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1、1板式換熱器板式換熱器 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)容第1頁(yè)/共23頁(yè)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)
2、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)展第2頁(yè)/共23頁(yè)3板式換熱器按構(gòu)造分為可拆卸（密封墊式）、釬焊式兩類(lèi)，以可拆卸式的應(yīng)用為最廣。它們的工作原理基本相同?？刹鹦栋迨綋Q熱器由三個(gè)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(jié)構(gòu)和原理3第3頁(yè)/共23頁(yè)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(guò)傳熱板片進(jìn)行熱交換。第4
3、頁(yè)/共23頁(yè)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。不銹鋼不銹鋼SUSUS304/316/316L/310S/904/310S/904凈水、河水、食用油、礦物質(zhì)凈水、河水、食用油、礦物質(zhì)SM0254稀硫酸、無(wú)機(jī)水溶液稀硫酸、無(wú)機(jī)水溶液鈦及鈦鈀鈦及鈦鈀合金合金海水、鹽水、鹽化海水、鹽水、鹽化鎳鎳Ni200Ni200高溫、高濃度苛性鈉高溫、高濃度苛性鈉哈氏合金哈氏合金C276/D205/B2GC276/D2
4、05/B2G濃硫酸、鹽酸、磷酸濃硫酸、鹽酸、磷酸鉬鉬Mo254Mo254稀硫酸、無(wú)機(jī)水溶液稀硫酸、無(wú)機(jī)水溶液石墨石墨鹽酸、中濃度硫酸、磷酸、氟鹽酸、中濃度硫酸、磷酸、氟酸酸 板片材料板片材料第5頁(yè)/共23頁(yè)62. 板式換熱器結(jié)構(gòu)和原理傳熱板片第6頁(yè)/共23頁(yè)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(kāi)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)墊片材質(zhì)材質(zhì)材質(zhì)適用流體適用流體適用最高溫度適用最高溫度丁腈橡膠丁腈橡膠水、海水、礦物質(zhì)、
5、鹽水水、海水、礦物質(zhì)、鹽水110-140丁苯橡膠丁苯橡膠一般非油介質(zhì)一般非油介質(zhì)180丁基橡膠丁基橡膠有機(jī)酸、無(wú)機(jī)酸、濃堿液有機(jī)酸、無(wú)機(jī)酸、濃堿液140三元乙丙三元乙丙橡橡膠膠熱水、蒸汽、酸、堿熱水、蒸汽、酸、堿150-170氟橡膠氟橡膠高溫水、酸、堿、有機(jī)溶高溫水、酸、堿、有機(jī)溶劑劑180氯丁橡膠氯丁橡膠酸、堿、礦物質(zhì)、潤(rùn)滑油酸、堿、礦物質(zhì)、潤(rùn)滑油130硅橡膠硅橡膠食品、油、脂肪、酒精食品、油、脂肪、酒精180-220石棉石棉常見(jiàn)流體常見(jiàn)流體250-260 7第7頁(yè)/共23頁(yè)82. 板式換熱器結(jié)構(gòu)和原理 壓緊裝置它包括固定與活動(dòng)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
6、器在工作時(shí)不發(fā)生泄漏，通過(guò)旋緊螺栓來(lái)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。 雙支撐框架式雙支撐框架式 懸臂式懸臂式 帶中間隔板雙撐框架帶中間隔板雙撐框架式式 第8頁(yè)/共23頁(yè)92. 板式換熱器結(jié)構(gòu)和原理 流程組合 為了滿(mǎn)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
7、不相等。 第9頁(yè)/共23頁(yè)102. 板式換熱器結(jié)構(gòu)和原理第10頁(yè)/共23頁(yè)板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)高高 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)，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(méi)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
8、，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(kāi)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)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(guò)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25mm，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 11 第11頁(yè)/
9、共23頁(yè)板式換熱器的應(yīng)用板式換熱器的應(yīng)用化學(xué)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，化學(xué)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(tái)，機(jī)械工業(yè)，生活污水處理，醫(yī)藥，化工，造紙，紡織，海上石油平臺(tái)，機(jī)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(lǐng)域，可加熱，冷卻，蒸發(fā)，濃縮，殺菌，熱回收等。船舶，供熱等領(lǐng)域，可加熱，冷卻，蒸發(fā)，濃縮，殺菌，熱回收等。 12 第12頁(yè)/共23頁(yè)板式換熱器類(lèi)型的選擇 板式換熱器種類(lèi)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
