板式換熱器選型計(jì)算

1、下載可編輯板式換熱器選型計(jì)算板式換熱器是一種高效緊湊型熱交換設(shè)備，它具有傳熱效率高、阻力損失小、結(jié)構(gòu)緊湊、拆裝方便、操作靈活等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、電力、石油、化工、制藥、紡織、造紙、 食品、城鎮(zhèn)小區(qū)集中供熱等各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，因此掌握板式換熱器的選型計(jì)算對每個(gè)工程設(shè)計(jì)人員都是非常重要的。目前板式換熱器的選型計(jì)算一般分為手工簡易算法、手工標(biāo)準(zhǔn)算法及計(jì)算機(jī)算法三種，以下就三種算法的特點(diǎn)進(jìn)行簡要的說明。一、 手工簡易算法計(jì)算公式： F=Wq/(K* T)式中 F 換熱面積 m2Wq換熱量WK 傳熱系數(shù) W/m2· T平均對數(shù)溫差根據(jù)選定換熱系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，計(jì)算換熱量、平均對數(shù)溫差

2、，設(shè)定傳熱系數(shù)，求出換熱面積。 選定廠家及換熱器型號，計(jì)算板間流速， 通過廠家樣本提供的傳熱特性曲線及流阻特性曲線，查出實(shí)際傳熱系數(shù)及壓降。若實(shí)際傳熱系數(shù)小于設(shè)定傳熱系數(shù)，則應(yīng)降低設(shè)定傳熱系數(shù)，重新計(jì)算。若實(shí)際傳熱系數(shù)大于設(shè)定傳熱系數(shù)，而實(shí)際壓降大于設(shè)定壓降，則應(yīng)進(jìn)一步降低設(shè)定傳熱系數(shù)，增大換熱面積，重新計(jì)算。經(jīng)過反復(fù)校核，直到計(jì)算結(jié)果滿足換熱系統(tǒng)的要求，最終確定換熱器型號及換熱面積大小。這種算法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡單，步驟少，時(shí)間短；缺點(diǎn)是結(jié)果不準(zhǔn)確，應(yīng)用范圍窄。造成結(jié)果不準(zhǔn)確的原因主要是樣本所提供的傳熱特性曲線及流阻特性曲線是一定工況條件下的曲線，而設(shè)計(jì)工況可能與之不符。此外樣本所提供的傳熱特性

3、曲線及流阻特性曲線僅為水水換熱系統(tǒng)，在使用中有很大的局限性。以下給出佛山顯像管廠總裝廠房低溫冷卻水及40熱水兩套換熱系統(tǒng)實(shí)例加以說明采用手工簡易算法得出的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果的差別：.專業(yè) .整理 .下載可編輯2北京市華都換熱設(shè)備廠BR35 F=36m工藝水冷凍水低溫冷卻水系統(tǒng)流量進(jìn)水溫度出水溫度壓降流量進(jìn)水溫度出水溫度壓降3MPa3MPam/hm/h計(jì)算結(jié)果5928170.031306110.06實(shí)測結(jié)果6322170.04217222北京市華都換熱設(shè)備廠BR05 F=5m工藝水高溫水40熱水系統(tǒng)流量進(jìn)水溫度出水溫度壓降流量進(jìn)水溫度出水溫度壓降3MPa3MPam/hm/h計(jì)算結(jié)果610400.

4、006990700.008實(shí)測結(jié)果1033390.0219036二、 手工標(biāo)準(zhǔn)算法計(jì)算方法與步驟（一）工藝條件熱介質(zhì)進(jìn)出口溫度Th1Th2流量 m3/hQh壓力損失（允許值）MPa Ph冷介質(zhì)進(jìn)出口溫度Tc1Tc2流量 m3/hQc壓力損失（允許值）MPa Pc（二）物性參數(shù)物性溫度 Th=(Th1+Th2)/2 Tc=(Tc1+Tc2)/2介質(zhì)重度 Kg/m 3 h c介質(zhì)比熱 KJ/kg· Cph Cpc導(dǎo)熱系數(shù) W/m· h c運(yùn)動(dòng)粘度 m2/s h c.專業(yè) .整理 .下載可編輯普朗特?cái)?shù)Prh Prc（三）平均對數(shù)溫差（逆流） T=(Th1-Tc2)-(Th2-Tc

