循環(huán)水冷卻器設(shè)計說明

.②multi-effectevaporationplateheater<heatexchanger>,whichisaheatexchangerofheatingdevice,itisimportanttoheatrecoveryunit.Aspreviouslyplateheatexchanger,theflowofsmall<1.5to5.0-mmpitch>,notinthegas-gasandsteamcondensingheatexchanger,andeasytoplug,itisnotappropriateforthesuspensionofcontainingthefluid.InordertomaximizeplateheatexchangertoplaythestrengthstoovercometheexistingproblemsandadapttothedemandsofBeijing-Beijingheattransferequipmentmanufacturerslimitedliabilitycompanydevelopedanewtypeofmulti-effectevaporationplateheatexchanger,thisplateheatexchangerAwide-flow,theboardspacingof8.0mm,suitableforsteamcondensate,suitableforcontainingthesuspensionoffluid,anddifficulttoplug,thelargesthandlingcapacityof1200m3/h.換熱器的優(yōu)化選型W.Lub和S.A.Tassoub英國米德爾塞克斯,布魯爾大學機械設(shè)計工程部[摘要]板式換熱器的優(yōu)化選型是根據(jù)換熱器的用途和工藝過程中的參數(shù)和NTU＝KA／MC＝△t／△tm,即傳熱單元數(shù)NTU和溫差比〔對數(shù)平均溫差—換熱的動力選擇板片形狀、板式換熱器的類型和結(jié)構(gòu)。[關(guān)鍵詞]平均溫差NTU板式蒸發(fā)器冷凝器1平均溫差△tm從公式Q＝K△tmA,△tm＝1／A∫A〔t1－t2dA中可知,平均溫差△tm是傳熱的驅(qū)動力,對于各種流動形式,如能求出平均溫差,即板面兩側(cè)流體間溫差對面積的平均值,就能出換熱器的傳熱量。平均溫差是一個較為直觀的概念,也是評價板式換熱器性能的一項重要指標。1.1對數(shù)平均溫差的計算當換熱器傳熱量為dQ,溫度上升為dt時,則C＝dQ／dt,將C定義為熱容量,它表示單位時間通過單位面積交換的熱量,即dQ＝K〔th－tcdA＝K△tdA,兩種流體產(chǎn)生的溫度變化分別為dth＝－dQ／Ch,dtc＝－dQ／Cc,d△t＝d〔th－tc＝dQ〔1／Cc－1／Ch,則dA＝[1／k〔1／Cc－1／Ch]·〔d△t／△t,當從A＝0積分至A＝A0時,A0＝[1／k〔1／Cc－1／Ch]·㏑[〔tho－tci／〔thi－tco],由于兩種流體間交換的熱量相等,即Q＝Ch〔thi－tho＝Cc〔tco－tci,經(jīng)簡化后可知,Q＝KA0｛[〔tho－tci－〔thi－tco]／㏑[〔tho－tci／〔thi－tco]｝,若△t1＝thi－tco,△t2＝tho－tci,則Q＝KA0[〔△t1－△t2／㏑〔△t1／△t2]＝KA0△tm,式中的△tm＝〔△t1－△t2／㏑〔△t1／△t2。