板式换热器设计.doc

1、 本 科 毕 业 设 计 论 文 题 目 板式换热器设计 系 别 机械工程系 专 业 热能与动力工程 班 级 能动 901 学 号 09040 学生姓名 白涛 指导老师 王毅 2013 年 06 月 西安交通大学城市学院 本科毕业设计（论文）任务书 题 目 板式 换热器设计 姓 名 白涛 专 业 能动 901 学 号 09040 1.毕业设计（论文）课题的主要任务： （ 1）设计的主要任务 换热器在节能、能量转换，能量回收，以及新能源利用领域里的重要性日益增加。换热器也是工业和科研中广泛应用的换热设备之一，其设计过程要利用到传热学和流体力学的知识。 板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片

2、叠装而成的一种新型高效换热器。 板式换热器通常由薄板组装而成。种类繁多，如：密封式、焊接式、螺旋板式、板壳式等。该课题要求首先对各种换热器进行比较，然后选择一种结构合理、经济耐用的换热器，完成相关的设计、计算，最后画出装配图。通过与工程密切联系的课题研究，培养学生将实际知识利用于工程实践的能力。 （ 2） 设计 的 主要目的 培养学生综合运用课程及有关选修课程基础理论和基本知识去完成板式换热器的设计任务的实践能力 （ 3） 设计目标 设计的设备必须在技术上是可行的，经济上是合理的，环境上是友好的。 （ 4） 设计条件 处理能力： 52t/h 热污水 设备型式：板式换热器 操作条件： 热污水：入

3、口温 度 90 ，出口温度 35 冷却介质：自来水，入口温度 25 ，出口温度 70 容许压强降：不大于 1MPa 每年按 330 天计，每天 24 小时连续运行 2.课题的具体工作内容 （原始数据、技术要求、工作要求）： （ 1） 查阅相关文献资料，了解换热器的设计基本方法； （ 2） 对板式换热器的各种类型 进行比较，然后选择一种结构合理、经济耐用的换热器，作为研究对象 ； （ 3） 根据板式换热器的特点，完成相关的设计计算，流道的选择等，写出设计过程； A .计算总传热系数 B .计算传热面积 （ 4） 换热器核算 （ 5） 完成板式换热器的设计全过程； （ 6） 画出板式换热器的零件图

4、； （ 7） 画出板式换热器的总装配图； 3.课题完成后提交的书面材料要求 （论文字数，图纸规格、数量，实物样品，外文翻译字数等）： （ 1） 撰写出 1.5 万字以上的论文； （ 2） 零件图； （ 3） 装配图一张； （ 4） 不少于 20， 000 印刷符号的英文翻译。 4.主要参考文献： （ 1） 王毅 过程装备测试技术 M 北京： 北京大学出版社， 2010 （ 2） 马履中 机械原理与设计北京：机械工业出版社， 2009 （ 3）余建祖编著换热器原理与设计北京航 空航天大学出版社， 2006 （ 4）沙拉、赛库里克著程林译换热器设计技术北京，机械工业出版社， 2010 （ 5）兰州

5、石油机械研究所板式换热器人字形波纹板片试验总结报告 J， 1972 （ 6）钱颂文等换热器设计手册 M北京：化学工业出版社， 2002 （ 7）杨崇麟板式换热器工程设计手册 M北京：机械工业出版社， 1995 （ 8） Flavio C.C, Galeazzo, Rsquel Y.Miura, et al. Ex-perimental and numerical heat transfer in a plate heat exchanger. Chemical Engineering Science, 2006, (61):7133-7138 （ 9）常春梅 国内可拆卸板式换热器现状及发展趋势

6、 石油化工设备 2008， 9（ 37，5） （ 10）赵晓文 ， 苏俊林 板式换热器的研究现状及进展 冶金能源 2011， 1 （ 11）张晓锋 浅谈板式换热器 科技情报开发与经济 2009， 10 （ 12）邹同华 ， 杜建通 板式换热器设计选型及使用中应注意的问题 设计与安装 （ 13）李永新 ， 杨峰 ， 陈文强 板式换热器失效原因分析及维修方法 工业 生产 2006，4 要求完成日期： 年 月 日 指导教师（签名）： 接受任务日期： 年 月 日 学生（签名）： 系审批意见： 负责人签字： 年 月 日 摘 要 I 摘 要 本设计是以板式换热器为设计对象，主要介绍了板式换热器传热原理。板

