板式换热器选型计算 板式换热器是一种高效紧凑型热交换设备，它具有传热效率高、 阻力损失小、结构紧密相连、拆装方便、操作灵活等优点，目前大范围的应用于 冶金、机械、电力、石油、化工、制药、纺织、造纸、食品、城镇小区集 中供热等各个行业和领域，因此掌握板式换热器的选型计算对每个工 程设计人员都是很重要的。目前板式换热器的选型计算大体上分为手 工简易算法、手工标准算法及计算机算法三种，以下就三种算法的特 点进行简要的说明。 一、 手工简易算法 计算公式： F=Wq/(K*△T) 式中 F —换热面积 m2 Wq—换热量 W 2 K —传热系数 W/m ·℃ △T— 平均对数温差 ℃ 根据选定换热系统的有关参数，计算换热量、平均对数温差，设 定传热系数，求出换热面积。选定厂家及换热器型号，计算板 流速， 通过厂家样本提供的传热特性曲线及流阻特性曲线，查出实际传热系 数及压降。若实际传热系数小于设定传热系数，则应降低设定传热系 数，重新计算。若实际传热系数大于设定传热系数，而实际压降大于 设定压降，则应逐步降低设定传热系数，增大换热面积，重新计算。 经过反复校核，直到计算结果满足换热系统的要求，最终确定换热器 型号及换热面积大小。这种算法的优点是计算简单，步骤少，时 短； 缺点是结果不准确，应用场景范围窄。造成结果不准确的问题大多是样本 所提供的传热特性曲线及流阻特性曲线是一定工况条件下的曲线，而 设计工况可能与之不符。此外样本所提供的传热特性曲线及流阻特性 曲线仅为水―水换热系统，在使用中有很大的局限性。 以下给出佛山显像管厂总装厂房低温冷却水及 40℃热水两套换 热系统实例加以说明采用手工简易算法得出的计算结果与实测结果 的差别： BR35 F=36m2 北京市华都换热设备厂 工艺水 冷冻水 低温 流 压 流 压 进 出 进 出 冷却水系 量 降 量 降 水温度 水温度 水温度 水温度 统 m M m M ℃ ℃ ℃ ℃ 3/h Pa 3/h Pa 计算 5 28 17 0 1 6 11 0 实测 6 22 17 0 2 7 22 结果 9 .03 30 .06 结果 3 2 .04 1 BR05 F=5m 北京市华都换热设备厂 工艺水 高温水 40℃ 热水系统 流 进 出 压 流 进 出 压 量 水温度 水温度 降 量 水温度 水温度 降 m ℃ ℃ M m ℃ ℃ M 3/h Pa 3/h Pa 计算 6 10 40 0 9 90 70 0 实测 1 33 39 0 1 90 36 结果 .006 .008 结果 0 .02 二、 手工标准算法 06 计算方式与步骤 （一）工艺条件 热介质 进出口温度℃Th1 Th2 3 流量 m /h Qh 压力损失（允许值）MPa △Ph 冷介质 进出口温度℃ Tc1 Tc2 3 流量 m /h Qc 压力损失（允许值）MPa △Pc （二）物性参数 物性温度 ℃ Th=(Th1+Th2)/2 Tc=(Tc1+Tc2)/2 介质重度 Kg/m3 γh γc 介质比热 KJ/kg· ℃ Cph Cpc 导热系数 W/m·℃ λh λc 2 运动粘度 m /s νh ν c 普朗特数 Prh Prc （三）平均对数温差（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）计算换热量 Wq=Qh*γh*Cph*(Th1-Th2)=Qc*γc*Cpc*(Tc2-Tc1) W （五）设备选型 根据样本提供的型号结合流量定型号，主要依据于角孔流 速。