【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，殺菌，熱回收等。板式換熱器的應(yīng)用場(chǎng)合： （1）冷卻：冷凝器，蒸發(fā)器。 （2）空調(diào)：在熱交換器中的中間鍋爐和高層建筑。 （3）化工行業(yè)：制造二氧化鈦，酒精發(fā)酵，氨，樹脂及橡膠，冷磷酸，燒堿行業(yè)。 （4）冶金行業(yè)：鋁液加熱和冷卻，冷卻鋁酸鈉。 （5）機(jī)械工業(yè)：淬火液的冷卻，冷卻機(jī)，潤(rùn)滑油，燃料油等發(fā)動(dòng)機(jī)。 （6）電力工業(yè)：高壓變壓器油冷卻，發(fā)電機(jī)軸承油冷卻。 （7）造紙工業(yè)：鹽漂白，余熱回收玻璃紙，冷卻的氫氧化鈉水溶液，使廢氣中冷凝，預(yù)熱紙漿狀濃縮廢物。 （8）紡織行業(yè)：冷卻磷酸鹽纖維，粘膠纖維的加熱和冷卻，冷卻醋酸。 （9）食品工業(yè)：鹽，乳制品，醬油，醋，啤酒，糖，制造谷氨酸鈉。 （10）油工藝：常壓干燥肥皂，合成洗滌劑，鯨油加熱，冷卻植物油，冷卻甘油。 （11）中央供氣：火電廠的余熱用于區(qū)域供熱，生活熱水，集中供暖[13]。 （12）太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)：參與的傳熱介質(zhì)，如乙二醇防凍液的熱交換過(guò)程。 （13）鋼鐵行業(yè)：冷卻淬火油，電鍍液，減速器潤(rùn)滑油，拉絲機(jī)冷卻液。 （14）造船：柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，活塞等冷卻器，預(yù)熱器，海水淡化。 （15）水產(chǎn)養(yǎng)殖：加熱鍋爐，這樣可以節(jié)約使用煤炭，節(jié)能和環(huán)保。其他：石油，醫(yī)藥，海水淡化，地?zé)崂?，陶瓷，玻璃，水泥等? 板式換熱器熱力及相關(guān)計(jì)算 板式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算概述 板式熱交換器的計(jì)算主要為設(shè)計(jì)計(jì)算，在作設(shè)計(jì)計(jì)算前，應(yīng)具備以下資料：(1) 選擇一種板片型號(hào)，并確定板片的主要幾何參數(shù)，如板片外形尺寸、波紋形式、單板有效換熱面積、當(dāng)量直徑或板間距、單通道橫截面積及通道長(zhǎng)度等。(2) 適用介質(zhì)種類與適用溫度，壓力范圍。(3) 該板片的傳熱和阻力特性曲線，計(jì)算關(guān)聯(lián)準(zhǔn)則式。 設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，換熱器的流程組合及結(jié)構(gòu)尺寸未定，冷、熱流體的流量、進(jìn)出口溫度六個(gè)量需要給定五個(gè)。還要給定最大許用壓力損失，設(shè)計(jì)溫度。然后查平均工作溫度下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)，主要包括：密度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)及粘度。算出熱負(fù)荷，計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫差，確定溫差修正系數(shù)，算出六個(gè)量中的未知量。然后假定冷、熱流體的流程數(shù)、流道數(shù)，假定冷、熱流體板間流速，算得該流速下的雷諾數(shù)，努塞爾數(shù)，兩側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)，然后求出總的傳熱系數(shù)，由計(jì)算出的換熱系數(shù)確定出實(shí)際所需的換熱面積并校核，如果和要求面積相差很小，可以認(rèn)為計(jì)算正確，這樣可以求出板片數(shù)。然后根據(jù)板間流速初值確定流體需要的總的流道截面積。由板片數(shù)，可算出所需的并聯(lián)通道數(shù)。流道數(shù)、板片應(yīng)湊成整數(shù)。如果面積相差很大，重新計(jì)算。