《板式换热器原理》PPT课件.ppt

板式换热器基本原理,上海艾克森新技术有限公司,概述,板式换热器悬挂式结构由波纹板片、密封垫、固定压紧板、中间板、活动压紧板、支架、上下定位导杆、压紧螺栓等主要零件组成。板上有四个角孔，供传热的两种液体通过，传热板片安装在一个侧面有固定板和活动板的框架内，用夹紧螺栓夹紧。相邻板片具有反方向的波纹沟槽，沟槽的交叉点相互支撑形成接触点，介质流动时形成湍流，从而获得很高的传热效率。 密封垫片粘在板片上密封流道。,板片和压紧板悬挂在上导杆上并由上下导杆定位，而上下导杆则固定在支柱上。如果其中一种流体或两种流体在换热器内不是单一流程而需要多板程，则接口位置会根据流程数来决定开在固定板和（或）活动板上,板式换热器传热机理,板式换热器传热机理是根据热力学定律： “热量总是由高温物体自发地传向低温物体 , 两种流体存在温度差 , 就必然有热量进行传递 ”。在换热器设计中，板片按一定的间隔通过橡胶垫片压紧组成通道，两种存在温度差的流体在受迫对流传热过程中通过角孔进入板片通道，在相邻通道中两种不同流体形成逆流或顺流通过板片进行热量的交换。换热板片被压成各种不同波纹形式，以增加换热板片面积和刚性。合理的波纹形式使得低雷诺数下流体就可以达到高度湍流，创造出最高的换热效率。由于热传递板表面采用波纹结构优化设计 , 即使流体流速在雷诺准数值以下，流体在板片之间的运动亦呈三维运动 , 促使流体形成剧烈紊动 , 减少边界层热阻强化传热效率。,必须的五个板式换热器选型参数：,总传热量(单位:kW) 一次侧、二次侧的进出口温度 一次侧、二次侧的允许压力降 最高工作温度 最大工作压力 如果已知传热介质的流量，比热容以及进出口的温度差，总传热量即可计算得出。,传热速率方程,解决传热问题，都需要从总的传热速率方程出发，即： 式中：Q-冷流体吸收或热流体放出的热流量，W； K-传热系数， A-传热面积，； -平均传热温差，。 从上式可以看出，要想知道换热器的传热面积，只要知道总换热量，平均对数温差和传热系数就可以得出换热面积。,对数平均温差(LMTD),对数平均温差是换热器传热的动力，对数平均温差的大小直接关系到换热器传热难易程度.在某些特殊情况下无法计算对数平均温差,此时用算术平均温差代替对数平均温差，介质在逆流情况和在并流情况下的对数平均温差的计算方式是不同的。 逆流时：,并流时：,总传热系数,总传热系数是用来衡量换热器传热阻力的一个参数。传热阻力主要是由传热板片材料和厚度、污垢和流体本身等因素构成。单位：W/m2. 或kcal/h.m2. 总的传热系数用下式计算： 其中： k=总传热系数(W/m2.) 1 = 一次测的对流换热系数(W/m2.) 2 = 二次测的对流换热系数(W/m2.) =传热板片的厚度(m) =板片的导热系数 (W/m.) R1、R2分别是两侧的污垢系数 (m2./W),压力降,压力降直接影响到板式换热器的大小，如果有较大的允许压力降，则可能减少换热器的成本，但会损失泵的功率，增加运行费用。一般情况下，在水水换热情况下，允许压力降一般在20-100KPa是可以解接受的。,总传热量的计算方法,热流量衡算式反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系，在换热器保温良好，无热损失的情况下，对于稳态传热过程，其热流量衡算关系为： （热流体放出的热流量）=（冷流体吸收的热流量） 在进行热衡算时，对有、无相变化的传热过程其表达式又有所区别。 （1） 无相变化传热过程 式中 Q-冷流体吸收或热流体放出的热流量，W； mh,mc-热、冷流体的质量流量，kg/s； Cph,Cpc-热、冷流体的比定压热容，kJ/(kgK)； T1,t1 -热、冷流体的进口温度，K； T2,t2-热、冷流体的出口温度，K。,（2）有相变化传热过程,两物流在换热过程中，其中一侧物流发生相变化，如蒸汽冷凝或液体沸腾，其热流量衡算式为： 一侧有相变化 两侧物流均发生相变化 ，如一侧冷凝另一侧沸腾的传热过程 式中 r,r1,r2-物流相变热，J/kg； D,D1,D2-相变物流量，kg/s。 