化工原理課程設計煤油冷卻器板式換熱器的設計

1、課程設計課程設計名稱 化工原理課程設計 課程設計題目 煤油冷卻器板式換熱器的設計姓 名 學 號 專 業(yè) 班 級 指導教師 提交日期 設計任務書一、設計題目：煤油冷卻器設計（1）設計課題工程背景： 在石油化工生產(chǎn)過程中，常常需要將各種石油產(chǎn)品如汽油、煤油、柴油等）進行冷卻，本設計以某煉油廠冷卻煤油產(chǎn)品為例，讓學生熟悉列管式換熱器的設計過程。（2）設計的目的： 通過對煤油產(chǎn)品冷卻的列管式換熱器設計，達到讓學生了解該換熱器的結(jié)構特點，并能根據(jù)工藝要求選擇適當?shù)念愋?，同時還能根據(jù)傳熱的基本原理，選擇流程，確定換熱器的基本尺寸，計算傳熱面積以及計算流體阻力。二、設計任務及操作條件（1）處理能力 (1.5

2、, 2.0， 2.5， 3.0， 3.5，4.0等)100噸/天煤油（2）設備型式板式換熱器（3）操作條件煤油：入口溫度（140、120、100），出口溫度40冷卻介質(zhì)：自來水，入口溫度30，出口溫度50允許壓強降：不大于105pa每年按330天計，每天24小時連續(xù)運行（4）設計項目設計方案簡介：對確定的工藝流程及換熱器型式進行簡要論述。換熱器的工藝計算：確定換熱器的傳熱面積。換熱器的主要結(jié)構尺寸設計。主要輔助設備選型。繪制換熱器總裝配圖。目錄設計任務書.1目錄.2前言.4第一章、板式換熱器的結(jié)構特點和分析.51、板式換熱器的結(jié)構分析.5 1.1板式換熱器與管殼式換熱器的比較.51.2板式換熱

3、器的結(jié)構技術特點.62、板式換熱器流程工作原理8第二章、板式換熱器的優(yōu)缺點及實際應用.91、板式換熱器的優(yōu)缺點.91.1板式換熱器的特點.91.2板式換熱器的缺點.102、板式換熱器的實際應用.102.1板式換熱器在制冷中的應用.102.2板式換熱器的應用場合.12第三章、板式換熱器的基本數(shù)據(jù).131、換熱器的類型選擇.132、目前換熱通用型板式換熱器類型.143、板式換熱器選型時應注意的問題.174、板式換熱器的優(yōu)化設計方向.174.1板式換熱器的優(yōu)化方法.174.2降低換熱器阻力的方法.194.3橡膠密封墊材質(zhì)及安裝方式.214.4合理選用板片材質(zhì).21第四章、板式換熱器過程的設計計算.2

4、21、設計條件.222、確定設計方案.223、確定物性數(shù)據(jù).224、板式換熱器的設計計算過程.23 4.1熱流量.234.2平均傳熱溫差.234.3冷卻水用量.234.4初估總傳熱系數(shù)k.234.5核算總傳熱系數(shù)k.274.6計算傳熱面積.284.7壓降計算.28第五章、主體設備設計原則及分析.301、設計的一般原則.302、板式換熱器的選型計算方法.30參考文獻.31裝配圖.32前言板式換熱器是一種高效緊湊的換熱設備，它的應用幾乎涉及到所有的工業(yè)領域，而且其類型、結(jié)構和使用范圍還在不斷發(fā)展。近年來，焊接型板式換熱器的緊湊性、重量輕、制冷性能好、運行成本低等優(yōu)越性已越來越被人們所認識。隨著我國

5、經(jīng)濟的發(fā)展，制冷技術的發(fā)展前途遠大，特別是各種大型的工業(yè)制冷裝置和空調(diào)用制冷裝置發(fā)展迅速，這為各種制冷用板式換熱器的應用提供了廣闊的市場。換熱器是石油、化工、制藥等工業(yè)部門中應用相當廣泛的單元設備之一。換熱器的性能對產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)的經(jīng)濟性和可靠性起著重要的作用。面對型號眾多的換熱器, 如何根據(jù)工藝要求選出最佳的換熱器, 是設計者經(jīng)常遇到的問題。隨著計算機技術的迅速發(fā)展, 開發(fā)用于換熱器選型計算機輔助設計系統(tǒng), 對于在計算機上實現(xiàn)換熱器的優(yōu)化選型, 深人節(jié)能、節(jié)資、以及提高設計水平和設計效率具有非常重大的意義。我國板式換熱器的研究、生產(chǎn)、制造, 開始于60 年代。板式換熱器的廣泛應

