板式换热器设计

第1章概论通过广泛的应用与实践，人们加深了对板式换热器优越性的认识，随着应用领域的扩大和制造技术的进步，使板式换热器的发展加快，目前已成为很重要的换热设备。1.1板式换热器发展简史目前板式换热器已成为高效、紧凑的热交换设备，大量地应用于工业中。它的发展已有一百多年的历史。德国在1878年发明了板式换热器，并获得专利，到1886年，由法国M.Malvazin首次设计出沟道板板式换热器，并在葡萄酒生产中用于灭菌。APV公司的R.Seligman在1923年成功地设计了可以成批生产的板式换热器，开始时是运用很多铸造青铜板片组合在一起，很像板框式压滤机。1930年以后，才有不锈钢或铜薄板压制的波纹板片板式换热器，板片四周用垫片密封，从此板式换热器的板片，由沟道板的形式跨入了现代用薄板压制的波纹板形式，为板式换热器的发展奠定了基础。与此同时，流体力学与传热学的发展对板式换热器的发展做出了重要的贡献，也是板式换热器设计开发最重要的技术理论依据。如：19世纪末到20世纪初，雷诺用实验证实了层流和紊流的客观存在，提出了雷诺数一一为流动阻力和损失奠定了基础。此外，在流体、传热方面有杰出贡献的学者还有瑞利、普朗特、库塔、儒可夫斯基、钱学森、周培源、吴仲华等。近几十年来，板式换热器的技术发展，可以归纳为以下几个方面：（1）研究高效的波纹板片。初期的板片是铣制的沟道板，至三四十年代，才用薄金属板压制成波纹板，相继出现水平平直波纹、阶梯形波纹、人字形波纹等形式繁多的波纹片。同一种形式的波纹，又对其波纹的断面尺寸一一波纹的高度、节距、圆角等进行大量的研究，同时也发展了一些特殊用途的板片。（2）研究适用于腐蚀介质的板片、垫片材料及涂（镀）层。（3）研究提高使用压力和使用温度。（4）发展大型板式换热器。（5）研究板式换热器的传热和流体阻力。（6）研究板式换热器提高换热综合效率的可能途径。1.2我国板式换热器设计制造应用情况我国板式换热器的研究、设计、制造，开始于六十年代。1965年，兰州石油化工机器厂根据一些资料设计、制造了单板换热器面积为0.52m2的水平平直波纹板片的板式换热器，这是我国首家生产的板式换热器，供造纸厂、维尼纶厂等使用。八十年代初期，该厂又引进了W.Schmidt公司的板式换热器制造技术，增加了板式换热器的品种。1967年，兰州石油机械研究所对板片的六种波纹型式作了对比试验，肯定了人字形波纹的优点，并于1971年制造了我国第一台人字形波纹板片（单板换热面积为0.3m2）的板式换热器，这对于我国板式换热器采用波纹型式的决策起了重要的作用。1983年，兰州石油机械研究所组织了板式换热器技术交流会，对板片的制造材料、板片波纹型式、单片换热面积、板式换热器的应用等方面进行了讨论，促进了我国板式换热器的发展。国家石油钻采炼化设备质量监测中心还对板式换热器的性能进行了大量的测定。清华大学于八十年代初期，对板式换热器的换热、流体阻力和优化等方面进行了理论研究，认为板式换热器的换热，以板间横向绕流作为换热物理模型，该校还对板式换热器的热工性能评价指标及板式换热器的计算机辅助设计进行了研究。近几十年来，他们还作了大量的国产板片的性能测定。河北工学院就板式换热器的流体阻力问题进行了研究，认为只有当板片两侧的压差相等或压差很小时，板片以自身的刚性使板间距保持在设计值上，否则板片会发生变形，致使板间距发生变化，出现受压通道和扩张通道。其次，他们把板式换热器的流体阻力分解为板间流道阻力和角孔道阻力（包括进、出口管）进行整理，得到一种新的流体阻力计算公式。天津大学对板式换热器的两相流换热及其流体主力计算进行了大量的研究，得出考虑因素比较全面的换热计算公式。近年来，研制了非对称型的板式换热器，进行了国产板式换热器的性能测定及优化设计等工作。华南理工大学、大连理工大学等高等院校和科研单位，也对板式换热器的换热、流体阻力理论或工程应用方面作了很多有益的工作。