板式換熱器選型計算

1、板式換熱器選型計算(DOC)板式換熱器選型計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)集中供熱等各個行業(yè)和領(lǐng)域，因此 掌握板式換熱器的選型計算對每個工程設(shè)計人 員都是非常重要的。目前板式換熱器的選型計算 一般分為手工簡易算法、手工標(biāo)準(zhǔn)算法及計算機(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/m2T平均對數(shù)溫差 C根據(jù)選定換熱系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，計算換熱

2、量、 平均對數(shù)溫差，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 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，重新計算。經(jīng)過反復(fù)校核， 直到計算結(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 算簡單，步驟少，時間短；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)計工

3、況可能與之不符。 此外樣本所提供的傳熱特性曲線及流阻特性曲 線僅為水一水換熱系統(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40C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算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果的差別： BR35 F=36m2北京市華都換熱設(shè)備廠低溫冷 卻水系 統(tǒng)工藝水冷凍水K進(jìn)水 溫度°C出水 溫度C壓降皿帀流r量量/h進(jìn)水 溫度C出水 溫CZ壓降Mpa計算結(jié)5928170.01306110.0實(shí)測結(jié)6322170.021722果BR05 F=5m2北京市華都換熱設(shè)備廠40 C熱水系統(tǒng)工藝水咼溫水流r量/進(jìn)水 溫度出水 溫度壓 降流 量/進(jìn)水 溫度出

4、水 溫度壓降Mpa°C°CM Pann3/°C計算結(jié)610400.0990700.0實(shí)測結(jié)1033390.019036果二、手工標(biāo)準(zhǔn)算法計算方法與步驟（一）工藝條件熱介質(zhì)進(jìn)出口溫度CTh1Th2流量m3/hQh壓力損失（允許值）MPa Ph 冷介質(zhì)進(jìn)出口溫度C Tc1 Tc2流量m3/hQc壓力損失（允許值）MPa Pc（二）物性參數(shù)物性溫度CTh=（Th1+Th2）/2 Tc=（Tc1+Tc2）/2介質(zhì)重度 Kg/m 3 丫 h y c介質(zhì)比熱KJ/kgCph Cpc導(dǎo)熱系數(shù)W/m°C 入h入c運(yùn)動粘度 m2/s v h v c普朗特數(shù)Prh Pre(

5、三) 平均對數(shù)溫差(逆流)T=(Th1-Tc2)-(Th2-Tc1)/l n(Th1-Tc2)/(Th2-Te1)或厶 T=(Th1-Tc2)+(Th2-Tc1)/2(分子等于零)(四) 計算換熱量Wq=Qh* 丫 h*Cph*(Th1-Th2)=Qc* 丫 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，要依據(jù)于角孔流速。即：WI=4*Q/(3600* n *D2) < 3.54.5m/sWl 角孔流速m/sQ 介質(zhì)流量 m3/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 m2單通道橫截面積f m2 板片間距I m平均當(dāng)量直徑 de

6、 m （d疋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 Nu 努塞爾數(shù) Eu 歐拉數(shù) a.b.x.y板形有關(guān)參數(shù)、指數(shù) Re雷諾數(shù)Pr 普朗特數(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）W 取 0.1 0.4m/s（八）計算雷諾數(shù)Re=W*de/ vW 計算流速m/s de當(dāng)量直徑m v 運(yùn)動粘度m2/s（九）計算努塞爾數(shù)Nu=a*Re b*Pr m（十）計算放熱系數(shù)a =Nu* 入 /dea 放熱系數(shù)W/m2°C入一導(dǎo)熱系數(shù)W/m C分別得出a h、a c熱冷介質(zhì)放熱

7、系數(shù)(十一)計算傳熱系數(shù)K=1/(1/ a h+1/ a c+rp+rh+rc)W/m2 Crp板片熱阻 0.0000459m2 C /Wrh熱介質(zhì)污垢熱阻 0.00001720.0000258m2 C /Wrc冷介質(zhì)污垢熱阻 0.0000258 0.0000602m2 C /W(十二)計算理論換熱面積Fm=Wq/(K* T)(十三)計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 m2W板間流速m/s(十四)計算換熱器程數(shù)N=(Fm/s+1)/(2*n)N 為 A 1 的整數(shù)s單板換熱面積m2（十五）計算實(shí)際換熱面積F=（2*N* n-1）*s（

8、純逆流）（十六）計算歐拉數(shù)Eu=x*Re y（十七）計算壓力損失 P=Eu* Y *W2*N*10 -6 MPa丫一介質(zhì)重度Kg/m3W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 新計算。經(jīng)過反復(fù)校核，直到計算結(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)是計算結(jié)果準(zhǔn)確，應(yīng)用范

9、圍 廣；缺點(diǎn)是計算復(fù)雜，步驟多，時間長。三、計算機(jī)算法利用計算機(jī)進(jìn)行板式換熱器選型計算，充分 發(fā)揮了計算機(jī)運(yùn)算速度快的特長，一個計算在 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。板換廠家選型計算軟件中存 貯了計算所需的不同水溫時水的各種物理參數(shù) 及板式換熱器定型設(shè)備的所有參數(shù)，設(shè)計人員 在計算機(jī)上進(jìn)行計算時只需輸入工藝條件（如 水量、水溫、壓降等）就能馬上得出計算結(jié)果， 這為設(shè)計人員提供了極大的方便。計算人員還 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