順流△tm＝[〔thi－tci－〔tho－tco]／㏑[〔thi－tci／〔tho－tci]逆流△tm＝[〔thi－tco－〔tho－tci]／㏑[〔thi－tco／〔tho－tci]對于各種流動型式,在相同的進口、出口溫度條件下,逆流的平均溫差最大。當板式換熱器入口和出口兩流體的溫差△t1和△t2之間的差不大時,可采用算術(shù)平均溫差〔△t1＋△t2／2,一般△t1／△t2小于1.5時,可采用,若△t／△t2為3時,則誤差約為10%。1.2傳熱單元數(shù)法在傳熱單元數(shù)法中引入一個無量綱參數(shù)NTU,稱為傳熱單元數(shù),它表示板式換熱器的總熱導〔即換熱器傳熱熱阻的倒數(shù)與流體熱容量的比值NTU＝KA／MC,它表示相對于流體熱容流量,該換熱器傳熱能力的大小,即換熱器的無量綱"傳熱能力"。對于板式換熱器來說,KA／MC＝△t／△tm,式中△t／△tm稱為溫差比,上式中的右邊的工藝過程用NTUp表示,左邊的換熱設(shè)備的條件用NTUE表示。NTUp是流體溫度的變化與平均溫差的比值,表示的是用1℃△tm的變化引起幾度流體溫度變化的值,當△tm大時,NTUp則?。划敗鱰m小時,它有變大的傾向。相反,在NTUp變大的過程中,△tm的溫度變化較大,NTUp較小時,其△tm的溫度變化較小〔見表1。板式換熱器的優(yōu)化設(shè)計計算,就是在已知溫差比NTUE的條件下,合理地確定其型號、流程和傳熱面積,使NTUp等于NTUE。表1△tm,NTUp的關(guān)系△tm大△tm小NTUp小NTUp大NTUp大NTUp小△tm的溫度變化大△tm的溫度變化小1.3換熱過程和NTU與供熱空調(diào)相關(guān)的換熱過程如下如示：⑴用蒸汽加熱水⑵水—水換熱蒸汽133→133℃c.一次水65→60℃水5→65℃〔生活熱水二次水45←40℃〔采暖b.蒸汽133→133℃d.一次水14→9℃水55→65℃〔采暖二次水13←7℃〔制冷e.一次水29→24℃二次水26←21℃〔制冷機的冷卻以上5例工藝過程的NTUp〔見表2表2供熱空調(diào)工藝過程的NTUp過程△tmNTUpa133→133℃5→65℃94.86〔65－5／94.86＝0.632b133→133℃55→65℃72.88〔65－55／72.88＝0.13c65→60℃45←40℃20.00〔45－40／20＝0.25d14←9℃13←7℃1.44〔13－7／1.44=4.17e29→24℃26←21℃3.00〔26－21／3＝1.671.4板式換熱器和NTUENTUE表示板式換熱器的能力,換熱器的面積是具有一定傳熱長度的單位傳熱體的組合,總傳熱長度是單位長度和流程數(shù)的乘積。當NTUE是總數(shù)時,若每1流程數(shù)為NTUe時,則NTUE＝n·NTUe〔其中n是流程數(shù)。當NTUe＝NTUE＝NTUp時,換熱器為單程。若NTUe﹤NTUp時,則換熱器應(yīng)為多流程,故設(shè)計時應(yīng)先預定n。由于每種板片單程的NTUe值基本上是定值,如適合表2中e的流量為25m3／h的單程板式換熱器的NTUe為17㎡。從NTUe＝A·K／MC可知,當NTUe為定值時,A·K成反比,仍以e為例,當K＝500kcal／㎡·h·℃時,A＝1.67×25000／500＝83.5㎡,流程數(shù)n＝83.5／17≈5。當K＝2500kcal／㎡·h·℃時,A＝16.7㎡,流程數(shù)n＝1。每一流程的NTUe如下所示：K＝500,NTUe＝NTUE／n＝0.33,K＝2500時,NTUe＝1.67。由此可知,根據(jù)NTUe即可求出換熱器的流程數(shù),傳熱系數(shù)和傳熱面積。