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[摘 要]板式换热器是船舶轮机的常用换热器类型，此种换热器具有效率高、体积小等特点。本文就以板式换热器作为主要研究对象，分别从其参数、构造等方面对在船舶轮机设计中的具体应用展开探讨。
[关键词]板式换热器；船舶；轮机设计；应用
中图分类号：U664 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）20-0374-01
1.引言
船舶轮机在运作过程需要始终保证在额定温度范围内，这也是船舶轮机稳定运作的基础，因此就需要在船舶轮机的设计中加入热交换器，以此实现温度调控。目前常用的换热器主要有板式、壳管式等多种类型，不同类型换热器均有着自身的性能特征、适用范围及优劣。板式换热器就是目前常用的船舶轮机换热装置，以下本文就以船舶轮机板式换热器的设计作为主要研究对象，展开较为深入的探讨，具体如下。
2.板式换热器在船舶轮机设计中的应用
船舶对热交换器的性能要求较高，船舶在海上航行的过程中时常会受到震动、海浪冲击、噪音等因素影响，且工作环境具有较大的湿度，冷却介海水的盐度大，腐蚀性强。而板式热交换器可以很好地满足船舶对于换热器的性能要求，因此目前很多船舶轮机在设计过程中，均普遍采用了板式换热器。
2.1 参数设计
总体来说，板式换热器的板片被制成波纹性，截面结构复杂，导热流体在流动过程中，会不断变换流动的速度及方向，提升了传热效果与热交换能力，其传热系数与管壳式换热器相比，有了显著提升。但在船舶轮机板式换热器具体的设计中还应根据船舶轮机的实际情况，计算出传热面积，确定导热介质流速、总传热系数、流道数、换热量、板片数等，根据这些计算结果设计出满足参数要求的板式换熱器。例如换热量计算见公式1。
Q=G·γh·Cp·（T2-T1）
其中G为体积流量（m3/h），T1为进口温度，T2为出口温度，CP为介质比热（KJ），γ为介质密度（Kg/m3）。
总之，板式换热器在船舶轮机设计中，必须对相关参数进行充分计算，在此基础上，确定具体形式、结构的板式换热器。
2.2 构造整体设计
板式换热器的结构十分紧凑，所占用的空间小，同样体积实现的换热面积是管壳式热交换器的5-10倍，在节约设计空间的基础上大大提升了换热效率。此外因板式换热器具有良好的介质流动性，几乎没有死区，板片也可完全拆卸，方便污垢清除。而传统换热装置的结构复杂、体积大、质量大，在船舶轮机的设计过程中，为了满足船舶对换热装置的性能需求，就需要增加轮机的整体设计体积，增大了轮机的运作负荷，不利于节能减排。
板式换热器不但体积小，拆卸方便，还能够为满足轮机节能减排的设计需求，实现进一步的空间节约，将不必要的部分缩小，将薄弱的区域通过焊接、气割的方式进行结构调整。在高效满足换热要求的基础上，使轮机设计中的换热装置的设计可以更加弹性化，提高适应性。板式换热器的组装简便，如果想要提升热交换的设计效果，可通过增减板片的方式或对板边的结构以及组合形式来实现。
2.3 构造细节设计
板式换热器主要包括通道板、封条、隔板、盲板、板片、端板等换热元件构成。其中端板与盲板装设与换热器的两侧，而通道板、隔板则装设在中间区域，形成数个通道，加热或被加热介质在通道中流动，一种加热介质只可在一个容腔中流动，而不会流动到相邻的其它容腔，通过加热和被加热介质的流通、接触，实现换热控温的作用。传热机制主要是通过波纹板形成网状结构，以及多个触点，以此实现热传导。
2.3.1 导热设计
2.3.2 隔离设计
