板式換熱器選型計算

1、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，目前廣泛應(yīng)用于冶金、機械、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、手工標準算法及計算機算法三種，以下就三種算法的特點進行簡要的說明。一、 手工簡易算法計算公式： F=Wq/(K*T)式中 F 換熱面積 m2 Wq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)，計算換熱量、平均對數(shù)溫差，設(shè)定傳熱

2、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，查出實際傳熱系數(shù)及壓降。若實際傳熱系數(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。若實際傳熱系數(shù)大于設(shè)定傳熱系數(shù)，而實際壓降大于設(shè)定壓降，則應(yīng)進一步降低設(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)點是計算簡單，步驟少，時間短；缺點是結(jié)果不準確，應(yīng)用范圍窄。造成結(jié)果不準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

3、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)實例加以說明采用手工簡易算法得出的計算結(jié)果與實測結(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)工藝水冷凍水流量m3/h進水溫度出水溫度壓降MPa流量m3/h進水溫度出水溫度壓降MPa計算結(jié)果5928170.031306110.06實測結(jié)果6322170.0421722BR05 F=5m2 北京市華都換熱設(shè)備廠40熱水系統(tǒng)工藝水高溫水流量m3/h進水溫度出水溫度壓降MPa流量m3/h進水溫度出水溫度壓降MPa計算結(jié)果610400.00606990700.008實測結(jié)果

4、1033390.0219036二、 手工標準算法計算方法與步驟（一）工藝條件熱介質(zhì)進出口溫度Th1 Th2 流量 m3/h Qh壓力損失（允許值）MPa Ph冷介質(zhì)進出口溫度 Tc1 Tc2流量 m3/h Qc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/m3 h c介質(zhì)比熱 KJ/kg· Cph Cpc導熱系數(shù) W/m· h c運動粘度 m2/s h c普朗特數(shù) Prh Prc（三）平均對數(shù)溫差（逆流） T=(Th1-Tc2)-(Th2-Tc1)/ln(Th1-Tc2)/(Th2-Tc1)

5、或T=(Th1-Tc2)+(Th2-Tc1)/2 （分子等于零） （四）計算換熱量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) 3.54.5m/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 l m 平均當量直徑 de m (d2*l)傳熱準則方程式 Nu=a*Reb*Prm壓降準則方程式 Eu=x*ReyNu努塞爾數(shù) Eu歐拉數(shù)a.b.x.y板形

6、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0.10.4m/s（八）計算雷諾數(shù) Re=W*de/W 計算流速 m/sde當量直徑 m運動粘度 m2/s（九）計算努塞爾數(shù) Nu=a*Reb*Prm（十）計算放熱系數(shù) =Nu*/de放熱系數(shù) W/m2·導熱系數(shù) W/m·分別得出h、c熱冷介質(zhì)放熱系數(shù)（十一）計算傳熱系數(shù) K=1/(1/h+1/c+rp+rh+rc) W/m2·rp板片熱阻 0.0000459m2·/Wrh熱介質(zhì)污垢熱阻 0.00

7、001720.0000258m2·/Wrc冷介質(zhì)污垢熱阻 0.00002580.0000602m2·/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1的整數(shù)s單板換熱面積 m2（十五）計算實際換熱面積 F=(2*N*n-1)*s （純逆流）（十六）計算歐拉數(shù)Eu=x*Rey（十七）計算壓力損失P=Eu*W2*N*10-6 MPa介質(zhì)重度 Kg/m3W板間流速 m/sN換熱器程數(shù) 選定

8、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)驗公式及流阻經(jīng)驗公式，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)進一步降低初定的板間流速，重新計算。經(jīng)過反復校核，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)點是計算結(jié)果準確，應(yīng)用范圍廣；缺點是計算復雜，步驟多，時間長。三、 計算機算法利用計算機進行板式換熱器選型計算，充分發(fā)揮了計算機運算速度快的特長，一個計算在微機上幾秒鐘內(nèi)就能完成，且結(jié)果的準確性是手算難以達到的

9、。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)計人員在計算機上進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)濟合理又性能可靠的板式換熱器。設(shè)計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。

10、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、維護清洗費用增加、設(shè)備運行時間縮短；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。要達到既節(jié)省了一次性投資，又使能量消耗、維護清洗費用達到一個合理值，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)最大不超過0.000103m2·/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)（m2·/W）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

