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1、,板式换热器的结构设计与计算 姓名： 指导教师：,1,PPT课件,1,1. 板式换热器的研究背景和发展2. 板式换热器的结构和原理,3. 板式换热器的优缺点及应用4. 板式换热器的计算,主要内容,2,PPT课件,2, 板式热交换器是近几十年来得到发展和广泛应用的,一种新型高效、紧凑的热交换器。它由一系列互相平行、具有波纹表面的薄金属板相叠而成，比螺旋板式热交换器更为紧凑，传热性能更好。, 应用面很广，适宜用于医药、食品、制酒、饮料合,成纤维、造船、化工等工业，并且随着板型、结构上的改进，正在进一步扩大它的应用领域。, 国内的生产厂家有兰州石油机械研究所板式换热器厂、天津 太平洋板式换热器有限公
2、司。我国在板式热交换器的设计与制造上也已达到较高的水平。 国外著名的生产厂家有瑞典AFLA-LAVAI公司、英国APV 公司、日本日阪制作所等。,1. 板式换热器的研究背景和发展,3,PPT课件,3,板式换热器按构造分为可拆卸（密封垫式）、钎焊式两类，以可拆卸式的应用为最广。它们的工作原理基本相同。可拆卸板式换热器由三个主要部件：传热板片、密封垫片、压紧装置及其他一些部件等组成。,2. 板式换热器结构和原理,3,4,PPT课件,4,2. 板式换热器结构和原理, 在固定压紧板上，交,替地安放一张板片和一个垫片，然后安放活动压紧板，旋紧压紧螺栓即构成板式换热器。, 各传热板片按一定的,顺序相叠即形
3、成板片间的流道，冷、热流体在板片两侧各自的流道内流动，通过传热板片进行热交换。,5,PPT课件,5,2. 板式换热器结构和原理,传热板片,板片以人字形波纹板和水平平直波纹板为应用最广。,传热板片是板式热交换器的关键件。它的设计主要考虑两方面因素: (1) 使流体在低速下发生强烈湍流，以强化传热；,(2) 提高板片刚度，能耐较高的压力。,板片材料,6,PPT课件,6,2. 板式换热器结构和原理,传热板片,7,PPT课件,7,2. 板式换热器结构和原理,密封垫片,安装于密封槽中，防止流体的外漏和两流体之间内漏，运行中承受压力和温度，而且受着工作流体的侵蚀，在多次拆装后还应具有良好的弹性。为了能及时
4、发现内漏，在密封垫片上开有凹槽（信号孔），出现泄漏，流体将首先由此泄出。,垫片材质,7,8,PPT课件,8,2. 板式换热器结构和原理,压紧装置,它包括固定与活动的压紧板、压紧螺栓。它用于将垫片压紧，产生足够密封力，使得热交换器在工作时不发生泄漏，通过旋紧螺栓来产生压紧力。,框架形式板式热交换器有多种框架形式：双支撑框,架式、悬臂式、带中间隔板双支撑框架式等。,双支撑框架式 悬臂式 带中间隔板双撑框架式,9,PPT课件,9,2. 板式换热器结构和原理,流程组合,为了满足传热和压力降的要求，对于板式热交换器可进行多,种方式的流程和流道数的配置。,流程： 在相同的流体相同流动方向的一组平行流动通道
5、,流道：相邻的两个板组成的间隙内的介质流动通道。,流体的流动可以是串联、并联（这时形成纯逆流）和混联（一种流体为并联，而另一种流体为串联）。 流程可以是单流程或多流程，两流体的流程数可以相等或不相等。,10,PPT课件,10,2. 板式换热器结构和原理,11,PPT课件,3.板式换热器的优缺点和应用板式换热器的优点1.传热系数高 不存在旁路，板片相互颠倒，流体在流经相邻两板间的通道时形成复杂三维旋转流动，能使流体以较低的雷诺数在板片中形成急剧湍流，热传导快，传热系数高2.修正系数大，冷、热流体流动平行于表面，没有旁路，冷、热流体之间的温度非常接近，温差极小，对数平均温差大，末端温差小3.结构紧
6、凑，占地面积小，重量轻 4.容易改变换热面积和流程，适应性强方便地增加或减少几板，就可以实现增大或减小传热面积的目的；改变板片的布置，可以变化流程组合，适合于新的换热条件5.内部充分湍流，所以易于扩散，不易结垢；只要螺栓松动，可以轻松地打开并取出板片，清洗或更换板片，易清洁，易维护，安全6.板式换热器只有板片外面和垫片暴露在大气中，热量损失小，通常在1左右板式换热器的缺点1.容量较小，是管壳式换热器的10%20%。2.工作压力，温度不宜过大，有可能泄露3.单位长度的压力损失大 传热面间的间隙较小，传热面上有凹凸状波纹，因此压力损失大。 4.易堵塞 板片间通道很窄，一般只有25mm，当换热介质中