进入二十一世纪以来，我过的板式换热器研究取得了长足的进步，在借鉴国外先进经验的同时，也逐渐形成了自己的一套设计开发模式，与世界领先技术的差距进一步缩小。我国板式换热器的制造厂家有四五十家、年产各种板式换热器数千台计，但是我国的板式换热器的应用远不及国外，这与人们对板式换热器的了解程度、使用习惯以及国内产品的水平有关。七十年代，板式换热器主要应用于食品、轻工、机械等部门；八十年代也仅仅是应用到民用建筑的集中供热；八十年代中期开始，在化工工艺流程中较苛刻的场合也出现了板式换热器的身影。由于人们对板式换热器工作原理、热力计算、校验等不熟悉的原因，使得板式换热器在开发到应用的时间跨度上，花费了较多的时间。第2章板式换热器基本构造板式换热器是用薄金属板压制成具有一定波纹形状的换热板片，然后叠装，用夹板、螺栓紧固而成的一种换热器。工作流体在两块板片间形成的窄小而曲折的通道中流过。冷热流体依次通过流道，中间有一隔层板片将流体分开，并通过此板片进行换热。板式换热器的结构及换热原理决定了其具有结构紧凑、占地面积小、传热效率高、操作灵活性大、应用范围广、热损失小、安装和清洗方便等特点。2.1整体结构板式换热器的结构相对于板翅式换热器、壳管式换热器和列管式换热器比较简单，它是由板片、密封垫片、固定压紧板、活动压紧板、压紧螺柱和螺母、上下导杆、前支柱等零部件所组成，如图2-1所示：Roller图2-1板式换热器结构示意图

2.2流程组合方式为了使流体在板束之间按一定的要求流动，所有板片的四角均按要求冲孔，垫片按要求粘贴，然后有规律地排列起来，形成流体的通道，称为流程组合。（图2-2［a］、［b］、［c］是典型的排列方式）流程组合的表示方式为：MxN+MxN+…+MxNmxn+mxn+...+mxn1122ii式中：M，M，・・・M:从固定压紧板开始，甲流体侧流道数相等的流程数;12N1，“，•••N:M，M，・・・M中的流道数；i12im「m2，••『j:从固定压紧板开始，乙流体侧流道数相等的流程数;n「气，•••n::m，m，••『中的流道数。i12i［b］并联图2-2典型的流程组合第3章板式换热器的优缺点及应用人们通过科学研究和生产实践，对板式换热器的特点有了深刻的了解，并总结出一系列优缺点。3.1板式换热器优缺3.1.1板式换热器优点传热系数高管壳式换热器的结构，从强度方面看是很好的，但从换热角度看并不理想，因为流体在壳程中流动时存在着折流板一壳体、折流板一换热管、管束一壳体之间的旁路。通过这些旁路的流体，并没有充分地参与换热。而板式换热器，不存在旁路，而板片的波纹能使流体在较小的流速下产生湍流。所以板式换热器有较高的传热系数，一般情况下是管壳式换热器的3〜5倍。对数平均温差大在管壳式换热器中，两种流体分别在壳程和管程内流动，总体上是错流的流动方式。如果进一步分析，壳程为混合流动，管程是多股流动，所以对数平均温差都应采用修正系数。修正系数通常较小。流体在板式换热器内的流动，总体上是并流或逆流的流动方式，其温差修正系数一般大于0.8,通常为0.95。占地面积小板式换热器结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式换热器的25倍，也不像管壳式换热器那样需要预留抽出管束的检修场地，因此实现同样的换热任务时，板式换热器的占地面积约为管壳式换热器的1/5〜1/10。重量轻板式换热器的板片厚度仅为0.6〜0.8mm，管壳式换热器的换热管厚度为2.0〜2.5mm；管壳式换热器的壳体比板式换热器的框架重得多。在完成同样的换热任务的情况下，板式换热器所需要的换热面积比管壳式换热器的小。价格低在使用材料相同的前提下，因为框架所需要的材料较少，所以生产成本必然要比管壳式换热器低。