乳品之窗（58）乳品基本知识问答100题(连载-27)

（七十五）板式热交换器的构造及其功能是什么？

1、传热板的板型 

根据流体通过板间的流动形式，分为条流板和网流板（图3-75-1）。根据流体流动路线分为 “单边流”和“对角流”两种板型。根据板型结构分为球面凸纹板和波纹板等。目前应用较多的波纹板片有水平平直纹波纹板、人字形波纹板、斜波纹板，如图4-5-10所示，其中波纹的法向截面形状多数为等腰三角形。

2、 组装形式

组装是指将板片及垫片按照一定规律的修整后组合起来，形成一个能够完成所需换热操作的有机整体。

组装后，两种流体在板间形成一定规律的流道内通过。流体在换热器中每改变一次流动方向称为一板程，每两板间形成的通道为一个流道。通过增加流体板程可达到延长加热时间以增加温降或温升幅度的目的。在设备中设置换向板片，即根据流程需要，不冲出某些相应的角孔（称为盲孔），流体遇到盲孔即拐弯，进行换向。通过增加或减少每一个板程的流道数，即增加或减少每一板程的板数，可在保障有效热传递及避免压降过高的前提下，提高流量，满足高生产率的需要。

典型的组装形式流程有三种（图3-75-2）：串联流程、并联流程和混合流程。

3、板式热交换器的功能特点：

⑴传热系数高。

⑵结构紧凑。

⑶组装灵活，适应性好，而且便于热能回收。

⑷拆装方便，便于拆开清洗。

⑸造价及运行生产成本低。

⑹压降较大，不适用于粘稠液料。

⑺密封周边长，要求高。

（七十六）管式热交换器的构造及其功能是什么？超高温xx机常见故障及解决办法如何？

管式热交换器有多流道和多管道两种结构形式。

1、 多流道管式热交换器（图3-76-1）包含数个同轴放置、直径不同的管子，通过O型环与端盖密封，并通过压紧螺栓安装成一个整体。

介质与产品以逆流的方式流过同心管的环形通道，最外侧的通道流过的是介质。波纹状构造的管子保证了产品与介质的紊流状态，可获得{zg}的传热效率。

可以使用这种类型的管式热交换器直接加热产品进行产品热回收。多流道管式热交换器也可制造成在单流道结构，即在两个同心通道之间仅设一条环状的产品通道。

2、多管道管式热交换器（图3-76-2）的结构与热交换原理都相似于传统的列管式热交换器，适用于高压、高温状况下的物料加工。产品流过一组平行的管束，介质围绕在管子的周围，通过管子和壳体上的螺旋波纹，产生紊流，实现有效的传热。

该交换器的传热面是一组平行的波纹管或是光滑管，焊接在管板的两端。这种设计可以通过旋开末端的螺栓，将产品管道从管壳中取出，便于检查。

活动头结构减缓了热膨胀的影响，还可将进行产品管束不同的组合，以适应不同的应用场合。多管道管式热交换器也可制造为单管结构，它只有一个进口管允许粒经小于 50mm的颗粒物料通过。图3-76-3为  管式超高温xx机。

（七十六）管式热交换器的构造及其功能是什么？超高温xx机常见故障及解决办法如何？

管式热交换器有多流道和多管道两种结构形式。

1、 多流道管式热交换器（图3-76-1）包含数个同轴放置、直径不同的管子，通过O型环与端盖密封，并通过压紧螺栓安装成一个整体。

介质与产品以逆流的方式流过同心管的环形通道，最外侧的通道流过的是介质。波纹状构造的管子保证了产品与介质的紊流状态，可获得{zg}的传热效率。

可以使用这种类型的管式热交换器直接加热产品进行产品热回收。多流道管式热交换器

3、故障举例和分析

超高温xx机常见故障及解决办法：

⑴ UHT无法升高到所需的温度

① 供应到UHT的蒸汽压力没有达到系统的要求。若xx温度设定为140℃，那么，为能在生产中维持此温度，一般板式蒸汽热交换器前的蒸汽压力不应小于6Pa，周边供应的蒸汽压力应保持在7～8Pa以上。

