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1、 板式換熱器的結構設計與計算 姓名： 指導教師： 1 1. 板式換熱器的研究背景和發(fā)展 2. 板式換熱器的結構和原理 3. 板式換熱器的優(yōu)缺點及應用 4. 板式換熱器的計算 主要內容 2 板式熱交換器是近幾十年來得到發(fā)展和廣泛應用的 一種新型高效、緊湊的熱交換器。它由一系列互相 平行、具有波紋表面的薄金屬板相疊而成，比螺旋 板式熱交換器更為緊湊，傳熱性能更好。 應用面很廣，適宜用于醫(yī)藥、食品、制酒、飲料合 成纖維、造船、化工等工業(yè)，并且隨著板型、結構 上的改進，正在進一步擴大它的應用領域。 國內的生產(chǎn)廠家有蘭州石油機械研究所板式換熱器廠、天津 太平洋板式換熱器有限公司。 我國在板式熱交換器的設

2、計與 制造上也已達到較高的水平。 國外著名的生產(chǎn)廠家有瑞典 AFLA-LAVAI公司、 英國 APV 公司、日本日阪制作所等。 1. 板式換熱器的研究背景和發(fā)展 3 板式換熱器按構造分為可拆卸 （密封墊式）、釬焊式兩類 ， 以可拆卸式的應用為最廣。它 們的工作原理基本相同。 可拆卸板式換熱器由三個主要 部件： 傳熱板片、密封墊片、 壓緊裝置及其他一些部件等組 成。 2. 板式換熱器結構和原理 3 4 2. 板式換熱器結構和原理 在固定壓緊板上，交 替地安放一張板片和一個 墊片，然后安放活動壓緊 板，旋緊壓緊螺栓即構成 板式換熱器。 各傳熱板片按一定的 順序相疊即形成板片間的 流道，冷、熱流體在

3、板片 兩側各自的流道內流動， 通過傳熱板片進行熱交換。 5 2. 板式換熱器結構和原理 傳熱板 片 板片 以人字形波紋板和水平平直波紋板為應用最 廣。 傳熱板片是板式熱交換器的關鍵件。它的設計主 要考慮兩方面因素 : (1) 使流 體在低速下發(fā)生強烈湍流，以強化傳熱； (2) 提高板片剛度，能耐較高的壓力。 不銹鋼 SUS304/316/316L/310S/904 凈水、河水、食用油、礦物 質 SM0254 稀硫酸、無機水溶液 鈦及鈦鈀 合金 海水、鹽水、鹽化 鎳 Ni200 高溫、高濃度苛性鈉 哈氏合金 C276/D205/B2G 濃硫酸、鹽酸、磷酸 鉬 Mo254 稀硫酸、無機水溶液 石墨

4、 鹽酸、中濃度硫酸、磷酸、 氟酸 板片材料 6 2. 板式換熱器結構和原理 傳熱板片 7 2. 板式換熱器結構和原理 密封墊片 安裝于密封槽中，防止流體的外漏和兩流體之間內漏，運 行中承受壓力和溫度，而且受著工作流體的侵蝕，在多次拆裝 后還應具有良好的彈性。為了能及時發(fā)現(xiàn)內漏，在密封墊片上 開有凹槽（ 信號孔 ），出現(xiàn)泄漏，流體將首先由此泄出。 墊片材質 材質 適用流體 適用最高溫度 丁腈橡膠 水、海水、礦物質、鹽水 110-140 丁苯橡膠 一般非油介質 180 丁基橡膠 有機酸、無機酸、濃堿液 140 三元乙丙 橡 膠 熱水、蒸汽、酸、堿 150-170 氟橡膠 高溫水、酸、堿、有機溶 劑

5、 180 氯丁橡膠 酸、堿、礦物質、潤滑油 130 硅橡膠 食品、油、脂肪、酒精 180-220 石棉 常見流體 250-260 7 8 2. 板式換熱器結構和原理 壓緊裝置 它包括固定與活動的 壓緊板、壓緊螺栓 。 它用 于將墊片壓緊，產(chǎn)生足夠密封力，使得熱 交換器在工作時不發(fā)生泄漏，通過旋緊螺栓來 產(chǎn)生壓緊力。 框架形式 板式熱交換器有多種框架形式 ：雙支撐框 架式、懸臂 式、帶中間隔板雙支撐框架式 等 。 雙支撐框架式 懸臂式 帶中間隔板雙撐框架 式 9 2. 板式換熱器結構和原理 流程組合 為了滿足傳熱和壓力降的要求，對于板式熱交換器可進行多 種方式的流程和流道數(shù)的配置。 流程： 在相

