板式换热器选型计算(DOC).doc

1、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 m2Wq换 热 量 WK 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

2、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

3、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 22BR05 F=5m2 北京市华都换热设备厂工艺水 高温水40热水系统 流

4、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 0.006069 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

5、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

6、 据 于 角 孔 流 速 。 即 ：Wl=4*Q/(3600* *D2) 3.5 4.5m/sWl角 孔 流 速 m/sQ 介 质 流 量 m3/hD 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*ReyNu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

7、m=0.3 冷 介 质 m=0.4（ 七 ） 拟 定 板 间 流 速 初 值 Wh 或 WcWc=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/sde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/

8、m2rp板 片 热 阻 0.0000459m2 /Wrh热 介 质 污 垢 热 阻 0.0000172 0.0000258m2 /Wrc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/hf单 通 道 横 截 面 积 m2W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 m

9、2（ 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/m3W板 间 流 速 m/sN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。

10、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

11、 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

12、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

13、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

14、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 0.00001720.000043植 物 油 0.00001720.000052有 机 溶 剂 0.00000860.000026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

15、 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

16、 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 （ 10-6m2/s） 1.027 冷 冻 水 运 动 粘 度 （ 10-6m2/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

17、（ 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

18、 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

19、.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 （ 10-6m2/s） 0.89 冷 冻 水 运 动 粘 度 （ 10-6m2/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

20、 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）

21、 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

22、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

23、 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=GPt (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

24、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（minmax ） 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 =a1Re a2Pr 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 NNN ，做（）。 (13)求压降 p Eu = a4Rea5 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 0.70.9 。 4压降修正系数 ，单流程 度=1 1.2 ，二流程、三流程 =1.82.0，四流程=2.62.8。 5a1 、 a2、a3、a4、a5 为常系数。 选型计算各公式符号的意义及单位