5、1)/ln(Th1-Tc2)/(Th2-Tc1)或 T=(Th1-Tc2)+(Th2-Tc1)/2（分子等于零）（四）計(jì)算換熱量Wq=Qh* h*Cph*(Th1-Th2)=Qc* c*Cpc*(Tc2-Tc1) W（五）設(shè)備選型根據(jù)樣本提供的型號結(jié)合流量定型號，主要依據(jù)于角孔流速。即：Wl=4*Q/(3600* *D2) 3.5 4.5m/sWl角孔流速m/sQ 介質(zhì)流量3m /hD 角孔直徑m（六）定型設(shè)備參數(shù)（樣本提供）單板換熱面積s m 2單通道橫截面積f m 2板片間距l(xiāng) m平均當(dāng)量直徑de m (d 2*l)傳熱準(zhǔn)則方程式Nu=a*Re b*Pr m壓降準(zhǔn)則方程式Eu=x*Re y

6、Nu努塞爾數(shù)Eu 歐拉數(shù)板形有關(guān)參數(shù)、指數(shù)Re雷諾數(shù)Pr 普朗特?cái)?shù)m 指數(shù)熱介質(zhì) m=0.3冷介質(zhì) m=0.4（七）擬定板間流速初值Wh 或 WcWc=Wh*Qc/Qh （純逆流時(shí)）W取 0.1 0.4m/s（八）計(jì)算雷諾數(shù)Re=W*de/ W 計(jì)算流速m/s.專業(yè) .整理 .下載可編輯de當(dāng)量直徑m2運(yùn)動(dòng)粘度m /s（九）計(jì)算努塞爾數(shù)Nu=a*Re b*Pr m（十）計(jì)算放熱系數(shù) =Nu* /de放熱系數(shù)W/m2·導(dǎo)熱系數(shù)W/m·分別得出h 、 c 熱冷介質(zhì)放熱系數(shù)（十一）計(jì)算傳熱系數(shù)K=1/(1/ h+1/ c +r p+r h+r c) W/m 2 ·r p

7、板片熱阻0.0000459m 2· /Wr h熱介質(zhì)污垢熱阻0.0000172 0.0000258m 2· /Wr c冷介質(zhì)污垢熱阻0.0000258 0.0000602m 2· /W（十二）計(jì)算理論換熱面積Fm=Wq/(K* T)（十三）計(jì)算換熱器單組程流道數(shù)n=Q/(3600*f*W)（圓整為整數(shù)）Q流量m3/hf 單通道橫截面積2mW板間流速m/s（十四）計(jì)算換熱器程數(shù)N=(Fm/s+1)/(2*n)N 為1的整數(shù)s單板換熱面積m 2（十五）計(jì)算實(shí)際換熱面積F=(2*N*n-1)*s（純逆流）（十六）計(jì)算歐拉數(shù)Eu=x*Re y（十七）計(jì)算壓力損失 P=Eu

8、* *W2*N*10 -6 MPa.專業(yè) .整理 .下載可編輯介質(zhì)重度Kg/m 3W板間流速m/sN換熱器程數(shù)選定廠家， 根據(jù)角孔流速確定換熱器型號，從手冊查出在設(shè)計(jì)工況下冷、熱介質(zhì)的各種物理參數(shù)， 根據(jù)廠家樣本提供的傳熱經(jīng)驗(yàn)公式及流阻經(jīng)驗(yàn)公式，初步設(shè)定流體的板間流速， 求出雷諾數(shù)，經(jīng)計(jì)算得出傳熱系數(shù)及壓力損失，在實(shí)際換熱面積不小于理論換熱面積的前提下，若壓力損失大于許用值， 則應(yīng)進(jìn)一步降低初定的板間流速，重新計(jì)算。經(jīng)過反復(fù)校核， 直到計(jì)算結(jié)果滿足換熱系統(tǒng)的要求，最終確定換熱器型號及換熱面積大小。這種算法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，應(yīng)用范圍廣；缺點(diǎn)是計(jì)算復(fù)雜，步驟多，時(shí)間長。三、 計(jì)算機(jī)算法利用計(jì)算

9、機(jī)進(jìn)行板式換熱器選型計(jì)算，充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快的特長，一個(gè)計(jì)算在微機(jī)上幾秒鐘內(nèi)就能完成，且結(jié)果的準(zhǔn)確性是手算難以達(dá)到的。板換廠家選型計(jì)算軟件中存貯了計(jì)算所需的不同水溫時(shí)水的各種物理參數(shù)及板式換熱器定型設(shè)備的所有參數(shù)， 設(shè)計(jì)人員在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行計(jì)算時(shí)只需輸入工藝條件（如水量、 水溫、 壓降等）就能馬上得出計(jì)算結(jié)果，這為設(shè)計(jì)人員提供了極大的方便。計(jì)算人員還可以輸入不同的工藝條件 （如水量、 水溫相同， 壓降不同等） 或更換換熱器型號以得出不同的計(jì)算結(jié)果，通過對結(jié)果的比較、優(yōu)化，最終選定既經(jīng)濟(jì)合理又性能可靠的板式換熱器。設(shè)計(jì)人員在要求板換廠家提供板式換熱器選型計(jì)算書時(shí)，除了向板換廠家提供換熱系統(tǒng)