11、循環(huán)水0.000034潤滑油0.00001720.000043植物油0.00001720.000052有機溶劑0.00000860.000026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)的計算結(jié)果，并對結(jié)果進行分析和比較：計算條件工藝水 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 m2·/kW瑞典舒瑞普公司計算結(jié)果工藝水流量（m3/h）25.0冷凍水流量（m3/h）24.9工藝水進口溫度（）25.0冷凍水進口溫度（）5.0工藝水出口溫度（）20.0冷凍水出口溫度（）10.0工藝水平均溫度（）22

12、.5冷凍水平均溫度（）7.5工藝水容重（Kg/m3）996.7冷凍水容重（Kg/m3）1001.0工藝水比熱（KJ/Kg·）4.189冷凍水比熱（KJ/Kg·）4.207工藝水導熱系數(shù)（W/m·）0.608冷凍水導熱系數(shù)（W/m·）0.585工藝水運動粘度（10-6·m2/s）1.027冷凍水運動粘度（10-6·m2/s）1.285工藝水壓力損失（MPa）0.05冷凍水壓力損失（MPa）0.05工藝水角孔直徑（mm）70冷凍水角孔直徑（mm）70工藝水角孔流速（m/s）1.80冷凍水角孔流速（m/s）1.80工藝水板間流速（m/s）1

13、.00冷凍水板間流速（m/s）1.00工藝水雷諾數(shù)6190冷凍水雷諾數(shù)4150平均對數(shù)溫差（）15污垢系數(shù)（m2·/kW）0.125換熱量（kW）145.4傳熱系數(shù)（W/m2·）3847換熱面積（m2）2.52換熱器程數(shù)1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)最高工作壓力（MPa）1.6北京華海換熱器廠計算結(jié)果工藝水流量（m3/h）25.0冷凍水流量（m3/h）8.08工藝水進口溫度（）25.0冷凍水進口溫度（）5.0工藝水出口溫度（）20.0冷凍水出口溫度（）20.4工藝水平均溫度（）22.5冷凍水平均溫度（）1

14、2.7工藝水容重（Kg/m3）997.1冷凍水容重（Kg/m3）999.7工藝水比熱（KJ/Kg·）4.1784冷凍水比熱（KJ/Kg·）4.1948工藝水導熱系數(shù)（W/m·）0.608冷凍水導熱系數(shù)（W/m·）0.575工藝水運動粘度（10-6·m2/s）0.89冷凍水運動粘度（10-6·m2/s）1.31工藝水壓力損失（MPa）0.05冷凍水壓力損失（MPa）0.02工藝水角孔直徑（mm）70冷凍水角孔直徑（mm）70工藝水角孔流速（m/s）1.80冷凍水角孔流速（m/s）0.58工藝水板間流速（m/s）0.42冷凍水板間流速（m

15、/s）0.13工藝水雷諾數(shù)3278冷凍水雷諾數(shù)828平均對數(shù)溫差（）8.80污垢熱阻（m2·/kW）0.1換熱量（kW）144.7傳熱系數(shù)（W/m2·）2251換熱面積（m2）7.6換熱器程數(shù)1換熱器型號BR20板片總數(shù)35板片材料SUS 304板片厚度（mm）0.7墊片材料EPNM最高工作壓力（MPa）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

16、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。北京華海換熱器廠選型計算結(jié)果的主要特點是與實際工況比較接近，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)備的最顯箸特點是它的非標準化，每個設(shè)備廠的模具都是自行開發(fā)的，各有各的特點

17、。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)求熱負荷Q Q=GPt (2)求冷熱流體進出口溫度 t2=t1+ Q /G P (3)冷熱流體流量 = Q / P (t2-t1 (4)求平均溫度差tm tm=(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，則進行結(jié)果分析。 (6)由值范圍，計算板片數(shù)范圍min，max min = Q / Kmax tm F P max = Q / Kmin tm F P (7)取板片數(shù)N（minmax ） 若N已達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，Nu Re = W de / Nu =a1Rea2Pra3 (10)求a，K傳熱面積 a = Nu / de K= 1 / 1/ah+1/ ac+c+c+/0 F