末端温差小管壳式换热器，在壳程中流动的流体和换热面交错并绕流，还存在旁流，而板式换热器的冷、热流体在板式换热器内的流动平行于换热面，且无旁流，这样使得板式换热器的末端温差很小，对于水一水换热可以低于1°C,而管壳式换热器大约为5C，这对于回收低温位的热能是很有利的。污垢系数低板式换热器的污垢系数比管壳式换热器的污垢系数小得多，其原因是流体的剧烈湍流，杂质不宜沉积；板间通道的流通死区小；不锈钢制造的换热面光滑、且腐蚀附着物少，以及清洗容易。多种介质换热如果板式换热器安装有中间隔板，则一台设备可以进行三种或三种以上介质的换热。清洗方便板式换热器的压紧板卸掉后，即可松开板束，卸下板片，进行机械清洗。容易改变换热面积或流程组合只需要增加(或减少)板片，即可达到需要增加(或减少)的换热面积。3.1.2板式换热器缺点工作压力在2.5MPa以下板式换热器是靠垫片进行密封的，密封的周边很长，而且角孔的两道密封处的支撑情况较差，垫片得不到足够的压紧力，所以目前板式换热器的最高工作压力仅为2.5MPa；单板面积在1m2以上时，其工作压力往往低于2.5MPa。工作温度在250C以下板式换热器的工作温度决定于密封垫片能承受的温度。用橡胶类弹性垫片时，最高工作温度在200C以下；用压缩石棉绒垫片(Caf)时，最高工作温度为250〜260C。不宜于进行易堵塞通道的介质的换热板式换热器的板间通道很窄，一般为3〜5mm,当换热介质中含有较大的固体颗粒或纤维物质，就容易堵塞板间通道。对这种换热场合，应考虑在入口安装过滤装置，或采用再生冷却系统。3.2板式换热器应用板式换热器早期只应用于牛奶高温灭菌、果汁加工、啤酒酿造等轻工业部门。随着制造技术的提高，出现了耐腐蚀的板片材料和耐温、耐腐蚀的垫片材料，板片也逐渐大型化。现代的板式换热器广泛地应用于各种工业中，进行液一液、气一液、汽一液，换热和蒸发、冷凝等工艺过程。诸如：化学工业、食品工业、冶金工业、石油工业、电站、核电站、海洋石油平台、机械工业、污水处理、民用建筑工业等。第4章板式换热器热力及相关计算板式换热器中冷、热流体之间的换热一般都是通过流体的对流换热（或相变换热）、垢层及板片的导热来完成的，由于参与传热的流体通常都是液体而不是气体，故不存在辐射换热。4.1传热过程4.1.1对流换热对流和导热都是传热的基本方式。对于工程上的传热过程，流体总是和固体壁面直接相接触的。因此，热量的传递一方面是依靠流体质点的不断运动的混合，即所谓的对流作用；另一方面依靠由于流体和壁面以及流体各处存在温差面造成的导热作用。这种对流和导热同时存在的过程，称为对流换热。由于引起流体流动的原因不同而使对流换热的情况有很大的差异，所以将对流换热分为两大类。一类是自然对流（或称自由流动）换热，即因流体各部分温度不同引起的密度差异所产生的流动换热，如：空气沿散热器表面的自然对流换热；另一类是强制对流（或称为强迫流动）换热，即流体在泵或风机等外力作用下流动时的换热，如：热水在泵的驱动下，在管内流动时的换热。一般情况下，强制流动时，流体的流速高于自由流动时，所以强制流动的对流换热系数高。如：空气的自由流动换热系数约为5〜25W/（m2.°C），而它的强制流动传热系数为10〜100W（m2.C）。影响对流换热的因素很多，如流体的物性（比热容、导热系数、密度、粘度等），换热器表面形状、大小，流体的流动方式，都会影响对流换热，而且情况很复杂。在传热计算上为了方便，建立了以下的对流换热量的计算公式（牛顿冷却公式）：Q=a（5A或q=a（tw-tf）有该公式可见，影响对流换热的因素都被归结到对流换热系数中，对流换热系数数值上的大小反映了对流换热的强弱。4.1.2相变换热在对流换热中发生着蒸汽的凝结或液体的沸腾(或蒸发)的换热过程，统称为相变换热。由于在这类换热过程中，同时发生着物态的变化，情况要比单相流体中的对流换热复杂得多，所以，相变换热问题成为一个独立的研究领域，而一般的对流换热问题也就仅指单相流体而言。4.2总传热系数的计算4.2.1由热阻关系求解热阻板片热侧流体传热热阻■!，污垢层热阻Rs1，板片热阻|，板片冷侧流1体传热热阻上，污垢层热阻Rs2。它们之和即为总热阻，总热阻的倒数也就是总2传热系数，故其计算式为：K=(—+R+-+—+R)-1

