板式換熱器選型計算(DOC)

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板式換熱器選型計算 板式換熱器是一種高效緊湊型熱交換設(shè)備 它具有傳熱效率高 阻力損失小 結(jié)構(gòu)緊湊 拆裝方便 操作靈活等優(yōu)點 目前廣泛應(yīng)用于冶金 機械 電力 石油 化工 制藥 紡 織 造紙 食品 城鎮(zhèn)小區(qū)集中供熱等各個行業(yè)和領(lǐng)域 因此掌握板式換熱器的選型計算 對每個工程設(shè)計人員都是非常重要的 目前板式換熱器的選型計算一般分為手工簡易算法 手工標準算法及計算機算法三種 以下就三種算法的特點進行簡要的說明 一 手工簡易算法 計算公式 F Wq K T 式中 F 換熱面積 m2 Wq 換 熱 量 W K 傳 熱 系 數(shù) W m2 T 平 均 對 數(shù) 溫 差 根據(jù)選定換熱系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù) 計算換熱量 平 均 對 數(shù) 溫 差 設(shè)定傳熱系數(shù) 求出 換熱面積 選定廠家及換熱器型號 計算板間流速 通過廠家樣本提供的傳熱特性曲線及 流阻特性曲線 查出實際傳熱系數(shù)及壓降 若實際傳熱系數(shù)小于設(shè)定傳 熱 系 數(shù) 則 應(yīng) 降 低 設(shè)定傳熱系數(shù) 重新計算 若實際傳熱系數(shù)大于設(shè)定傳 熱 系 數(shù) 而 實際壓降大于設(shè)定壓降 則 應(yīng) 進 一 步 降 低 設(shè)定傳熱系數(shù) 增大換 熱 面 積 重新計算 經(jīng)過反復(fù)校核 直到計算結(jié) 果滿足換熱系統(tǒng)的要求 最終確定換熱器型號及換熱面積大小 這種算法的優(yōu)點是計算簡 單 步驟少 時間短 缺點是結(jié)果不準確 應(yīng)用范圍窄 造成結(jié)果不準確的原因主要是樣 本所提供的傳熱特性曲線及流阻特性曲線是一定工況條件下的曲線 而設(shè)計工況可能與之 不符 此外樣本所提供的傳熱特性曲線及流阻特性曲線僅為水 水換熱系統(tǒng) 在使用中有 很大的局限性 以下給出佛山顯像管廠總裝廠房低溫冷卻水及 40 熱 水兩套換熱系統(tǒng)實例加以說明 采用手工簡易算法得出的計算結(jié)果與實測結(jié)果的差別 BR35 F 36m2 北京市華都換熱設(shè)備廠 工藝水 冷凍水 低溫冷卻水 系統(tǒng) 流量m3 h 進水溫度 出水溫度 壓降MPa 流量m3 h 進水溫度 出水溫度 壓降MPa 計算結(jié)果 59 28 17 0 03 130 6 11 0 06 實測結(jié)果 63 22 17 0 04 21 7 22 BR05 F 5m2 北京市華都換熱設(shè)備廠 工藝水 高溫水 40 熱水系 統(tǒng) 流量m3 h 進水溫度 出水溫度 壓降MPa 流量m3 h 進水溫度 出水溫度 壓降MPa 計算結(jié)果 6 10 40 0 0060 6 9 90 70 0 008 實測結(jié)果 10 33 39 0 02 1 90 36 二 手工標準算法 計算方法與步驟 一 工 藝 條 件 熱 介 質(zhì) 進 出 口 溫 度 Th1 Th2 流 量 m3 h Qh 壓 力 損 失 允 許 值 MPa Ph 冷 介 質(zhì) 進 出 口 溫 度 Tc1 Tc2 流 量 m3 h Qc 壓 力 損 失 允 許 值 MPa Pc 二 物 性 參 數(shù) 物 性 溫 度 Th Th1 Th2 2 Tc Tc1 Tc2 2 介 質(zhì) 重 度 Kg m3 h c 介 質(zhì) 比 熱 KJ kg Cph Cpc 導(dǎo) 