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板式换热器的结构设计与计算 姓名：指导教师：11.板式换热器的研究背景和发展2.板式换热器的结构和原理3.板式换热器的优缺点及应用4.板式换热器的计算主要内容2 板式热交换器是近几十年来得到发展和广泛应用的一种新型高效、紧凑的热交换器。它由一系列互相平行、具有波纹表面的薄金属板相叠而成，比螺旋板式热交换器更为紧凑，传热性能更好。应用面很广，适宜用于医药、食品、制酒、饮料合成纤维、造船、化工等工业，并且随着板型、结构上的改进，正在进一步扩大它的应用领域。国内的生产厂家有兰州石油机械研究所板式换热器厂、天津 太平洋板式换热器有限公司。我国在板式热交换器的设计与制造上也已达到较高的水平。国外著名的生产厂家有瑞典AFLA-LAVAI公司、英国APV 公司、日本日阪制作所等。1.板式换热器的研究背景和发展3板式换热器按构造分为可拆卸（密封垫式）、钎焊式两类，以可拆卸式的应用为最广。它们的工作原理基本相同。可拆卸板式换热器由三个主要部件：传热板片、密封垫片、压紧装置及其他一些部件等组成。2.板式换热器结构和原理342.板式换热器结构和原理 在固定压紧板上，交替地安放一张板片和一个垫片，然后安放活动压紧板，旋紧压紧螺栓即构成板式换热器。各传热板片按一定的顺序相叠即形成板片间的流道，冷、热流体在板片两侧各自的流道内流动，通过传热板片进行热交换。52.板式换热器结构和原理传热板片 板片以人字形波纹板和水平平直波纹板为应用最广。传热板片是板式热交换器的关键件。它的设计主要考虑两方面因素:(1)使流体在低速下发生强烈湍流，以强化传热；(2)提高板片刚度，能耐较高的压力。不不锈钢锈钢SUSUS304/316/316L/310S/904/310S/904净净水、河水、食用油、水、河水、食用油、矿矿物物质质SM0254稀硫酸、无机水溶液稀硫酸、无机水溶液钛钛及及钛钯钛钯合金合金海水、海水、盐盐水、水、盐盐化化镍镍Ni200Ni200高温、高高温、高浓浓度苛性度苛性钠钠哈氏合金哈氏合金C276/D205/B2GC276/D205/B2G浓浓硫酸、硫酸、盐盐酸、磷酸酸、磷酸钼钼Mo254Mo254稀硫酸、无机水溶液稀硫酸、无机水溶液石墨石墨盐盐酸、中酸、中浓浓度硫酸、磷酸、度硫酸、磷酸、氟酸氟酸 板片材料板片材料62.板式换热器结构和原理传热板片72.板式换热器结构和原理密封垫片安装于密封槽中，防止流体的外漏和两流体之间内漏，运行中承受压力和温度，而且受着工作流体的侵蚀，在多次拆装后还应具有良好的弹性。为了能及时发现内漏，在密封垫片上开有凹槽（信号孔），出现泄漏，流体将首先由此泄出。垫垫片材片材质质材材质质适用流体适用流体适用最高温度适用最高温度丁丁腈腈橡胶橡胶水、海水、水、海水、矿矿物物质质、盐盐水水110-140丁苯橡胶丁苯橡胶一般非油介一般非油介质质180丁基橡胶丁基橡胶有机酸、无机酸、有机酸、无机酸、浓浓碱液碱液140三元乙丙三元乙丙橡橡胶胶热热水、蒸汽、酸、碱水、蒸汽、酸、碱150-170氟橡胶氟橡胶高温水、酸、碱、有机溶高温水、酸、碱、有机溶剂剂180氯氯丁橡胶丁橡胶酸、碱、酸、碱、矿矿物物质质、润润滑油滑油130硅橡胶硅橡胶食品、油、脂肪、酒精食品、油、脂肪、酒精180-220石棉石棉常常见见流体流体250-260 782.板式换热器结构和原理 压紧装置它包括固定与活动的压紧板、压紧螺栓。