asi人as2为了解决腐蚀问题，有的换热器的板片表层涂有防腐蚀涂层，因而存在涂层热阻R®、孔，总传热系数的计算式则为：K=(—+R+-+-1+R+R+R)-1

asi人aS2coico2涂层的厚度虽然一般仅为几十微米，但涂层的导热系数很小，一般为0.3〜0.6W/(m・°C)，所以涂层热阻相当大，绝对不能忽略。4.2.2由传热方程求解传热的基本方程式为Q=KAAy由此可求得总传热系数K=Q/(AAtm)换热量Q的计算换热量Q的计算可根据具体情况，分别在下列各式中选用:单相流体的吸、放热Q=qmcp（t't''）如果在板式冷凝器中产生过冷或板式蒸发器中发生过热，则总热量为凝结段放热量与过冷段放热量之和，或为蒸发段吸热量与过热段吸热量之和。（2）流体比热容或传热系数变化时的平均温差当流体的比热容不随温度变化时，流体温度的变化与吸收或放出的热量成正比，即成线性关系。当流体的比热容变化不大时，可取某一温度时的比热容作为平均比热容。如果在设计的温度范围内，比热容随温度的变化显著（大于2〜3倍），则用对数平均温差的误差很大，应改用积分平均温差。（3）换热面积A的计算在板式换热器的计算中，换热面积A应采用有效换热面积（A为单板的有效换o热面积，％为总的有效换热面积，*为总的有效传热板片数）Ae=NeAo4.2.3计算确定在设计计算中，常常需要知道比较准确的总传热系数值，这可以通过总传热系数的计算确定。但由于计算传热系数的公式有一定误差及污垢热阻也不容易准确估计等原因，计算得到的总传热系数值与实际情况也会有出入。4.3垢阻的确定投入运行的板式换热器都将因与流体的接触而在板片上结垢。由于垢层的导热都比较差，所以污垢的形成即使其厚度很薄，也对传热会有较大的削弱，特别是在结垢严重，导致通道部分被堵塞的情况下将会使传热大大的恶化。为了衡量污垢对传热的影响，常用污垢热阻Rs或其倒数一污垢系数as来度量，即

图4-1污垢热阻与时间的关系污垢热阻的大小和流体种类、流体流速、运行温度、流道结构、传热表面状况、传热面材料等多种因素有关。污垢在传热面上沉积速率一般都是先积垢较快，而后较慢，最后趋向于某一稳定数。如图4-1所示。由于板式换热器中的高端流度、一方面可使污垢的聚集量减小，同时还起到冲刷清洗作用，所以板式换热器中垢层一般都比较薄。美国传热研究公司对水冷却塔所用的板式和管壳式换热器结垢的实验研究表明，板式换热器的污垢热阻不到管壳式的一半。在设计选取板式换热器的污垢热阻值时，其数值应不大于客观是的公开发表的污垢热阻值的1/5。J.Marriott提供了板式换热器中的具体污垢热阻值，详见表4-1所示表4-1板式换热器中的污垢热阻值液体名称污垢热阻(m2.OC/W)液体名称污垢热阻(m2.C/W)软水或蒸馏水0.000009机器夹套水0.000052城市用软水0.000017润滑油水0.000009~0.000043城市用硬水(加热时)0.000043植物油0.000007~0.000052处理过的冷却水0.000034有机溶剂0.000009~0.000026沿海海水或港湾水0.000043水蒸气0.000009大洋的海水0.000026工艺流体、一般流体0.000009~0.000052第5章板式换热器相关热力计算方法及设计、综合分析设计计算是板式换热器工程设计的核心，其中热力计算是其中非常重要的一部分，同时还有压降计算等相关分析计算。5.1计算类型、方法及工程设计一般原则在进行板式换热器热力计算的时候，不仅要满足设计所需的要求，而且不同于传统的管壳式换热器，它不需要作任何元件或结构方面的设计，所需的只是恰当地组合板片并进行传热计算和压降计算，得出所需的总换热面积与板片数。