6、用, 加速了我國板式換熱器行業(yè)的迅速發(fā)展, 但我國板式換熱器設計與發(fā)達國家之間仍存在著不小的差距。鑒于對板式換熱器結(jié)構特點的了解, 本文研究了板式換熱器的設計方法, 分析了在一定情況下煉油廠冷卻煤油產(chǎn)品的設計過程。第一章 板式換熱器的結(jié)構特點和分析1、板式換熱器的結(jié)構分析板式換熱器主要由框架和板片兩大部分組成。板片由各種材料的制成的薄板用各種不同形式的磨具壓成形狀各異的波紋，并在板片的四個角上開有角孔，用于介質(zhì)的流道。板片的周邊及角孔處用橡膠墊片加以密封。框架由固定壓緊板、活動壓緊板、上下導桿和夾緊螺栓等構成。板式換熱器是將板片以疊加的形式裝在固定壓緊板、活動壓緊板中間，然后用夾緊螺栓夾緊而成

7、。1.1板式換熱器與管殼式換熱器的比較（1）傳熱系數(shù)高由于不同的波紋板相互倒置，構成復雜的流道，使流體在波紋板間流道內(nèi)呈旋轉(zhuǎn)三維流動，能在較低的雷諾數(shù)（一般re=50200）下產(chǎn)生紊流，所以傳熱系數(shù)高，一般認為是管殼式的35倍。（2）對數(shù)平均溫差大，末端溫差小在管殼式換熱器中，兩種流體分別在管程和殼程內(nèi)流動，總體上是錯流流動，對數(shù)平均溫差修正系數(shù)小，而板式換熱器多是并流或逆流流動方式，其修正系數(shù)也通常在0.95左右，此外，冷、熱流體在板式換熱器內(nèi)的流動平行于換熱面、無旁流，因此使得板式換熱器的末端溫差小，對水換熱可低于1，而管殼式換熱器一般為5.（3）占地面積小板式換熱器結(jié)構緊湊，單位體積內(nèi)的

8、換熱面積為管殼式的25倍，也不像管殼式那樣要預留抽出管束的檢修場所，因此實現(xiàn)同樣的換熱量，板式換熱器占地面積約為管殼式換熱器的1/51/10。（4）容易改變換熱面積或流程組合，只要增加或減少幾張板，即可達到增加或減少換熱面積的目的；改變板片排列或更換幾張板片，即可達到所要求的流程組合，適應新的換熱工況，而管殼式換熱器的傳熱面積幾乎不可能增加。（5）重量輕板式換熱器的板片厚度僅為0.40.8mm，而管殼式換熱器的換熱管的厚度為2.02.5mm，管殼式的殼體比板式換熱器的框架重得多，板式換熱器一般只有管殼式重量的1/5左右。（6） 價格低采用相同材料，在相同換熱面積下，板式換熱器價格比管殼式約低4

9、0%60%。（7） 制作方便板式換熱器的傳熱板是采用沖壓加工，標準化程度高，并可大批生產(chǎn)，管殼式換熱器一般采用手工制作。（8） 容易清洗框架式板式換熱器只要松動壓緊螺栓，即可松開板束，卸下板片進行機械清洗，這對需要經(jīng)常清洗設備的換熱過程十分方便。（9） 熱損失小板式換熱器只有傳熱板的外殼板暴露在大氣中，因此散熱損失可以忽略不計，也不需要保溫措施。而管殼式換熱器熱損失大，需要隔熱層。（10）容量較小是管殼式換熱器的10%20%。（11）單位長度的壓力損失大由于傳熱面之間的間隙較小，傳熱面上有凹凸，因此比傳統(tǒng)的光滑管的壓力損失大。1.2板式換熱器的結(jié)構技術特點板式換熱器是由傳熱板片、密封墊片、壓緊

10、板、上下導桿、支柱、夾緊螺栓等主要零件組成。傳熱板片四個角開有角孔并鑲貼密封墊片，設備夾緊時，密封墊片按流程組合形式將各傳熱板片密封連接，角孔處互相連通，形成迷宮式的介質(zhì)通道，使換熱介質(zhì)在相鄰的通道內(nèi)逆向流動，經(jīng)強化熱輻射、熱對流、熱傳導進行充分的熱交換。由于傳熱片特殊的結(jié)構，裝配后在較低的流速下（re=200）就能激起強烈的湍流，因而加快了流體邊界層的破壞，強化了傳熱過程。板式換熱器工作壓力一般為0.3mpa1.6 mpa，工作溫度一般低于160。用于水蒸汽加熱或冷凝時，一般在板式換熱器上附加減溫管式換熱器，來降溫保護板式換熱器的墊片，并增加蒸汽處理量。傳熱板片和密封墊片的材質(zhì)一般可根據(jù)下表