它用于将垫片压紧，产生足够密封力，使得热交换器在工作时不发生泄漏，通过旋紧螺栓来产生压紧力。框架形式板式热交换器有多种框架形式：双支撑框架式、悬臂式、带中间隔板双支撑框架式等。双支撑框架式双支撑框架式 悬悬臂式臂式 带带中中间间隔板双撑框架式隔板双撑框架式 92.板式换热器结构和原理 流程组合 为了满足传热和压力降的要求，对于板式热交换器可进行多 种方式的流程和流道数的配置。流程：在相同的流体相同流动方向的一组平行流动通道 流道：相邻的两个板组成的间隙内的介质流动通道。流体的流动可以是串联、并联（这时形成纯逆流）和混联（一种流体为并联，而另一种流体为串联）。流程可以是单流程或多流程，两流体的流程数可以相等或不相等。102.板式换热器结构和原理3.板式换热器的优缺点和应用板式换热器的优点板式换热器的优点1.1.传热系数传热系数高高 不存在旁路，板片相互颠倒，流体在流经相邻两板间的通道时形成复杂不存在旁路，板片相互颠倒，流体在流经相邻两板间的通道时形成复杂三维旋转流动，能使流体以较低的雷诺数在板片中形成急剧湍流，热传导快，传热系三维旋转流动，能使流体以较低的雷诺数在板片中形成急剧湍流，热传导快，传热系数高数高2.修正系数大，冷、热流体流动平行于表面，没有旁路，冷、热流体之间的温度非常接近，温差极小，对数平均温差大，末端温差小3.结构紧凑，占地面积小，重量轻 4.容易改变换热面积和流程，适应性强方便地增加或减少几板，就可以实现增大或减小传热面积的目的；改变板片的布置，可以变化流程组合，适合于新的换热条件5.内部充分湍流，所以易于扩散，不易结垢；只要螺栓松动，可以轻松地打开并取出板片，清洗或更换板片，易清洁，易维护，安全6.板式换热器只有板片外面和垫片暴露在大气中，热量损失小，通常在1左右板式换热器的缺点板式换热器的缺点1.容量较小，是管壳式换热器的10%20%。2.工作压力，温度不宜过大，有可能泄露3.单位长度的压力损失大 传热面间的间隙较小，传热面上有凹凸状波纹，因此压力损失大。4.易堵塞 板片间通道很窄，一般只有25mm，当换热介质中含有较大的固体颗粒或纤维质，就容易堵塞板间通道 11 板式换热器的应用板式换热器的应用化学工业，食品工业，冶金工业，石油工业，矿山，电厂，核电厂，化学工业，食品工业，冶金工业，石油工业，矿山，电厂，核电厂，海上石油平台，机械工业，生活污水处理，医药，化工，造纸，纺海上石油平台，机械工业，生活污水处理，医药，化工，造纸，纺织，船舶，供热等领域，可加热，冷却，蒸发，浓缩，杀菌，热回织，船舶，供热等领域，可加热，冷却，蒸发，浓缩，杀菌，热回收等。收等。12 3.3.板式换热器的优缺点及应用板式换热器的优缺点及应用板式换热器类型的选择 板式换热器种类较多，每种都有相适应的工况，工程设计中应首先对此作选择。温度在200以上，压力大于2Mpa，可以选择钎焊式板式换热器 对于拆卸比较频繁的，可选用可拆式换热器选择板片 主要考虑需要达到的换热效果以及压降要求：若承压要求在1.2Mpa以上，大多数情况下选择人字形波纹 若压降要求较小而对换热效果要求不高，可选用平直形波纹 对于压降与换热效果都有一定要求的工况，还可以选择热混合板片流程组合的选择 板型对称、冷热介质流量相当的情况，宜采用等程布置，使介质流向为全逆流；两侧流量相差较大时，流量小的一侧应采用多程布置，以提高流速，增强换热效果；一般情况下，在选择流程时，尽可能采用单程(全并联)，使设备在使用时拆卸维修都比较方便。若要采用多流程，各流程中通常安排相同的流道数。