接下來(lái)就可以用相應(yīng)的阻力系數(shù)和準(zhǔn)則關(guān)系式計(jì)算出壓力損失并校核。如果壓力損失超過(guò)許用的數(shù)值，則將流速取低一些重新計(jì)算。流速取低，將使傳熱系數(shù)降低，換熱面積增大，板片數(shù)增多。新的結(jié)果再與許用阻力相比，如不合適就再重新計(jì)算，一直到滿意為止。如果所得的阻力遠(yuǎn)低于給定值，這意味著換熱器換熱效果差，這時(shí)應(yīng)增加板間流速，即換熱器設(shè)計(jì)也須重新計(jì)算[14]。 傳熱過(guò)程 板式換熱器中冷、熱流體之間的換熱一般都是通過(guò)流體的對(duì)流換熱（或相變換熱）、垢層及板片的導(dǎo)熱來(lái)完成的，由于參與傳熱的流體通常都是液體而不是氣體，故不存在輻射換熱。 對(duì)流換熱 對(duì)流和導(dǎo)熱都是傳熱的基本方式。對(duì)于工程上的傳熱過(guò)程，流體總是和固體壁面直接相接觸的。因此，熱量的傳遞一方面是依靠流體質(zhì)點(diǎn)的不斷運(yùn)動(dòng)的混合，即所謂的對(duì)流作用；另一方面依靠由于流體和壁面以及流體各處存在溫差面造成的導(dǎo)熱作用。這種對(duì)流和導(dǎo)熱同時(shí)存在的過(guò)程，稱為對(duì)流換熱。 由于引起流體流動(dòng)的原因不同而使對(duì)流換熱的情況有很大的差異，所以將對(duì)流換熱分為兩大類。一類是自然對(duì)流（或稱自由流動(dòng)）換熱，即因流體各部分溫度不同引起的密度差異所產(chǎn)生的流動(dòng)換熱，如：空氣沿散熱器表面的自然對(duì)流換熱；另一類是強(qiáng)制對(duì)流（或稱為強(qiáng)迫流動(dòng)）換熱，即流體在泵或風(fēng)機(jī)等外力作用下流動(dòng)時(shí)的換熱，如：熱水在泵的驅(qū)動(dòng)下，在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的換熱。一般情況下，強(qiáng)制流動(dòng)時(shí)，流體的流速高于自由流動(dòng)時(shí)，所以強(qiáng)制流動(dòng)的對(duì)流換熱系數(shù)高。如：空氣的自由流動(dòng)換熱系數(shù)約為5~25W/(m2K)，而它的強(qiáng)制流動(dòng)傳熱系數(shù)為10~100W/(m2K)。影響對(duì)流換熱的因素很多，如流體的物性（比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、密度、粘度等），換熱器表面形狀、大小，流體的流動(dòng)方式，都會(huì)影響對(duì)流換熱，而且情況很復(fù)雜。在傳熱計(jì)算上為了方便，建立了以下的對(duì)流換熱量的計(jì)算公式[14]（牛頓冷卻公式）： ()式中：Q—換熱量，W； α—對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2K) ； tw、tf—分別為壁面溫度與流體溫度，℃； F—換熱面積，m2。 由該公式可見(jiàn)，影響對(duì)流換熱的因素都被歸結(jié)到對(duì)流換熱系數(shù)中，對(duì)流換熱系數(shù)數(shù)值上的大小反映了對(duì)流換熱的強(qiáng)弱。 相變換熱 在對(duì)流換熱中發(fā)生著蒸汽的凝結(jié)或液體的沸騰（或蒸發(fā)）的換熱過(guò)程，統(tǒng)稱為相變換熱。由于在這類換熱過(guò)程中，同時(shí)發(fā)生著物態(tài)的變化，情況要比單相流體中的對(duì)流換熱復(fù)雜得多，所以，相變換熱問(wèn)題成為一個(gè)獨(dú)立的研究領(lǐng)域，而一般的對(duì)流換熱問(wèn)題也就僅指單相流體而言。 （1）凝結(jié)換熱 蒸汽和低于相應(yīng)壓力下飽和溫度的壁面相接觸，在壁面上就會(huì)發(fā)生凝結(jié)。蒸汽釋放出汽化潛熱而凝結(jié)成液體，這種放熱現(xiàn)象稱為凝結(jié)換熱。 按照蒸汽在壁面上的凝結(jié)形式不同，可分為兩種凝結(jié)。