换热器相邻介质通道需要通过密封垫片实现隔离，使不同导热介质能够在各自通道中流通。此外为提升隔离效果，还可在板片角孔附近增设2个密封，并于中间区域增设信号孔，通过此种设置，使导热介质出现泄露时，只会泄露到外面，而不会介质流通到别的通道中，出现两种介质在设备中混合的情况。目前船舶轮机板式换热器的垫片主要采用有机橡胶作为材质，如丁晴橡胶、三元乙丙橡胶，也有一些单位采用压缩式棉纤维作为垫片材料。垫片主要是通过粘结剂进行粘连，但如果导热介质具有较强的腐蚀性，那么也可以设计为搭扣式垫片，提高强度。
2.3.3 流道及接管设计
标准的板式换热器流道设计成人字形波纹板片，俗称A片，此种设计模式下导热介质的湍动程度是最高的，相应的换热控温效果也最佳。除此种涉及模式外，还有在A片基础上压制出锐角的波纹板片，俗称B片，此种板片类型的换热效率相对要低于A片，但压力损失要相对较低，因此在实际设计中，需要根据热负荷以及压力情况选择合适的流道设计，也可将这两种板片进行排列交替，从而构成不同特征的流道形态，共包括H、M、L三种流道，并根据参数设计，将不同流道进行混搭，从而使流道设计实现最优化。在接管的设计中，可对部分板片进行优化设计，将其角孔部位设计成盲孔，以此实现导热介质流体流动方向的改变，构成串联、并联的流动通道组合，实现不同流程的流道设计，满足不同导热介质以及船舶轮机的实际需要。对于热流体通常为高进、低出。冷流体则低进高出，根据板片宽度、方向来看，为提升热交换效果，可尽量设计为沿对角线交叉的结构模式。
2.4 板式换热器的导热介质设计
导热介质的选用范围也相对较广，包括蒸汽、水、高粘液体以及含颗粒、杂质、纤维的混合液体均可用作导热介质。介质温度最高可达200℃，最低为零下25℃，有效满足了船舶轮机的换热控温需要。
2.5 在应对冲击、摇晃、振动等方面的设计应用
板式换热器的板片底端含有多个可固定的触点，通过这些触点可以进行多点固定，也可将所有能固定的部位全部固定，对于一些重点部位，还可通过加强钢筋的方式，以此保证设备的稳定性，提高对冲击、摇晃、振动的抵御效果。防止因振动影响换热。
2.6 针对海水环境的设计应用
因为船舶轮机大多是直接与海水相接触，因此必须要考虑海水环境的湿度、盐度腐蚀性的问题。轮机所使用的板式换热器其材料应当尽量选用耐湿、耐腐蚀的材料，如采用钦板，在正式投入使用之前还应进行渗透检验，防止海水适度的影响。
2.7 针对传热介质方面的设计应用
因为水和油具有较大的比热容差，在进行换热过程中，温度差也就更大，从而也就使热传递的系数也就更大，提高了热交换效果。因此传热介质的设计可选用如水和油这种比热容差较大的两种介质流体。
3 板式换热器在船舶轮机设计中应用的现状及展望
3.1 板片结构的优化开发
板片是板式换热器的重要导热装置，主要为金属板，但目前国内的板片种类较少，无论是刚度、性能等方面还有待进一步提升，在空间节省方面还有提高的可能。
3.2 板片材料的抗腐蚀性能
虽然板式换热器的性能、质量、加工等方面已经十分完善，但目前国内板材主要为不锈钢，以及少量钛板材，品种较少，抗耐腐蚀性还相对较差，特别是对于船舶工作的特殊环境来说，轮机长时间受海水侵袭，显然金属板材的抗腐蚀性能是影响板式热交换器在船舶轮机中应用的一大制约，因此还需在这一方面加强开发，提升防腐性能。
3.3 提升热交换器的额定工作温度
船舶运行时间长，轮机持续运行，此种情况下，轮机的运行温度必然会居高不下，但目前常用的板式热交换器使用温度通常能够达到180℃左右，但实际上一些远洋船舶与恶劣气候的高压影响，可能会高于这个温度，因此还需进一步提升使用温度。
参考文献
[1] 赵桐.船用板式冷却器的结构特点及原理浅析[J].科技风，2014，14：168-169.