從以上可知,若板式換熱器設(shè)計不合理,可能使換熱面積過大,也可能使板間流速太高,阻力過大。1.5板式換熱器制造技術(shù)的進步,板片種類的增加,提高了板式換熱器對各種工藝過程的適應(yīng)性?！?大NTU〔∽8,小△tm〔∽1～2的板式換熱器滿足了區(qū)域供冷和熱泵機組蒸發(fā)器、冷凝器的要求。從以上分析可知,△tm是換熱的驅(qū)動力,若△tm小,即意味著驅(qū)動力小,要實現(xiàn)兩種流體之間的換熱,必須增大傳熱系數(shù),增大傳熱面積,為了使傳熱面積不至過大,唯一的是增大傳熱系數(shù)K。①淺密波紋板片是市京海換熱設(shè)備制造有限責任公司開發(fā)的新型板片,它的傳熱系數(shù)約為7000W／㎡·K,是水平平直波紋板的2倍,是人字形波紋板的1.5倍,在區(qū)域供冷中時,檢測的△tm約為1.2。在作為冰蓄冷的乙二醇和冷凍水的換熱器使用中,△tm約為1.5。②板式蒸發(fā)器、板式冷凝器也是市京海換熱設(shè)備制造有限責任公司開發(fā)的適應(yīng)于熱泵機組的新型換熱器。與管殼式蒸發(fā)器、冷凝器相比,它具有如下優(yōu)點：單位體積板式蒸發(fā)器、板式冷凝器的傳熱面積約是管殼式換熱器的3倍；板式蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)約為1000～1200W／㎡·K,板式冷凝器的傳熱系數(shù)約為1500～2000W／㎡·K均為管殼式換熱器的2～3倍；在板式蒸發(fā)器上采用了使制冷劑液體分布均勻的分配器裝置,當蒸發(fā)器板片數(shù)較多時,可能會出現(xiàn)制冷劑液體分配不均的,不能充分利用所有蒸發(fā)傳熱面積,使蒸發(fā)溫度低于設(shè)計計算溫度。采用分配器后即能克服上述問題。有關(guān)單位檢測數(shù)據(jù)說明,板式蒸發(fā)器、板式冷凝器的傳熱系數(shù)在△tm約為2.5～3℃時,在1500～2000W／㎡·K之間,且阻力小,滿足了熱泵機組的要求。〔2小NTU〔∽0.3～2,大△tm〔∽40～90℃的板式換熱器滿足了熱回收工藝和工藝加熱、冷卻的要求。當工藝過程在大△tm的條件下進行換熱時,說明驅(qū)動力大,所需的傳熱面積較小,對傳熱系數(shù)要求也不高,但,這種工藝過程或者工作壓力高,或者工作溫度高,或者工藝加熱、冷卻過程的液體中含有纖維或直徑較大的顆粒,對板式換熱器的承壓、耐溫能力提出了要求,對換熱器的板間距提出了要求。①排〔煙氣—水板殼式換熱器〔省能器,排〔煙氣—空氣板殼式換熱器〔空氣預熱器是市京海換熱設(shè)備制造有限責任公司和蘭石化共同開發(fā)出來的新型板式換熱器,全焊接板式換熱器中介質(zhì)的換熱是通過板管束來實現(xiàn)的,組成板管束的板片由專用模具壓制成型,全焊接式板束裝在壓力殼。波紋板片具有靜攪拌作用,能在很低的雷諾數(shù)下形成湍流,且污垢系數(shù)低,傳熱系數(shù)是管殼式換熱器的2～3倍。為了適應(yīng)換熱量大,流體壓降小的要求,板間距大,當量直徑約為28㎜。為了滿足工藝的要求板束工作壓力〔反壓P≤4.5Mpa,板束工作壓力〔正壓同殼體工作壓力,不受限制；工作溫度t≤550℃。烏魯木齊石化分公司40萬噸／年連續(xù)重整采用了進料〔冷介質(zhì)和出料〔熱介質(zhì)的板殼式換熱器,進料流量50t／h,進、出口溫渡88℃,470℃。出料流量50t／h,進、出口溫度100℃,500℃,對數(shù)平均溫差約38℃,總傳熱系數(shù)約為380kcal／㎡·h·℃,熱負荷達23×106kcal／h,進料壓降20Kpa,出料壓降50Kpa。②多效