11、進行選取，也可根據(jù)用戶的不同需要選擇其它材料。主要技術特點如下：（1）傳熱效率高 傳熱板片波紋結(jié)構設計合理，有利于強化傳熱，可以使介質(zhì)在較低流速下形成激烈的湍流狀態(tài)，結(jié)垢可能性降低，傳熱效率高。每平方米換熱器面積可實現(xiàn)供需暖建筑面積5001000平方米。（2）占地面積小 由于傳熱效率高，設備結(jié)構緊湊，使得板式換熱器占地面積為同等能力的管殼式換熱器的40%。（3）使用壽命長傳熱板片采用免粘掛墊結(jié)構，避免了粘結(jié)劑對傳熱板片的腐蝕；傳熱板片拉伸成型時，采用非同時合模新工藝，保證了板片均勻拉伸，波紋尺寸精確，使得傳熱板片各部分耐腐蝕能力及機械強度均勻。從而延長了板式換熱器的使用壽命。（4）耐壓能力高

12、傳熱板片流道四周采用加強結(jié)構；相鄰板片波紋波峰相互支撐，形成大量觸點，接觸點分布均勻提高了板片的剛性。耐壓能力提高，最高可達2.0 mpa。（5）壓力阻力損失小 傳熱板片角孔處波紋方向科學，采用流線型設計，避免流動死區(qū)，流道當量直徑大，減小了壓力損失。（6）拆卸方便、快捷由于膠墊為免粘掛墊，板片為懸掛在上導梁，夾緊螺柱為快裝式結(jié)構，在清洗設備板片時可快速拆下螺柱、移動板片來清洗板片、更換膠墊。（7）運行安全可靠 板式換熱器密封墊片利用雙道密封結(jié)構，在板片夾緊狀態(tài)下變形小，回彈性好，組裝及維修重新組裝后墊片密封可靠，換熱器無內(nèi)泄現(xiàn)象，如有外泄現(xiàn)象可及時發(fā)現(xiàn)處理。密封墊片老化速度慢。板式換熱器是液

13、液、液汽進行熱交換的理想設備。它具有換熱效率高、熱損失小、結(jié)構緊湊輕巧、占地面積小、安裝清洗方便、應用范圍廣泛、使用壽命長等特點。在相同壓力損失情況下，板式換熱器傳熱系數(shù)比管式換熱器高35倍，占地面積為管式換熱器的1/3，熱回收率高達90%以上。2、板式換熱器流程工作原理板式換熱器由于板片波紋表面的特殊作用，使流體沿著狹窄彎曲的通道流動其速度的大小方向不斷的改變，致使流體在不大的流速下（ rc=200 時），激起了強烈端動，因而加快了流體邊界層的破壞，強化了傳熱過程，有效地提高了傳熱能力。 并使其具有結(jié)構緊湊、金屬耗量低、操作靈活性大、熱損失小、安裝、檢查拆洗方便、耐腐性強、使用壽命長等突出優(yōu)

14、點。換熱器的流程是由許多板片按一定工藝及需方技術工作要求組裝而成的。 組裝時 a 板和 b 板交替排列，板片間形成網(wǎng)狀通道四個角孔形成分配管和匯合管，密封墊把冷熱介質(zhì)密封在換熱器里，同時又合理的將冷熱介質(zhì)分開而不致混合。在通道里面冷熱流體間隔流動，可以逆流也可以順流，在流動過程中冷熱流體通過板壁進行熱交換。板式換熱器的流程組合形式很多，都是采用不同的換向板片和不同組裝來實現(xiàn)的，流程組合形式可分為單流程，多流程和汽液交換流程，混合流程形式。要根據(jù)工藝條件來選擇換熱器的流程組合。第二章 板式換熱器的優(yōu)缺點及實際應用1、板式換熱器的優(yōu)缺點1.1板式換熱器的特點（1）總傳熱系數(shù)高，因板式換熱器中，板面

15、被壓制成波紋或溝槽，在低流速下（如re=200左右）即可達到湍流，故總傳熱系數(shù)高，而液體阻力卻增加不大，污垢熱阻亦較小，對低粘度液體的傳熱，k值可高達7000w/（m2k）。（2）結(jié)構緊湊，單位體積設備提供的傳熱面積大。板式換熱器屬于高效換熱設備。在實際應用中有兩種，一種是旋壓法制造的傘板式換熱器，另一種是沖壓法制造的平板換熱器，其結(jié)構特點如下：板式換熱器體積小、占地面積少。板式換熱器占地面積為同樣換熱能力的列管換熱器的30%左右，若與淋灑式的排管冷卻器相比就更優(yōu)越。板式換熱器傳熱效率高。板式換熱器能使兩種熱交換流體處于較低的流速下，增強擾動，激起湍流，從而強化傳熱，傳熱系數(shù)值k可達16720