熱 系 數(shù) W m h c 運 動 粘 度 m2 s h c 普 朗 特 數(shù) Prh Prc 三 平 均 對 數(shù) 溫 差 逆 流 T Th1 Tc2 Th2 Tc1 ln Th1 Tc2 Th2 Tc1 或 T Th1 Tc2 Th2 Tc1 2 分 子 等 于 零 四 計 算 換 熱 量 Wq Qh h Cph Th1 Th2 Qc c Cpc Tc2 Tc1 W 五 設(shè) 備 選 型 根 據(jù) 樣 本 提 供 的 型 號 結(jié) 合 流 量 定 型 號 主 要 依 據(jù) 于 角 孔 流 速 即 Wl 4 Q 3600 D2 3 5 4 5m s Wl 角 孔 流 速 m s Q 介 質(zhì) 流 量 m3 h D 角 孔 直 徑 m 六 定 型 設(shè) 備 參 數(shù) 樣 本 提 供 單 板 換 熱 面 積 s m2 單 通 道 橫 截 面 積 f m2 板 片 間 距 l m 平 均 當 量 直 徑 de m d 2 l 傳 熱 準 則 方 程 式 Nu a Reb Prm 壓 降 準 則 方 程 式 Eu x Rey Nu 努 塞 爾 數(shù) Eu 歐 拉 數(shù) a b x y 板 形 有 關(guān) 參 數(shù) 指 數(shù) Re 雷 諾 數(shù) Pr 普 朗 特 數(shù) m 指 數(shù) 熱 介 質(zhì) m 0 3 冷 介 質(zhì) m 0 4 七 擬 定 板 間 流 速 初 值 Wh 或 Wc Wc Wh Qc Qh 純 逆 流 時 W 取 0 1 0 4m s 八 計 算 雷 諾 數(shù) Re W de W 計 算 流 速 m s de 當 量 直 徑 m 運 動 粘 度 m2 s 九 計 算 努 塞 爾 數(shù) Nu a Reb Prm 十 計 算 放 熱 系 數(shù) Nu de 放 熱 系 數(shù) W m2 導(dǎo) 熱 系 數(shù) W m 分 別 得 出 h c 熱 冷 介 質(zhì) 放 熱 系 數(shù) 十 一 計 算 傳 熱 系 數(shù) K 1 1 h 1 c rp rh rc W m2 rp 板 片 熱 阻 0 0000459m2 W rh 熱 介 質(zhì) 污 垢 熱 阻 0 0000172 0 0000258m2 W rc 冷 介 質(zhì) 污 垢 熱 阻 0 0000258 0 0000602m2 W 十 二 計 算 理 論 換 熱 面 積 Fm Wq K T 十 三 計 算 換 熱 器 單 組 程 流 道 數(shù) n Q 3600 f W 圓 整 為 整 數(shù) Q 流 量 m3 h f 單 通 道 橫 截 面 積 m2 W 板 間 流 速 m s 十 四 計 算 換 熱 器 程 數(shù) N Fm s 1 2 n N 為 1 的 整 數(shù) s 單 板 換 熱 面 積 m2 十 五 計 算 實 際 換 熱 面 積 F 2 N n 1 s 純 逆 流 十 六 計 算 歐 拉 數(shù) Eu x Rey 十 七 計 算 壓 力 損 失 P Eu W2 N 10 6 MPa 介 質(zhì) 重 度 Kg m3 W 板 間 流 速 m s N 換 熱 器 程 數(shù) 選定廠家 根據(jù)角孔流速確定換熱器型號 從手冊查出在設(shè)計工況下冷 熱介質(zhì)的各種物 理參數(shù) 根據(jù)廠家樣本提供的傳熱經(jīng)驗公式及流阻經(jīng)驗公式 初步設(shè)定流體的板間流速 求出雷諾數(shù) 經(jīng)計算得出傳熱系數(shù)及壓力損失 在實際換熱面積不小于理論換熱面積的前 提下 若壓力損失大于許用值 則應(yīng)進一步降低初定的板間流速 重新計算 經(jīng)過反復(fù)校 