7、式换热器是一种高效节能型换热设备 ,具有传热效率高 ,质量轻 ,占地面积小 ,易于维修等诸多优点。板式换热器的设计主要包括传热设计和框架结构设计。传热设计主要是根据介质和工况条件确定版式换热器的型号及板片的型号和介质的流动方式，而确定板片的型号关键是总传热系数 K 值的计算；框架结构设计是根据介质的性质、板片的尺寸和有关资料设计固定压紧板，活动压紧 板，上、下导杆，夹紧螺柱等零部件的尺寸和材料，并根据有关标准规定校核各零部件的强度、稳定性。 关键词 ： 板式换热器，总传热系数 K，压紧板 西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文） II ABSTRACT This design is deta

8、chable plate heat exchanger for design object, mainly introduced the principle of heat, heat exchanger can disassemble phe is an efficient energy-saving heat exchange equipment, with heat transfer efficiency, light quality, cover an area of an area small, easy maintenance, and many other advantages.

9、 The heat exchanger design mainly includes the design and structure design of heat. Heat is designed according to the media and the conditions of heat exchanger model and determine the format and medium plate type, and determine the flow is the key of the plate type heat transfer coefficient of tota

10、l K value calculation, Frame structure is designed according to the properties of medium, the size of the plate and the relevant material design pressure plate fixation, activities, and pressure plate under the guide bar clamping luozhu, etc, the size of the parts and materials, and according to the

11、 relevant standards of parts of checking intensity and stability. KEY WORDS： The total heat transfer coefficient of plate heat exchanger, pressureplate 目录 I 目录 摘 要 .I ABSTRACT. II 1 绪论 . 1 1.1 板式换热器简介 . 1 1.2 板式换热器的基本结构 . 1 1.3 平板式换热器的特点 . 2 1.4 板式换热器的应用场合 . 3 1.5 板式换热器选型时应注意的问题 . 4 1.5.1 板型选择 . 4 1

12、.5.2 流程和流道的选择 . 4 1.5.3 压降校核 . 5 1.6 结构原理 . 5 2 板式换热器国内外研究（设计）概况及发展趋势 . 7 2.1 应用前景 . 7 2.2 研究状况 . 7 2.3 发势展趋 . 8 3 板式换热器的 设计 . 9 3.1 提高传热效率 . 9 3.11 提高板片的表面传热系数 . 9 3.12 减小污垢层热阻 . 9 3.1.3 选用导热率高的板片 . 9 3.1.4 减小板片厚度 . 9 3.2 提高对数平均温差 . 10 3.3 进出口管位置的确定 . 10 3.4 降低换热器阻力的方法 . 10 3.4.1 采用热混合板 . 10 3.4.2

13、采用非对称型板式换热器 . 10 3.4.3 采用多流程组合 . 11 3.4.4 设换热器旁通管 . 11 3.4.5 板式换热器形式的选择 . 11 3.5 橡胶密封垫材质及安装方式 . 11 西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文） II 3.5.1 材质的选择 . 11 3.5.2 安装方式的选择 . 11 3.5.3 合理选用板片材质 . 12 4 传热工艺计算 . 13 4.1 设计条件 . 13 4.2 符号 . 13 4.3 已知参数 . 14 4.4 板片的选取 . 14 4.4.1 总热负荷的计算 . 14 4.4.2 板片的选取 . 15 4.5 总传热系数 K 的计算

14、 . 16 4.5.1 裕量要求 . 16 4.5.2 BR0.3 的主要几何参数及相关关联式 . 16 4.5.3 K 值的计算 . 17 5 板式换热器结构设计及强度校核 . 23 5.1 符号 . 23 5.2 已知参数 . 24 5.3 结构设计及强度校核 . 25 5.3.1 板片 . 25 5.3.2 压紧板设计及强度校核 . 25 5.3.3 夹紧螺柱设计及强度校核 . 28 5.3.4 导杆设计及强度校核 . 29 5.4 垫片 . 31 5.5 支柱设计及强度校核 . 31 5.6 开孔补强 . 33 5.6.1 补强及补强方法判 别 . 33 结 论 . 34 参考文献 .