10、人員在要求板換廠家提供板式換熱器 選型計算書時，除了向板換廠家提供換熱系統(tǒng) 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)

11、最大不超過 0.000103m2 C /W 以下給出常用介質(zhì)板式換熱器的污垢系數(shù)：液體的種類污垢系數(shù)（m2C軟水或蒸餾水0.0000086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0.000034潤'滑油0.0000 仃2植物油0.0000 仃2有機(jī)溶劑0.0000086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)的計算結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行分析和比較：計算條件工藝水 Q=25m 3/h Th仁25 C Th2=20 C 壓力損失0.05MPa冷凍水Tc1=5 C Tc2=10 C污垢系數(shù)0.1 m2 C /kW瑞典舒瑞普公司計算結(jié)果

12、工藝水流量（m3/h） 25 0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工藝水比熱工藝J水導(dǎo)熱系數(shù)工藝水運(yùn)動粘度工藝水壓力損失工藝水Mp孔直徑工藝水角孔孔流速工藝水板間流速工藝水雷諾數(shù)平均對數(shù)溫差換熱量C kW）25.020.022.5 996.4.180.601.020.05701.801.0061915 145.換熱面積（m2）2.52換熱器型號GX板片材料AISI墊片材料NBR（冷凍水流量（m3/h） 冷凍水進(jìn)口溫度 冷凍水出口溫度 冷凍水平均溫度 冷凍水容重 冷凍水比熱冷凍水導(dǎo)熱系數(shù) 冷凍水運(yùn)動粘度 冷凍水壓力損失 冷凍水角孔直徑 冷凍水角孔流速 冷凍水板間流速 冷凍水雷諾

13、數(shù) 污垢系數(shù)（m2°C 傳熱系數(shù) 換熱器程數(shù) 板片總數(shù) 板片厚度（mm） 最高工作壓力24.95.010.07.51004.200.581.280.05701.801.004150.123841230.51.6北京華海換熱器廠計算結(jié)果工藝水流量（m3/h） 25 0工藝水進(jìn)口溫度250工藝水由口溫度20"0工藝水平均溫度22 5工藝水容重297 工蘭水比熱997 （ KJ/Kg C）4.17冷凍水流量（m3/h） 8.08冷凍水進(jìn)口溫度冷凍水出口溫度冷凍水平均溫度 冷凍水容重 冷凍水比熱5.020.412.7 999.4.19工藝水導(dǎo)熱系數(shù)Zr7/m -r n V0.60冷

14、凍水導(dǎo)熱系數(shù)0.57工藝水運(yùn)動粘度0.89冷凍水運(yùn)動粘度1.31工藝水壓力損失乙 A Pc » 一0.05冷凍水壓力損失0.02丄藝水角孔）徑70冷凍水角孔直徑70工乙水角孔流速1.80冷凍水角孔流速0.58工藝水板間流速0.42冷凍水板間流速0.13工藝水雷諾數(shù)327冷凍水雷諾數(shù)828平均對數(shù)溫差8.80污垢熱阻（m2C0.1換熱量PkW）144.傳熱系數(shù)225換熱面積（m2）7.6換熱器程數(shù)1換熱器型號BR2板片總數(shù)35板片材料SUS板片厚度（mm）0.7墊片材料EPN最高工作壓力1.6從計算結(jié)果可以看出，舒瑞普公司在計算中 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

15、滿足傳熱方程F=Wq/（K* T）。北京 華海換熱器廠在計算中采用污垢系數(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 F=Wq/（K* T）。換熱面積的確定在多數(shù)情況下取決于設(shè)計 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，這主要依 賴于舒瑞普公司先進(jìn)的板片設(shè)計，它使得舒瑞普 公司所選用的板式換熱器跟設(shè)計工況比較接近， 而且換熱面積取值較小。北京華海換熱器廠

16、選型 計算結(jié)果的主要特點(diǎn)是與實(shí)際工況比較接近，它 會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因設(shè)備廠家的不同而發(fā) 生變化，這一點(diǎn)設(shè)計人員因在設(shè)計說明中加以 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，將會產(chǎn)生異想不到的后果。(1) 求熱負(fù)荷QQ=G . p. C P. t(2) 求冷熱流體進(jìn)出口溫度t2=t1+ Q /G . p. C P(3) 冷熱流體流量G = Q / p. C P . (t2-t1(4) 求平

17、均溫度差 tm tm=(T1-t2)-(T2-t1)/In (T1-t2)/(T2-t1)或 tm=(T 1 -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K值范圍，計算板片數(shù)范圍N min , N maxN min = Q / Kmax. tm . F P .卩N max = Q / Kmin. tm . F P .卩(7) 取板片數(shù) N (N min <N <N max )若N已達(dá)N 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 / vNu =a1 . Rea2. Pra3(10) 求a, K傳熱面積Fa = Nu .入 /deK= 1 / 1/ah+1/ ac+ 丫 c+ 丫 c+ 8 / 入 0F= Q /K . tm . p(11) 由傳熱面積F求所需板片數(shù)NNNN = F/ F