板式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算

姓名：指導(dǎo)教師：11.板式換熱器的研究背景和發(fā)展2.板式換熱器的結(jié)構(gòu)和原理3.板式換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用4.板式換熱器的計(jì)算主要內(nèi)容2板式熱交換器是近幾十年來(lái)得到發(fā)展和廣泛應(yīng)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(yīng)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(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，正在進(jìn)一步擴(kuò)大它的應(yīng)用領(lǐng)域。

國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)廠家有蘭州石油機(jī)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(guó)在板式熱交換器的設(shè)計(jì)與 制造上也已達(dá)到較高的水平。

國(guó)外著名的生產(chǎn)廠家有瑞典AFLA-LAVAI公司、 英國(guó)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42.板式換熱器結(jié)構(gòu)和原理在固定壓緊板上，交替地安放一張板片和一個(gè)墊片，然后安放活動(dòng)壓緊板，旋緊壓緊螺栓即構(gòu)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、熱流體在板片兩側(cè)各自的流道內(nèi)流動(dòng)，通過傳熱板片進(jìn)行熱交換。52.板式換熱器結(jié)構(gòu)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(yīng)用最廣。傳熱板片是板式熱交換器的關(guān)鍵件。它的設(shè)計(jì)主要考慮兩方面因素:

(1)使流體在低速下發(fā)生強(qiáng)烈湍流，以強(qiáng)化傳熱；(2)

提高板片剛度，能耐較高的壓力。

板片材料62.板式換熱器結(jié)構(gòu)和原理傳熱板片72.板式換熱器結(jié)構(gòu)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(nèi)漏，運(yùn)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(yīng)具有良好的彈性。為了能及時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)漏，在密封墊片上開有凹槽（信號(hào)孔），出現(xiàn)泄漏，流體將首先由此泄出。

墊片材質(zhì)

792.板式換熱器結(jié)構(gòu)和原理

流程組合

為了滿足傳熱和壓力降的要求，對(duì)于板式熱交換器可進(jìn)行多

種方式的流程和流道數(shù)的配置。

流程：在相同的流體相同流動(dòng)方向的一組平行流動(dòng)通道

流道：相鄰的兩個(gè)板組成的間隙內(nèi)的介質(zhì)流動(dòng)通道。流體的流動(dòng)可以是串聯(lián)、并聯(lián)（這時(shí)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。

3.板式換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)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(shí)形成復(fù)雜三維旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，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(dǎo)快，傳熱系數(shù)高2.修正系數(shù)大，冷、熱流體流動(dòng)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(duì)數(shù)平均溫差大，末端溫差小3.結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，重量輕4.容易改變換熱面積和流程，適應(yīng)性強(qiáng)方便地增加或減少幾板，就可以實(shí)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(nèi)部充分湍流，所以易于擴(kuò)散，不易結(jié)垢；只要螺栓松動(dòng)，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(hù)，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(diǎn)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(zhǎng)度的壓力損失大傳熱面間的間隙較小，傳熱面上有凹凸?fàn)畈y，因此壓力損失大。4.易堵塞板片間通道很窄，一般只有2~5mm，當(dāng)換熱介質(zhì)中含有較大的固體顆?；蚶w維質(zhì)，就容易堵塞板間通道

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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(yīng)的工況，工程設(shè)計(jì)中應(yīng)首先對(duì)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(duì)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(dá)到的換熱效果以及壓降要求：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(duì)換熱效果要求不高，可選用平直形波紋對(duì)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(duì)稱、冷熱介質(zhì)流量相當(dāng)?shù)那闆r，宜采用等程布置，使介質(zhì)流向?yàn)槿媪?；兩?cè)流量相差較大時(shí)，流量小的一側(cè)應(yīng)采用多程布置，以提高流速，增強(qiáng)換熱效果；一般情況下，在選擇流程時(shí)，盡可能采用單程(全并聯(lián))，使設(shè)備在使用時(shí)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(shí)還受到允許壓降的制約。當(dāng)板間流速一定時(shí)，流道數(shù)的多少取決于流量的大小134.板式換熱器的計(jì)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(huì)使設(shè)備占地面太大；過少，可能會(huì)使流程數(shù)增多，壓降增大；同時(shí)單片面積的大小在一定程度上還與角孔大小有關(guān)。板間流速的選擇

在通常情況下，板間流速選取范圍在0.2~1.0m/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(jì)算換熱器采用等程布置，介質(zhì)的流向能夠?qū)崿F(xiàn)全逆流，獲得最大的平均溫差；當(dāng)兩側(cè)不等程時(shí)。逆流和順流會(huì)交替出現(xiàn)。流向的選擇14

根據(jù)介質(zhì)的物理、化學(xué)特性進(jìn)行選擇，主要考慮溫度和腐蝕情況。板片的原材料厚度為0.6~0.8mm，壓制成波紋板后允許有25%的減薄量，于是最薄處為0.45~0.6mm，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(yīng)在65~90邵氏硬度，壓縮永久變形量不大于10%，抗拉強(qiáng)度≥8MPa，延伸率≥200%板片材料的選擇4.板式換熱器的計(jì)算154.板式換熱器的計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫差法（LMTD）計(jì)算過程

（1）已知冷水的流量190t/h，冷熱水的進(jìn)出口溫度95/55℃,10/50℃。（2）查冷、熱側(cè)的密度ρ、比熱容Cp、導(dǎo)熱系數(shù)λ、運(yùn)動(dòng)粘度ν普朗特?cái)?shù)Pr

（3）求換熱量Q

式中：

G——質(zhì)量流量，kg/s；下標(biāo)1、2——熱、冷介質(zhì)下標(biāo)'、"

——進(jìn)、出口位置（4）求熱側(cè)的流量

16（6）選擇板式換熱器型號(hào)（主要是單片面積及形式）（7）假設(shè)該型號(hào)換熱器的流程組合，即假定流程數(shù)m,流道數(shù)n

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tmax

t'1

t"2tmin

t"1

t'24.板式換熱器的計(jì)算（5）計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫差Δtm，修正系數(shù)Ψ取值

（12）計(jì)算換熱面積FF

QKtm

將理論值F，與預(yù)計(jì)值Fm相比較，通常認(rèn)為兩者誤差值在5%以內(nèi)時(shí)，計(jì)算結(jié)