16、j/（m2h）（水對水），較之列管換熱器高24倍。板式換熱器組裝靈活。當生產(chǎn)上要求改變工藝條件和產(chǎn)量時，板式換熱器只要增減板片數(shù)量或改變板片組裝流程通道形式，即可滿足要求。板式換熱器金屬消耗量低。板式換熱器主要由不銹鋼或鈦合金壓制的傳熱片、密封膠墊、夾緊螺栓和壓緊板整機框架等零部件組成。板式換熱器的板片每平方米消耗金屬為8kg左右，而同樣參數(shù)的螺旋板式換熱器則需要20kg左右，其他管殼式換熱器就更多了。板式換熱器熱損失小。板式換熱器由于僅是板片周圍邊暴露在大氣中，所以熱損失僅1%左右，不需要采用保溫層。板式換熱器拆卸、清洗、檢修方便。松開壓緊螺母即可進行清洗維護,更換膠墊或板片。對于容易結(jié)垢的

17、介質(zhì)，一方面由于板式換熱器中的介質(zhì)有激烈的湍流，其湍流臨界雷諾數(shù)比一般列管式換熱器低10倍左右，因而不易結(jié)垢。（3）操作靈活性大，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)板片數(shù)目以增減傳熱面積，或以調(diào)節(jié)流道的方法，適應冷、熱流體流量和溫度變化的要求。（4）加工制造容易，檢修清洗方便，熱損失小1.2板式換熱器的缺點（1）允許操作壓力較低，最高不超過1961kpa，否則容易滲漏。（2）操作溫度不能太高，因為墊片耐熱性能的限制，如對合成橡膠墊圈不高于130，對壓縮石棉墊圈也應低于250。（3）處理量不大，因板間距小，流道截面較小，流速亦不能過大。板式換熱器缺點是密封周邊較長，容易泄漏，使用溫度只能低于150，承受壓差較小，

18、處理量較小，一旦發(fā)現(xiàn)板片結(jié)垢必須拆開清洗。2、板式換熱器的實際應用2.1板式換熱器在制冷中的應用在制冷技術中，換熱器是不可缺少的制冷設備，冷凝器、蒸發(fā)器、回熱器以及中間冷卻器等換熱設備，不僅在重量、體積和金屬耗量上占整個制冷裝置的50%以上，而且對制冷性能也會產(chǎn)生重大影響。因此強化制冷換熱器的傳熱，減少重量和體積，降低金屬消耗量一直是制冷技術中的發(fā)展方向，現(xiàn)已出現(xiàn)了一種新型的、全焊接式的板式換熱器在制冷技術中的應用，并且表現(xiàn)出強勁的發(fā)展?jié)摿?。與制冷用殼程管式換熱器相比，除了具有板式換熱器的一般特點，制冷用板式換熱器還具有如下特點。（1）制冷劑充灌量小，有利于環(huán)境保護和降低運行成本。殼管式換熱器

19、的殼側(cè)和管側(cè)的容積都很大，要使制冷系統(tǒng)正常工作，必須充灌大量的制冷劑，而且還可能造成環(huán)境污染。而板式換熱器一方面體積小，另一方面間距尺寸也小。（2）凍結(jié)傾向少，抗凍性能高。由于水在低流速時，就能在板式換熱器中形成高度紊流，溫度分布非常均勻，從而減少了冷凍水的凍結(jié)傾向。即使發(fā)生了凍結(jié)，也更能承受凍結(jié)所產(chǎn)生的壓力，而不像殼管式換熱器那樣容易使熱管脹裂，并且可以在結(jié)凍后繼續(xù)使用。（3）蒸發(fā)徹底，經(jīng)濟性高。制冷劑在制冷板式換熱器中蒸發(fā)時，很容易實現(xiàn)完全蒸發(fā)達到無液態(tài)程度，因此在大多數(shù)情況下，制冷系統(tǒng)無須設置氣液分離器。并且極易實現(xiàn)單元化，安裝簡單方便，維護和運輸都可以節(jié)約費用，降低成本。由于與傳統(tǒng)的殼

20、管式換熱器相比，制冷用板式換熱器具有十分明顯的發(fā)展優(yōu)勢，自上世紀70年代開始在制冷裝置中得到應用以來，已經(jīng)日益受到人們的重視，特別是許多發(fā)達國家，如歐洲、美國、日本、澳大利亞等都非常重視制冷用板式換熱器的研究和應用。日本在上世紀80年代開始研究制冷用板式換熱器，并在制冷裝置中使用，收到了良好的經(jīng)濟效益，世界上一些著名的制冷公司如約克、開利、日立等也相繼在制冷裝置中采用板式換熱器。進入20世紀90年代后，制冷用板式換熱器又得到進一步發(fā)展，一種能夠應用于氨制冷系統(tǒng)的板式換熱器在瑞典斯特爾公司研制成功。這種新型的組合式板式換熱器結(jié)合了板框式和釬焊式的特點。與氟利昂制冷系統(tǒng)相比，采用這種板式換熱器的氨

