一、板式換熱器應(yīng)用背景與工藝需求

在化工、冶金、制藥、鹽湖提鋰等行業(yè)中，常需要將硫酸鈉或氯化鈉溶液通過蒸發(fā)（多效蒸發(fā)、MVR等）進(jìn)行濃縮，最終得到高濃度的溶液或結(jié)晶鹽。

硫酸鈉（芒硝）：常見于染料、造紙、玻璃制造廢水或鹽湖鹵水中。濃縮結(jié)晶后得到元明粉（無水硫酸鈉）。

氯化鈉（食鹽）：廣泛存在于海水、鹵水、化工副產(chǎn)鹽水中。濃縮結(jié)晶是制鹽的核心工序。

這個蒸發(fā)濃縮過程的核心是能源消耗，即如何最高效、最經(jīng)濟(jì)地將溶液加熱至沸騰，并使水分汽化。而板式換熱器正是實(shí)現(xiàn)這一熱能交換的關(guān)鍵設(shè)備，主要用作蒸發(fā)器和預(yù)熱器。

二、濃縮硫酸鈉、氯化鈉溶液為什么選擇板式換熱器？（優(yōu)勢分析）

與傳統(tǒng)管殼式換熱器相比，板式換熱器在此類應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢，這源于其獨(dú)特的設(shè)計：

1.較高的傳熱效率

技術(shù)原理：板片上的波紋設(shè)計使流體在極低的流速下也能產(chǎn)生強(qiáng)烈湍流（高雷諾數(shù)）。湍流大大減薄了液膜邊界層，極大降低了熱阻。

實(shí)際表現(xiàn)：K值（傳熱系數(shù)）通常可達(dá)3000-6000W/m2·℃，是管殼式換熱器（通常1000-2000W/m2·℃）的2-4倍。這意味著在相同的換熱量下，板換所需的換熱面積更小，設(shè)備更緊湊，初始投資可能更低。

2.應(yīng)對結(jié)垢傾向的能力

硫酸鈉和氯化鈉在濃縮過程中，隨著濃度升高和溫度變化，極易在換熱表面結(jié)晶析出，形成堅硬的垢層（硫酸鈉垢、氯化鈉垢），嚴(yán)重降低效率。

板換的優(yōu)勢：

高湍流：強(qiáng)烈的湍流具有“自清潔”效應(yīng)，能沖刷表面，減緩垢層的沉積。

易于清洗：當(dāng)結(jié)垢不可避免時，板換的可拆卸特性是巨大優(yōu)勢。只需松開壓緊螺栓，即可打開設(shè)備，直接對板片進(jìn)行機(jī)械清洗（高壓水槍、刷洗）或化學(xué)清洗，清洗時間短（幾小時），恢復(fù)如新。而管殼式清洗困難、耗時漫長。

3.接近的溫度端差（ΔTmin小）

板間流道窄，流體的滯留量小，可以實(shí)現(xiàn)非常接近的出口溫度（例如，熱流體出口與冷流體進(jìn)口溫差可小至1-2℃）。

在MVR（機(jī)械蒸汽再壓縮）工藝中尤為重要。MVR將蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽壓縮升溫后，作為加熱蒸汽回用。壓縮機(jī)的溫升通常很小（5-20℃），板換的小端差特性可以最大化地利用這有限的溫升，降低壓縮機(jī)功耗，提升整個MVR系統(tǒng)的能效。

4.結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間：單位體積內(nèi)的換熱面積巨大，占地面積通常只有管殼式的1/3到1/2，對于廠房空間有限的改造或新建項(xiàng)目非常有利。

5.靈活性高：通過增減板片數(shù)量，可以輕松地調(diào)整換熱面積，以適應(yīng)生產(chǎn)負(fù)荷的變化或工藝參數(shù)的調(diào)整。

三、關(guān)鍵技術(shù)考量與設(shè)計選型要點(diǎn)（技術(shù)人員核心關(guān)注點(diǎn)）

雖然優(yōu)勢突出，但應(yīng)用不當(dāng)會導(dǎo)致嚴(yán)重問題。在選型和設(shè)計時，必須嚴(yán)格考慮以下幾點(diǎn)：

1.材質(zhì)選擇（抗腐蝕性）

氯化鈉溶液：氯離子（Cl?）是點(diǎn)蝕和應(yīng)力腐蝕的“元兇”。316L不銹鋼是常見的選擇，但其耐受濃度和溫度有限。對于更高要求，需選用254SMO（6Mo超級奧氏體）、鈦（Ti）或哈氏合金等更高級材料。

硫酸鈉溶液：腐蝕性相對較弱，316L通常可滿足要求。但仍需根據(jù)溶液的具體pH值、是否存在其他雜質(zhì)離子（如Cl?）等綜合評定。

密封墊片：常用EPDM（三元乙丙橡膠）、NBR（丁腈橡膠），需確認(rèn)其耐溫范圍和與介質(zhì)的相容性。

2.板片波紋設(shè)計

人字形波紋（Herringbone）：最常用。角度越大，承壓能力越高，湍流越強(qiáng)，抗結(jié)垢性越好，但阻力降也越大。

技術(shù)人員需與供應(yīng)商密切溝通，根據(jù)工作壓力、允許壓降和抗結(jié)垢需求，選擇最合適的板片波紋角度和結(jié)構(gòu)。

3.流速設(shè)計

流速是關(guān)鍵！流速過低會導(dǎo)致顆粒沉降、加速結(jié)垢；流速過高則導(dǎo)致壓降過大，泵送能耗激增。

必須設(shè)計一個經(jīng)濟(jì)流速（通常建議在0.4-0.8m/s之間），在結(jié)垢風(fēng)險和運(yùn)行成本之間取得最佳平衡。對于已有結(jié)垢傾向的溶液，寧可選擇稍高的流速。

4.維護(hù)與清洗策略

必須制定預(yù)防性維護(hù)（PM）計劃。定期監(jiān)測進(jìn)出口壓力降和溫度變化。當(dāng)壓降升高10-25%或傳熱系數(shù)下降10%時，就應(yīng)計劃清洗。

CIP（在線清洗）：對于可逆流設(shè)計的板換，可以通過切換閥門，使用酸液（如硝酸、檸檬酸）或堿液進(jìn)行循環(huán)化學(xué)清洗。

機(jī)械清洗：定期拆解清洗是徹底恢復(fù)性能的必要手段。

四、典型應(yīng)用流程中的位置

1.作為預(yù)熱器（Preheater）：在進(jìn)入蒸發(fā)器之前，利用冷凝水或生蒸汽的二次蒸汽等熱源對原料液進(jìn)行預(yù)熱，回收熱量，降低整個系統(tǒng)的蒸汽消耗。

2.作為蒸發(fā)器（Evaporator）的核心部件：在MVR蒸發(fā)系統(tǒng)中：板換是降膜蒸發(fā)器的理想選擇。溶液在板片一側(cè)形成液膜向下流動，壓縮蒸汽在另一側(cè)冷凝放熱。其高效傳熱和緊湊特性與MVR的節(jié)能理念完美契合。

在多效蒸發(fā)（MED）系統(tǒng)中：用作效體間的加熱器，利用前一效的二次蒸汽加熱后一效的溶液。

五、總結(jié)與建議

對于硫酸鈉、氯化鈉溶液的濃縮工藝，板式換熱器憑借其高效率、易清洗和適應(yīng)小溫差的特性，已成為現(xiàn)代蒸發(fā)系統(tǒng)（尤其是MVR）的首選換熱設(shè)備。