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板式換熱器設計的原則

 

在設計、計算一臺換熱器的時候,應分析其設計壓力、涉及溫度、介質特性、經濟性等因素,并和其他換熱器設備進行一定程度上的比較(如:板式換熱器與管殼式換熱器的一般比較)。確定采用板式換熱器后,具體的設計計算的原則為下面幾個方面:

(一)選擇板片的(de)波紋型式

板片的波紋型式只要有人字(zi)形(xing)(xing)波紋和(he)水(shui)平(ping)平(ping)直波紋兩種。人字(zi)形(xing)(xing)波紋板的承壓能力可高于1.0MPa,水平(ping)(ping)平(ping)(ping)直波(bo)紋板片(pian)的(de)承壓(ya)能力一般都(dou)在(zai)1.0MPa左右(you);人字(zi)形(xing)波紋板(ban)片的(de)傳熱(re)(re)系(xi)數和流體阻力(li)都高(gao)于水(shui)平平直(zhi)波紋板(ban)片。選擇板(ban)片的(de)波紋型式,主(zhu)要考慮(lv)板(ban)式換(huan)熱(re)(re)器的(de)工(gong)作壓(ya)力(li)、流體的(de)壓(ya)力(li)降和傳熱(re)(re)系(xi)數。如(ru)果工(gong)作壓(ya)力(li)在1.6MPa以上,則(ze)別無(wu)選擇的(de)(de)要(yao)采用人字形波紋板片;如(ru)果(guo)工作壓力不高,又特別要(yao)求阻力降低(di),則(ze)選用水(shui)平(ping)平(ping)直(zhi)波紋板片較好一些(xie);如(ru)果(guo)由于安(an)裝位置所限,需要(yao)較高的(de)(de)換(huan)熱效(xiao)率以減少換(huan)熱器(qi)占地面積,而阻力降可以不受限制,則(ze)應選用人字形波紋板片。

(二)單(dan)板面積的選擇

單板面積過小,則板式換熱器的板片數多,也使得占地面積增大,程數增多,導致阻力降增大;反之,雖然占地面積和阻力降減小了,卻難以保證板間通道必要的流速。單板面積可按流體流過角孔的速度為6m/s左右考慮。

(三)流速(su)的選取

流(liu)(liu)體在板間的(de)流(liu)(liu)速(su)(su),影(ying)響換熱(re)性能和流(liu)(liu)體的(de)壓力降,流(liu)(liu)速(su)(su)高雖然換熱(re)系數高,但是流(liu)(liu)體的(de)阻力降也增大;反之的(de)情況(kuang)則(ze)相反。一般板間平(ping)均(jun)流(liu)(liu)速(su)(su)為0.2~0.8m/s(主流線上的(de)流速要比平均值高4~5倍)。流速低于(yu)0.2m/s<span style=";padding: 0px;font-family: 宋體" roman""="" "times="" new="" times="">時流(liu)體就達不到湍流(liu)狀態且會形成較大(da)的(de)死角(jiao)區,流(liu)速過高則(ze)會導致阻(zu)力降劇增。具體設計時,可以先確定(ding)一個流(liu)速,計算其阻(zu)力降是否(fou)在(zai)給(gei)定(ding)的(de)范圍(wei)內;也可按(an)給(gei)定(ding)的(de)壓(ya)力降求出流(liu)速的(de)初(chu)選值(zhi)。

(四(si))流程(cheng)的選取

對于一(yi)(yi)般對稱型流(liu)(liu)(liu)道的板式換(huan)熱(re)器,兩(liang)流(liu)(liu)(liu)體(ti)的體(ti)積流(liu)(liu)(liu)量大致(zhi)相當時,應(ying)盡可能按等程布(bu)置;如果兩(liang)側(ce)流(liu)(liu)(liu)量相差(cha)懸(xuan)殊時,則(ze)流(liu)(liu)(liu)量小的一(yi)(yi)側(ce)可采(cai)取多流(liu)(liu)(liu)程布(bu)置。相變(bian)板式換(huan)熱(re)器的相變(bian)一(yi)(yi)側(ce)一(yi)(yi)般均(jun)為單程。多程換(huan)熱(re)器,除非特殊的需要,一(yi)(yi)般對同一(yi)(yi)流(liu)(liu)(liu)體(ti)在各程中應(ying)采(cai)取相同的流(liu)(liu)(liu)道數。

在給定的(de)(de)總(zong)允許(xu)(xu)壓降下,多程(cheng)布(bu)置使每(mei)一程(cheng)對應的(de)(de)允許(xu)(xu)壓降變小(xiao),迫使流速降低,對換(huan)熱(re)不利。此外,不等程(cheng)的(de)(de)多程(cheng)布(bu)置是平均傳熱(re)溫差減小(xiao)的(de)(de)重要原因(yin)之一,應盡可能避免。

