第3章_高效间壁式热交换器课件.ppt

v何何谓谓 紧凑型热交换器？紧凑型热交换器？(compact heat exchanger)v应应用在一些关用在一些关键键或特殊部位、或特殊部位、场场合v衡量衡量紧紧凑程度的指凑程度的指标标是：是：m2/m3 达到达到 700 m2/m3 称称为紧为紧凑式凑式换热换热器3 高效间壁式热交换器 由螺旋形传热板、由螺旋形传热板、隔板、头盖、连接隔板、头盖、连接管等基本部件组成管等基本部件组成有有可拆可拆式和式和不可不可拆拆式两大类式两大类3.1 螺旋板式热交换器3.1.1 基本构造和工作原理基本构造和工作原理(a)结结构构简图简图 (b)实实物物图图 图图3.1 螺旋板式螺旋板式热热交交换换器器(可拆式可拆式)定距柱定距柱螺旋板螺旋板回转支座回转支座头盖头盖垫片垫片切向接管切向接管图图3.2 螺旋板式螺旋板式热热交交换换器的三种型式器的三种型式型型 型型 型型 图图3.3 流道的密封流道的密封螺旋螺旋板板宽宽度度螺旋螺旋板厚板厚度度单单台台换热换热面面积积螺旋螺旋通道通道间间距距中心中心管直管直径径螺旋螺旋体外体外径径定距定距柱直柱直径径设计压设计压力力设计设计温度温度mmmmm2mmmmmmmmMPa1501900260.53005401503006000)=0.023 /de Re0.8Prm(1+3.54de/Dm)，W/(m2)(3.1)(2)层层流流时时(Re1000)Nu=Pr0.25(/w)0.170.0315Re0.8-6.65*10-7(lt/b)1.3(/de)(3.4)当当Re30000时时，式中，式中(lt/b)的影响可忽略。

的影响可忽略4)蒸汽冷凝蒸汽冷凝时时 W/(m2)(3.5)图图3.4 凝凝结换热结换热系数系数计计算曲算曲线线(5)蒸汽冷凝冷却蒸汽冷凝冷却时时 (3.6)(6)沸沸腾传热时腾传热时核核态态沸沸腾时腾时，沸，沸腾换热腾换热系数用下式系数用下式计计算算2)传热传热系数系数 K 的的计计算算(3.7)(3.8)3)流体流体压压降的降的计计算算螺旋板螺旋板换热换热器的器的总总阻力可分阻力可分为为三部分：弯曲通道三部分：弯曲通道的阻力，定距柱的影响及的阻力，定距柱的影响及进进出口的局部阻力出口的局部阻力3.9)对对蒸汽，蒸汽，轴轴向流向流动动冷凝冷凝时时，可用下式，可用下式计计算算压压降：降：(3.10)蒸汽螺旋向流蒸汽螺旋向流动动冷凝冷凝时时，压压降的降的计计算式算式为为 (3.11)图图3.5 不等通道螺旋体不等通道螺旋体4)换热换热面面积积及螺旋通道几何尺寸的及螺旋通道几何尺寸的计计算算(1)螺旋体的螺旋体的绘绘制制(2)螺旋板螺旋板长长度度计计算算(3)螺旋体的有效圈数螺旋体的有效圈数ne(4)螺旋体的最大外径螺旋体的最大外径D螺旋板式螺旋板式热热交交换换器器设计计设计计算算 例例3.13.2 板式热交换器3.2.1 构造和工作原理构造和工作原理 传热板片是关键部件：使流体低速下发生强烈湍流，强化传热；使流体低速下发生强烈湍流，强化传热；提高板片刚度，能耐较高压力。