一種為膜狀凝結(jié)，即凝結(jié)液能很好地潤(rùn)濕壁面，凝結(jié)液以顆粒狀液珠的形式附著在壁面上，如水蒸汽在有油的壁面上凝結(jié)情況。膜狀凝結(jié)時(shí)所釋放出來(lái)的潛熱必須通過(guò)凝結(jié)膜才能供給較低溫度的壁面，顯然，這層液膜成為一項(xiàng)熱阻。而珠狀凝結(jié)時(shí)，換熱是在蒸汽與液珠表面和蒸汽與裸露的冷壁間進(jìn)行的，所以膜狀凝結(jié)傳熱系數(shù)要比珠狀凝結(jié)傳熱系數(shù)低，如：水蒸汽在大氣壓下，膜狀凝結(jié)傳熱系數(shù)約為W/(m2K)，但是在工業(yè)過(guò)程中，一般都是膜狀凝結(jié)，除非對(duì)壁面進(jìn)行預(yù)處理或在蒸汽中加入促進(jìn)劑。 （2）沸騰換熱 液體在受熱情況下產(chǎn)生的沸騰或蒸發(fā)吸熱過(guò)程，稱為沸騰換熱，這是一種流體由液相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嗟膿Q熱過(guò)程。液體在受熱表面上的沸騰可分為大空間沸騰（池沸騰）和有限空間沸騰（強(qiáng)迫對(duì)流沸騰）。不論哪種沸騰，又都有過(guò)冷沸騰和飽和沸騰之分。過(guò)冷沸騰是在液體主流溫度低于相應(yīng)壓力下的飽和溫度而加熱壁面溫度已超過(guò)飽和溫度的條件下所發(fā)生的沸騰現(xiàn)象。飽和沸騰則是液體的主流溫度超過(guò)了飽和溫度，從加熱壁面產(chǎn)生的氣泡不再被液體重新凝結(jié)的沸騰。 導(dǎo)熱 在板式換熱器中，板片及垢層的傳熱均屬于導(dǎo)熱。由于板片及垢層的厚度和板面尺寸相比很小，所以導(dǎo)熱過(guò)程可認(rèn)為是沿厚度方向的一維導(dǎo)熱，其計(jì)算公式為[14]： （）式中：Q—換熱量,W； λ—導(dǎo)熱系數(shù)，W/(mK) ； Δt—導(dǎo)熱溫差，℃； F—換熱面積，m2。 熱力計(jì)算 熱力計(jì)算的目的在于使所設(shè)計(jì)的換熱器在服從傳熱方程式的基礎(chǔ)上能夠滿足熱負(fù)荷所應(yīng)具有的換熱面積、傳熱系數(shù)、總傳熱系數(shù)、平均溫差等綜合方面的計(jì)算。 設(shè)計(jì)要求 （1）板間流速 板間流體的流速，影響傳熱性能和壓降，高的傳熱系數(shù)的同時(shí)也增加了流體的阻力；反之，相反。~（主線上的流速比平均流速高4~5倍）。，流體達(dá)到湍流狀態(tài)和形成較大的死角區(qū)，流速過(guò)高會(huì)導(dǎo)致壓力降急劇增加。具體設(shè)計(jì)時(shí)，可以先確定一個(gè)流速，計(jì)算其阻力降是否在給定的范圍內(nèi)；也可按給定的壓力降求出流速的初選值。在阻力降容許的情況下取大值，以提高對(duì)流傳熱系數(shù)，從而減小換熱面積，節(jié)省設(shè)備投資。 （2）流程組合板式換熱器一般是對(duì)稱的流道，兩流體體積流量大約一致，應(yīng)安排等流程；如果流的兩側(cè)之間的流量差異大，流量小的一側(cè)可以布局更多流程。一側(cè)是相變流體，板式熱交換器通常是單程的。多通道熱交換器中，除非特別需要，通常在每個(gè)流程中相同的流體應(yīng)該采取同樣的流道數(shù)。給定的總的允許壓力降，多程布置使得相應(yīng)的每個(gè)流程允許壓降變得更小，從而迫使流速降低，對(duì)傳熱不利。此外，不等程安排是降低平均溫差的一個(gè)重要原因，應(yīng)盡可能避免。 并聯(lián)流道數(shù)的數(shù)目由給定流量及選取的流速而定，流速?zèng)Q定于可受允許壓降，小于給定的流速時(shí)，流道的數(shù)目取決于流量大小。 由于單流程并聯(lián)式流程的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以本設(shè)計(jì)選單流程并聯(lián)式流程組合方式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 （3）選擇板片 1）板片的波紋型式只有人字形波紋和水平平直波紋兩種。