6、同的流體相同流動方向的一組平行流動通道 流道： 相鄰的兩個板組成的間隙內的介質流動通道。 流體的流動可以是 串聯(lián)、并聯(lián)（這時形成純逆流）和混聯(lián)（一種流 體為 并聯(lián)，而另一種流體為串聯(lián)）。 流程可以是單流程或多流程，兩流體的流程數(shù)可以相等或不相等 。 10 2. 板式換熱器結構和原理 3.板式換熱器的優(yōu)缺點和應用 板式換熱器的優(yōu)點 1.傳熱系數(shù) 高 不存在旁路，板片相互顛倒，流體在流經(jīng)相鄰兩板間的通道時形成復 雜三維旋轉流動，能使流體以較低的雷諾數(shù)在板片中形成急劇湍流，熱傳導快，傳熱 系數(shù)高 2.修正系數(shù)大，冷、熱流體流動平行于表面，沒有旁路，冷、熱流體之間的溫度非常 接近，溫差極小，對數(shù)平均溫

7、差大，末端溫差小 3.結構緊湊，占地面積小，重量輕 4.容易改變換熱面積和流程，適應性強方便地增加或減少幾板，就可以實現(xiàn)增大或減 小傳熱面積的目的；改變板片的布置，可以變化流程組合，適合于新的換熱條件 5.內部充分湍流，所以易于擴散，不易結垢；只要螺栓松動，可以輕松地打開并取出 板片，清洗或更換板片，易清潔，易維護，安全 6.板式換熱器只有板片外面和墊片暴露在大氣中，熱量損失小，通常在 1左右 板式換熱器的缺點 1.容量較小，是管殼式換熱器的 10%20%。 2.工作壓力，溫度不宜過大，有可能泄露 3.單位長度的壓力損失大 傳熱面間的間隙較小，傳熱面上有凹凸狀波紋，因此壓力損 失大。 4.易堵

8、塞 板片間通道很窄，一般只有 25mm，當換熱介質中含有較大的固體顆?；蚶w 維質，就容易堵塞板間通道 11 板式換熱器的應用 化學工業(yè)，食品工業(yè)，冶金工業(yè)，石油工業(yè)，礦山，電廠，核電廠， 海上石油平臺，機械工業(yè)，生活污水處理，醫(yī)藥，化工，造紙，紡 織，船舶，供熱等領域，可加熱，冷卻，蒸發(fā)，濃縮，殺菌，熱回 收等。 12 3.板式換熱器的優(yōu)缺點及應用 板式換熱器類型的選擇 板式換熱器種類較多，每種都有相適應的工況，工程設計中應首先對此作選擇。 溫度在 200 以上，壓力大于 2Mpa，可以選擇釬焊式板式換熱器 對于拆卸比較頻繁的，可選用可拆式換熱器 選擇板片 主要考慮需要達到的換熱效果以及壓降要

9、求： 若承壓要求在 1.2Mpa以上，大多數(shù)情 況下選擇人字形波紋 若壓降要求較小而對換熱效果要求不高，可選用平直形波紋 對于壓降與換熱效果都有一定要求的工況，還可以選擇熱混合板片 流程組合的選擇 板型對稱、冷熱介質流量相當?shù)那闆r，宜采用等程布 置，使介質流向為全逆流； 兩側流量相差較大時，流量小的一側應采用多 程 布置，以提高流速，增強換熱效 果； 一般情況下，在選擇流程時，盡可能采用單程 (全并聯(lián) )，使設備在使用時拆卸維 修都比較方 便。若要采用多流程，各流程中通常安排相同的流道數(shù)。 流道數(shù)的確定受板間流速的影響，而板間流速的選取有一定的范圍，同時還受到 允許 壓降的制約。當板間流速一定