提高板片刚度，能耐较高压力图图3.8 我国板式我国板式热热交交换换器国家器国家标标准的板片波准的板片波纹纹形式形式流体的单边流和对角流流体的单边流和对角流图图3.11 密封密封垫垫片片材料名称材料名称 适用场合适用场合304,316,316L氯离子含量不高的一般流体氯离子含量不高的一般流体哈氏合金哈氏合金 Hastelloy C-276,C-22氧化性酸，如硫酸，混酸氧化性酸，如硫酸，混酸工业纯钛工业纯钛TA1海水等氯离子含量高的液体海水等氯离子含量高的液体钛钯合金钛钯合金TA9还原酸，如次氯酸还原酸，如次氯酸耐酸钢耐酸钢RS-2强酸，如浓硫酸、硝酸等强酸，如浓硫酸、硝酸等254 SMO海水等氯离子含量高的液体海水等氯离子含量高的液体传热板片材料及适用介质 其他类型板式热交换器的结构其他类型板式热交换器的结构图图3.12 板式蒸板式蒸发发器器图图3.13 板式冷凝器板片板式冷凝器板片图图3.14 流体在板流体在板间间通道中三通道中三维维流流动动图图3.15 板式板式热热交交换换器中的三种流体器中的三种流体换热换热材料名称材料名称适用温度适用温度适用介质适用介质丁腈橡胶丁腈橡胶-20120水、油类、烃、醛等水、油类、烃、醛等三元乙丙三元乙丙-50150水、一般有机酸、碱等水、一般有机酸、碱等氟橡胶氟橡胶-20250有机溶液、酸、碱、醇有机溶液、酸、碱、醇食品、医药食品、医药橡胶橡胶-20120食品、医药食品、医药氯丁橡胶氯丁橡胶-40100碱及部分酸碱及部分酸硅橡胶硅橡胶-65230部分油类、酒精部分油类、酒精密封材料及适用介质 目前世界上板式目前世界上板式热热交交换换器所达到的主要器所达到的主要技技术术指指标标如下如下(可拆式可拆式)：最大板片面最大板片面积积：4.670.475m2，最大角孔尺寸：最大角孔尺寸：450 mm以上，以上，最大最大处处理量：理量：5000 m3/h，最高工作最高工作压压力：力：2.8 MPa，最高工作温度：最高工作温度：橡胶橡胶垫垫片片150，压缩压缩石棉石棉垫垫片片260，压缩压缩石棉橡胶石棉橡胶垫垫片片360，最佳最佳传热传热系数：系数：7000 W/(m2)(水水，无垢阻水水，无垢阻)，紧紧凑性：凑性：2501000 m2/m3，金属消耗量：金属消耗量：16 kg/m2。

板式热交换器的型号表示法板式热交换器的型号表示法单单板公称板公称换热换热面面积积是指是指经圆经圆整后的整后的单单板板计计算算换热换热面面积积按国按国标标GB 164091996，板式，板式热热交交换换器的型号按如下格式表示：器的型号按如下格式表示：框架框架结结构形式代号构形式代号垫垫片材料代号片材料代号换热换热器器换热换热面面积积，m2设计压设计压力，力，MPa单单板公称板公称换热换热面面积积，m2板片波板片波纹纹形式代号形式代号板片板片换热换热器代号器代号（B,BL,或或BZ）型号型号技术技术参数参数BR005BR01BR02BR035BR05BR07BR09BR13单板有效热单板有效热面积面积 m20.0530.10.230.350.520.660.851.3外形尺寸外形尺寸mm500 x170660 x2501000 x3301215x4001440 x5001660 x5001770 x6202140 x820板片厚度板片厚度mm0.50.70.61板片材料板片材料SUS304、316、316L、RS-2、Hastelloy C-276、TAI、H68、Hsn62-1角孔直径角孔直径mm405065100150150170250平均板间距平均板间距mm33.23.53.53.83.83.83.8平均流道平均流道截面积截面积 m20.000420.0006560.000980.0012250.00170.00170.002150.00284当量直径当量直径m0.0060.00640.0070.0070.00760.00760.00760.0076板式换热器板片主要技术参数型号型号/技术参数技术参数BR005BR01BR02BR035BR05BR07BR09BR13最高使用压力最高使用压力MPa2.5 使用温度范围使用温度范围 oC-19250装机有效面积装机有效面积台台m2 0.55110330156030140502006025090650最大处理量最大处理量 液体液体（气体（气体)m3/h 30(300)70(700)100(1000)200(2000)300(3000)300(3000)600(6000)1200(12000)传热系数传热系数(水水-水水)W/m2.k650061005800最大热交换量最大热交换量(水水-水水)MW0.6161630355090接管公称直径接管公称直径mm405065100150150175250设备最大质量设备最大质量 kg7028059014502520270049809800板式换热器整机主要技术参数1、高效换热、高效换热 板片的波纹结构，使流体在板间流动时不断改变流向板片的波纹结构，使流体在板间流动时不断改变流向和速度，形成剧烈湍流，在低流速下可获得高的传热系和速度，形成剧烈湍流，在低流速下可获得高的传热系数。

