板换

2019-03-11 19:03:00 zixun
1. 板式换热器简介 板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一 种新型高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道,通过半片进 行热量交换。它与常规的管壳式换热器相比,在相同的流动阻力 和泵功率消耗情况下,其传热系数要高出很多,在适用的范围内 有取代管壳式换热器的趋势。 板式换热器的型式主要有框架式(可拆卸式)和钎焊式两大类, 板片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板片三种。 1.1 板式换热器的基本结构 板式换热器主要由框架和板片两大部分组成。 板片由各种材料的制成的薄板用各种不同形式的磨具压成形状各 异的波纹,并在板片的四个角上开有角孔,用于介质的流道。板 片的周边及角孔处用橡胶垫片加以密封。 框架由固定压紧板、活动压紧板、上下导杆和夹紧螺栓等构成。 板式换热器是将板片以叠加的形式装在固定压紧板、活动压紧板 中间,然后用夹紧螺栓夹紧而成。 1.2 板式换热器的特点(板式换热器与管壳式换热器的比较) a.传热系数高 由于不同的波纹板相互倒置,构成复杂的流道,使 流体在波纹板间流道内呈旋转三维流动,能在较低的雷诺数(一 般 Re=50~200)下产生紊流,所以传热系数高,一般认为是管壳 式的 3~5 倍。 b.对数平均温差大,末端温差小 在管壳式换热器中,两种流体分 别在管程和壳程内流动,总体上是错流流动,对数平均温差修正 系数小,而板式换热器多是并流或逆流流动方式,其修正系数也 通常在 0.95 左右,此外,冷、热流体在板式换热器内的流动平行 于换热面、无旁流,因此使得板式换热器的末端温差小,对水换 热可低于 1℃,而管壳式换热器一般为 5℃. c.占地面积小 板式换热器结构紧凑,单位体积内的换热面积为管 壳式的 2~5 倍,也不像管壳式那样要预留抽出管束的检修场所, 因此实现同样的换热量,板式换热器占地面积约为管壳式换热器 的 1/5~1/10。 d.容易改变换热面积或流程组合, 只要增加或减少几张板, 即可达 到增加或减少换热面积的目的;改变板片排列或更换几张板片, 即可达到所要求的流程组合,适应新的换热工况,而管壳式换热 器的传热面积几乎不可能增加。 e.重量轻 板式换热器的板片厚度仅为 0.4~0.8mm, 而管壳式换热 器的换热管的厚度为 2.0~2.5mm,管壳式的壳体比板式换热器的 框架重得多,板式换热器一般只有管壳式重量的 1/5 左右。 f. 价格低 采用相同材料,在相同换热面积下,板式换热器价格比 管壳式约低 40%~60%。 g. 制作方便 板式换热器的传热板是采用冲压加工,标准化程度 高,并可大批生产,管壳式换热器一般采用手工制作。 h. 容易清洗 框架式板式换热器只要松动压紧螺栓,即可松开板 束,卸下板片进行机械清洗,这对需要经常清洗设备的换热过程 十分方便。 i. 热损失小 板式换热器只有传热板的外壳板暴露在大气中,因此 散热损失可以忽略不计,也不需要保温措施。而管壳式换热器热 损失大,需要隔热层。 j. 容量较小 是管壳式换热器的 10%~20%。 k. 单位长度的压力损失大 由于传热面之间的间隙较小, 传热面上 有凹凸,因此比传统的光滑管的压力损失大。 l. 不易结垢 由于内部充分湍动,所以不易结垢,其结垢系数仅为 管壳式换热器的 1/3~1/10. m. 工作压力不宜过大,介质温度不宜过高,有可能泄露 板式换 热器采用密封垫密封,工作压力一般不宜超过 2.5MPa,介质温度 应在低于 250℃以下,否则有可能泄露。 n. 易堵塞 由于板片间通道很窄,一般只有 2~5mm,当换热介质 含有较大颗粒或纤维物质时,容易堵塞板间通道。 1.4 板式换热器的应用场合 a. 制冷:用作冷凝器和蒸发器。 b. 暖通空调:配合锅炉使用的中间换热器、高层建筑中间换热器 等。 c. 化学工业:纯碱工业,合成氨,酒精发酵,树脂合成冷却等。 d. 冶金工业:铝酸盐母液加热或冷却,炼钢工艺冷却等。 e. 机械工业:各种淬火液冷却,减速器润滑油冷却等。 f. 电力工业:高压变压器油冷却,发电机轴承油冷却等。 