由于板片的传热与压降性能紧密相关，因此，在接下来的热力计算过程中，将会涉及一部分压降计算相互交替进行。5.2计算的类型及方法5.2.1计算的类型与其它换热器一样，板式换热器的热力计算也分为设计计算与校核计算两种。（1）设计计算通常，两侧流体的流量及四个进、出口温度中的任意三个已给定，要求计算出在满足一定压力限制条件下的有效传热面积与流程、通道排列组合方式。（2）校核计算与设计计算相反，换热面积以及流道布置都已经已知的，而且冷、热流体的流量以及进出口温度也为已知值，要求核算在该通道布置方案下，流体出口温度能否达到预定目标及压力降是否满足要求值。对于上述的两种不同类型的计算所依据的基本原理是完全一致的，但是他们在计算方法或步骤上存在着很大的差别。事实上，在作某一换热场合的工程设计的时候，往往需要两种类型的计算均要用到。即先用设计计算算法求出换热面积与通道布置，再利用校核计算程序核定这个面积与布置是否完成预定的换热任务。5.2.2必备的资料（计算准备）（1）选用范围以内的各种板片的主要几何参数，如：单板有效换热面积、当量直径或板间距、通道横截面及通道长度等。（2）适用介质种类与适用温度，压力范围。（3）传热及压降关联式或以图线形式提供的板片性能资料。（4）所用流体在平均工作温度下的有关物性数据，主要包括：密度、比热容、导热系数及粘度。5.2.3计算的基本关联式（1）热力计算热力计算所依据的基本关联式主要有传热方程式：Q=a（t_t）A或q=a（t-tf）热平衡方程式Q=KAAtm5.2.4计算的基本方法板式换热器的热力计算，无论设计型或是校核型，均可采用下述两种方法中的任意一种。即：平均温差法（简称LMTD方法）；温度效率一传热单元数法（即NTU法）。这里对两种类型的计算法做一个简单的对比见表5-1、表5-2。表5-1设计型计算的步骤平均温差法NTU法（e—NTU）1：求温度及总换热量1：同左2：造型及布置通道，求出对数平均温差2：造型及布置通道并求出温度效率e3：求两侧对流传热系数及总传热系数3：同左4：得出换热面积4：由e—NTU关系式或图线得出NTU值，从而求出所需的换热面积5：检验与原设计面积是否一致(如不一致，重新布置并重复1-5步计算，知道一致为止)5：同左表5-2校核型计算的步骤平均温差法NTU法（e—NTU）1：假设一个出口温度并得出换热量Q‘1：同左2：由给定通道布置求出对流传热系数与总传热系数2：同左3：求平均传热温差3：求NTU值4：得换热量Q4：求得e与换热量Q‘5：比较Q，与Q，如不一致，重复1-5步骤直至一致5：同左5.2.5板式换热器的计算特点无论是哪种类型，也无论采用哪种计算方法，均需叠代计算，但不同方法所需叠代次数不一样。在作设计计算时，平均温差法与8-NTU方法繁简程度类似。前者须求出温差修正系数W,后者须求出与通道组合相应的8-NTU关系式或利用线图。作校核计算时，一般8-NTU方法叠代次数少，因此，在实用中我们经常使用平均温差法作设计，而用e-NTU方法来校验。以上所述的特点均是在正规工程设计中所体现出来的。有时在实际计算中，也可采用简便的经验参数估计方法与线图解法。由于计算机的应用日益普及，给板式换热器的工程设计计算带来了极大的便利与效益，在后面涉及到的计算中将会详细介绍。5.3工程设计、计算的一般原则在设计、计算一台换热器的时候，应分析其设计压力、涉及温度、介质特性、经济性等因素，并和其他换热器设备进行一定程度上的比较，如板式换热器与管壳式换热器的一般比较。5.3.1选择板片的波纹型式板片的波纹型式只要有人字形波纹和水平平直波纹两种。人字形波纹板的承压能力可高于1.0MPa，水平平直波纹板片的承压能力一般都在1.0MPa左右；人字形波纹板片的传热系数和流体阻力都高于水平平直波纹板片。选择板片的波纹型式，主要考虑板式换热器的工作压力、流体的压力降和传热系数。