板式换热器选型计算的方法及公式

1、板式换热器选型计算的方法及公式 (1) 求热负荷Q Q=G卩.CpAt (2) 求冷热流体进出口温度 Q G P C P (3) 冷热流体流址 G= Q/ p . CP . (t2-tl 求平均温度差Atm “m 二(Tl-t2) - (T2-tl)/In (Tl-t2)/ (T2 -11)或 xm 二(T 1 -t2) + (T2-tl)/2 (5) 选择板型 若所有的板型选择完，则进行结果分析 (6) 由K值范碉，计算扳片数范fflNmin, Nmax Nmm - Q / Kmax A tm F P . P Nmax - Q / Kmin A tm . F P . 0 (7) 取板片数 N

2、 (NminWNWNmax ) 若N已达Nmax,做(5)。 (8) 取N的流程组合形式.若组合形式取完则做(7)。 求Re, Nu Re = W . de / V Nu =ai. Re%. Pr% (10) 求a. K传热面积F a = Xu . X / de k二 1 / i/ah-i/ac- y Y M / 入。 F= Q /K . tm . B (11) 由传热而枳F求所需板片数N N NN= F/ Fp+ 2 (12) 若 N (14) 若 Ap 允，做(8 )： 若厶pWA允，记录结果，做(8 ) o 注:1.、(2) . (3)根据已知条件的情况进行计算。 2当 Tl_t2=T2

3、_tl 时采Atm = (T 1 -t2) + (T2tl)/2 3.修正系数B般0.7-0. 9o 4.圧降修正系数巾爪流程小度=11.2 二流程、三流程4)=1. 8-2.0, |H|流程d)=2. 6 2. So 5. a】、a2. a3. a4、a5 为常系数。 选型计算各公式符号的意义及单位 符号 意义 瑕位 符号 意义 巾位 Q 热负荷 w Cp 比热 KJ/kgC P 流体密度 3 Kg/ m A 平均温差 C G 体积流址 3 、 m /s F 传热面积 m K 传统系数 W/ mC W 流速 m/ s T,、L 热介质进出口温度 C ti、 热介质进出口温度 6c m 流程数

4、 n 流道数 a 对流换热系数 W/ mC f 讯通道截面积 m V 运动粘度 nVs 介质导热系数 W./ mC 2 阻力损失 Mpa Eu Eu =Ap / P . W2 无虽纲 Re 雷诺数Re二Wde /V 无虽纲 de 当量直径 m Nu Nu = de a / 丫 无虽纲 Pr 普朗特数 X 0 板片导热系数 W/ mC t 板厚 m 0 修正系数 h、c 热、冷介质角标 热介质污垢热阻 m2OC/W Yc 冷介质污垢热阻 m：0C/W 板式换热器的优化选型 1平均温差tm 从公式Q=KAtmA, Atm=l / A； A (tl-t2) dA中可知，平均温差tm是 传热的驱动力，

5、对于各种流动形式，如能求出平均温差，即板面两侧流体间温差 对面积的平均值，就能计算出换热器的传热量。平均温差是一个较为直观的概 念，也是评价板式軽蹇性能的一项重要指标。 1.1对数平均温差的讣算 当换热器传热量为dQ,温度上升为dt时，则C = dQ/dt,将C定义为热容 量，它表示单位时间通过单位面积交换的热量，即dQ=K (thtc) dA=KAtdA, 两种流体产生的温度变化分别为dth=-dQ/Ch, dtc=-dQ/Cc, dAt=d (th -tc) =dQ (1/Cc-l/Ch),贝 ij dA=l /k (1 /Cc-1 /Ch)(dAt / At), 当从 A=0 积分至 A

6、=AO 时，AO=l/k (1 /Cc-1 /Ch) In (tho-tci) / (thi-tco),由于两种流体间交换的热量相等,即Q=Ch (thi-tho) =Cc (tco tci ),经简化后可知，Q=KA0 (tho tci ) (thi tco) / In (tho tci ) / (thi tco) ,若tl = thi tco, t2 = tho tci,则 Q=KA0( Atl -At2) / In (Atl / At2)=KA0Atm,式中的 tm= (Atl-At2) / In (Atl / At2) o 顺流tm= (thitci) (tho tco) / In (

7、thitci) / (tho tci) 逆流 tm= (thitco) (tho tci) / In (thi tco) / (tho tci ) 对于各种流动型式，在相同的进口、出口温度条件下，逆流的平均温差最大。 当板式换热器入口和出口两流体的温差tl和At2之间的差不大时，可采 用算术平均温差(tl + Zt2) /2, 一般小于1.5时，可采用，若 At/At2为3时，则误差约为10%。 1. 2传热单元数法 在传热单元数法中引入一个无量纲参数TU,称为传热单元数，它表示板式 换热器的总热导（即换热器传热热阻的倒数）与流体热容量的比值NTU=KA /MC, 它表示相对于流体热容流量，该

