板式换热器选型计算(DOC)

板式换热器选型计算 板式换热器是一种高效紧凑型热交换设备 它具有传热效率高 阻力损失小 结构紧凑 拆装方便 操作灵活等优点 目前广泛应用于冶金 机械 电力 石油 化工 制药 纺 织 造纸 食品 城镇小区集中供热等各个行业和领域 因此掌握板式换热器的选型计算 对每个工程设计人员都是非常重要的 目前板式换热器的选型计算一般分为手工简易算法 手工标准算法及计算机算法三种 以下就三种算法的特点进行简要的说明 一 手工简易算法 计算公式 F Wq K T 式中 F 换热面积 m2 Wq 换 热 量 W K 传 热 系 数 W m2 T 平 均 对 数 温 差 根据选定换热系统的有关参数 计算换热量 平 均 对 数 温 差 设定传热系数 求出 换热面积 选定厂家及换热器型号 计算板间流速 通过厂家样本提供的传热特性曲线及 流阻特性曲线 查出实际传热系数及压降 若实际传热系数小于设定传 热 系 数 则 应 降 低 设定传热系数 重新计算 若实际传热系数大于设定传 热 系 数 而 实际压降大于设定压降 则 应 进 一 步 降 低 设定传热系数 增大换 热 面 积 重新计算 经过反复校核 直到计算结 果满足换热系统的要求 最终确定换热器型号及换热面积大小 这种算法的优点是计算简 单 步骤少 时间短 缺点是结果不准确 应用范围窄 造成结果不准确的原因主要是样 本所提供的传热特性曲线及流阻特性曲线是一定工况条件下的曲线 而设计工况可能与之 不符 此外样本所提供的传热特性曲线及流阻特性曲线仅为水 水换热系统 在使用中有 很大的局限性 以下给出佛山显像管厂总装厂房低温冷却水及 40 热 水两套换热系统实例加以说明 采用手工简易算法得出的计算结果与实测结果的差别 BR35 F 36m2 北京市华都换热设备厂 工艺水 冷冻水 低温冷却水 系统 流量m3 h 进水温度 出水温度 压降MPa 流量m3 h 进水温度 出水温度 压降MPa 计算结果 59 28 17 0 03 130 6 11 0 06 实测结果 63 22 17 0 04 21 7 22 BR05 F 5m2 北京市华都换热设备厂 工艺水 高温水 40 热水系 统 流量m3 h 进水温度 出水温度 压降MPa 流量m3 h 进水温度 出水温度 压降MPa 计算结果 6 10 40 0 0060 6 9 90 70 0 008 实测结果 10 33 39 0 02 1 90 36 二 手工标准算法 计算方法与步骤 一 工 艺 条 件 热 介 质 进 出 口 温 度 Th1 Th2 流 量 m3 h Qh 压 力 损 失 允 许 值 MPa Ph 冷 介 质 进 出 口 温 度 Tc1 Tc2 流 量 m3 h Qc 压 力 损 失 允 许 值 MPa Pc 二 物 性 参 数 物 性 温 度 Th Th1 Th2 2 Tc Tc1 Tc2 2 介 质 重 度 Kg m3 h c 介 质 比 热 KJ kg Cph Cpc 导 热 系 数 W m h c 运 动 粘 度 m2 s h c 普 朗 特 数 Prh Prc 三 平 均 对 数 温 差 逆 流 T Th1 Tc2 Th2 Tc1 ln Th1 Tc2 Th2 Tc1 或 T Th1 Tc2 Th2 Tc1 2 分 子 等 于 零 四 计 算 换 热 量 Wq Qh h Cph Th1 Th2 Qc c Cpc Tc2 Tc1 W 五 设 备 选 型 根 据 样 本 提 供 的 型 号 结 合 流 量 定 型 号 主 要 依 据 于 角 孔 流 速 即 Wl 4 Q 3600 D2 3 5 4 5m s Wl 角 孔 流 速 m s Q 介 质 流 量 m3 h D 角 孔 直 径 m 六 定 型 设 备 参 数 样 本 提 供 单 板 换 热 面 积 s m2 单 通 道 横 截 面 积 f m2 板 片 间 距 l m 平 均 当 量 直 径 de m d 2 l 传 热 准 则 方 程 式 Nu a Reb Prm 压 降 准 则 方 程 式 Eu x Rey Nu 努 塞 尔 数 Eu 欧 拉 数 a b x y 板 形 有 关 参 数 指 数 