如果工作压力在1.6MPa以上，则别无选择的要采用人字形波纹板片；如果工作压力不高，又特别要求阻力降低，则选用水平平直波纹板片较好一些；如果由于安装位置所限，需要较高的换热效率以减少换热器占地面积，而阻力降可以不受限制，则应选用人字形波纹板片。5.3.2单板面积的选择单板面积过小，则板式换热器的板片数多，也使得占地面积增大，程数增多，导致阻力降增大；反之，虽然占地面积和阻力降减小了，却难以保证板间通道必要的流速。单板面积可按流体流过角孔的速度为6m/s左右考虑。按角孔中速度为6m/s时，则各种单板面积组成的板式换热器处理量见表5-3。表5-3单台最大处理量参考值单板面积(m2)0.10.20.30.50.81.02.0角孔直径(mm)40〜5065〜8080〜100125〜150175〜200200〜250250〜400单台最大流通能力(m3/h)27〜4271.4〜137103〜170264〜381520〜678678〜1060678〜25005.3.3流速的选取流体在板间的流速，影响换热性能和流体的压力降，流速高虽然换热系数高，但是流体的阻力降也增大;反之的情况则相反。一般板间平均流速为0.2〜0.8m/s(主流线上的流速要比平均值高4〜5倍)。流速低于0.2m/s时流体就达不到湍流状态且会形成较大的死角区，流速过高则会导致阻力降剧增。具体设计时，可以先确定一个流速，计算其阻力降是否在给定的范围内；也可按给定的压力降求出流速的初选值。5.3.4流程的选取对于一般对称型流道的板式换热器，两流体的体积流量大致相当时，应尽可能按等程布置；如果两侧流量相差悬殊时，则流量小的一侧可采取多流程布置。相变板式换热器的相变一侧一般均为单程。多程换热器，除非特殊的需要，一般对同一流体在各程中应采取相同的流道数。在给定的总允许压降下，多程布置使每一程对应的允许压降变小，迫使流速降低，对换热不利。此外不等程的多程布置是平均传热温差减小的重要原因之一，应尽可能避免。近年来国产的板式换热器出现了非对称通道的板式换热器，国外则采取“热混合”的板片组合方式，即允许热量一流量一压降三者之间的不匹配的问题，同时节省换热面积。5.3.5流体的选取单相换热时，逆流具有最大的平均传热温差。在一般换热器的工程设计中都尽量把流体布置为逆流。对板式换热器来说，要做到这一点，两侧必须为等程。若安排为不等程，则顺逆流需交替出现，此时的平均传热温差将明显小于纯逆流时。在相变换热时顺流布置与逆流布置平均温差的区别比单相换热时小，但由于这时牙尖大小与流向有密切关系，所以相对流向的选择将主要考虑压降因素，其次才是平均温差。其中要特别注意的是，有相变的流体除不宜采用多程外，还要求要从板片的上部进，下部出，以便排除冷凝液体。5.3.6板式换热器设计其他注意事项（1）板式换热器一般不适用于气体的热交换。（2）进行易爆、易燃介质换热的板式换热器的设计压力，至少要比介质的工作压力高出一个公称级别以上。而垫片的耐温、耐腐蚀性能必须可靠。（3）进行强腐蚀介质（如：硫酸）换热的板式换热器，其板束周围宜设置一个防护罩。对杂质较多的介质进行换热时，介质的进口管道上最好设置过滤器，单程排列。此外还应尽可能选用通道间隙较大的板片。对工作压力和工作温度都较高的工况，可拆式板式换热器无法适应时，应采用焊接式板式换热器。第6章板式换热器实例计算板式换热器是一种新型的节能热交换装置，具有传热效果高、结构紧凑、占地面积小、操作简便，清洗、拆卸、维护方便，容易改变换热面积或流程组合等优点。该产品适用于化工、机械、食品、饮料、医药、住宅供暖、供热水、空调等部门。板式换热器，今欲将流量为qm=10000kg/h的热油从120°C冷却到50°C,冷水的入口温度为40C，出口温度为75C，压降最大不超过60kPa。