10、時，流道數(shù)的多少取決于流量的大小 13 4.板式換熱器的計算 單板面積的選擇 選擇合理的單片面積，能夠避免總板片數(shù)過多或過少。板片過多會使設備占 地面 太大；過少，可能會使流程數(shù)增多，壓降增大；同時單片面積的大小在一定程度上還 與角孔大小有關。 板間流速的選擇 在通常情況下，板間流速選取范圍在 0.2 1.0 m/s，在壓降容許的情況下取大值， 以 獲得更好的換熱效果，從而減小換熱面積。 4.板式換熱器的計算 換熱器采用等程布置，介質的流向能夠實現(xiàn)全逆流，獲得最大的平均溫差； 當兩側不等程時。逆流和順流會交替出現(xiàn)。 流向的選擇 14 根據(jù)介質的物理、化學特性進行選擇，主要考慮溫度和腐蝕情 況。

11、 板片的原材料厚度為 0.60.8mm，壓制成波紋板后允 許有 25%的 減薄量，于是最薄處為 0.450.6mm，因此選用耐腐蝕的材料。 密封墊片材料的選擇 密封墊既要耐溫又要耐腐蝕，硬度一般應在 6590邵氏硬度，壓 縮永久變形量不大于 10%，抗拉強度 8MPa，延伸率 200% 板片材料的選擇 4.板式換熱器的計算 15 4.板式換熱器的計算 對數(shù)平均溫差法（ LMTD）計算過程 （ 1）已知冷水的 流量 190t/h， 冷熱水的 進出口溫度95/55 ,10/50 。 （ 2）查冷、熱側的密度 、比熱容 Cp、導熱系數(shù) 、運動粘度 普 朗特數(shù) Pr （ 3）求換熱量 Q 式中： G

12、質量流量， kg/s； 下標 1、 2 熱、冷介質 下標 、 進、出口位置 （ 4）求熱側的流量 16 2 2 2 2()pQ G C t t 1 11( - ) QG C t t （ 6）選擇板式換熱器型號（主要是單片面積及形式） （ 7）假設該型號換熱器的 流程組合， 即假定 流程數(shù) m,流道數(shù) n 17 tmax t1 t2 tmin t1 t2 4.板式換熱器的計算 （ 5）計算對數(shù)平均 溫差 tm ， 修正系數(shù) 取值 m a x m in m a x m in ln lm ttt t t 單通流道截面積 fd 0.000161m2 板片厚度 0.7mm 波紋深度 3.8mm 單片換熱

13、面積 Fd 0.502m2 板片尺寸 1490 485mm 板片平均間隙 b 3.8mm 板片當量直徑 de 7.6mm 18 G n f W 式中： n 單程中并聯(lián)通道數(shù)； f 板片通道截面積， m2； （ 9）計算冷熱介質的 Re 和 Nu （ 10）計算冷、熱介質的 對流傳熱系 數(shù) Nu de 3.板式換熱器的計算 （ 8）計算冷、熱介 質的板間 流速 W 0 . 6 6 5 1u = 0 . 2 5 1 7 R e P r 0 . 3 0 . 4mN m m熱 ； 冷R e = eWd （ 12）計算換熱面積 F F Q K t m 將理論值 F，與預計值 Fm相比較，通常認為兩者誤差

14、值在 5%以內時， 計算結果正確 19 4.板式換熱器的計算 （ 11）計算總換熱系 數(shù) K 12 12 111 / ( ) p K r r 1 1 2 2( 1 )mdF F m n m n 20 4.板式換熱器的計 算 （ 13） 計算冷、熱介質的 歐拉數(shù) Eu （ 14）計算壓降 P 計算出的壓降值應小于 0.5Mpa這主要考慮在 角孔處以及流向改變時產(chǎn)生壓降 若實際壓降超過允許值時，應改變板型或者流程 組合，重新進行傳熱及壓降計算。 0.05 81351.42 R eEu 根據(jù)換熱介質種類和設計溫度和壓力等，框架選擇雙支撐 框架；板片選用蘭州石油機械研究所 BR05A型板片，波紋為 雙 人字型，材料為 SUS304； 墊片材料選用三元乙丙橡膠。 選擇單流程并聯(lián)流程組合，流道數(shù)為 74。 進行熱力計算、阻力計算、結構設計以及校核，確定了總 傳熱系數(shù) 2878W/(m2K)可拆卸板式換熱器。 21 謝 謝 觀 看