(近年來(lai)國產(chan)的板式(shi)換熱(re)器(qi)出現了非對稱通道的板式(shi)換熱(re)器(qi),國外(wai)則采(cai)取“熱(re)混(hun)合”的板片組合方(fang)式(shi),即允許熱(re)量—流量—壓降三者之間的不匹配的問(wen)題,同時節省換熱(re)面積(ji))

(五)流體的(de)選取(qu)

單相換(huan)熱(re)時,逆(ni)流(liu)(liu)具(ju)有最大(da)的平(ping)(ping)均傳熱(re)溫差。在一般換(huan)熱(re)器的工(gong)程(cheng)設計(ji)中都盡量把流(liu)(liu)體布置為逆(ni)流(liu)(liu)。對板式(shi)換(huan)熱(re)器來說,要做到這一點,兩側必須為等程(cheng)。若安排(pai)為不(bu)等程(cheng),則順逆(ni)流(liu)(liu)需交替出現,此(ci)時的平(ping)(ping)均傳熱(re)溫差將明(ming)顯小于純逆(ni)流(liu)(liu)時。

在(zai)相變(bian)換熱時(shi)(shi)順流(liu)布置與逆流(liu)布置平均溫(wen)差的(de)(de)區別比單相換熱時(shi)(shi)小(xiao),但由于(yu)這時(shi)(shi)牙(ya)尖大小(xiao)與流(liu)向有密(mi)切關(guan)系,所以相對流(liu)向的(de)(de)選擇將主(zhu)要考慮壓降因素,其次才是(shi)平均溫(wen)差。其中(zhong)要特(te)別注意(yi)的(de)(de)是(shi),有相變(bian)的(de)(de)流(liu)體除(chu)不宜采(cai)用多程外,還要求要從板片的(de)(de)上(shang)部(bu)(bu)進(jin),下(xia)部(bu)(bu)出,以便(bian)排(pai)除(chu)冷凝液體。

(六)并聯流道數的(de)選取

一程(cheng)中并(bing)聯流(liu)(liu)(liu)道(dao)數(shu)的(de)數(shu)目視給定(ding)流(liu)(liu)(liu)量(liang)及選取(qu)的(de)流(liu)(liu)(liu)速(su)而定(ding),流(liu)(liu)(liu)速(su)的(de)高低受制于允許壓降,在可(ke)能的(de)最大(da)流(liu)(liu)(liu)速(su)以內(nei),并(bing)聯流(liu)(liu)(liu)道(dao)數(shu)目取(qu)決于流(liu)(liu)(liu)量(liang)的(de)大(da)小。

(七)選(xuan)擇半片材料

根(gen)據介質的(de)(de)腐(fu)蝕性能(neng)來(lai)選擇(ze)板(ban)片(pian)的(de)(de)材料。國外制(zhi)造(zao)板(ban)片(pian)的(de)(de)材料品種(zhong)繁(fan)多,有較大的(de)(de)選擇(ze)余地(di)。我國制(zhi)造(zao)板(ban)片(pian)的(de)(de)材料主要(yao)有不(bu)銹鋼和鈦等,在(zai)選擇(ze)的(de)(de)耐腐(fu)蝕材料基礎上,在(zai)輔以增加板(ban)片(pian)厚度或防腐(fu)處(chu)理來(lai)延(yan)長板(ban)片(pian)的(de)(de)使(shi)用壽(shou)命。

(八)墊片材(cai)料的(de)選擇

所選擇(ze)墊片的(de)材料主要考慮耐溫(wen)和(he)耐腐蝕兩個(ge)因素。

(九)其他

1:板式換(huan)熱器一般不適用于氣(qi)體(ti)的熱交換(huan)。

2:進行易爆、易燃(ran)介(jie)質換(huan)熱(re)的(de)板式(shi)換(huan)熱(re)器的(de)設計(ji)壓(ya)力(li),至少要比介(jie)質的(de)工作(zuo)壓(ya)力(li)高出一個(ge)公(gong)稱級別以(yi)上(shang)。而墊片的(de)耐溫、耐腐蝕(shi)性能必須(xu)可靠(kao)。

3:進行強腐蝕(shi)介(jie)質(如:硫(liu)酸)換熱(re)的板式換熱(re)器,其板束周圍(wei)宜設置一個(ge)防護(hu)罩。

4:對雜質(zhi)(zhi)較多的(de)介質(zhi)(zhi)進(jin)(jin)行換熱時,介質(zhi)(zhi)的(de)進(jin)(jin)口管道上(shang)最好(hao)設置過(guo)濾器,單程排(pai)列。此(ci)外還應(ying)盡可能(neng)選用通道間隙較大(da)的(de)板片。

5:對工(gong)作壓力和工(gong)作溫度都較高的工(gong)況(kuang),可拆(chai)式板(ban)式換熱器無法適應(ying)時(shi),應(ying)采用焊(han)接式板(ban)式換熱器。