图6-1可拆式板式换热器实物图计算换热热流量，并求出位置的质量流量或未知的温度换热热流量①=qc(t、一t”)=[10000x2.48x(120-50)]kJ/h=1736000kJ/hmlpl11所需冷水量q=一-一二1736000kg/h=11894kg/hm2c(t"-1')4.17(75-40)p22根据有关条件，数据及资料选择传热版型号设选择兰州石油化工机械厂制造的BP型板片。从厂家产品规格查得，板间距s=4.8mm，流道宽b=430，板厚为1.2mm单片传热的投影面积为0.52，传热准则关系为Nu=0.091Re0.73Pr〃，压降的准则关系视为Eu=42400Re-0.545，当流程m,数m'<7是，应乘以校正系数小，即Eu'=Eu^=Eu—。

设定流程组合假定流程数为m1、m2:热油m1=4，冷水m2=3O假定通道数n、n:热油n=3，冷水n=4。1212由通道数与流程板片数N为tN'-mn+mn+1=4x3+3x4+1=25计算平均温差Atm按逆流计算时，At=120-75-(50-40)=23.3C1m,120-75In50-40P=EZ4O=0.44,R=冬0=2120-4075-40按3壳程，4管程的壳管式换热器查的修正系数刈=0.88个，故At=vA\=0.88x23.3=20.5°C根据相关实验关系式，计算两侧对流换热系数气和a2一t-+1-120+50一.、一对于热油侧，取t==^20^50=85为定型温度，由《换热器原理与设122计》查得油［动力］粘度气=6.4x10-4kg/(m•s)，导热系数人1=0.133W/(m-k),10000比定压热容c=2.48kJ/(kg.K)，密度P=715kg/m3，普朗特数Pr=11.93，则p111u=im1=m/s=0.63m/s10000g=m11sbnp.x36000.43x0.0048x3x715x3600P1u1=715x0.63kg(m2.s)=450.6kg(m2.s)g=m1d=2s=2x4.8=9.6mme1Re=%=9.6x10-3x成6=67591R6.4x10-41a=土x0.091Re0.73Pr0.3=0.133x0.091x(6759力73x11.930.3=8420W/1d11L9.6x10-3_e1(m2.K)

对于冷水侧，取£=(75+40)/2°C=57.5°C为定型温度，由《换热器原理与设2计》查得冷水的气=509.65x10-6kg/(m.s),导热系数气=65.35x10-2W/(m-k),11894比定压c=4.17kJ/(kg.K)，密度p=985.6kg/m3,Pr=3.27，则p222^=^2=m/s=0.41m/s118942sbn2p2x36000.43x0.0048x4x985.6x3600g2=pJ?=985.6x0.41=404kg(m2.s)Re=4=9.6x10-3x404=76102r509.65x10-62a=%x0.091Re0.73Pr0.4=(65.35x10-2x0.091x7610"x3.270.4)=6791W/2d229.6x10-3e2(m2.K)选定污垢热阻，计算传热系数K由《换热器原理与设计》查得水的污垢热阻'广七2=0.000017(m2.K)/W。今板片厚5=1.2mm，不锈钢板材的导热系数人=14.4W/(m・K)，故K=L1a+x+rd1+rd2+a~1211.2x10-3+842014.4+11.2x10-3+842014.4+0.000017+0.000017+16791=2598W/(m2.K)计算所需传热面积A和所需板片数Nt,中_1736000x103°1A==m2=9.1m2KAt2598x3600x20.5由传热面积求板片数NtA91N"=一+2二二+2=19.5a20tA,0.52N'>N故满足传热要求。