② 确认热水循环系统中的水是否充足，若热水系统中没有足够的热水，则热水系统压力将不能充分建立，导致热水气化，从而无法把产品加热到所需的温度。

③ 热水循环系统的流量没有达到系统的要求。热水携载着加热产品的能量，热水流量的大小决定着单位时间内系统输出加热能量的多少。若热水系统流量过小，则产品不能得到充分加热，产品温度将达不到要求。系统若出现这样的情况，可通过增加热水泵的频率来增加热水系统的输出，若热水泵没有变频调速，则可以通过增加热水系统节流阀的开度来增加热水流量，但要注意热水流量不能过大，否则会造成产品质变差、系统能量消耗增加、热水系统压力降低等问题。

④ 蒸汽冷凝水不能够顺利地从疏水器排出。蒸汽冷凝水若不能顺利排出，则蒸汽不能连续补入，系统将没有足够的能量加热产品。发生此种情况时，应检查疏水器的完好性和其冷凝水排放管路是否通畅。

⑤ 蒸汽管路中蒸汽含水量过太高。由于在同样的温度和压力下，水-蒸汽混和物的加热能力远低于纯蒸汽的加热能力，故不能得到所需的热水温度。应确认蒸汽输送过程中产生的冷凝水在到达UHT之前已经除去。

⑥ 温度控制器所设定的参数不合理。UHT加热过程采用PID控制，PID参数如果设定不合理会使升温过程极其缓慢甚至根本达不到设定的温度。此外，另有其它温度控制器参数也将影响到升温过程。PID参数在调试完毕后即已确定，如因不慎触动参数，当联络厂家对参数予以恢复。

⑦ 产品循环系统没有足够的背压。加热到一定温度后，产品气化，其温度即不再上升。此时应及时升高产品循环系统的背压。发生此种情况通常是因为人为地改动了背压设定，或者是因为背压阀阀体、供气管路、相关气动元件发生压缩气泄漏而导致系统失去压力。

⑧ 热水循环系统中的压力不足，热水发生气化。热水循环系统为一个密闭系统，系统内的压力由两部分组成，一部分是对热水泵的输出进行节流，阻碍热水流动而产生压力，另一部分是引入热水系统的压缩气压力。因为生产中对应不同的产量需要不同的热水流量，而用节流球阀调节流量时会同时影响到热水泵所能打出的压力，所以，若在调节流量时系统压力下降，则不足的部分就要通过增加压缩气的压力来补足。在热水系统水量充足的情况下，系统压力如果不足，则应检查整个热水系统和压缩气加压系统有无泄漏点存在，如系统完好则应检查压缩气加压系统的压力设定是否合适。

⑵ UHTxx温度低落

① 热水循环系统内压力不足，热水气化。生产过程中，随着生产的持续进行，超高温换热管壁将发生结垢现象，管壁结垢以后，换热效率下降，系统为维持xx温度会自动拉高热水的温度。如果持续生产的时间足够长，原来设定的热水系统压力就可能不足以维持热水不发生气化，导致xx温度逐渐低落。发生这种状况就需要重调热水系统压力或在起动设备之前就设定出一定的余量，或者为了防止结垢过于严重而中止生产。

② 产品管路内压力不足，产品气化。发生这种情况通常是背压调节阀失灵或背压系统发生压缩气泄漏，以及压缩气供应突然消失造成的。

③ 进入到超高温管内的产品温度突然降低，导致系统反应不及。UHT系统仅能适应有限的外界条件改变，如输入产品温度变化，蒸汽压力变化等，一但这些条件发生剧烈改变，系统原来的稳定状态将被破坏。如在生产刚起动的时候，产品进入系统将xx水顶出，若产品的温度比xx水低很多，则系统可能无法适应而导致xx温度低落。

④ 产品管内流体被旁通，系统无法建立起足够的压力。这种情况往往发生在充填机刚开始进料的时后，充填机进料使回流减少，若生产流量也设定较小，回流甚至会降至接近零，这时BPV2的作用会减小甚至失去，而产品系统的压力是由BPV1和BPV2共同产生的，失去BPV2的作用，xx依靠BPV1, 系统的压力就可能不足以维持产品在超高温下的液态。

⑤ 蒸汽疏水器发生偶然堵塞

⑥ 蒸汽供应压力变化幅度超过系统准许值，致使PID无法调节，从而使温度动荡至掉落。

⑦ 热水系统的流量或产品系统的流量发生突变。UHT系统中，热水系统流量、产品系统流量、热水系统温度、产品系统温度都是紧密联系的，流量突变必然会导致温度的显著变动。生产中若需增加产量就必须增加系统流量，如果在增加产量时，没有采用逐渐提高均质机频率的方式而导致流量突变，系统就将因为无法适应而致温度低落。同样，在热水系统稳定运转时，若突然显著地改变热水泵频率，或大幅度开启热水回路上的节流球阀也会导致xx温度低落。