流道数的确定受板间流速的影响，而板间流速的选取有一定的范围，同时还受到允许压降的制约。当板间流速一定时，流道数的多少取决于流量的大小 134.板式换热器的计算单板面积的选择 选择合理的单片面积，能够避免总板片数过多或过少。板片过多会使设备占地面太大；过少，可能会使流程数增多，压降增大；同时单片面积的大小在一定程度上还与角孔大小有关。板间流速的选择 在通常情况下，板间流速选取范围在0.2 1.0 m/s，在压降容许的情况下取大值，以获得更好的换热效果，从而减小换热面积。4.板式换热器的计算换热器采用等程布置，介质的流向能够实现全逆流，获得最大的平均温差；当两侧不等程时。逆流和顺流会交替出现。流向的选择14 根据介质的物理、化学特性进行选择，主要考虑温度和腐蚀情况。板片的原材料厚度为0.60.8mm，压制成波纹板后允许有25%的减薄量，于是最薄处为0.450.6mm，因此选用耐腐蚀的材料。密封垫片材料的选择密封垫片材料的选择 密封垫既要耐温又要耐腐蚀，硬度一般应在6590邵氏硬度，压缩永久变形量不大于10%，抗拉强度8MPa，延伸率200%板片材料的选择板片材料的选择4.板式换热器的计算154.板式换热器的计算对数平均温差法（LMTD）计算过程 （1）已知冷水的流量190t/h，冷热水的进出口温度95/55,10/50。（2）查冷、热侧的密度、比热容Cp、导热系数、运动粘度普朗特数Pr （3）求换热量Q 式中：G 质量流量，kg/s；下标 1、2 热、冷介质 下标、进、出口位置（4）求热侧的流量 16 （6）选择板式换热器型号（主要是单片面积及形式）（7）假设该型号换热器的流程组合，即假定流程数m,流道数n 17 tmax t1 t2tmin t1 t24.板式换热器的计算 （5）计算对数平均温差tm，修正系数 取值单通流道截面积单通流道截面积f fd d 0.000161161m2板片厚度板片厚度 0.7mmmm波纹深度波纹深度 3.8 8mm单单片片换热换热面面积积 F Fd d 0.502m m2 2板片尺寸板片尺寸 14901490485mm485mm板片平均板片平均间间隙隙b 3.8mmmm板片当量直径板片当量直径d de e 7.6mmmm18Gn fW式中：n单程中并联通道数；f 板片通道截面积，m2；（9）计算冷热介质的Re 和 Nu （10）计算冷、热介质的对流传热系数Nude 3.板式换热器的计算（8）计算冷、热介质的板间流速W（12）计算换热面积 FF QK tm 将理论值F，与预计值Fm相比较，通常认为两者误差值在5%以内时，计算结果正确 194.板式换热器的计算（11）计算总换热系数 K204.板式换热器的计算（13）计算冷、热介质的欧拉数Eu（14）计算压降P计算出的压降值应小于0.5Mpa这主要考虑在角孔处以及流向改变时产生压降若实际压降超过允许值时，应改变板型或者流程组合，重新进行传热及压降计算。根据换热介质种类和设计温度和压力等，框架选择双支撑根据换热介质种类和设计温度和压力等，框架选择双支撑框架；板片选用兰州石油机械研究所框架；板片选用兰州石油机械研究所BR05A型板片，波纹为型板片，波纹为双双人字型，材料为人字型，材料为SUS304；垫片材料选用三元乙丙橡胶。垫片材料选用三元乙丙橡胶。选择单流程并联流程组合，流道数为选择单流程并联流程组合，流道数为7474。进行热力计算、阻力计算、结构设计以及校核，确定了总传热系数2878W/(m2K)可拆卸板式换热器。21谢谢 谢谢 观观 看看