核 直到計算結(jié)果滿足換熱系統(tǒng)的要求 最終確定換熱器型號及換熱面積大小 這種算法 的優(yōu)點是計算結(jié)果準確 應(yīng)用范圍廣 缺點是計算復(fù)雜 步驟多 時間長 三 計算機算法 利 用 計 算 機 進 行 板 式 換 熱 器 選 型 計 算 充 分 發(fā) 揮 了 計 算 機 運 算 速 度 快 的 特 長 一 個 計 算 在 微 機 上 幾 秒 鐘 內(nèi) 就 能 完 成 且 結(jié) 果 的 準 確 性 是 手 算 難 以 達 到 的 板 換 廠 家 選 型 計 算 軟 件 中 存 貯 了 計 算 所 需 的 不 同 水 溫 時 水 的 各 種 物 理 參 數(shù) 及 板 式 換 熱 器 定 型 設(shè) 備 的 所 有 參 數(shù) 設(shè) 計 人 員 在 計 算 機 上 進 行 計 算 時 只 需 輸 入 工 藝 條 件 如 水 量 水 溫 壓 降 等 就 能 馬 上 得 出 計 算 結(jié) 果 這 為 設(shè) 計 人 員 提 供 了 極 大 的 方 便 計 算 人 員 還 可 以 輸 入 不 同 的 工 藝 條 件 如 水 量 水 溫 相 同 壓 降 不 同 等 或 更 換 換 熱 器 型 號 以 得 出 不 同 的 計 算 結(jié) 果 通 過 對 結(jié) 果 的 比 較 優(yōu) 化 最 終 選 定 既 經(jīng) 濟 合 理 又 性 能 可 靠 的 板 式 換 熱 器 設(shè) 計 人 員 在 要 求 板 換 廠 家 提 供 板 式 換 熱 器 選 型 計 算 書 時 除 了 向 板 換 廠 家 提 供 換 熱 系 統(tǒng) 的 換 熱 量 或 液 體 流 量 冷 熱 介 質(zhì) 的 進 出 水 溫 壓 力 損 失 外 還 應(yīng) 該 提 供 污 垢 系 數(shù) 亦 稱 污 垢 熱 阻 壓 力 損 失 污 垢 系 數(shù) 的 設(shè) 定 值 對 選 型 是 非 常 重 要 的 壓 力 損 失 設(shè) 定 值 過 大 換 熱 面 積 減 小 雖 然 節(jié) 省 了 設(shè) 備 一 次 性 投 資 但 使 換 熱 系 統(tǒng) 的 能 量 消 耗 增 加 維 護 清 洗 費 用 增 加 設(shè) 備 運 行 時 間 縮 短 壓 力 損 失 設(shè) 定 值 過 小 換 熱 面 積 增 大 造 成 設(shè) 備 一 次 性 投 資 增 加 要 達 到 既 節(jié) 省 了 一 次 性 投 資 又 使 能 量 消 耗 維 護 清 洗 費 用 達 到 一 個 合 理 值 最 佳 的 壓 力 損 失 為 0 03MPa 污 垢 系 數(shù) 因 換 熱 介 質(zhì) 不 同 而 不 同 設(shè) 計 人 員 不 應(yīng) 為 了 安 全 而 盲 目 將 污 垢 系 數(shù) 取 大 污 垢 系 數(shù) 最 大 不 超 過 0 000103m2 W 以 下 給 出 常 用 介 質(zhì) 板 式 換 熱 器 的 污 垢 系 數(shù) 液 體 的 種 類 污 垢 系 數(shù) m2 W 軟 水 或 蒸 餾 水 0 0000086 低 硬 度 的 工 業(yè) 用 水 0 0000172 高 硬 度 的 工 業(yè) 用 水 0 000043 處 理 過 的 冷 卻 塔 循 環(huán) 水 0 000034 潤 滑 油 0 0000172 0 000043 植 物 油 0 0000172 0 000052 有 機 溶 劑 0 0000086 0 000026 以 下 分 別 給 出 瑞 典 舒 瑞 普 公 司 及 北 京 華 海 換 熱 器 廠 對 某 一 換 熱 系 統(tǒng) 的 計 算 結(jié) 果 