数相同工况传热系数比管壳式高相同工况传热系数比管壳式高67倍2、结构紧凑、结构紧凑 板片表面的波纹增加了有效换热面积，板片表面的波纹增加了有效换热面积，紧紧凑性达到：凑性达到：300m2/m3，约为管壳式的约为管壳式的25倍；体积为管壳式的倍；体积为管壳式的1/5 1/10；重量是管壳式的；重量是管壳式的1/5左右3、清洗、检修方便、清洗、检修方便 板面光洁，湍流冲击力强，结垢倾向小，一旦结垢，板面光洁，湍流冲击力强，结垢倾向小，一旦结垢，用化学或手工清洗也很方便用化学或手工清洗也很方便4、操作灵活、操作灵活 可增可增/减板片数或改变流程组合适应新的换热要求减板片数或改变流程组合适应新的换热要求5、通用性与防腐、通用性与防腐 从通常的水到有一定粘度的液体以及含小颗粒的悬浮从通常的水到有一定粘度的液体以及含小颗粒的悬浮液都可处理；钛材可用于防腐液都可处理；钛材可用于防腐板板式式热热交交换换器器特特点点 41 41 14 14 14 22 流程流程通道通道(甲甲)流程流程通道通道(乙乙)（a）串）串联联（b）并）并联联（c）混）混联联3.2.2 流程流程组组合及合及传热传热、压压降降计计算算图图3.17 板式板式热热交交换换器的器的14流程流程组组合示意合示意图图 22 17 .13+14 传热计传热计算算板式板式热热交交换换器的器的传热传热面面积积是扣除不参与是扣除不参与部分部分(板片的角孔及密封板片的角孔及密封垫垫片等片等)后板片后板片的展开面的展开面积积，即有效，即有效传热传热面面积积。

平均温差平均温差 tm 按按纯纯逆流情况下逆流情况下对对数平均数平均温差温差 tlm,c，再乘以修正系数，再乘以修正系数：tm=tlm,c传热传热系数系数 K 的的计计算算：图图3.18 板式板式热热交交换换器的温差修正系数器的温差修正系数(LMTD法法)图图3.19 温差修正系数温差修正系数(NTU法法)液体名称液体名称污污垢垢热热阻阻矿矿化水或蒸化水或蒸馏馏水水0.0000017软软水水0.0000034硬水硬水0.0000086处处理理过过的冷却水的冷却水0.0000069沿海海水或港湾水沿海海水或港湾水0.000086大洋的海水大洋的海水0.000052河水、运河水、井水等河水、运河水、井水等0.000086机器机器夹夹套水套水0.0000103润润滑油滑油0.00000340.0000086植物油植物油0.0000170.000052有机溶有机溶剂剂0.00000170.00000103水蒸气水蒸气0.0000017一般工一般工艺艺流体流体0.00000170.00000103表表3.2 板式板式热热交交换换器中的器中的污污垢垢热热阻阻值值 m2/W 对对流流换热换热系数系数一、无相一、无相变变情况下，一般板片两情况下，一般板片两侧为传热侧为传热相似相似 (3.19)流体被加流体被加热时热时：m=0.4 流体被冷却流体被冷却时时：m=0.3 C、n随板片、流体和流随板片、流体和流动类动类型不同而不同：型不同而不同：C=0.150.4;n=0.650.85;m=0.30.45;Z=0.050.2(黏度修正黏度修正项项的指数的指数)。

二、有相二、有相变时变时，相，相变换热变换热系数系数计计算很复算很复杂杂凝凝结换热结换热：重力控制区重力控制区(凝液膜雷凝液膜雷诺诺数数Relf 临临界雷界雷诺诺数数)：(3.23)沸沸腾换热腾换热 (3.24)式中式中 l 可按式可按式(3.19)计计算压压力力损损失失计计算算国国产产板式板式热热交交换换器用于无相器用于无相变换热时变换热时的的压压力力降降计计。