[2] 徐志明，王景涛，贾玉婷，王丙林，陈洋，张一龙.板式换热器黏液形成菌生物污垢特性的实验研究[J].热科学与技术，2015，01：19-25.
[关键词]板式换热器；船舶；轮机设计；应用
中图分类号：U664 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）20-0374-01
1.引言
船舶轮机在运作过程需要始终保证在额定温度范围内，这也是船舶轮机稳定运作的基础，因此就需要在船舶轮机的设计中加入热交换器，以此实现温度调控。目前常用的换热器主要有板式、壳管式等多种类型，不同类型换热器均有着自身的性能特征、适用范围及优劣。板式换热器就是目前常用的船舶轮机换热装置，以下本文就以船舶轮机板式换热器的设计作为主要研究对象，展开较为深入的探讨，具体如下。
2.板式换热器在船舶轮机设计中的应用
船舶对热交换器的性能要求较高，船舶在海上航行的过程中时常会受到震动、海浪冲击、噪音等因素影响，且工作环境具有较大的湿度，冷却介海水的盐度大，腐蚀性强。而板式热交换器可以很好地满足船舶对于换热器的性能要求，因此目前很多船舶轮机在设计过程中，均普遍采用了板式换热器。
2.1 参数设计
总体来说，板式换热器的板片被制成波纹性，截面结构复杂，导热流体在流动过程中，会不断变换流动的速度及方向，提升了传热效果与热交换能力，其传热系数与管壳式换热器相比，有了显著提升。但在船舶轮机板式换热器具体的设计中还应根据船舶轮机的实际情况，计算出传热面积，确定导热介质流速、总传热系数、流道数、换热量、板片数等，根据这些计算结果设计出满足参数要求的板式换熱器。例如换热量计算见公式1。
Q=G·γh·Cp·（T2-T1）
其中G为体积流量（m3/h），T1为进口温度，T2为出口温度，CP为介质比热（KJ），γ为介质密度（Kg/m3）。
总之，板式换热器在船舶轮机设计中，必须对相关参数进行充分计算，在此基础上，确定具体形式、结构的板式换热器。
2.2 构造整体设计
板式换热器的结构十分紧凑，所占用的空间小，同样体积实现的换热面积是管壳式热交换器的5-10倍，在节约设计空间的基础上大大提升了换热效率。此外因板式换热器具有良好的介质流动性，几乎没有死区，板片也可完全拆卸，方便污垢清除。而传统换热装置的结构复杂、体积大、质量大，在船舶轮机的设计过程中，为了满足船舶对换热装置的性能需求，就需要增加轮机的整体设计体积，增大了轮机的运作负荷，不利于节能减排。
板式换热器不但体积小，拆卸方便，还能够为满足轮机节能减排的设计需求，实现进一步的空间节约，将不必要的部分缩小，将薄弱的区域通过焊接、气割的方式进行结构调整。在高效满足换热要求的基础上，使轮机设计中的换热装置的设计可以更加弹性化，提高适应性。板式换热器的组装简便，如果想要提升热交换的设计效果，可通过增减板片的方式或对板边的结构以及组合形式来实现。
2.3 构造细节设计
板式换热器主要包括通道板、封条、隔板、盲板、板片、端板等换热元件构成。其中端板与盲板装设与换热器的两侧，而通道板、隔板则装设在中间区域，形成数个通道，加热或被加热介质在通道中流动，一种加热介质只可在一个容腔中流动，而不会流动到相邻的其它容腔，通过加热和被加热介质的流通、接触，实现换热控温的作用。传热机制主要是通过波纹板形成网状结构，以及多个触点，以此实现热传导。
2.3.1 导热设计
2.3.2 隔离设计