并 對 結(jié) 果 進 行 分 析 和 比 較 計 算 條 件 工 藝 水 Q 25m3 h Th1 25 Th2 20 壓 力 損 失 0 05MPa 冷 凍 水 Tc1 5 Tc2 10 污 垢 系 數(shù) 0 1 m2 kW 瑞 典 舒 瑞 普 公 司 計 算 結(jié) 果 工 藝 水 流 量 m3 h 25 0 冷 凍 水 流 量 m3 h 24 9 工 藝 水 進 口 溫 度 25 0 冷 凍 水 進 口 溫 度 5 0 工 藝 水 出 口 溫 度 20 0 冷 凍 水 出 口 溫 度 10 0 工 藝 水 平 均 溫 度 22 5 冷 凍 水 平 均 溫 度 7 5 工 藝 水 容 重 Kg m3 996 7 冷 凍 水 容 重 Kg m3 1001 0 工 藝 水 比 熱 KJ Kg 4 189 冷 凍 水 比 熱 KJ Kg 4 207 工 藝 水 導(dǎo) 熱 系 數(shù) W m 0 608 冷 凍 水 導(dǎo) 熱 系 數(shù) W m 0 585 工 藝 水 運 動 粘 度 10 6 m2 s 1 027 冷 凍 水 運 動 粘 度 10 6 m2 s 1 285 工 藝 水 壓 力 損 失 MPa 0 05 冷 凍 水 壓 力 損 失 MPa 0 05 工 藝 水 角 孔 直 徑 mm 70 冷 凍 水 角 孔 直 徑 mm 70 工 藝 水 角 孔 流 速 m s 1 80 冷 凍 水 角 孔 流 速 m s 1 80 工 藝 水 板 間 流 速 m s 1 00 冷 凍 水 板 間 流 速 m s 1 00 工 藝 水 雷 諾 數(shù) 6190 冷 凍 水 雷 諾 數(shù) 4150 平 均 對 數(shù) 溫 差 15 污 垢 系 數(shù) m2 kW 0 125 換 熱 量 kW 145 4 傳 熱 系 數(shù) W m2 3847 換 熱 面 積 m2 2 52 換 熱 器 程 數(shù) 1 換 熱 器 型 號 GX 12 板 片 總 數(shù) 23 板 片 材 料 AISI 316 板 片 厚 度 mm 0 5 墊 片 材 料 NBR S 最 高 工 作 壓 力 MPa 1 6 北 京 華 海 換 熱 器 廠 計 算 結(jié) 果 工 藝 水 流 量 m3 h 25 0 冷 凍 水 流 量 m3 h 8 08 工 藝 水 進 口 溫 度 25 0 冷 凍 水 進 口 溫 度 5 0 工 藝 水 出 口 溫 度 20 0 冷 凍 水 出 口 溫 度 20 4 工 藝 水 平 均 溫 度 22 5 冷 凍 水 平 均 溫 度 12 7 工 藝 水 容 重 Kg m3 997 1 冷 凍 水 容 重 Kg m3 999 7 工 藝 水 比 熱 KJ Kg 4 1784 冷 凍 水 比 熱 KJ Kg 4 1948 工 藝 水 導(dǎo) 熱 系 數(shù) W m 0 608 冷 凍 水 導(dǎo) 熱 系 數(shù) W m 0 575 工 藝 水 運 動 粘 度 10 6 m2 s 0 89 冷 凍 水 運 動 粘 度 10 6 m2 s 1 31 工 藝 水 壓 力 損 失 MPa 0 05 冷 凍 水 壓 力 損 失 MPa 0 02 工 藝 水 角 孔 直 徑 mm 70 冷 凍 水 角 孔 直 徑 mm 70 工 藝 水 角 孔 流 速 m s 1 80 冷 凍 水 角 孔 流 速 m s 0 58 工 藝 水 板 間 流 速 m s 0 42 冷 凍 水 板 間 流 速 m s 0 13 工 藝 水 雷 諾 數(shù) 3278 冷 凍 水 雷 諾 數(shù) 828 平 均 對 數(shù) 溫 差 8 80 污 垢 熱 阻 m2 kW 0 1 換 熱 量 kW 144 7 傳 熱 系 數(shù) W m2 2251 換 熱 面 積 