7、含有较大的固体颗粒或纤维质，就容易堵塞板间通道,11,12,PPT课件,板式换热器的应用化学工业，食品工业，冶金工业，石油工业，矿山，电厂，核电厂，海上石油平台，机械工业，生活污水处理，医药，化工，造纸，纺织，船舶，供热等领域，可加热，冷却，蒸发，浓缩，杀菌，热回收等。 12,3.板式换热器的优缺点及应用,13,PPT课件,板式换热器类型的选择 板式换热器种类较多，每种都有相适应的工况，工程设计中应首先对此作选择。 温度在200以上，压力大于2Mpa，可以选择钎焊式板式换热器 对于拆卸比较频繁的，可选用可拆式换热器选择板片 主要考虑需要达到的换热效果以及压降要求： 若承压要求在1.2Mpa以上
8、，大多数情况下选择人字形波纹 若压降要求较小而对换热效果要求不高，可选用平直形波纹 对于压降与换热效果都有一定要求的工况，还可以选择热混合板片流程组合的选择 板型对称、冷热介质流量相当的情况，宜采用等程布置，使介质流向为全逆流； 两侧流量相差较大时，流量小的一侧应采用多程布置，以提高流速，增强换热效果； 一般情况下，在选择流程时，尽可能采用单程(全并联)，使设备在使用时拆卸维修都比较方便。若要采用多流程，各流程中通常安排相同的流道数。 流道数的确定受板间流速的影响，而板间流速的选取有一定的范围，同时还受到允许压降的制约。当板间流速一定时，流道数的多少取决于流量的大小 13,4.板式换热器的计算
9、,14,PPT课件,单板面积的选择 选择合理的单片面积，能够避免总板片数过多或过少。板片过多会使设备占地面,太大；过少，可能会使流程数增多，压降增大；同时单片面积的大小在一定程度上还与角孔大小有关。,板间流速的选择 在通常情况下，板间流速选取范围在0.2 1.0 m/s，在压降容许的情况下取大值，以获得更好的换热效果，从而减小换热面积。,4.板式换热器的计算,换热器采用等程布置，介质的流向能够实现全逆流，获得最大的平均温差；当两侧不等程时。逆流和顺流会交替出现。,流向的选择,14,15,PPT课件,根据介质的物理、化学特性进行选择，主要考虑温度和腐蚀情况。 板片的原材料厚度为0.60.8mm，
10、压制成波纹板后允许有25%的减薄量，于是最薄处为0.450.6mm，因此选用耐腐蚀的材料。 密封垫片材料的选择 密封垫既要耐温又要耐腐蚀，硬度一般应在6590邵氏硬度，压缩永久变形量不大于10%，抗拉强度8MPa，延伸率200%,板片材料的选择,4.板式换热器的计算,15,16,PPT课件,4.板式换热器的计算对数平均温差法（LMTD）计算过程 （1）已知冷水的流量190t/h，冷热水的进出口温度95/55,10/50。 （2）查冷、热侧的密度、比热容Cp、导热系数、运动粘度普朗特数Pr （3）求换热量Q,式中：,G 质量流量，kg/s； 下标 1、2 热、冷介质 下标 、 进、出口位置（4）
11、求热侧的流量 16,17,PPT课件,（6）选择板式换热器型号（主要是单片面积及形式） （7）假设该型号换热器的流程组合，即假定流程数m,流道数n 17,tmax t1 t2tmin t1 t2,4.板式换热器的计算 （5）计算对数平均温差tm ，修正系数 取值,18,PPT课件,18,Gn f,W,式中：n单程中并联通道数；f 板片通道截面积，m2； （9）计算冷热介质的Re 和 Nu （10）计算冷、热介质的对流传热系数,Nude, ,3.板式换热器的计算 （8）计算冷、热介质的板间流速W,19,PPT课件,（12）计算换热面积 F,F ,QK tm,将理论值F，与预计值Fm相比较，通常认
12、为两者误差值在5%以内时，计算结果正确 19,4.板式换热器的计算（11）计算总换热系数 K,20,PPT课件,20,4.板式换热器的计算,（13）计算冷、热介质的欧拉数Eu（14）计算压降P,计算出的压降值应小于0.5Mpa这主要考虑在,角孔处以及流向改变时产生压降若实际压降超过允许值时，应改变板型或者流程,组合，重新进行传热及压降计算。,21,PPT课件,根据换热介质种类和设计温度和压力等，框架选择双支撑框架；板片选用兰州石油机械研究所BR05A型板片，波纹为双人字型，材料为SUS304；垫片材料选用三元乙丙橡胶。 选择单流程并联流程组合，流道数为74。 进行热力计算、阻力计算、结构设计以及校核，确定了总传热系数2878W/(m2K)可拆卸板式换热器。,21,22,PPT课件,谢 谢 观 看,23,PPT课件,