21、制冷系統(tǒng)不僅在機組材料、體積重量上有明顯的優(yōu)勢，而且性能系數(shù)也要高10%20%。目前，這種系統(tǒng)已經(jīng)形成了8個產(chǎn)品，冷量從10kw1000kw。氨用板式換熱器的開發(fā)成功，不僅拓寬了板式換熱器在制冷技術中的應用范圍，而且對保護大氣臭氧、保護環(huán)境都有重要意義，同時也必將促進制冷技術的進一步發(fā)展。我國自上世紀60年代初開始生產(chǎn)板式換熱器，到1994年，以節(jié)能型產(chǎn)品定點的板式換熱器生產(chǎn)廠家即達15家，并且一些廠家還進行板式蒸發(fā)器及其傳熱特性的研究工作，然而這些廠家也僅限于生產(chǎn)板框式換熱器（dhe）。在我國，制冷用板式換熱器的應用尚處于起步階段，日前許多制冷廠家都在自己的產(chǎn)品中采用了制冷用板式換熱器，而且

22、其產(chǎn)品廣泛的受到用戶青睞?？梢灶A計，隨著對制冷用板式換熱器的了解和認識，板式換熱器以其高效傳熱，結(jié)構緊湊，節(jié)能節(jié)材并具環(huán)保功能等特點，必將越來越廣泛地應用于制冷裝置。2.2板式換熱器的應用場合（1）制冷：用作冷凝器和蒸發(fā)器。（2）暖通空調(diào)：配合鍋爐使用的中間換熱器、高層建筑中間換熱器等。（3）化學工業(yè)：純堿工業(yè)，合成氨，酒精發(fā)酵，樹脂合成冷卻等。（4）冶金工業(yè)：鋁酸鹽母液加熱或冷卻，煉鋼工藝冷卻等。（5）機械工業(yè)：各種淬火液冷卻，減速器潤滑油冷卻等。（6）電力工業(yè)：高壓變壓器油冷卻，發(fā)電機軸承油冷卻等。（7）造紙工業(yè)：漂白工藝熱回收，加熱洗漿液等。（8）紡織工業(yè)：粘膠絲堿水溶液冷卻，沸騰硝化纖

23、維冷卻等。（9）食品工業(yè)：果汁滅菌冷卻，動植物油加熱冷卻等。（10）油脂工藝：皂基常壓干燥，加熱或冷卻各種工藝用液。（11）集中供熱：熱電廠廢熱區(qū)域供暖，加熱洗澡用水。（12）其他：石油、醫(yī)藥、船舶、海水淡化、地熱利用。第三章 板式換熱器的基本數(shù)據(jù)1、換熱器的類型選擇換熱器的類型很多，每種型式都有特定的應用范圍。在某一種場合下性能很好的換 熱器，如果換到另一種場合可能傳熱效果和性能會有很大的改變。因此，針對具體情況正確地選擇換熱器的類型，是很重要的。換熱器選型時需要考慮的因素是多方面的，主要有： （1）熱負荷及流量大小 （2）流體的性質(zhì) （3）溫度、壓力及允許壓降的范圍 （4）對清洗、維修的要

24、求 （5）設備結(jié)構、材料、尺寸、重量 （6）價格、使用安全性和壽命在換熱器選型中，除考慮上述因素外，還應對結(jié)構強度、材料來源、加工條件、密封性、安全性等方面加以考慮。所有這些又常常是相互制約、相互影響的，通過設計的優(yōu)化加以解決。針對不同的工藝條件及操作工況，我們有時使用特殊型式的換熱器或特殊的換熱管，以實現(xiàn)降低成本的目的。因此，應綜合考慮工藝條件和機械設計的要求，正確選擇合適的換熱器型式來有效地減少工藝過程的能量消耗。對工程技術人員而言，在設計換熱器時，對于型式的合理選擇、經(jīng)濟運行和降低成本等方面應有足夠的重視，必要時，還得通過計算來進行技術經(jīng)濟指標分析、投資和操作費用對比，從而使設計達到該具

25、體條件下的最佳設計。板式換熱器的換熱面積不超過2000 m2，適應性很強，其允許壓力最大值為25 kgf/cm2，溫度可以從-40c到200c之間，材料主要是鈦、不銹鋼等。其主要特點為結(jié)構緊湊，易維修。 在液液換熱設備中傳熱系數(shù)較高，實際應用范圍廣泛。也可于氣體冷卻、冷凝或沸騰傳熱。此外，它還具有容量大、結(jié)構簡單、造價低廉、清洗方便等優(yōu)點，因此它在換熱器中是最主要的型式。板式換熱器作為冷凝器主要有：冷凍劑冷凝器、蒸汽冷凝器和烴類冷凝器。2、目前換熱通用型板式換熱器類型基本條件：用于液體之間熱交換，平均溫度差大于2c的工況。主要型號：br10、br20、br30、br31、br35、br50、b