10、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(chēng)、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)槿媪鳎?兩側(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
11、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)算第13頁(yè)/共23頁(yè)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(guò)多或過(guò)少。板片過(guò)多會(huì)使設(shè)備占地面太大；過(guò)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 1.0 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(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第14頁(yè)/共23頁(yè) 根據(jù)介質(zhì)的物理、化學(xué)
12、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，壓制成波紋板后允許有25%的減薄量，于是最薄處為，因此選用耐腐蝕的材料。 密封墊片材料的選擇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6590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%板片材料的選擇板片材料的選擇4.板式換熱器的計(jì)算15第15頁(yè)/共23頁(yè)4.板式換熱器的計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫差法（LMTD）計(jì)算過(guò)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、比熱容Cp、導(dǎo)熱系數(shù)、運(yùn)動(dòng)粘度普朗特?cái)?shù)Pr （3）求換熱量Q 式中： G 質(zhì)量流量，
13、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 162222()pQG Ctt111(-)QGCtt第16頁(yè)/共23頁(yè) （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 17 tmax t1 t2tmin t1 t24.板式換熱器的計(jì)算 （5）計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫差tm ，修正系數(shù) 取值m axm inm axm inlnlmttttt 單通流道截面積單通流道截面積f fd d 0.000161161m2板片厚度板片厚度 0.7mmmm波紋深度波紋深度 3.8 8mm單片換熱面積單片換熱面積 F Fd d 0
14、.502m m2 2板片尺寸板片尺寸 14901490485mm485mm 板片平均間隙板片平均間隙b 3.8mmmm板片當(dāng)量直徑板片當(dāng)量直徑d de e 7.6mmmm第17頁(yè)/共23頁(yè)18Gn fW式中：n單程中并聯(lián)通道數(shù)；f 板片通道截面積，m2； （9）計(jì)算冷熱介質(zhì)的Re 和 Nu （10）計(jì)算冷、熱介質(zhì)的對(duì)流傳熱系數(shù)Nude 3.板式換熱器的計(jì)算 （8）計(jì)算冷、熱介質(zhì)的板間流速W0.6651u=0.2517RePr0.30.4mNmm熱；冷R e =eWd第18頁(yè)/共23頁(yè) （12）計(jì)算換熱面積 FF QK tm 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?xún)?nèi)時(shí)，計(jì)算結(jié)
15、果正確 194.板式換熱器的計(jì)算（11）計(jì)算總換熱系數(shù) K1212111/()pKr r 1122(1)mdFFm n m n 第19頁(yè)/共23頁(yè)204.板式換熱器的計(jì)算（13）計(jì)算冷、熱介質(zhì)的歐拉數(shù)Eu（14）計(jì)算壓降P角孔處以及流向改變時(shí)產(chǎn)生壓降若實(shí)際壓降超過(guò)允許值時(shí)，應(yīng)改變板型或者流程組合，重新進(jìn)行傳熱及壓降計(jì)算。0.0581351.42ReEu第20頁(yè)/共23頁(yè) 根據(jù)換熱介質(zhì)種類(lèi)和設(shè)計(jì)溫度和壓力等，框架選擇雙支撐根據(jù)換熱介質(zhì)種類(lèi)和設(shè)計(jì)溫度和壓力等，框架選擇雙支撐框架；板片選用蘭州石油機(jī)械研究所框架；板片選用蘭州石油機(jī)械研究所BR05A型板片，波紋為型板片，波紋為雙雙人字型，材料為人字型，材料為SUS304；墊片材料選用三元乙丙橡膠。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)為選擇單流程并聯(lián)流程組合，流道數(shù)為7474。 進(jìn)行熱力計(jì)算、阻力計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及校核，確定了總傳熱系數(shù)2878W/(m2K)可拆卸板式換熱器。21第21頁(yè)/共23頁(yè)謝謝 謝謝 觀觀 看看第22頁(yè)/共23頁(yè)感謝您的觀看。感謝您的觀看。第23頁(yè)/共23頁(yè)
板式換熱器 教案