8、换热器传热能力的大小，即换热器的无量纲“传 热能力” o对于板式换热器来说，KA/MC = At/Atm,式中 t / Atm称为温 差比，上式中的右边的工艺过程用TUp表示，左边的换热设备的条件用NTUE 表示。NTUp是流体温度的变化与平均温差的比值，表示的是用1 CAtm的变化 引起儿度流体温度变化的值，当厶伽大时，NTUp则小；当tm小时，它有变大 的倾向。相反，在TUp变大的过程中，tm的温度变化较大，NTUp较小时，其 tm的温度变化较小（见表1） o 表1 Atm NTUp的关系 tm大 tm小 NTUpcor 20.00 9T 137T 1.44 C13-7)1.44=4.17

9、 e 29-24 26-2 代 3.00 (26-21)/3=1.67 1.4板式换热器和TUE NTUE表示板式换热器的能力，换热器的面积是具有一定传热长度的单位传 热体的组合，总传热长度是单位长度和流程数的乘积。当TUE是总数时，若每 1流程数为NTUe时，则NTUE=nNTUe （其中n是流程数）。 当NTUe=NTUE=NTUp时，换热器为单程。若NTUeNTUp时，则换热器应为多流 程，故设计时应先预定n。曲于每种板片单程的NTUe值基本上是定值，如适合 表2中e的流量为25m3 / h的单程板式换热器的NTUe为17 从NTUe=AK / MC可知，当NTUe为定值时,AK成反比，

10、仍以e为例，当K=500kcal /耐hC 时，A=l. 67X23000 /500 = 83. 5 nf,流程数 n = 83. 5 / 175。当 K=2500kcal / nfhC时，A=16. 7 流程数n=l。每一流程的NTUe如下所示：K=500, NTUe=NTUE/n=0. 33, K=2500 时，NTUe = 1.67。由此可知，根据 NTUe 即可求 出换热器的流程数，传热系数和传热面积。从以上分析可知，若板式换热器设 计不合理，可能使换热面积过大，也可能使板间流速太高，阻力过大。 1.5板式换热器制造技术的进步，板片种类的增加，提高了板式换热器对各种工 艺过程的适应性。

11、 （1）大TU （s8）,小tm （si2）的板式换热器满足了区域供冷 和热泵机组蒸发器、冷凝器的要求。从以上分析可知，tm是换热的驱动力，若 tm小，即意味着驱动力小，要实现两种流体之间的换热，必须增大传热系数, 增大传热面积，为了使传热面积不至过大，唯一的方法是增大传热系数K。 1 浅密波纹板片是北京市京海换热设备制造有限责任公司开发的新型板 片，它的传热系数约为7000W/m2-K,是水平平直波纹板的2倍，是人字形波 纹板的1.5倍，在区域供冷中应用 时，检测的厶伽约为1.2。在作为冰蓄冷的 乙二醇和冷冻水的换热器使用中，tm约为1. 5。 2. 板式蒸发器、板式冷凝器也是北京市京海换热

12、设备制造有限责任公司 开发的适应于热泵机组的新型换热器。与管壳式蒸发器、冷凝器相比，它具有如 下优点：单位体积内板式蒸发器、板式冷凝器的传热面积约是管壳式换热器的3 倍；板式蒸发器的传热系数约为10001200 W/m3 - K,板式冷凝器的传热系数 约为15002000 W/m2-K均为管壳式换热器的23倍；在板式蒸发器上采用 了使制冷剂液体分布均匀的分配器装置，肖蒸发器板片数较多时，可能会出现制 冷剂液体分配不均的问题,不能充分利用所有蒸发传热面积，使蒸发温度低于 设计计算温度。采用分配器后即能克服上述问题。有关单位检测数据说明，板式 蒸发器、板式冷凝器的传热系数在tm约为2.53C时，在

13、15002000 W / nfK之间，且阻力小，满足了热泵机组的要求。 （2）小NTC （so. 32）,大tm （“4090C ）的板式换热器满足了热 回收工艺和工艺加热、冷却的要求。当工艺过程在大tm的条件下进行换热时, 说明驱动力大，所需的传热面积较小，对传热系数要求也不高，但，这种工艺过 程或者工作压力高，或者工作温度高，或者工艺加热、冷却过程的液体中含有纤 维或直径较大的颗粒，对板式换热器的承压、耐温能力提出了要求，对换热器的 板间距提出了要求。 1. 排（烟）气一水板壳式换热器（省能器），排（烟）气一空气板壳式 换热器（空气预热器）是北京市京海换热设备制造有限责任公司和兰石化共同开

14、 发岀来的新型板式换热器，全焊接板式换热器中介质的换热是通过板管束来实现 的，组成板管束的板片山专用模具压制成型，全焊接式板束装在圧力壳内。波纹 板片具有静搅拌作用，能在很低的雷诺数下形成湍流，且污垢系数低，传热系数 是管壳式换热器的23倍。为了适应换热量大，流体压降小的要求，板间距大, 当量直径约为28 mm。为了满足工艺的要求板束工作压力（反压）PW4 5Mpm板 束工作压力（正压）同壳体工作压力，不受限制；工作温度tW550C。乌鲁木 齐石化分公司40万吨/年连续重整采用了进料（冷介质）和出料（热介质）的 板壳式换热器，进料流量50t/h,进、出口温渡88C, 470Co出料流量50t/