g. 造纸工业:漂白工艺热回收,加热洗浆液等。 h. 纺织工业:粘胶丝碱水溶液冷却,沸腾硝化纤维冷却等。 i. 食品工业:果汁灭菌冷却,动植物油加热冷却等。 j. 油脂工艺:皂基常压干燥,加热或冷却各种工艺用液。 k. 集中供热:热电厂废热区域供暖,加热洗澡用水。 l. 其他:石油、医药、船舶、海水淡化、地热利用。 1.5 板式换热器选型时应注意的问题 1.5.1 板型选择 板片型式或波纹式应根据换热场合的实际需要而定。对流量大允 许压降小的情况,应选用阻力小的板型,反之选用阻力大的板型。 根据流体压力和温度的情况,确定选择可拆卸式,还是钎焊式。 确定板型时不宜选择单板面积太小的板片,以免板片数量过多, 板间流速偏小,传热系数过低,对较大的换热器更应注意这个问 题。 1.5.2 流程和流道的选择 流程指板式换热器内一种介质同一流动方向的一组并联流道,而 流道指板式换热器内,相邻两板片组成的介质流动通道。一般情 况下,将若干个流道按并联或串联的费那个是连接起来,以形成 冷、热介质通道的不同组合。 流程组合形式应根据换热和流体阻力计算,在满足工艺条件要求 下确定。尽量使冷、热水流道内的对流换热系数相等或接近,从 而得到最佳的传热效果。因为在传热表面两侧对流换热系数相等 或接近时传热系数获得较大值。虽然板式换热器各板间流速不等, 但在换热和流体阻力计算时,仍以平均流速进行计算。由于“U”形 单流程的接管都固定在压紧板上,拆装方便。 1.5.3 压降校核 在板式换热器的设计选型使,一般对压降有一定的要求,所以应 对其进行校核。如果校核压降超过允许压降,需重新进行设计选 型计算,直到满足工艺要求为止 一、板式换热器产品应用范围: 板式换热器以传热效率高(比传统的管壳式换热器高 2~4 倍)、节能、经 济、结构紧凑、拆卸方便等优点。以被广泛地应用于化工、电力、石油、冶金、 食品、医药、船舶、机电、纺织、造纸等工业部门,同时在城市集中供热及热能 回收工程式中也被大量采用。我厂制造的板式换热器已被国家科委、机械部、电 力部等七部委列为第十六批高效节能机电产品在全国推广。 今天,我厂的协作伙伴已具备万吨级专用压机以及相应地模具来成型板片, 材料均采用进口不锈钢板,密封垫片采用中美合资生产的派克垫。所生产板式换 热器产品已通过国家换热器产品质量监督检测中心的测试及评定, 其主要技术指 标均达到国内先进水平,且在许多方面,与国外同类产品水平相当。 二、板式换热器的特点: : 1、传热效率高 板片波纹的设计以高度的簿膜导热系数为目标,板片波纹所形成的特殊流道使流 体在极低的流速下即可发生强烈的扰动流(湍流),扰动流又有自净效应以防止污垢 生成,因而传热效率很高。 一般地说, 板式换热器的传热系数 K 值在 3000~6000W/m2.。C 范围内。 这就表明, 板式换热器只需要管式换热器面积地 1/2~1/4 即可达到同样的换热效果。 2、使用安全可靠 在板片之间的密封装置上设计了 2 道密封,同时又设有信号孔,一旦发生泄漏, 可将其排出换热器外部,即防止了两种介质相混,又起到了安全报警的作用。 3、随机应变 由于换热板容易拆卸,通过调节传热板的数目或者变更流程就可以得到最合适的 容量和传热效果。只要利用换热器中间架,换热板部件就可有多种独特的机能。这样 就为用户提供了随时可变更和改变传热系数 K 值或者增加新机能的可能。 4、有利于低温热源的利用 由于二种介质几乎是全逆流流动,以及高的传热效果,板式换热器二种介质的最 。 小温差可以达到 1 C。用它来回收低温余热或利用低温热源都是最理想的设备。 5、占地小,易维护 板式换热器地结构极为紧凑,在传热量相等的条件下,所占空间仅为管壳式换热 器的 1/2~1/3。并且不像管壳式那样需要预留出很大的空间用来拉出管束检修。而板 式换热器只需松开夹紧螺杆,即可在原空间范围内 100%地接触到换热板地表面,且 装卸很方便。 6、阻力损失小 在相同地传热系数的条件下,板式换热器通过合理的选择流速,阻力损失可控制 在管式换热器的 1/3 范围内。 7、热损失小 因结构紧凑和体积小,换热器的外表面积也很小,因而热损失也很小,通常设备 不再需要保温。 8、冷却水量小 板式换热器由于其流道的几何形状所致,以及二种液体都有很高的热效率,故可 使冷却水用量大为降低。