26、r64、br80、br100、br140等。空調(diào)系統(tǒng)專用型板式換熱器主要型號：br70c、br170c等。顆粒纖維介質(zhì)專用型板式換熱器在酒精釀造，造紙，紡織，及其他含顆?；蚶w維介質(zhì)的熱交換中必須采用專用大間隙無阻礙的板式換熱器。主要型號：bpf40、bpf100、bpf170等。低阻降冷凝專用型板式換熱器適用于各種工業(yè)氣體的冷凝工藝需要，冷凝阻力非常小，又要有很高的傳熱系數(shù)，一般的板式換熱器不能實現(xiàn)。專用冷凝換熱器有：bl80、bzl140。各國替代板片及墊片太平洋公司按照用戶的要求開發(fā)了各國板片及墊片?？梢詽M足各種規(guī)格進口板式換熱器，板片及墊片的替代要求。實驗室適用型板式換熱器br3、br6

27、等型號小型板式換熱器適用于小流量的場合使用。例如：實驗室，藥品生產(chǎn)，機器潤滑配套冷卻等。箱行半焊板式換熱器系列適用于高溫，高壓，真空及要求無泄漏的場合。主要有冷凝型、自由流型、普通換熱型。3、板式換熱器選型時應注意的問題（1）板型選擇板片型式或波紋式應根據(jù)換熱場合的實際需要而定。對流量大允許壓降小的情況，應選用阻力小的板型，反之選用阻力大的板型。根據(jù)流體壓力和溫度的情況，確定選擇可拆卸式，還是釬焊式。確定板型時不宜選擇單板面積太小的板片，以免板片數(shù)量過多，板間流速偏小，傳熱系數(shù)過低，對較大的換熱器更應注意這個問題。（2）流程和流道的選擇流程指板式換熱器內(nèi)一種介質(zhì)同一流動方向的一組并聯(lián)流道，而流

28、道指板式換熱器內(nèi)，相鄰兩板片組成的介質(zhì)流動通道。一般情況下，將若干個流道按并聯(lián)或串聯(lián)的費那個是連接起來，以形成冷、熱介質(zhì)通道的不同組合。流程組合形式應根據(jù)換熱和流體阻力計算，在滿足工藝條件要求下確定。盡量使冷、熱水流道內(nèi)的對流換熱系數(shù)相等或接近，從而得到最佳的傳熱效果。因為在傳熱表面兩側(cè)對流換熱系數(shù)相等或接近時傳熱系數(shù)獲得較大值。雖然板式換熱器各板間流速不等，但在換熱和流體阻力計算時，仍以平均流速進行計算。由于“u”形單流程的接管都固定在壓緊板上，拆裝方便。4、板式換熱器的優(yōu)化設計方向近年來，板式換熱器技術日益成熟，其傳熱效率高，體積小，重量輕，污垢系數(shù)低，拆卸方便，板片品種多，適用范圍廣，在

29、供熱行業(yè)得到了廣泛應用。板式換熱器按組裝方式分為可拆式、焊接式、釬焊式、板殼式等。由于可拆式板式換熱器便于拆卸清洗，增減換熱器面積靈活，在供熱工程中使用較多?？刹鹗桨迨綋Q熱器受橡膠密封墊耐熱溫度的限制，適用于水一水傳熱。本文對提高可拆式板式換熱器效能的優(yōu)化設計進行研究。提高板式換熱器的效能是一個綜合經(jīng)濟效益問題，應通過技術經(jīng)濟比較后確定。提高換熱器的傳熱效率和降低換熱器的阻力應同時考慮，而且應合理選用板片材質(zhì)和橡膠密封墊材質(zhì)及安裝方法，保證設備安全運行，延長設備使用壽命。4.1板式換熱器的優(yōu)化方法（1）提高傳熱效率板式換熱器是問壁傳熱式換熱器，冷熱流體通過換熱器板片傳熱，流體與板片直接接觸，傳

30、熱方式為熱傳導和對流傳熱。提高板式換熱器傳熱效率的關鍵是提高傳熱系數(shù)和對數(shù)平均溫差。提高換熱器傳熱系數(shù)只有同時提高板片冷熱兩側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，減小污垢層熱阻，選用熱導率高的板片，減小板片的厚度，才能有效提高換熱器的傳熱系數(shù)。提高板片的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)由于板式換熱器的波紋能使流體在較小的流速下產(chǎn)生湍流(雷諾數(shù)一150時 )，因此能獲得較高的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與板片波紋的幾何結(jié)構以及介質(zhì)的流動狀態(tài)有關。板片的波形包括人字形、平直形、球形等。經(jīng)過多年的研究和實驗發(fā)現(xiàn)，波紋斷面形狀為三角形(正弦形表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)最大，壓力降較小，受壓時應力分布均勻，但加工困難)的人字形板片具有較高的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，且波

