板式换热器选型与计算方法

板式换热器的选型与计算方法 

　　板式换热器的计算是一个比较复杂的过程，目前比较流行的方法是对数平均温差法和NTU法。在计算机没有普及的时候，各个厂家大多采用计算参数近似估算和流速-总传热系数曲线估算方法。目前，越来越多的厂家采用计算机计算，这样，板式换热器的工艺计算变得快捷、方便、准确。以下简要说明无相变时板式换热器的一般计算方法，该方法是以传热和压降准则关联式为基础的设计计算方法。 

以下五个参数在板式换热器的选型计算中是必须的： 

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。 

温度

T1 = 热侧进口温度 

T2 = 热侧出口温度 

t1 = 冷侧进口温度 

t2= 冷侧出口温度 

热负荷 

　　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/(kg·K)；

　　　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。

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。 在一些特殊情况下，用算术平均温差代替对数平均温差。 

逆流时：

并流时：

热长(F)

热长和一侧的温度差和对数平均温差相关联。 F = dt/LMTD

以下四个介质的物理性质影响的传热 

密度、粘度、比热容、导热系数

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 ℃ or kcal/h,m2 ℃. 

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。 

污垢系数

和管壳式换热器相比，板式换热器中水的流动是处于高湍流状态，同一种介质的相对于板式换热器的污垢系数要小的多。在无法确定水的污垢系数的情况下，在计算时可以保留10%的富裕量。

计算方法 

热负荷可以用下式表示： 

Q = m · cp · dt 

Q = k · A · LMTD

Q = 热负荷 (kW)

m = 质量流速 (kg/s) 

cp = 比热 (kJ/kg ℃) 

dt = 介质的进出口温度差 (℃) 

k = 总传热系数 (W/m2 ℃) 

A = 传热面积 (m2) 

LMTD = 对数平均温差 

总的传热系数用下式计算： 

其中：

k=总传热系数(W/m2 ℃)

α1 = 一次测的换热系数(W/m2 ℃) 

α2 = 一次测的换热系数(W/m2 ℃)

δ=传热板片的厚度(m)

λ=板片的导热系数 (W/m ℃) 

R1、R2分别是两侧的污垢系数 (m2 ℃/W) 

α1、α2可以用努赛尔准则式求得。

　　一、概述

　　板式换热器设备是加热、冷却领域中最新型的设备之一，具有结构紧凑、占地面积小、传热效率高、操作维修方便等优点，并具有处理小温差的能力。板式换热器作为一种高效节能产品，已广泛应用于矿山、冶金、石油、化工、机械、电力、医药、食品、轻纺、造纸、船舶、海洋开发等各个工业领域、近年来在集中供热和热电联产行业中的推广尤为迅速。

　　我厂生产的BR、BRB、BZL系列板式换热器，以质优价廉、畅销全国各地，深受各行业用户的赞誉。此系列板式换热器适用于各种介质和物料的冷却、加热、蒸发、冷凝、消毒和余热回收等工艺过程。

　　主要技术性能参数如下：

　　1、 单板换热面积：0.05㎡-2.0㎡

　　2、 装机面积：0.5㎡-700㎡，(在此范围可实现任意规格)。

　　3、 传热系数：2500-6000W/㎡.℃(2150-5160KCal/㎡.h.℃)

　　4、 工作压力：0.6-1.6Mpa

　　5、 工作温度：最高280℃

　　6、 单台最大处理量：1200m3/h

　　二、板式换热器的特点：

　　1、 传热系数较高

　　板片选用导热系数较高的材料，如：不锈耐酸钢、工业纯钛、碳素钢、换热器专用铜材等。经冷冲压形成不同波纹形状结构，板片波纹能使流体在较小的流速下产生湍流。所以板式换热器具有较高的传热系数。在相同的情况下，其传热系数比一般钢制管壳式换热器高3-5倍。换热面积紧为管壳式换热面积的1/3-1/4。

　　2、 结构紧凑

　　由于传热板片紧密排列，板间距较小，而板片表面经冲压成形的波纹又大大增加了有效换热面积，故单位容积中容纳的换热面积很大，占地面积明显少于同样换热面积的管壳式换热器，同时相对金属消耗小，重量轻，一般无需特殊的地基，而且现场装拆时不用占额外的空间。

　　3、 可靠耐用

　　我厂http://www.whwfrg.com生产板式换热器密封垫利用双密封结构原理，增加了胶垫与板片的内磨擦力，使胶垫的滑移量大大减小；同时采用了较好的蜂窝状周边刚性结构，把胶垫紧紧锁在里侧，使得换热器整体密封性能大大提高。

　　4、 清洁方便

　　由压紧螺栓紧密组装的板片，将压紧螺栓卸掉后，即可松开板片，或卸下板片进行机械清洗或手工清洗，这对需要经常进行清洗的换热设备十分方便。

　　5、 多种介质换热

　　如果板式换热器有中间隔板，则一台设备可进行三种或三种以上(多个中间隔板)介质的换热。在乳品加工中常采用多介质换热的板式换热器。管壳式换热器就无法实现在一台设备中进行多种介质的换热。

　　6、 很容易改变换热面积或流程组合

　　只要增加(或减少)几张板片，即可达到需要增加(或减少)的换热面积。改变板片的排列，或更换几张板片即可达到所要求的流程组合，适应新的换热工况。可大大降低工程的总投资费用，更加显示出板式换热器的经济实用。

　　三、板式换热器结构 

　　板式换热器的重要部件及其功能

序号

适用于氯离子含量＞60PPM

-20-180℃(高温)

2.接合部位密封垫错位。

3.管受力使接合部位扭曲。

4.端片密封垫损坏或腐蚀。

5.端片有洞(腐蚀)。

2.固定好密封环

3.托起管子

4.换密封垫

5.换端片

2.密封垫错位。

3.片组夹紧过头，支撑梁凹陷，板片扭曲。

4.没完全夹紧。

5.板片放置颠倒。

6.垫槽孔即双层密封区腐蚀。

7.密封垫有裂纹或磨损、老化、腐蚀。

1.拆开框架，擦清板片，观察检查漏片(可用透光、着色、目侧等办法)

2.如查不出，可擦干净后重组，单侧打压，折开框架，凡不应有水的板侧有水则可制定这对板片有裂纹。

清洗单片或多片

并更换密封垫

即低流速压降高

设法确定迹象如下：

1.压降问题(注意低流速，压降高引起)

2.换热效率问题：即正常流速效率

2.流槽阻塞。

3.板片错误放置即颠倒板片排列发生变化。

4.介质粘性较强循环( 流动)较慢。

5.蒸气凝结时，压降高受存在的非凝聚气体影响。

2.拆开接合部位、清洗出口

3.重新排列板片

4.重新选型或调整工况条件

5.排除非凝聚气体

1.板片结垢。

2.板片错误放置造成旁流。

3.实际数据与标定数据不同。

4.流速与标定值有出入。

5.凝聚时故障可能由下列原因引起：

①非凝结气体。

②蒸气干度太低。

③冷凝汽排放阀或气泵过小。

④蒸汽控制阀故障。

6.换热器内有气体。

7.系统设计的问题。

3，4改变流速或要求

5，6排除气体更换凝汽排放阀或气泵更换蒸汽控制阀

7.修改系统