反过来又降低了管道,阀门和泵的安装费用。 9、投资较低 在相同热量的前提下,板使换热器与管壳式换热器相比较,由于换热面积,占地 面积,流体阻力,冷却水用量等项目数值的减少,使得设备投资、基建投资、动力消 耗等费用大大降低,特别是当需要采用昂贵的材料时,由于效率高和板材簿,设备更 显经济。 三、板式换热器整机主要技术参数 型号 技术参数 最高使用压力 Mpa 使用温度范围℃ BR005 BR01 BR02 BR035 BR05 BR07 2.5 -19~250 BR09 BR13 装机有效面积/台 0.5~ 50~2 60~25 1~10 3~30 15~60 30~140 90~650 m2 5 00 0 最大处理量 液体 30(3 70(7 100(1 200(200 300(3 600(60 1200(120 300 (3000) (气体)m?/h 00) 00) 000) 0) 000) 00) 00) 传热系数(水-水)W ≤6500 ≤6100 ≤5 /m2K 800 最大热交换量 MW 接管公称直径 mm 设备最大质量 Kg 0.6 40 70 1 50 280 6 65 590 16 100 1450 30 150 2520 35 150 2700 50 175 4980 90 250 9800 四、板式换热器板片主要技术参数 型号 技术参数 单板有效热 2 面积 m 外形尺寸 mm BR005 0.053 BR01 0.1 BR02 0.23 BR035 0.35 BR05 0.52 BR07 0.66 BR09 0.85 BR13 1.3 500×1 660×2 1000×3 1215×5 1440×5 1660×5 1770×6 2140×82 70 50 30 00 00 00 20 0 板片厚度 mm 0.5~0.7 0.6~1 板片材料 SUS304、316、316L、RS-2/HastelloyC-276、TAI、H68、Hsn62-1 角孔直径 mm 40 50 65 100 150 150 170 250 平均板间距 3 3.2 3.5 3.5 3.8 3.8 3.8 3.8 mm 平均流道截 0.0004 0.0006 0.00122 0.00098 0.0017 0.0017 0.00215 0.00248 2 面积 m 2 56 5 当量直径 m 0.006 0.0064 0.007 0.007 0.0076 0.0076 0.0076 0.0076 五、板式换热器密封垫片主要技术参数 技术参数 材料 三元乙丙橡 胶 使用温度。C 适用介质范围 产品标准 丁腈橡胶 氟橡胶 各类稀浓度的无机酸,30%以下的硫酸、盐酸、 磷酸、碳酸等;无机碱;各类浓度的无机氯化物 -50~180 及水溶液等;氨、氨水、有机氨类化合物;漂白 液、消毒液;醇、醛、酮等化学溶剂;食品、饮 Gb528 料;水蒸气、大气、臭氧等介。 531、 矿物质、润滑油、燃料油、各类氢类、醛类、食 3985、 -20~135 物油脂、热空气、水等介质。 807、 。 适用于浓硫酸和 65 C 以下的硝酸;各种浓度的 7759 盐酸;各种氧化剂;各种酸性电镀液;各种浓度 -50~250 的烧碱、纯碱;极性溶剂和醇类;高温下的非极 性矿物油,如汽油、柴油、润滑油等。 4 [分享]板式换热器选型设计原则及方法 分享] 选型设计原则及方法 1、板式换热器选型设计原则 为某一工艺过程选型设计板式换热器时,要考虑其设计压力、设计温 度、介质特性和经济性等因素。 (1)单板面积的选择 单板面积过小、则板片数目多,占地面积大,阻力降减少;反之,单 板面积过大,则板片数目少,占地面积小,阻力降增大,但是难以保 证适当的板间流速。因此,一般单板面积可按角孔流速为 6m/s 左右 考虑。 (2)板间流速的选取 流体在板间的流速,影响换热性能和压力降。流速高,换热系数高, 阻力降也增大;反之,则相反。一般取板间流速为 0.2-0.8m/s,且尽 量使两种流体板间速度一致。流速小于 0.2m/s 时,流体达不到揣流 状态,且会形成较大的死角区;流速过高会导致阻力降剧增,气体板 间流速一般不大于 10m/s。 (3)流程的确定 两侧流体的流量大致一致时,应尽量按等程布置;当两侧流体的流量 相差较大时, 则流量小的一侧按多流程布置或采用不等截面通道的板 式换热器。