31、紋的夾角越大，板間流道內(nèi)介質(zhì)流速越高，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)越大。減小污垢層熱阻減小換熱器的污垢層熱阻的關鍵是防止板片結(jié)垢。板片結(jié)垢厚度為1 mm時，傳熱系數(shù)降低約10%。因此，必須注意監(jiān)測換熱器冷熱兩側(cè)的水質(zhì)，防止板片結(jié)垢，并防止水中雜物附著在板片上。有些供熱單位為防止盜水及鋼件腐蝕，在供熱介質(zhì)中添加藥劑，因此必須注意水質(zhì)和黏性藥劑引起雜物沾污換熱器板片。如果水中有黏性雜物，應采用專用過濾器進行處理。選用藥劑時，宜選擇無黏性的藥劑。選用熱導率高的板片板片材質(zhì)可選擇奧氏體不銹鋼、鈦合金、銅合金等。不銹鋼的導熱性能好，熱導率約144 w/(mk) ，強度高，沖壓性能好，不易被氧化，價格合金和銅合金低，供熱

32、工程中使用最多，但其耐氯離子腐蝕的能力差比鈦。減小板片厚度板片的設計厚度與其耐腐蝕性能無關，與換熱器的承壓能力有關。板片加厚，能提高換熱器的承壓能力。采用人字形板片組合時，相鄰板片互相倒置，波紋相互接觸，形成了密度大、分布均勻的支點，板片角孑l及邊緣密封結(jié)構已逐步完善，使換熱器具有很好的承壓能力。國產(chǎn)可拆式板式換熱器最大承壓能力已達到了2.5 mpa。板片厚度對傳熱系數(shù)影響很大，厚度減小0.1mm，對稱型板式換熱器的總傳熱系數(shù)約增加600w/(m k)，非對稱型約增加500 w/(m k) 。在滿足換熱器承壓能力的前提下，應盡量選用較小的板片厚度。（2）提高對數(shù)平均溫差板式換熱器流型有逆流、順

33、流和混合流型(既有逆流又有順流)。在相同工況下，逆流時對數(shù)平均溫差最大，順流時最小，混合流型介于二者之問。提高換熱器對數(shù)平均溫差的方法為盡可能采用逆流或接近逆流的混合流型，盡可能提高熱側(cè)流體的溫度，降低冷側(cè)流體的溫度。（3）進出口管位置的確定對于單流程布置的板式換熱器，為檢修方便，流體進出口管應盡可能布置在換熱器固定端板一側(cè)。介質(zhì)的溫差越大，流體的自然對流越強，形成的滯留帶的影響越明顯，因此介質(zhì)進出口位置應按熱流體上進下出，冷流體下進上出布置，以減小滯留帶的影響，提高傳熱效率。4.2降低換熱器阻力的方法提高板問流道內(nèi)介質(zhì)的平均流速，可提高傳熱系數(shù)，減小換熱器面積。但提高流速，將加大換熱器的阻力

34、，提高循環(huán)泵的耗電量和設備造價。循環(huán)泵的功耗與介質(zhì)流速的3次方成正比，通過提高流速獲得稍高的傳熱系數(shù)不經(jīng)濟。當冷熱介質(zhì)流量比較大時，可采用以下方法降低換熱器的阻力，并保證有較高的傳熱系數(shù)。（1）采用熱混合板熱混合板的板片兩面波紋幾何結(jié)構相同，板片按人字形波紋的夾角分為硬板(h)和軟板(l)，夾角(一般為120。左右)大于90。為硬板，夾角(一般為70。左右)小于90。為軟板。熱混合板硬板的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)高，流體阻力大，軟板則相反。硬板和軟板進行組合，可組成高(hh)、中(hl)、低(ll)3種特性的流道，滿足不同工況的需求。冷熱介質(zhì)流量比較大時，采用熱混合板比采用對稱型單流程的換熱器可減少板片面

35、積。熱混合板冷熱兩側(cè)的角孔直徑通常相等，冷熱介質(zhì)流量比過大時，冷介質(zhì)一側(cè)的角孑l壓力損失很大。另外，熱混合板設計技術難以實現(xiàn)精確匹配，往往導致節(jié)省板片面積有限。因此，冷熱介質(zhì)流量比過大時不宜采用熱混合板。（2）采用非對稱型板式換熱器對稱型板式換熱器由板片兩面波紋幾何結(jié)構相同的板片組成，形成冷熱流道流通截面積相等的板式換熱器。非對稱型(不等截面積型)板式換熱器根據(jù)冷熱流體的傳熱特性和壓力降要求，改變板片兩面波形幾何結(jié)構，形成冷熱流道流通截面積不等的板式換熱器，寬流道一側(cè)的角孑l直徑較大。非對稱型板式換熱器的傳熱系數(shù)下降微小，且壓力降大幅減小。冷熱介質(zhì)流量比較大時，采用非對稱型單流程比采用對稱型單

