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淺談板式換熱器的設計

1、板式換熱器的優點 
       板式換熱器的特點與別的換熱器相比顯而易見:板式換熱器傳熱系數高,占地面積小,結構緊湊,易維護。在傳熱量相等的條件下,所占空間僅為管殼式換熱器的1/2~1/3。并且不像管殼式換熱器那樣需要預留出很大的空間用來拉出管束檢修。而板式換熱器只需要松開夾緊螺桿,即可在原空間范圍內100%地接觸到換熱板的表面,拆裝方便,便于清洗。體積小重量輕,在狹小的空間易安裝。通過以上的分析比較,可以看出板式換熱器較之管殼式換熱器具有很多優點。另外板式換熱器還有如下優點。
       (1)溫差小 
       由于板式換熱器具有較高的傳熱系數及強烈的湍流,在換熱器中進行流動換熱后,可使熱交換器的一、二次熱水的溫度相差很小,有時溫差能夠趨近1℃~3℃。這樣可使熱效率大大增高,提高換熱設備的經濟性。 
       (2)熱損失小 
       由于具有板片邊緣及周邊密封墊暴露在大氣中,所以熱損失小,一般為1%左右,不需采取保溫措施。在相同換熱面積情況下,板式換熱器的換熱損失僅為管殼式換熱器的1/5,而重量則不到管殼式的一半。 
       (3)適應性強 
       一方面在組裝換熱器時,可根據產量及工藝要求,很方便地增加或減少傳熱板片,亦可將板片重新排列,流程組合重新選擇。另一方面的適應性還表現在其用途上,板式換熱器用途廣泛,目前,在化工、機械、水泥、石油、電力、熱水供暖等多種工程領域都有廣泛的應用,具體用于加熱、冷卻、蒸發、冷凝、余熱回收等工藝過程中,通過在板式換熱器中進行介質間的熱交換來達到應用的目的。 
       (4)操作靈活,維修方便 
       傳熱板片及活動壓緊板均懸掛在機器的橫梁上,壓緊板上方設有滾動裝置, 可方便地打開設備,進行清洗,并能取出一板片,進行檢查或替換墊片。 
       通過對管殼式及板式換熱器的比較,可以得出以下結論:板式換熱器傳熱器傳熱效率高、體積小、重量輕便于拆裝,當冷卻水水質較好時,它是一種比較好的換熱器設備,結合本小區換熱站的具體情況,適宜選擇板式換熱器作為該小區換熱站的換熱設備。 
2、板式換熱器的類型 
       螺旋板式換熱器 
       優點:螺旋板式換熱器結構緊湊,單位體積提供的傳熱面很大。流體在螺旋板內允許流速較高,并且流體沿螺旋方向流動,滯流層薄,故傳熱系數大,傳熱效率高。此外還因流速大,臟物不易滯留。 
       缺點:螺旋板式換熱器要求焊接質量高,檢修比較困難。重量大,剛性差,螺旋板式換熱器運輸和安裝時應特別注意。 
       平板式換熱器 
       平板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種新型高效換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道,通過半片進行熱量交換。它與常規的管殼式換熱器相比,在相同的流動阻力和泵功率消耗情況下,其傳熱系數要高出很多,在適用的范圍內有取代管殼式換熱器的趨勢。 
       板翅式換熱器 
       由封閉在帶有冷、熱流體進出口的集流箱中的換熱板束構成。板束由平板和波紋翅片交互疊合,釬焊固定而成。冷、熱流體流經平板兩側換熱,翅片增加了傳熱面積,又促進了流體的湍動,并對設備有增強作用。板翅式換熱器結構非常緊湊,傳熱效果好,且使用壓力  可達15MPa。但它的制造工藝復雜,流道小,內漏不易修復,因而限用于清潔的無腐蝕性流體,如作空氣分離用的換熱器。 
3、板式換熱器設計的一般原則 
       選擇板片的波紋型式 
       板片的波紋型式主要有人字形波紋和水平平直波紋兩種。人字形波紋板片的承壓能力可高于1.0MPa,水平平直波紋板片的承壓能力一般在1.0MPa左右;人字形波紋板片的傳熱系數和流體阻力都高于水平平直波紋板片。選擇板片的波紋型式,主要要考慮板式換熱器的工作壓力、流體的壓力降和傳熱系數。如果工作壓力在1.6MPa以上,則別無選擇地要采用人字形波紋板片;如果工作壓力不高又特別要求阻力降低,則選用水平平直波紋板片較好一些;如果由于安裝位置所限,需要高的換熱效率以減少換熱器占地面積,而阻力降可以不受限制,則應選用人字形波紋板片。板片型式或波紋型式還應根據換熱場合的實際需要而定。對流量大允許壓降小的情況,應選用阻力小的板型,反之選用阻力大的板型。 
       單板面積的選擇
       單板面積過小,則板式換熱器的板片數多,也即使占地面積增大,程數增多(造成阻力降增大);反之,雖然占地面積和阻力降減小了,但難以保證板間通道必要的流速。不宜選擇單板面積太小的板片,以免板片數量過多,板間流速偏小,傳熱系數過低,對較大的換熱站替應該注意此問題。 
       流速的選取
       流體在板間的流速,影響換熱性能和流體壓力降,流速高固然換熱系數高,但流體的阻力降也增大;反之情況相反。一般板間平均流速為0.2~0.8m/s,流速低于0.2m/s時流體就達不到湍流狀態且會形成較大的死角區,流速過高則會導致阻力降劇增。具體設計時,可以先確定一個流速,計算其阻力降是否在給定的范圍內;也可按給定的壓力降來求出流速的初選值。
       流程的選取
       流程是指板式換熱器內一種介質同一流動方向的一組并聯流道,而流道則是指板式換熱器內,相鄰兩板片組成的介質流動通道。一般情況下,將若干個流道按并聯或串聯的方式連接起來,以形成冷、熱介質通道的不同組合形式。對于一般對稱型流道的板式換熱器,兩流體的體積流量大致相當時,應盡可能按等程布置,若兩側流量相差懸殊時,則流量小的一側可按多程布置。另外,當某一介質溫升或溫降幅度較大時,也可采取多程布置。相變板式換熱器的相變一側一般均為單程。多程換熱器,除非特殊需要,一般對同一流體在各程中應采用相同的流道數。 
       流體流動分布是否均勻的問題還表現在流程組合方式上,在給定的總允許壓降下,多程布置使每一程對應的允許壓降變小,迫使流速降低,對換熱不利。此外,不等程的多程布置是平均傳熱溫差減小的重要原因之一,應盡可能避免。 
       流向的選取
       無相變換熱時,逆流具有大的平均傳熱溫差。在一般換熱器的工程設計中都盡量把流體布置為逆流。對板式換熱器來說,要做到這一點,兩側必須為等程。若安排為不等程,則順流與逆流將交替出現,此時,平均傳熱溫差將明顯小于純逆流時。 
       壓降要求 
       在板式換熱器的設計選型時,一般對壓降有一定的要求,所以應對其進行校核。如果校核壓降超過允許壓降,需重新進行設計選型計算,知道滿足工藝要求為止。一般廠家在樣本中給出壓降計算公式,從技術經濟上考慮,對于水水換熱器的壓降應不大于0.06MPa為宜。
2019/05/10 19:21:32 950 次

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