10、的換熱量（或液體流量）、冷熱介質(zhì)的進(jìn)出水溫、壓力損失外，還應(yīng)該提供污垢系數(shù)（亦稱污垢熱阻）。壓力損失、污垢系數(shù)的設(shè)定值對選型是非常重要的。壓力損失設(shè)定值過大，換熱面積減小，雖然節(jié)省了設(shè)備一次性投資，但使換熱系統(tǒng)的能量消耗增加、維護(hù)清洗費(fèi)用增加、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間縮短；壓力損失設(shè)定值過小，換熱面積增大，造成設(shè)備一次性投資增加。要達(dá)到既節(jié)省了一次性投資，又使能量消耗、維護(hù)清洗費(fèi)用達(dá)到一個(gè)合理值，最佳的壓力損失為0.03MPa 。污垢系數(shù)因換熱介質(zhì)不同而不同，設(shè)計(jì)人員不應(yīng)為了安全而盲目將污垢系數(shù)取大，污垢系數(shù)最大不超過0.000103m 2 · /W。以下給出常用介質(zhì)板式換熱器的污垢系數(shù)：液體的

11、種類2污垢系數(shù)（ m· /W）軟水或蒸餾水0.0000086.專業(yè) .整理 .下載可編輯低硬度的工業(yè)用水0.0000172高硬度的工業(yè)用水0.000043處理過的冷卻塔循環(huán)水0.000034潤滑油0.0000172 0.000043植物油0.0000172 0.000052有機(jī)溶劑0.0000086 0.000026以下分別給出瑞典舒瑞普公司及北京華海換熱器廠對某一換熱系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行分析和比較：計(jì)算條件工藝水 Q=25m3/h Th1=25 Th2=20 壓力損失 0.05MPa 冷凍水 Tc1=5 Tc2=10 污垢系數(shù) 0.1 m 2 · /kW瑞典舒瑞普

12、公司計(jì)算結(jié)果工藝水流量（m3/h ）工藝水進(jìn)口溫度（）工藝水出口溫度（）工藝水平均溫度（）工藝水容重（Kg/m3）工藝水比熱（KJ/Kg ·）工藝水導(dǎo)熱系數(shù)（W/m·）-62工藝水運(yùn)動(dòng)粘度（10 · m/s ）工藝水壓力損失（MPa）工藝水角孔直徑（mm）工藝水角孔流速（m/s ）工藝水板間流速（m/s ）工藝水雷諾數(shù)平均對數(shù)溫差（）換熱量（ kW）換熱面積（m2）25.0冷凍水流量（m3/h ）24.925.0冷凍水進(jìn)口溫度（）5.020.0冷凍水出口溫度（）10.022.5冷凍水平均溫度（）7.5996.7冷凍水容重（Kg/m3）1001.04.189冷凍水比

13、熱（ KJ/Kg ·）4.2070.608冷凍水導(dǎo)熱系數(shù)（W/m·）0.5851.027冷凍水運(yùn)動(dòng)粘度（10-621.285· m/s ）0.05冷凍水壓力損失（MPa）0.0570冷凍水角孔直徑（mm）701.80冷凍水角孔流速（m/s ）1.801.00冷凍水板間流速（m/s ）1.006190冷凍水雷諾數(shù)415015污垢系數(shù)（20.125m· /kW）145.42·）3847傳熱系數(shù)（ W/m2.52換熱器程數(shù)1.專業(yè) .整理 .下載可編輯換熱器型號GX-12板片總數(shù)23板片材料AISI 316板片厚度（ mm）0.5墊片材料NBR(S)