Re 雷 诺 数 Pr 普 朗 特 数 m 指 数 热 介 质 m 0 3 冷 介 质 m 0 4 七 拟 定 板 间 流 速 初 值 Wh 或 Wc Wc Wh Qc Qh 纯 逆 流 时 W 取 0 1 0 4m s 八 计 算 雷 诺 数 Re W de W 计 算 流 速 m s de 当 量 直 径 m 运 动 粘 度 m2 s 九 计 算 努 塞 尔 数 Nu a Reb Prm 十 计 算 放 热 系 数 Nu de 放 热 系 数 W m2 导 热 系 数 W m 分 别 得 出 h c 热 冷 介 质 放 热 系 数 十 一 计 算 传 热 系 数 K 1 1 h 1 c rp rh rc W m2 rp 板 片 热 阻 0 0000459m2 W rh 热 介 质 污 垢 热 阻 0 0000172 0 0000258m2 W rc 冷 介 质 污 垢 热 阻 0 0000258 0 0000602m2 W 十 二 计 算 理 论 换 热 面 积 Fm Wq K T 十 三 计 算 换 热 器 单 组 程 流 道 数 n Q 3600 f W 圆 整 为 整 数 Q 流 量 m3 h f 单 通 道 横 截 面 积 m2 W 板 间 流 速 m s 十 四 计 算 换 热 器 程 数 N Fm s 1 2 n N 为 1 的 整 数 s 单 板 换 热 面 积 m2 十 五 计 算 实 际 换 热 面 积 F 2 N n 1 s 纯 逆 流 十 六 计 算 欧 拉 数 Eu x Rey 十 七 计 算 压 力 损 失 P Eu W2 N 10 6 MPa 介 质 重 度 Kg m3 W 板 间 流 速 m s N 换 热 器 程 数 选定厂家 根据角孔流速确定换热器型号 从手册查出在设计工况下冷 热介质的各种物 理参数 根据厂家样本提供的传热经验公式及流阻经验公式 初步设定流体的板间流速 求出雷诺数 经计算得出传热系数及压力损失 在实际换热面积不小于理论换热面积的前 提下 若压力损失大于许用值 则应进一步降低初定的板间流速 重新计算 经过反复校 核 直到计算结果满足换热系统的要求 最终确定换热器型号及换热面积大小 这种算法 的优点是计算结果准确 应用范围广 缺点是计算复杂 步骤多 时间长 三 计算机算法 利 用 计 算 机 进 行 板 式 换 热 器 选 型 计 算 充 分 发 挥 了 计 算 机 运 算 速 度 快 的 特 长 一 个 计 算 在 微 机 上 几 秒 钟 内 就 能 完 成 且 结 果 的 准 确 性 是 手 算 难 以 达 到 的 板 换 厂 家 选 型 计 算 软 件 中 存 贮 了 计 算 所 需 的 不 同 水 温 时 水 的 各 种 物 理 参 数 及 板 式 换 热 器 定 型 设 备 的 所 有 参 数 设 计 人 员 在 计 算 机 上 进 行 计 算 时 只 需 输 入 工 艺 条 件 如 水 量 水 温 压 降 等 就 能 马 上 得 出 计 算 结 果 这 为 设 计 人 员 提 供 了 极 大 的 方 便 计 算 人 员 还 可 以 输 入 不 同 的 工 艺 条 件 如 水 量 水 温 相 同 压 降 不 同 等 或 更 换 换 热 器 型 号 以 得 出 不 同 的 计 算 结 果 通 过 对 结 果 的 比 较 优 化 最 终 选 定 既 经 济 合 理 又 性 能 可 靠 的 板 式 换 热 器 设 计 人 员 在 要 求 板 换 厂 家 提 供 板 式 换 热 器 选 型 计 算 书 时 除 了 向 板 换 厂 家 提 供 换 热 系 统 的 换 热 量 或 液 体 流 量 冷 热 介 质 的 进 出 水 温 压 力 损 失 外 还 应 该 提 供 污 垢 系 数 亦 称 污 垢 热 阻 压 力 损 失 污 垢 系 数 的 设 定 值 对 选 型 是 非 常 重 要 的 压 力 损 失 设 定 值 过 大 换 热 面 积 减 小 虽 然 节 省 了 设 备 一 次 性 投 资 但 使 换 热 系 统 的 能 量 消 耗 增 加 维 护 清 洗 费 用 增 加 设 备 运 行 时 间 缩 短 压 力 损 失 