波紋板的型式，應(yīng)按工藝條件進(jìn)行選擇。人字形板被廣泛使用，人字角大的板片(如：β=120176。，稱為H板片)，適用于允許阻力損失較大，而傳熱效率要求高的場(chǎng)合；人字角小的板片(如β=60176。，稱為L(zhǎng)板片)，適用于阻力損失限制要求非常嚴(yán)格的場(chǎng)合。水平平直波紋板片則適用于傳熱效率高，阻力損失也適中的場(chǎng)合。，；人字形波紋板片的傳熱系數(shù)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，主要考慮板式換熱器的工作壓力、流體的壓力降和傳熱系數(shù)。，則別無(wú)選擇的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，需要較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(yīng)選用人字形波紋板片。對(duì)于兩種傳熱流體，其流動(dòng)有很大的不同，該考慮使用板的非對(duì)稱流道來(lái)組裝板式換熱器。對(duì)于兩換熱流體的對(duì)數(shù)溫度相差很大，流量差亦很大的換熱工況，波紋板片長(zhǎng)寬比小是優(yōu)選選擇的。 角孔的尺寸與單板面積有一定的內(nèi)在聯(lián)系，為使流體通過(guò)角孔流道不致?lián)p失過(guò)多壓力，一般流體在角孔中的流速為4~6m/s。2）板片材料。根據(jù)介質(zhì)的腐蝕性能來(lái)選擇板片的材料。國(guó)外制造板片的材料品種繁多，有較大的選擇余地。我國(guó)制造板片的材料主要有不銹鋼和鈦等，在選擇的耐腐蝕材料基礎(chǔ)上，輔以增加板片厚度或防腐處理來(lái)延長(zhǎng)板片的使用壽命。 （4）選擇墊片密封墊片的結(jié)構(gòu)形式也有很多種，其截面形式大致有矩形、梯形、六邊形、五邊形等。常用的形式有兩大類型：,其密封墊片橫截面的上部為尖形的；,其上部為平面。前者是通過(guò)尖端至中部的尺寸差來(lái)增加密封墊片的變形程度，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)際上仍然是平面密封，而非線性密封，因?yàn)榘迤拿芊獠鄣撞渴瞧矫?，?dāng)板片密封槽底部平面有缺陷時(shí)，這種結(jié)構(gòu)能抵消一些。后者設(shè)計(jì)的目的是為了減少密封墊片的壓縮量，其壓緊形式為平面壓緊。其主要缺點(diǎn)是在板片裝配過(guò)程中，板片容易錯(cuò)位,夾緊力過(guò)大，容易造成板片變形等[15]。本文選用a型。 　　 （a） (b) 密封墊片結(jié)構(gòu)形式 墊片材料既要耐高溫又要耐腐蝕。 （5）流動(dòng)方式的選取單相換熱時(shí)，逆流具有最大的平均傳熱溫差。在一般換熱器的工程設(shè)計(jì)中都盡量把流體布置為逆流。對(duì)板式換熱器來(lái)說(shuō)，要做到這一點(diǎn)，兩側(cè)必須為等程。若安排為不等程，則順逆流需交替出現(xiàn)，此時(shí)的平均傳熱溫差將明顯小于純逆流時(shí)。在相變換熱時(shí)順流布置與逆流布置平均溫差的區(qū)別比單相換熱時(shí)小，但由于這時(shí)牙尖大小與流向有密切關(guān)系，所以相對(duì)流向的選擇將主要考慮壓降因素，其次才是平均溫差。其中要特別注意的是，有相變的流體除不宜采用多程外，還要求要從板片的上部進(jìn)，下部出，以便排除冷凝液體。 （6）單板面積的選擇單板面積過(guò)小，則板式換熱器的板片數(shù)多，也使得占地面積增大，程數(shù)增多，導(dǎo)致阻力降增大；反之，雖然占地面積和阻力降減小了，卻難以保證板間通道必要的流速。單板面積可按流體流過(guò)角孔的速度為6m/s左右考慮。按角孔中速度為6m/s時(shí)。 單臺(tái)最大處理量參考值單板面積（m2）角孔直徑（mm）40~5065~8080~100125~150175~200200~250225~400單臺(tái)最大流通能力（m3/h）27~42~137103~170264~381520~678678~10601060~2500 （7）其他1）板式換熱器一般