15、 h,进、出口温度100C, 500C,对数平均温差约38C,总传热系数约为380kcal / m2 h C,热负荷达23X106kcal /h,进料压降20Kpa,出料压降50Kpao 2. 多效蒸发板式加热器（换热器），这种换热器既是工艺加热装置，乂 是重要的热回收装置。以前由于板式换热器的流道小（板间距155.0mm）, 不适宜于气一气换热和蒸气冷凝；且易堵塞，故不宜用于含悬浮物的流体。为了 尽量地发挥板式换热器的长处，克服存在问题，适应工艺的要求，北京市京海换 热设备制造有限责任公司开发出了新型的多效蒸发板式换热器，这种板式换热器 属宽流道型，其板间距为8.0 mm,适合于蒸气冷凝，适

16、合于含悬浮物的流体，且 不易堵塞，最大处理量达1200m3 / ho 2传热系数和阻力 2. 1板式换热器的传热系数和阻力 换热器中常使用换热器的“传热面积”和“传热系数”述语，这是一种习惯 的有特定含义的名称。因为换热器间壁两侧的表面积可能不同，所谓“换热器的 传热面积”实际上是指约定的某一侧的表面积，习惯上一般把换热系数较小的一 侧的流体所接触的壁面表面积称为该换热器的传热面积，相对于该传热面积，单 位时间、单位面积、在单位温差下所传递的热流量，称为该换热器的传热面积， 因此传热系数也是相对于约定的某一侧的表面积而言的。在换热器结构和估算中 使用“传热面积”和“传热系数”是方便的。而在换算

17、器传热 分析中，则用传 热热阻1/ (KA)。板式换热器的热阻计算式如下： 1 /KA=1 / AW (1 /，1+yF1+ 8 / X + yF2 + l /，2) 式中，K传热系数，W/m1C； A表面积，m2； AW平壁面积，nf； 各一板片片度，m： YF污垢系数，nfC / Wo 下标：1与流体1接触侧；2与流体2接触侧。 2. 1. 1换热系数 对于紊流状态，不同形状板片的换热规律，一般可归纳为如下形式， Nu=CRenPrm (M / Mw) p 式中，Nu及Re中的特征尺寸用当量直径d, d=4Wb/ (2W+2b) W板片宽度，m： b板片间距，nu c、n、m、p值的大致范

18、围如下： c = 0. 150.40, n=0. 650. 83 m=0. 30 0.45 (通常用 1 /3) , p = 0. 05 0. 20 临介雷诺数在10400左右，取决于板片形状。 对于层流状态，板片的换热规律可归纳为： Nu=C (RePrd / L) n (H / Mw) p 式中，c、n、p 值的范围一般为 c = 1.864. 50, n=0. 250. 33, p=0. 1 0. 2 （通常为0. 14） L一板片长度，mc 由于板片形状复杂，必须根据试验测定所得的换热规律，作为该板片换热器 传热计算的依据。 2. 1. 2阻力 板式换热器总的流体阻力可用下式表示： p

19、 = f（L/d）（PU2/2）n （Pa） 式中，u流道中速度，m/s； n流程数； f板片通道摩擦阻力系数。 对于不同形状的板片，其通道的摩擦阻力系数相差很大，必须以试验数据作 为阻力计算的依据。 2.2在常用间壁式换热器中板式换热器的传热系数较大 2.2.1板式换热器的传热系数（见表3）,从表3可知，板式换热器的传热系数 约为管壳式的23倍。 表3複式换热器的传热采数 工作介质 传热系数w/ T 水一水 水平平直波织扳 人字形波织板 浅密波纹板 35004000（约为管壳式的23倍） 4500-5200 60007000 惡气一水 制冷剤、冷凝器 15002000（约为管壳式的23倍）

20、制冷剂、瑟发器 10001500（约为管壳式的23倍） 水裁气一水 30004000 水衆气（或热水）油 800-930 冷水一油 400580 油一油 170-350 烟气一水（梭壳式） 300400 2.3非对称流道提高了板式换热器的传热系数，降低了阻力。 当忽略板片的导热热阻后，板式换热器的传热系数K=，l，2/ （，1 + 夕2）,从该式可知，传热系数K与，1、夕2有关，且小于二者中较小的一个。 为了提高传热系数，必须同时提高冷、热流体与板面之间的对流换热系数一如果 其中一侧，值较低的话，板式换热就不能很好地发挥它的效益。在城市集中供热 系统中，根据热力网设计规范，国内所采用的一次热媒的温度一般为1308CTC, 13080C和11080C三种，二次热媒的温度一般为9570Co在这样的设计