即： 2 Wl=4*Q/(3600*π *D ) ≤3.5～4.5m/s Wl— 角孔流速 m/s 3 Q —介质流量 m /h D — 角孔直径 m （六）定型设备参数（样本提供） 单板换热面积 s m2 单通道横截面积 f m2 板片 距 l m 平均当量直径 de m (d≈2*l) b m 传热准则方程式 Nu=a*Re *Pr 压降准则方程式 Eu=x*Rey Nu— 努塞尔数 Eu— 欧拉数 a.b.x.y—板形有关参数、指数 Re— 雷诺数 Pr—普朗特数 m — 指数 热介质 m=0.3 冷介质 m=0.4 （七）拟定板 流速初值Wh 或 Wc Wc=Wh*Qc/Qh （纯逆流时） W 取 0.1～0.4m/s （八）计算雷诺数 Re=W*de/ν W —计算流速 m/s de— 当量直径 m 2 ν— 运动粘度 m /s （九）计算努塞尔数 b m Nu=a*Re *Pr （十）计算放热系数 α=Nu*λ/de 2 α— 放热系数 W/m ·℃ λ— 导热系数 W/m· ℃ 分别得出α 、α 热冷介质放热系数 h c （十一）计算传热系数 2 K=1/(1/α +1/α +r +r +r ) W/m ·℃ h c p h c 2 r — 板片热阻 0.0000459m ·℃/W p 2 r — 热介质污垢热阻 0.0000172 ～0.0000258m ·℃/W h 2 r — 冷介质污垢热阻 0.0000258 ～0.0000602m ·℃/W c （十二）计算理论换热面积 Fm=Wq/(K*△T) （十三）计算换热器单组程流道数 n=Q/(3600*f*W) （圆整为整数） 3 Q—流量 m /h f—单通道横截面积 m2 W—板 流速 m/s （十四）计算换热器程数 N=(Fm/s+1)/(2*n) N 为≥ 1 的整数 s—单板换热面积 m2 （十五）计算实际换热面积 F=(2*N*n-1)*s （纯逆流） （十六）计算欧拉数 Eu=x*Rey （十七）计算压力损失 2 -6 △P=Eu*γ *W *N*10 MPa γ— 介质重度 Kg/m3 W—板 流速 m/s N— 换热器程数 选定厂家，根据角孔流速确定换热器型号，从手册查出在设计工 况下冷、热介质的各种物理参数，根据厂家样本提供的传热经验公式 及流阻经验公式，初步设定流体的板 流速，求出雷诺数，经计算得 出传热系数及压力损失，在实际换热面积不小于理论换热面积的前提 下，若压力损失大于许用值，则应逐步降低初定的板 流速，重新 计算。经过反复校核，直到计算结果满足换热系统的要求，最终确定 换热器型号及换热面积大小。这种算法的优点是计算结果准确，应用 范围广；缺点是计算复杂，步骤多，时间长。 三、 计算机算法 利用计算机进行板式换热器选型计算，充分的发挥了计算机运算 速度快的特长，一个计算在微机上几秒钟内就能完成，且结果的准 确性是手算难以达到的。板换厂家选型计算软件中存贮了计算所 需的不同水温时水的各种物理参数及板式换热器定型设备的所有 参数，设计人员在计算机上进行计算时只需输入工艺条件（如水量、 水温、压降等）就能马上得出计算结果，这为设计人员提供了极大 的方便。计算人员还可以输入不同的工艺条件（如水量、水温相同， 压降不同等）或更换换热器型号以得出不同的计算结果，通过对结 果的比较、优化，最终选定既经济合理又性能可靠的板式换热器。 设计人员在要求板换厂家提供板式换热器选型计算书时，除了 向板换厂家提供换热系统的换热量（或液体流量）、冷热介质的进出 水温、压力损失外，还应该提供污垢系数（亦称污垢热阻）。压力损失、 污垢系数的设定值对选型是很重要的。压力损失设定值过大，换 热面积减小，虽然节省了设备一次性投资，但使换热系统的能量消 耗增加、维护清洗费用增加、设备正常运行时间缩短；压力损失设定值过 小，换热面积增大，造成设备一次性投资增加。要达到既节省了一 次性投资，又使能量消耗、维护清洗费用达到一个合理值，最佳的 压力损失为 0.03MPa。污垢系数因换热介质不同而不同，设计人员 不应为了安全而盲目将污垢系数取大，污垢系数最大不超过 2 0.000103m ·℃/W 。