺寸一般都可在熱交換器的銘牌中看到。需注意的是,不能小于最小組合長度尺寸。當組合后的換熱器達到最小組合長度尺寸仍出現滴漏時,說明密封墊需要更換了。

3 橡膠密封件更換技術

3.1 密封件更換

1)回用性能的檢驗和檢測。在懷疑有銹蝕的情況下對換熱器及管道的壁厚進行檢查。

2)清除老化的密封件,根據不同的污垢,采用酸、堿進行化學清洗,被清洗零部件的表面不會受到化學介質(例如汽油)的腐蝕侵害。

3)在進行化學清洗之后,用高壓吹凈裝置徹底地清除殘留在板式換熱器等表面的化學介質。

4)各換熱器板涂以熒光測試劑,在紫外光的照射下檢查是否有細小的裂紋和腐蝕孔,并重新清洗干凈。另外,還要著重檢查密封槽的情況,必要時進行修整。

5)對于粘結式密封墊,將徹底清除殘留的物質,使用調和式粘結膠重新粘結,重新組合的換熱器片組在專用夾具中夾緊,使粘結劑固化;在保溫爐中加熱保溫,以達到最佳的粘結效果。對于非粘結式密封墊,則采用不同的裝置將密封墊固定在散熱片中。

6)對各個板式散熱片的粘結位置和粘結質量進行檢驗,按安裝順序進行分類,然后對板式散熱片組進行認真仔細的組裝。

3.2 特殊處理

如果沒有備用的密封墊,必須從整個板式換熱器組中取下受損密封墊兩側的散熱片,然后對剩余散熱片的密封墊結合面進行檢查。在考慮重新組合的換熱器組的應力和尺寸的條件下,重新進行加壓緊固。必須嚴格按照使用說明書中的要求安裝剩余的換熱器片,為了保證剩余的換熱器有足夠的應力以抵抗負載,必須將原來各片允許承受的應力乘以原來的換熱器片數,所得的積再除以當前剩余換熱器的片數,得到現在每個換熱器片必須承受的組裝應力數值。

4 結語

板式換熱器是供熱設備中熱交換技術中的關鍵部件,密封件是板式換熱器的關鍵部件。板式換熱器的工作溫度實質上就是密封墊片能承受的溫度,板式換熱器的工作壓力也受密封墊片制約。在使用過程中會出現一些問題,尤其是它的密封件,需要分析和掌握其性能,并進行保養和維護,這已經成為供熱企業技術人員不斷提升的工作項目。

[1]楊崇麟.板式換熱器工程設計手冊[M].北京：機械工業出版社,1998.

[2]程寶華.板式換熱器及換熱裝置技術應用手冊[M].北京：中國建筑工業出版社,2005.

[3]GB 50176-1993,城市熱力網設計規范[S].

[4]GB 50019-2003,采暖通風與空氣調節設計規范[S].

[5]GB 50176-93,民用建筑熱工設計規范[S].