⑧ 产品温度控制系统发生异常。UHT的PLC接收来自管路上温度传感器的温度信号，将它与在人机界面上设定的xx下限温度进行比较，从而确认系统是否处于正确的温度状态。若操作中发现系统发生温度低落报警，而温度表指示的温度却正常，那么就需要确认温度信号的有效性。整个温度信号回路包括：PLC、温度记录器、温度控制器、温度传感器、和屏蔽信号电缆。需要确认这些部分工作正常。

⑨ 蒸汽系统比例调节阀系统异常。蒸汽比例阀根据温度控制器发出的控制信号调节蒸汽供应量的大小，从而维持系统的xx温度。如果温度控制器能够显示温度，但却不能控制温度，那么需要检查温控器、蒸汽比例阀、及期间的信号线、以及比例阀压缩气供应的状况

⑶ xx温度规律性动荡

① 热水系统内水量或建立的系统压力不足，造成热水气化。遇到此种情况可根据前述的措施去处理。

② 外部条件有变化，通常是蒸汽压力发生变化。出现此种情况时，要及时使蒸汽压力回复到原状态，或者调整温控器参数使之适应新的外部条件。

③ 预热温度控制异常。预热温控调整预热段出口的温度，使产品能得到较好的均质效果。如果预热温控器的参数设置不合理或工作异常，则产品预热温度可能会出现波动，进而在进入超高温加热段后引发xx温度波动。

⑷ xx温度无规律性波动

① 热水循环系统加压不够，泵进口处压力不足，生成大量气泡进入到循环热水中。

② 热水系统泵进口处密封不严造成外部气体进入。

⑸ UHT系统中的异常噪声。

① 换热管内爆响

A、由于xx水在回流过程中冷却不足，回流的冷却水温度过高，或BPV2设定压力太小，使BPV2的压力不足以维持xx水液态，水气化产生噪声。

B、由于BPV1调定的压力太小，超高温段的水或者产品发生气化。

C、由于空气压缩机在生产中骤停，气源总管爆裂，人为误操作，压缩气泄漏等原因造成系统突然失压，产品或xx水气化产生噪声。

D、UHT工作过程中，按动了急停开关，系统全部停止，产品管路和热水循环管路中的产品和热水不再流动。蒸汽板式换热器中的残余蒸汽可以将静止的热水加热至很高的温度，若突破了现有压力可以维持的温度，蒸汽换热器局部的热水将强烈气化，产生爆响。

E、CIP过程中P1泵频率设定过小，无法为CIP增压泵提供足够的进料压力，造成气化现象产生噪声。

② 系统中的“水锤”现象

A、液体的流路被突然关断，管路中的液体由于惯性，产生冲击作用。

B、均质机管路下游管路转向点太多，液体频繁对管壁产生冲击。

C、大功率泵启动

③ 均质机进口处压力不足，使液体气化。为避免这种情况的发生，应当为均质机上游的离心泵设定一个合适的工作频率，为均质机进口提供足够的进料压力

④ 平衡桶或水桶中的水被抽空，泵在没有产品或水供应的情况下空转，形成噪声。

⑤ 离心泵或均质机的电机或传动及其它运动部分发生故障。详见WCB离心泵常见故障与排故。也可制造成在单流道结构，即在两个同心通道之间仅设一条环状的产品通道。

2、多管道管式热交换器（图3-76-2）的结构与热交换原理都相似于传统的列管式热交换器，适用于高压、高温状况下的物料加工。产品流过一组平行的管束，介质围绕在管子的周围，通过管子和壳体上的螺旋波纹，产生紊流，实现有效的传热。

该交换器的传热面是一组平行的波纹管或是光滑管，焊接在管板的两端。这种设计可以通过旋开末端的螺栓，将产品管道从管壳中取出，便于检查。

活动头结构减缓了热膨胀的影响，还可将进行产品管束不同的组合，以适应不同的应用场合。

多管道管式热交换器也可制造为单管结构，它只有一个进口管允许粒经小于 50mm的颗粒物料通过。图3-76-3为  管式超高温xx机。