m2 7 6 換 熱 器 程 數(shù) 1 換 熱 器 型 號 BR20 板 片 總 數(shù) 35 板 片 材 料 SUS 304 板 片 厚 度 mm 0 7 墊 片 材 料 EPNM 最 高 工 作 壓 力 MPa 1 6 從計算結(jié)果可以看出 舒瑞普公司在計算中采用溫度設(shè)定值不變 通過調(diào)整污垢系 數(shù) 改變傳熱系數(shù)來滿足傳熱方程 F Wq K T 北京華海換熱器廠在計算中采用污垢 系數(shù)設(shè)定值不變 通過調(diào)整冷 凍 水 出 口 溫 度 改變平 均 對 數(shù) 溫 差 及 傳熱系數(shù)來滿足傳熱 方程 F Wq K T 換 熱 面 積 的 確 定 在 多 數(shù) 情 況 下 取 決 于 設(shè) 計 工 況 的 壓 力 損 失 設(shè) 定 值 北京華海換熱器廠通過增加板片數(shù)量使流道數(shù)增加 降低板間流速來滿足設(shè)計工況對壓 力 損 失 的 要 求 舒瑞普公司不僅可以通過增加板片數(shù)量來降低壓 力 損 失 而 且 在 板片數(shù)量 不變的前提下通過改變板片的組合也能在一定范圍內(nèi)降低壓 力 損 失 這 主 要 依 賴 于 舒瑞普 公司先進的板片設(shè)計 它使得舒瑞普公司所選用的板式換熱器跟設(shè)計工況比較接近 而且 換熱面積取值較小 北京華海換熱器廠選型計算結(jié)果的主要特點是與實際工況比較接近 它會在自控要求很高的換熱系統(tǒng)中 為正確選擇自控閥提供較為準確的數(shù)據(jù) 板 式 換 熱 器 不 同 于 其 它 設(shè) 備 的 最 顯 箸 特 點 是 它 的 非 標 準 化 每 個 設(shè) 備 廠 的 模 具 都 是 自 行 開 發(fā) 的 各 有 各 的 特 點 因 此 同 一 換 熱 系 統(tǒng) 的 板 式 換 熱 器 面 積 大 小 會 因 設(shè) 備 廠 家 的 不 同 而 發(fā) 生 變 化 這 一 點 設(shè) 計 人 員 因 在 設(shè) 計 說 明 中 加 以 提 醒 否 則 業(yè) 主 在 板 式 換 熱 器 面 積 不 變 的 前 提 下 更 換 設(shè) 備 廠 家 將 會 產(chǎn) 生 異 想 不 到 的 后 果 1 求熱負荷 Q Q G P t 2 求冷熱流體進出口溫度 t2 t1 Q G P 3 冷熱流體流量 Q P t2 t1 4 求平均溫度差 tm tm T1 t2 T2 t1 In T1 t2 T2 t1 或 tm T t2 T2 t1 2 5 選擇板型 若所有的板型選擇完 則進行結(jié)果分析 6 由 值范圍 計算板片數(shù)范圍 min max min Q Kmax tm F P max Q Kmin tm F P 7 取板片數(shù) N min max 若 N 已達 max 做 5 8 取 N 的流程組合形式 若組合形式取完則做 7 9 求 Re Nu Re W de Nu a1 Re a2 Pr a3 10 求 a K 傳熱面積 a Nu de K 1 1 ah 1 ac c c 0 F Q K tm 11 由傳熱面積 求所需板片數(shù) F Fp 2 12 若 N NN 做 13 求壓降 p Eu a4 Rea5 p Eu W2 14 若 p 允 做 若 p 允 記錄結(jié)果 做 注 1 1 2 3 根據(jù)已知條件的情況進行計算 2 當 T1 t2 T2 t1 時采用 tm T t2 T2 t1 2 3 修正系數(shù) 一般 0 7 0 9 4 壓降修正系數(shù) 單流程 度 1 1 2 二流程 三流程 1 8 2 0 四流程 2 6 2 8 5 a1 a2 a3 a4 a5 為常系數(shù) 選型計算各公式符號的意義及單位