设 定 值 过 小 换 热 面 积 增 大 造 成 设 备 一 次 性 投 资 增 加 要 达 到 既 节 省 了 一 次 性 投 资 又 使 能 量 消 耗 维 护 清 洗 费 用 达 到 一 个 合 理 值 最 佳 的 压 力 损 失 为 0 03MPa 污 垢 系 数 因 换 热 介 质 不 同 而 不 同 设 计 人 员 不 应 为 了 安 全 而 盲 目 将 污 垢 系 数 取 大 污 垢 系 数 最 大 不 超 过 0 000103m2 W 以 下 给 出 常 用 介 质 板 式 换 热 器 的 污 垢 系 数 液 体 的 种 类 污 垢 系 数 m2 W 软 水 或 蒸 馏 水 0 0000086 低 硬 度 的 工 业 用 水 0 0000172 高 硬 度 的 工 业 用 水 0 000043 处 理 过 的 冷 却 塔 循 环 水 0 000034 润 滑 油 0 0000172 0 000043 植 物 油 0 0000172 0 000052 有 机 溶 剂 0 0000086 0 000026 以 下 分 别 给 出 瑞 典 舒 瑞 普 公 司 及 北 京 华 海 换 热 器 厂 对 某 一 换 热 系 统 的 计 算 结 果 并 对 结 果 进 行 分 析 和 比 较 计 算 条 件 工 艺 水 Q 25m3 h Th1 25 Th2 20 压 力 损 失 0 05MPa 冷 冻 水 Tc1 5 Tc2 10 污 垢 系 数 0 1 m2 kW 瑞 典 舒 瑞 普 公 司 计 算 结 果 工 艺 水 流 量 m3 h 25 0 冷 冻 水 流 量 m3 h 24 9 工 艺 水 进 口 温 度 25 0 冷 冻 水 进 口 温 度 5 0 工 艺 水 出 口 温 度 20 0 冷 冻 水 出 口 温 度 10 0 工 艺 水 平 均 温 度 22 5 冷 冻 水 平 均 温 度 7 5 工 艺 水 容 重 Kg m3 996 7 冷 冻 水 容 重 Kg m3 1001 0 工 艺 水 比 热 KJ Kg 4 189 冷 冻 水 比 热 KJ Kg 4 207 工 艺 水 导 热 系 数 W m 0 608 冷 冻 水 导 热 系 数 W m 0 585 工 艺 水 运 动 粘 度 10 6 m2 s 1 027 冷 冻 水 运 动 粘 度 10 6 m2 s 1 285 工 艺 水 压 力 损 失 MPa 0 05 冷 冻 水 压 力 损 失 MPa 0 05 工 艺 水 角 孔 直 径 mm 70 冷 冻 水 角 孔 直 径 mm 70 工 艺 水 角 孔 流 速 m s 1 80 冷 冻 水 角 孔 流 速 m s 1 80 工 艺 水 板 间 流 速 m s 1 00 冷 冻 水 板 间 流 速 m s 1 00 工 艺 水 雷 诺 数 6190 冷 冻 水 雷 诺 数 4150 平 均 对 数 温 差 15 污 垢 系 数 m2 kW 0 125 换 热 量 kW 145 4 传 热 系 数 W m2 3847 换 热 面 积 m2 2 52 换 热 器 程 数 1 换 热 器 型 号 GX 12 板 片 总 数 23 板 片 材 料 AISI 316 板 片 厚 度 mm 0 5 垫 片 材 料 NBR S 最 高 工 作 压 力 MPa 1 6 北 京 华 海 换 热 器 厂 计 算 结 果 工 艺 水 流 量 m3 h 25 0 冷 冻 水 流 量 m3 h 8 08 工 艺 水 进 口 温 度 25 0 冷 冻 水 进 口 温 度 5 0 工 艺 水 出 口 温 度 20 0 冷 冻 水 出 口 温 度 20 4 工 艺 水 平 均 温 度 22 5 冷 冻 水 平 均 温 度 12 7 工 艺 水 容 重 Kg m3 997 1 冷 冻 水 容 重 Kg m3 999 7 工 艺 水 比 热 KJ Kg 4 1784 冷 冻 水 比 热 KJ Kg 4 1948 工 艺 水 导 热 系 数 W m 0 608 冷 冻 水 导 热 系 数 W m 0 575 工 艺 水 运 动 粘 度 10 6 m2 s 0 89 冷 冻 水 运 