对于过冷或过热物流发生相变时的热流量衡算，则应按以上方法分段进行加和计算。,垫片失效,在板式散热片之间进行密封的弹性密封垫是一种易损件，它的使用寿命对于板式换热器的使用寿命有着重要的影响。如果这些密封热硬化了，失去了原有的弹性，则可导致换热器无法正常工作。,弹性密封垫的使用寿命影响因素,换热器的工作方式（连续的还是不连续的） 间断工作对垫片寿命影响非常大 （2）换热的介质和使用的清洁剂的腐蚀性 垫片都是橡胶制品，对某些介质其耐腐蚀性能比较差。 （3）最高工作温度 某种垫片都有其最高工作温度，工况运行时不能超过其最高温度。 （4）最高工作压力 同样，换热器在出厂前都会根据用户提供的设计压力进行1.25倍压力检测，在工作运行环境中工作压力不能超过设计压力。 （5）由于过大的压力和不均衡的压力而使弹性密封垫的应力较大 （6）自然老化,板片存在的几种腐蚀类型,目前板式换热器板片通常采用奥氏体不锈钢、钛及钛合金、镍及镍合金等材料制造，对于这些材料的板式换热器存在的腐蚀类型有： a 全面腐蚀破裂 b点蚀 c 缝隙腐蚀 d晶间腐蚀 e应力腐蚀破裂 f 腐蚀疲劳 g氢损伤 。 h 选择性腐蚀,不锈钢板片的腐蚀,使Cr-Ni奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的介质很多，一般在含无机酸、有机酸、强酸弱碱盐类、尿素甲铵液等酸性介质中都有可能发生奥氏体不锈钢晶间腐蚀。 非敏化态晶间腐蚀主要出现在含Cr6+的HNO3或浓HNO3介质中 不锈钢的应力腐蚀是不锈钢局部腐蚀破坏中最常见，危害最大的一种 。导致各类不锈钢应力腐蚀的最常见介质是含有Cl-和氧的大气和工业水，海水等。,六、Cr-Ni不锈钢合理选材,为解决一般Cr-Ni不锈钢的氯化物应力腐蚀，合理选材就显得非常重要。 根据对不锈钢在不同温度，外加应力18MPa，Cl-含量与发生开裂时间的研究结果，可以知道当Cl-为50ppm时，裂纹就较难发生，故主张以50ppm为限制。 即当Cl- 50ppm时，水温130可采用304不锈钢；水温130采用316不锈钢。若水温130，并Cl- 50ppm，则可考虑采用钛。,钛及钛合金,钛及钛合金在热力学上是不稳定的金属，具有非常活泼的化学性质，但其与氧有很高的亲和力，易于与氧结合生成氧化膜，且该氧化膜因机械损伤遭到破坏时易于恢复，使其在许多腐蚀性介质中具有优异的耐蚀性性能。但其耐蚀性能取决于金属表面的钝化膜是否能够维持，当钝化膜不能维持时，金属将可于介质发生剧烈的化学反应，如在还原性的酸HCl、H2SO4、甲酸、乙酸、草酸、柠檬酸、乳酸等介质中。在某些介质中亦有应力腐蚀开裂和晶间腐蚀的可能，如氯化物的水溶液、高温氯化物、盐酸、发烟硝酸、N2O4、醇系有机溶剂、湿空气、熔融金属等。,钛的应用,a海水淡化设备 b在原油提炼过程中，多年来钛及钛合金已成功地用于石油精炼设备中，主要用作常压原油蒸馏塔冷凝器管组，其可靠性远高于碳钢；还可用作各种热交换器,镍及镍合金,板式换热器使用的镍及镍合金主要有纯镍N2、N6，哈氏合金系列，254SMO等材料。 纯镍是一种银白色金属，由于具有优良的耐蚀性，N6是工业上应用最广泛的材料，它具有很好的机械性能，在许多腐蚀环境中具有优良的耐蚀性能，特别耐烧碱的腐蚀。镍的耐腐蚀性能也是由于镍的表面能形成致密和坚固的钝化膜。在天然淡水中为0.003mm/a，在海水中为0.13mm/a。在苛性碱溶液中，甚至在高温下也极稳定(0.010.003mm/a).但在酸性条件下镍的耐蚀能力较差，如蒸气冷凝水对镍的影响很小，但冷凝水被O2和CO2饱和时，在120腐蚀速度高达0.22mm/a。在无机酸，特别是氧化性酸如硝酸和亚硝酸，对镍的作用极强烈。碳酸盐，硝酸盐，硫酸盐，氯化物和醋酸盐的碱性和中性溶液对镍影响极小，腐蚀速率一般小于0.013mm/a，但这些盐类的酸性溶液与镍反应强烈，达到