15、 36 DESIGN OF HEAT EXCHANGER FOR HEAT RECOVERY IN CHP SYSTEMS . 37 绪论 1 1 绪论 1.1 板式换热器简介 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。可拆卸板式换热器是一种高效节能型换热备 ， 具有传热效率高 ， 质量轻 ， 占地面积小 ， 易于维修等诸多优点。它可以用石墨、陶瓷、玻璃等非金属材料以及不锈钢、钛、钽、锆等金属材料制成。但是用石墨、陶瓷、玻璃等材料制成的有易碎、体积大、导热差等缺点，用钛、钽、锆等稀有金属制 成的换热器价格过于昂贵，不锈钢

16、则难耐许多腐蚀性介质，并产生晶间腐蚀。 板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。它与常规的管壳式换热器相比，在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下，其传热系数要高出很多，在适用的范围内有取代管壳式换热器的趋势。 板式换热器是液 液、液 汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便、应用广泛、使用寿命长等特点。在相同压力损失情况下，其传热系数比管式换 热器 高 3-5 倍，占地面积为管式换热器的三分之一，热回收率可高达 90%以上。板式换热器广泛应用于冶金、石油、化工、食

17、品、制药、船舶、纺织、造纸等行业，是加热、冷却、热回收、快速灭菌等用途的优良设备。 板式换热器的型式主要有框架式（可拆卸式）和钎焊式两大类，板片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板片三种。 对于可拆卸式板式换热器 ,垫片的密封性决定了整个换热器的性能。垫片经多次松开和压紧容易损坏 ， 需要更换。垫片是用机械或粘接的方式嵌入沟槽的。板式换热器属于压力容器 ， 必须定期检查 ， 检查腐蚀状态 ， 如有腐蚀 ， 一 经发现 ， 必须修理 ， 当腐蚀严重 ， 不可能修复 ， 必须更换新件。板式换热器一经选定 ， 便不可随便作它用 ， 否则会造成严重后果。 我国可拆卸板式换热器经过数十年的发展

18、 ， 已经有了长足的进步 ， 在有些方面已接近国际先进水平 ， 但仍然有较大差距。 1.2 板式换热器的基本结构 平板式换热器由一组长方形的薄金属传热板片构成，用框架将板片夹紧组装于支架上。两个相邻板片的边缘衬以垫片压紧密封。垫片的材质通常采用各种橡胶或压缩石棉等组成，根据不同的处理介质选用。板片四个角上开有圆孔，西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文） 2 垫片叠加组装后构成流体的通道。温度不同的流体介质分别从板 片的两侧流过，从而通过垫片进行热交换。 平板式换热器的板片一般比较薄，其厚度一般为 0.5-3mm， 其表面通常分别压制成各种波纹型或槽型，既可以增强板片的强度，同时也可以改变流

19、体的流动状态，增强流体的湍流程度，提高换热效率。 平板式换热器可以用于处理从水到粘度的液体，可用于加热、冷却、冷凝、蒸发等过程。在化工行业中用于冷却氨水、工业处理废水、冷却合成树脂等；在食品工业中，广泛用于食品的加热杀菌和冷却；在生活设施中可用于制冷、加热；同时，板式换热器还广泛用于制碱、制酸、染料、钢铁、机械、电力、造纸、制药、纺织等 行业。随着技术的不断发展，平板式换热器可以得到更为广泛的应用。 换热板片的尺寸，常见的宽度为 200-1000mm，板高可达 2000mm，两板之间的间距一般为 4-6mm， 板片的数目可以根据需要的换热能力进行增减，这也是平板式换热器较其他换热器的优点。板片

20、的形式有很多种类，最常用的有水平平直波纹板结构、人字形板片结构等。其中波纹的截面形状又分为三角形、梯形。 流体的流向与波纹成一定的倾角或垂直，形成曲折流动，增强流动的扰动。平板式换热器的主要优点： 1.在低流速下可以获得高的传热系数 ； 2.热效率高 ；3.结构紧凑， 占用空间小，很小的空间就可以提供较大的换热面积，单位体积内具有的换热面积是列管式换热器的 1.7 倍以上 ； 4.成本低。 1.3 平 板式换热器的特点 1、 平板式换热器的缺点主要是由于受结构强度和垫圈材质的限制，操作压力和温度较低，而且由于板间的间隙小，所处理的容量也有限。一般其操作压力应控制在 1.5MPa 以下；对合成橡胶垫圈，其适用温度应不高于 130 ，对压缩石棉垫圈，其适用温度应不高于 250 。 板式换热器是将板片以叠加的形式装在固定压紧板、活动压紧板中间，然后用夹紧螺栓夹紧而成 （ 见图 1-1）。