另外,当某一介质的温升或温降幅度较大时,也可采用多 流程。有相变发生的一侧一般均为单流程,且接口方式为上进下出。 在多程换热器中,一般对同一流体在各流程中应采用的流道数。换热 器压降修正系数,单流程时取 1.2~1.4,2~3 流程取 1.8~2.0,4~5 流道 取 2.6~2.8。 (4)流向的选取 单相换热时,逆流具有最大的平均温差,一般在板式换热器的设计中 要尽可能把流体布置为逆流。两侧流体为等流程时,为逆流;当两侧 流体为不等流程时, 顺流与逆流交替出现, 平均温差要小于纯逆流时。 2、板式换热器的选型计算方法: (1)换热器选型计算公式:Q=K·F·△tm 式中: Q——热流量(W) △ tm——对数平均温差(℃) F——传热面积(m2) 板式换热器在实际运行中,由于污垢、水流不均等情况影响,需在上 式中引入修正系数 ?(一般取 0.7~0.9),因此,实际使用时,上式为: Q=?·K·F·△tm (2)估算法 可按下面估算: 当板间流速为 0.3~0.7m/s 时 水(汽)——水 K=3000~7000; 水(汽)——油 K=400~1000 油——油 K=175~400 板式换热器选型计算的方法及公式 发布时间:2008-05-27 (1) 求热负荷 Q Q=G.ρ.CP.Δt (2) 求冷热流体进出口温度 t2=t1+ Q /G .ρ .CP (3) 冷热流体流量 G= Q / ρ .CP .(t2-t1 (4) 求平均温度差Δtm Δ tm=(T1-t2)-(T2-t1)/In(T1-t2)/(T2-t1) 或 Δ tm=(T 1 -t2)+(T2-t1)/2 (5) 选择板型 若所有的板型选择完,则进行结果分析。 (6) 由K值范围,计算板片数范围Nmin,Nmax Nmin = Q Nmax = Q / Kmax .?tm .F P .β / Kmin .?tm .F P .β (7) 取板片数 N(Nmin≤N≤Nmax ) 若 N 已达Nmax,做(5)。 (8) 取 N 的流程组合形式,若组合形式取完则做(7)。 (9) 求 Re,Nu Re = W .de / ν Nu =a1.Re 2.Pr a a 3 (10)求 a,K 传热面积F a = Nu .λ / de K= 1 / 1/ah+1/ac+γc+γc+δ/λ0 F= Q /K .?tm .β (11)由传热面积F求所需板片数NN NN= F/ Fp+ 2 (12)若 N<NN,做(8)。 (13)求压降Δp Eu = a4.Re a 5 Δp = Eu .ρ.W2 .ф (14) 若Δp>Δ允 ,做(8); 若Δp≤Δ允 ,记录结果 ,做(8)。 注: 1.(1)、(2)、(3)根据已知条件的情况进行计算。 2.当 T1-t2=T2-t1 时采用Δtm = (T1-t2)+(T2-t1)/2 3.修正系数β一般 0.7~0.9。 4.压降修正系数 ф ,单流程 ф 度=1~1.2 ,二流程、 三流程 ф=1.8~2.0,四流程 ф=2.6~2.8。 5.a1、a2、a3、a4、a5 为常系数。 选型计算各公式符号的意义及单位 符号 Q ρ G K T1、T2 意 热负荷 流体密度 体积流量 传统系数 义 单位 W Kg/ m3 m3/s W/ m2℃ ℃ 符号 Cp Δ tm F W t1、t2 意 义 单位 比热 KJ/kg℃ 平均温差 传热面积 流 速 ℃ m2 m/s ℃ 热介质进出口温度 热介质进出口温度 m α ν Δp Re 流程数 对流换热系数 运动粘度 阻力损失 W/ m 2 n ℃ 流道数 单通道截面积 介质导热系数 Eu = f λ Eu m2 W/ m℃ m2/s Mpa ?p / 无量 纲 m ρ. W2 雷 诺 数 Re = 无量纲 de 当量直径 W .de /ν Nu = Nu γ λ0 β 板片导热系数 修正系数 热介质污垢热 γP de.α / 无量纲 W/ m℃ Pr t h、c 普朗特数 板 厚 m 热、冷介质角 标 冷介质污垢热 m ℃/W 2 γc m2℃/W 阻 阻
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