动 粘 度 10 6 m2 s 1 31 工 艺 水 压 力 损 失 MPa 0 05 冷 冻 水 压 力 损 失 MPa 0 02 工 艺 水 角 孔 直 径 mm 70 冷 冻 水 角 孔 直 径 mm 70 工 艺 水 角 孔 流 速 m s 1 80 冷 冻 水 角 孔 流 速 m s 0 58 工 艺 水 板 间 流 速 m s 0 42 冷 冻 水 板 间 流 速 m s 0 13 工 艺 水 雷 诺 数 3278 冷 冻 水 雷 诺 数 828 平 均 对 数 温 差 8 80 污 垢 热 阻 m2 kW 0 1 换 热 量 kW 144 7 传 热 系 数 W m2 2251 换 热 面 积 m2 7 6 换 热 器 程 数 1 换 热 器 型 号 BR20 板 片 总 数 35 板 片 材 料 SUS 304 板 片 厚 度 mm 0 7 垫 片 材 料 EPNM 最 高 工 作 压 力 MPa 1 6 从计算结果可以看出 舒瑞普公司在计算中采用温度设定值不变 通过调整污垢系 数 改变传热系数来满足传热方程 F Wq K T 北京华海换热器厂在计算中采用污垢 系数设定值不变 通过调整冷 冻 水 出 口 温 度 改变平 均 对 数 温 差 及 传热系数来满足传热 方程 F Wq K T 换 热 面 积 的 确 定 在 多 数 情 况 下 取 决 于 设 计 工 况 的 压 力 损 失 设 定 值 北京华海换热器厂通过增加板片数量使流道数增加 降低板间流速来满足设计工况对压 力 损 失 的 要 求 舒瑞普公司不仅可以通过增加板片数量来降低压 力 损 失 而 且 在 板片数量 不变的前提下通过改变板片的组合也能在一定范围内降低压 力 损 失 这 主 要 依 赖 于 舒瑞普 公司先进的板片设计 它使得舒瑞普公司所选用的板式换热器跟设计工况比较接近 而且 换热面积取值较小 北京华海换热器厂选型计算结果的主要特点是与实际工况比较接近 它会在自控要求很高的换热系统中 为正确选择自控阀提供较为准确的数据 板 式 换 热 器 不 同 于 其 它 设 备 的 最 显 箸 特 点 是 它 的 非 标 准 化 每 个 设 备 厂 的 模 具 都 是 自 行 开 发 的 各 有 各 的 特 点 因 此 同 一 换 热 系 统 的 板 式 换 热 器 面 积 大 小 会 因 设 备 厂 家 的 不 同 而 发 生 变 化 这 一 点 设 计 人 员 因 在 设 计 说 明 中 加 以 提 醒 否 则 业 主 在 板 式 换 热 器 面 积 不 变 的 前 提 下 更 换 设 备 厂 家 将 会 产 生 异 想 不 到 的 后 果 1 求热负荷 Q Q G P t 2 求冷热流体进出口温度 t2 t1 Q G P 3 冷热流体流量 Q P t2 t1 4 求平均温度差 tm tm T1 t2 T2 t1 In T1 t2 T2 t1 或 tm T 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 值范围 计算板片数范围 min max min Q Kmax tm F P max Q Kmin tm F P 7 取板片数 N min max 若 N 已达 max 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 Nu a1 Re a2 Pr a3 10 求 a K 传热面积 a Nu de K 1 1 ah 1 ac c c 0 F Q K tm 11 由传热面积 求所需板片数 F Fp 2 12 若 N NN 做 13 求压降 p Eu a4 Rea5 p Eu W2 14 若 p 允 做 若 p 允 记录结果 做 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 tm T t2 T2 t1 2 3 修正系数 一般 0 7 0 9 4 压降修正系数 单流程 度 1 1 2 二流程 三流程 1 8 2 0 四流程 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