换热器相邻介质通道需要通过密封垫片实现隔离，使不同导热介质能够在各自通道中流通。此外为提升隔离效果，还可在板片角孔附近增设2个密封，并于中间区域增设信号孔，通过此种设置，使导热介质出现泄露时，只会泄露到外面，而不会介质流通到别的通道中，出现两种介质在设备中混合的情况。目前船舶轮机板式换热器的垫片主要采用有机橡胶作为材质，如丁晴橡胶、三元乙丙橡胶，也有一些单位采用压缩式棉纤维作为垫片材料。垫片主要是通过粘结剂进行粘连，但如果导热介质具有较强的腐蚀性，那么也可以设计为搭扣式垫片，提高强度。
2.3.3 流道及接管设计
标准的板式换热器流道设计成人字形波纹板片，俗称A片，此种设计模式下导热介质的湍动程度是最高的，相应的换热控温效果也最佳。除此种涉及模式外，还有在A片基础上压制出锐角的波纹板片，俗称B片，此种板片类型的换热效率相对要低于A片，但压力损失要相对较低，因此在实际设计中，需要根据热负荷以及压力情况选择合适的流道设计，也可将这两种板片进行排列交替，从而构成不同特征的流道形态，共包括H、M、L三种流道，并根据参数设计，将不同流道进行混搭，从而使流道设计实现最优化。在接管的设计中，可对部分板片进行优化设计，将其角孔部位设计成盲孔，以此实现导热介质流体流动方向的改变，构成串联、并联的流动通道组合，实现不同流程的流道设计，满足不同导热介质以及船舶轮机的实际需要。对于热流体通常为高进、低出。冷流体则低进高出，根据板片宽度、方向来看，为提升热交换效果，可尽量设计为沿对角线交叉的结构模式。
2.4 板式换热器的导热介质设计
导热介质的选用范围也相对较广，包括蒸汽、水、高粘液体以及含颗粒、杂质、纤维的混合液体均可用作导热介质。介质温度最高可达200℃，最低为零下25℃，有效满足了船舶轮机的换热控温需要。
2.5 在应对冲击、摇晃、振动等方面的设计应用
板式换热器的板片底端含有多个可固定的触点，通过这些触点可以进行多点固定，也可将所有能固定的部位全部固定，对于一些重点部位，还可通过加强钢筋的方式，以此保证设备的稳定性，提高对冲击、摇晃、振动的抵御效果。防止因振动影响换热。
2.6 针对海水环境的设计应用
因为船舶轮机大多是直接与海水相接触，因此必须要考虑海水环境的湿度、盐度腐蚀性的问题。轮机所使用的板式换热器其材料应当尽量选用耐湿、耐腐蚀的材料，如采用钦板，在正式投入使用之前还应进行渗透检验，防止海水适度的影响。
2.7 针对传热介质方面的设计应用
因为水和油具有较大的比热容差，在进行换热过程中，温度差也就更大，从而也就使热传递的系数也就更大，提高了热交换效果。因此传热介质的设计可选用如水和油这种比热容差较大的两种介质流体。
3 板式换热器在船舶轮机设计中应用的现状及展望
3.1 板片结构的优化开发
板片是板式换热器的重要导热装置，主要为金属板，但目前国内的板片种类较少，无论是刚度、性能等方面还有待进一步提升，在空间节省方面还有提高的可能。
3.2 板片材料的抗腐蚀性能
虽然板式换热器的性能、质量、加工等方面已经十分完善，但目前国内板材主要为不锈钢，以及少量钛板材，品种较少，抗耐腐蚀性还相对较差，特别是对于船舶工作的特殊环境来说，轮机长时间受海水侵袭，显然金属板材的抗腐蚀性能是影响板式热交换器在船舶轮机中应用的一大制约，因此还需在这一方面加强开发，提升防腐性能。
3.3 提升热交换器的额定工作温度
船舶运行时间长，轮机持续运行，此种情况下，轮机的运行温度必然会居高不下，但目前常用的板式热交换器使用温度通常能够达到180℃左右，但实际上一些远洋船舶与恶劣气候的高压影响，可能会高于这个温度，因此还需进一步提升使用温度。
参考文献
[1] 赵桐.船用板式冷却器的结构特点及原理浅析[J].科技风，2014，14：168-169.
[2] 徐志明，王景涛，贾玉婷，王丙林，陈洋，张一龙.板式换热器黏液形成菌生物污垢特性的实验研究[J].热科学与技术，2015，01：19-25.