36、流程的換熱器可減少板片面積15%一30%。（3）采用多流程組合當冷熱介質(zhì)流量較大時，可以采用多流程組合布置，小流量一側(cè)采用較多的流程，以提高流速，獲得較高的傳熱系數(shù)。大流量一側(cè)采用較少的流程，以降低換熱器阻力。多流程組合出現(xiàn)混合流型，平均傳熱溫差稍低。采用多流程組合的板式換熱器的固定端板和活動端板均有接管，檢修時工作量大。（4）設換熱器旁通管當冷熱介質(zhì)流量比較大時，可在大流量一側(cè)換熱器進出口之問設旁通管，減少進入換熱器流量，降低阻力。為便于調(diào)節(jié)，在旁通管上應安裝調(diào)節(jié)閥。該方式應采用逆流布置，使冷介質(zhì)出換熱器的溫度較高，保證換熱器出口合流后的冷介質(zhì)溫度能達到設計要求。設換熱器旁通管可保證換熱器有

37、較高的傳熱系數(shù)，降低換熱器阻力，但調(diào)節(jié)略繁。（5）板式換熱器形式的選擇換熱器板間流道內(nèi)介質(zhì)平均流速以0306ms為宜，阻力以不大于100 kpa為宜。根據(jù)不同冷熱介質(zhì)流量比，可參照表1選用不同形式的板式換熱器，表中非對稱型板式換熱器流道截面積比為2。采用對稱型或非對稱型、單流程或多流程板式換熱器，均可設置換熱器旁通管，但應經(jīng)詳細的熱力計算。4.3橡膠密封墊材質(zhì)及安裝方式（1）材質(zhì)的選擇水一水換熱器中，冷熱介質(zhì)對橡膠密封墊均無腐蝕性。選用橡膠密封墊材質(zhì)的關鍵是耐溫和密封性能，橡膠密封墊材質(zhì)可按文獻選用。（2）安裝方式的選擇橡膠密封墊常用安裝方式為粘接式、卡扣式。粘接式是在換熱器組裝時，將橡膠密封

38、墊用膠水粘接在板片密封槽內(nèi)?？凼绞窃趽Q熱器組裝時，利用橡膠密封墊和板片邊緣的卡扣結(jié)構，將橡膠密封墊固定在板片密封槽內(nèi)。由于卡扣式安裝工作量很小，換熱器拆卸時橡膠密封墊損壞率低，而且不存在膠水中可能含有的氯離子造成對板片的腐蝕，因此使用較多。4.4合理選用板片材質(zhì)不銹鋼板片可能產(chǎn)生腐蝕失效的現(xiàn)象有點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕、晶間腐蝕、均勻腐蝕等，應力腐蝕的發(fā)生率較高。由氯離子引起的應力腐蝕最多，板片材質(zhì)可根據(jù)介質(zhì)中的氯離子質(zhì)量濃度按表2選用 ，表中304、316代表的不銹鋼材料牌號為ocrl8ni9、0crl7nil2mo2，ta1代表鈦合金。第四章 板式換熱器過程的設計計算1、設計條件（1）處

39、理能力：6250kg/h煤油（150t/天）。（2）設備型式：板式換熱器（3）操作條件：煤油：入口溫度140，出口溫度40冷卻介質(zhì)：自來水，入口溫度30，出口溫度50允許壓強降：不大于105pa每年按330天計，每天24小時連續(xù)運行（4）建廠地址：天津地區(qū)。2、確定設計方案兩流體溫度變化情況，熱流體進口溫度140，出口溫度40；冷流體（自來水）進口溫度30，出口溫度50，該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時進口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫和殼體壁溫度之差較大，因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。3、確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：殼取流體進口的平均值。殼程煤油的定性溫度為：

40、管程自來水的的定性溫度為：根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關物性數(shù)據(jù)煤油在下的有關物性數(shù)據(jù)如下：密度:粘度:定壓比熱容:導熱系數(shù): 自來水在40下的物性數(shù)據(jù)：密度：定壓比熱容：導熱系數(shù)：粘度：4、板式換熱器的設計計算過程4.1熱流量 4.2平均傳熱溫差 4.3冷卻水用量4.4初估總傳熱系數(shù)k粘度小于110-3pas的油和水換熱時，列管式換熱器的值大約為，而板式換熱器的傳熱系數(shù)是列管式換熱器的24倍，則初估為。初估換熱面積初選br0.2型板式換熱器，其單通道橫截面積為,實際單板換熱面積為0.207m2(有效面積)。試選組裝12。（為煤油的流程。程數(shù)為3，每程管道數(shù)為10；為水的流程。程數(shù)為1，每程管道數(shù)為30?？偘迤瑪?shù)為310+310+161片，實際傳熱板數(shù)為，總流道數(shù)為60.換熱面積為。查單殼程溫差校正系數(shù)圖，得4.5核算總傳熱系數(shù)k（1）流速 采用人字型板式換熱器，其板間距當量直徑 油被冷卻，取 （2）計算水側(cè)對流傳熱系