14、最高工作壓力（MPa）1.6北京華海換熱器廠計(jì)算結(jié)果工藝水流量（m3/h ）工藝水進(jìn)口溫度（）工藝水出口溫度（）工藝水平均溫度（）工藝水容重（Kg/m3）工藝水比熱（KJ/Kg ·）工藝水導(dǎo)熱系數(shù)（W/m·）-62工藝水運(yùn)動(dòng)粘度（10 · m/s ）工藝水壓力損失（MPa）工藝水角孔直徑（mm）工藝水角孔流速（m/s ）工藝水板間流速（m/s ）工藝水雷諾數(shù)平均對數(shù)溫差（）換熱量（ kW）換熱面積（m2）換熱器型號板片材料墊片材料25.0冷凍水流量（m3/h ）8.0825.0冷凍水進(jìn)口溫度（）5.020.0冷凍水出口溫度（）20.422.5冷凍水平均溫度（）12

15、.7997.13999.7冷凍水容重（ Kg/m）4.1784冷凍水比熱（ KJ/Kg ·）4.19480.608冷凍水導(dǎo)熱系數(shù)（W/m·）0.5750.89冷凍水運(yùn)動(dòng)粘度（10-621.31· m/s ）0.05冷凍水壓力損失（MPa）0.0270冷凍水角孔直徑（mm）701.80冷凍水角孔流速（m/s ）0.580.42冷凍水板間流速（m/s ）0.133278冷凍水雷諾數(shù)8288.80污垢熱阻（m2· /kW）0.1144.72·）2251傳熱系數(shù)（ W/m7.6換熱器程數(shù)1BR20板片總數(shù)35SUS 304板片厚度（ mm）0.7EPN

16、M最高工作壓力（MPa）1.6從計(jì)算結(jié)果可以看出，舒瑞普公司在計(jì)算中采用溫度設(shè)定值不變，通過調(diào)整污垢系數(shù)，改變傳熱系數(shù)來滿足傳熱方程 F=Wq/(K* T) 。北京華海換熱器廠在計(jì)算中采用污垢系數(shù)設(shè)定值不變，通過調(diào)整冷凍水出口溫度，改變平均對數(shù)溫差及傳熱系數(shù)來滿足傳熱方程.專業(yè) .整理 .下載可編輯F=Wq/(K* T) 。換熱面積的確定在多數(shù)情況下取決于設(shè)計(jì)工況的壓力損失設(shè)定值。北京華海換熱器廠通過增加板片數(shù)量使流道數(shù)增加、降低板間流速來滿足設(shè)計(jì)工況對壓力損失的要求。舒瑞普公司不僅可以通過增加板片數(shù)量來降低壓力損失，而且在板片數(shù)量不變的前提下通過改變板片的組合也能在一定范圍內(nèi)降低壓力損失，這

17、主要依賴于舒瑞普公司先進(jìn)的板片設(shè)計(jì)， 它使得舒瑞普公司所選用的板式換熱器跟設(shè)計(jì)工況比較接近，而且換熱面積取值較小。 北京華海換熱器廠選型計(jì)算結(jié)果的主要特點(diǎn)是與實(shí)際工況比較接近，它會(huì)在自控要求很高的換熱系統(tǒng)中，為正確選擇自控閥提供較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。板式換熱器不同于其它設(shè)備的最顯箸特點(diǎn)是它的非標(biāo)準(zhǔn)化，每個(gè)設(shè)備廠的模具都是自行開發(fā)的，各有各的特點(diǎn)。因此同一換熱系統(tǒng)的板式換熱器面積大小會(huì)因設(shè)備廠家的不同而發(fā)生變化，這一點(diǎn)設(shè)計(jì)人員因在設(shè)計(jì)說明中加以提醒，否則業(yè)主在板式換熱器面積不變的前提下更換設(shè)備廠家，將會(huì)產(chǎn)生異想不到的后果。(1) 求熱負(fù)荷 Q Q=G P t(2) 求冷熱流體進(jìn)出口溫度t2=t1+ Q

18、 /G P(3) 冷熱流體流量 = Q / P (t2-t1(4) 求平均溫度差tmtm=(T1-t2)-(T2-t1)/In(T1-t2)/(T2-t1)或tm=(T -t2)+(T2-t1)/2(5) 選擇板型若所有的板型選擇完，則進(jìn)行結(jié)果分析。(6) 由值范圍，計(jì)算板片數(shù)范圍min， max.專業(yè) .整理 .下載可編輯min = Q / Kmaxtm F Pmax = Q / Kmintm F P(7) 取板片數(shù) N（ min max ）若 N 已達(dá) max，做（ 5）。(8) 取 N 的流程組合形式，若組合形式取完則做（7）。(9) 求 Re，NuRe = W de /Nu =a1 Rea2 Pr a3(10) 求 a，K 傳熱面積a = Nu / deK= 1 / 1/ah+1/ ac+ c+ c+/ 0F= Q /Ktm (11) 由傳熱面積求所需板片數(shù)