以下给出常用介质板式换热器的污垢系数： 2 液体的种类 污垢系数（m ·℃/W ） 软水或蒸馏水 0.0000086 低硬度的工业用水 0.0000172 高硬度的工业用水 0.000043 处理过的冷却塔循环水 0.000034 润滑油 0.0000172—0.000043 植物油 0.0000172—0.000052 有机溶剂 0.0000086—0.000026 以下分别给出瑞典舒瑞普公司及北京华海换热器厂对某一换 热系统的计算结果，并对结果做多元化的分析和比较 ： 计算条件 3 工艺水 Q=25m /h Th1=25℃ Th2=20℃ 压力损失 0.05MPa 2 冷冻水 Tc1=5℃ Tc2=10℃ 污垢系数 0.1 m ·℃/kW 瑞典舒瑞普公司计算结果 3 3 工艺水流量（m /h ） 2 冷冻水流量（m /h ） 2 工艺水进口温度（℃） 2 冷冻水进口温度（℃） 5 5.0 4.9 工艺水出口温度（℃） 2 冷冻水出口温度（℃） 1 5.0 .0 工艺水平均温度（℃） 2 冷冻水平均温度（℃） 7. 0.0 0.0 3 3 工艺水容重（Kg/m ） 9 冷冻水容重（Kg/m ） 1 2.5 5 工艺水比热（KJ/Kg·℃） 4 冷冻水比热（KJ/Kg·℃） 4. 96.7 001.0 工艺水导热系数 0 冷冻水导热系数 0. .189 207 工艺水运动粘度 1 冷冻水运动粘度 1. （W/m·℃） .608 （W/m·℃） 585 -6 2 -6 2 工艺水压力损失 0 冷冻水压力损失（MPa） 0 （10 ·m /s ） .027 （10 ·m /s ） 285 工艺水角孔直径（mm ） 7 冷冻水角孔直径（mm ） 7 （MPa） .05 .05 工艺水角孔流速（m/s ） 1 冷冻水角孔流速（m/s ） 1. 0 0 工艺水板 流速（m/s ） 1 冷冻水板 流速（m/s ） 1. .80 80 工艺水雷诺数 6 冷冻水雷诺数 4 .00 00 2 平均对数温差（℃） 1 污垢系数（m ·℃/kW ） 0. 190 150 2 换热量（kW ） 1 传热系数（W/m ·℃） 3 5 125 2 换热面积 （m ） 2 换热器程数 1 45.4 847 换热器型号 G 板片总数 2 .52 板片材料 AI 板片厚度（mm ） 0 X-12 3 垫片材料 NB 最 高 工 作 压 力 1 SI 316 .5 R(S) （MPa） .6 北京华海换热器厂计算结果 3 3 工艺水流量（m /h ） 2 冷冻水流量（m /h ） 8 工艺水进口温度（℃） 2 冷冻水进口温度（℃） 5 5.0 .08 工艺水出口温度（℃） 2 冷冻水出口温度（℃） 2 5.0 .0 工艺水平均温度（℃） 2 冷冻水平均温度（℃） 1 0.0 0.4 3 3 工艺水容重（Kg/m ） 9 冷冻水容重（Kg/m ） 9 2.5 2.7 工艺水比热（KJ/Kg·℃） 4 冷冻水比热（KJ/Kg·℃） 4 97.1 99.7 工艺水导热系数 0 冷冻水导热系数 0 .1784 .1948 工艺水运动粘度 0 冷冻水运动粘度 1 （W/m·℃） .608 （W/m·℃） .575 -6 2 -6 2 工艺水压力损失 0 冷冻水压力损失（MPa） 0 （10 ·m /s ） .89 （10 ·m /s ） .31 工艺水角孔直径（mm ） 7 冷冻水角孔直径（mm ） 7 （MPa） .05 .02 工艺水角孔流速（m/s ） 1 冷冻水角孔流速（m/s ） 0. 0 0 工艺水板 流速（m/s ） 0 冷冻水板 流速（m/s ） 0. .80 58 工艺水雷诺数 3 冷冻水雷诺数 8 .42 13 平均对数温差（℃） 8 污垢热阻（m2·℃/kW ） 0 278 28 2 换热量（kW ） 1 传热系数（W/m ·℃） 2 .80 .1 2 换热面积 （m ） 7 换热器程数 1 44.7 251 换热器型号 B 板片总数 3 .6 板片材料 SU 板片厚度（mm ） 0 R20 5 垫片材料 EP 最 高 工 作 压 力 1 S 304 .7 NM （MPa） .6 从计算结果能看出，舒瑞普公司在计算中采取了温度设定值不变， 通过

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