tt计算压降Ap热油侧Eu^=42400Re1-0.545=42400x6759-0.545=346流程数小于7，故m‘一4Eu'=Eum=244.2x—=198i1m7iPwi=198x715x0.632=56189Paw56kPa<Ap允冷水侧Eu2=42400Re-20.545=42400x7610-0.545=325因流程数小于7,故m'3Eu2=Eu2—2=325x-=1282Ap=Eu'pu2=139x985.6x0.412=23029Paw23kPa<Ap2222允综上所述，流道布置及传热面积和压降均符合要求，热力计算完成。该换热器流道布置如下图6-2所示。图6-2板式换热器流程图第7章板式换热器设计经济与技术分析技术经济的分析是在不同的技术方案上进行的，因此，对于每个计划要进行的工程项目，都要根据可能的条件，拟定两个或更多的技术方案，彼此间以可比条件进行研究、分析与对比，从中优选出较为理想的技术方案。7.1板式换热器设计技术经济分析的原则技术经济的分析是在不同的技术方案上进行的，因此，对于每个计划要进行的工程项目，都要根据可能的条件，拟定两个或更多的技术方案，彼此间以可比条件进行研究、分析与对比，从中优选出较为理想的技术方案。拟定的各技术方案之间的技术经济指标应有可比性，诸如：传热面积、传热系数、介质的应用特性及技术参数、设备的安装条件、动力消耗指标等方面。经济效益的计算原则上也需要有可比性。任何一项项目的实施，都必然要消耗一定的人力、物力、财力。这些都可以用经济指标作为同一的衡量尺度，以便于进行计算比较。时间因素的可比性。各方案在其技术经济分析的时候，应该采用相同时间内的经济影响因素，或拆算为相同周期作为对比条件，这样，才便于比较与分析。7.2板式换热器设计技术经济分析的标准（1）技术标准随着科学技术的不断发展，换热技术以及换热设备也在不断地发展与改进，力求技术上先进、可靠、安全与适用，这是我们在评价换热技术水平好坏的首要条件。（2）经济指标同其他任一工程项目一样，应对拟议的换热项目的经济条件及经济效益加以研究与重视。必须力求投资少，建设快，一投入使用周期短、经济效益好作为衡量的条件。政策标准对于换热项目的工艺来说，所谓政策标准，就是要符合我国已定的技术方针政策，例如我国现行的能源政策、环境保护与治理等相关政策。社会标准在讨论技术方案的时候，应该考虑工人的生产劳动条件的改善，生活条件的改善与提高。如在建设一座换热站的时候应该考虑其社会效益。总结“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”这句话对我们制冷行业的学生来说尤为实用。通过三月艰辛的毕业设计，应用所学基础理论知识和专业知识，对板式换热器进行结构设计，机械设计计算，绘制CAD图，使我们对绘图软件进行辅助设计和造型有了新的认识。利用图书馆及网上资源获取设计所需的参考资料。通过本次换热器设计，增强了我们对本专业的热爱，培养了我们实事求是、一丝不苟的学风；培养了我们脚踏实地、团结协作的作风和爱岗敬业的精神，激励了我们创新意识和创新精神；是我们想着具有高层次社会道德、文化修养并掌握先进技术理念与技能的工艺技术人员、助理工程人员进了一步！换热器课程设计同时也是喜获丰收的过程！当自己的设计成果得到老师肯定的那一刻，内心是多么的兴奋不已！正所谓苦尽甘来，因为他是我们懂得了“持之以恒，水滴石穿”的道理。致谢首先，向尊敬的导师李老师致以深深的谢意，在大学三年毕业设计期间，李老师以其渊博的知识、开阔的思维使我在知识和能力上获得极大的提高；更重要的是，李老师在工作方面严谨的作风、积极进取的态度对我产生了巨大的积极影响。这次毕业论文设计李老师给予我许多帮助，在设计的选题以及设计的方法上，提供了许多宝贵的建议。李老师在毕业设计期间，对我们要求严格，使我们能够基本独立完成设计任务，培养我们独立解决问题的能力，还从自己的宝贵时间中抽时间为我们审阅设计内容，并给予纠错，帮助改正。这些帮助和教导将使我在今后的学习和工作中奋发向上、积极进取，在学业和事业上取得更好的成绩。而后更重