板式换热器设计指导书

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①选用范围内的各种板片的主要几何参数，如：单板有效换热面积、当量直径或板间距、 通道横截面积及通道长度等； ②适用介质种类与适用温度、压力范围； ③传热及压降关联式或以图线形式提供的板片性能资料； ④所用流体在平均工作温度下的有关物性数据，主要包括：密度、比热容、导热系数及 黏度。
2.3 计算的基本关联式 2.3.1 传热基本方程式
式中：
（8-2）
qm — —流体质量流量，kg / s C p — —流体比热容，J /(kg ⋅ K) t '和t " — —分别表示某流体进出 口温度，o C
i'和i" — —分别表示某流体进、 出口比热焓， J/kg
b. 相变换热
Q = qmxr
（9-1）
Q = qmx(i" − i' )
（9-2）
污垢热阻 0.000052 0.000009~0.000043 0.000007~0.000052 0.00009~0.000026 0.00009 0.000009~0.000052
2.3.4 对流传热准则数关联式
Nu = C Ren Pr 0.3或0.4 (μ / μw ) p （11）
注：对流传热准则数关联式文献给出的很多，但各厂家生产的板片不同，所以不尽相同。推 荐：
式中：
C — 热容，J/K；C = C p qm 下标1和2分别代表1流体和2流体 r — 系数，无因次
另一种表达：
( NTU
)1
表 4 板式换热器的污垢热阻
流体名称
污垢热阻
流体名称
软水或蒸馏水
0.000009
城市用软水
0.000017
城市用硬水（加热时） 0.000043
处理过的冷却水
0.000034
沿海海水或港湾水 0.000043
大洋的海水
0.000026
河水、运河水
0.000043
机器夹套水 润滑油水 植物油 有机溶剂 水蒸气 工艺流体、一般流体
计算
φ = t' t
（2）
式中： t' —波纹节距展开长度，mm；
t —波纹节距（如图 2 所示），mm；
a1 —在垫片内侧参与换热部分的板片投影面积， m 2 。
注:若导流区与波纹区波纹节距相差较大时，应分别 计算导流区与波纹区的换热面积，两者相加
1.2.2 单板公称换热面积 经圆整后的单板计算换热面积，一般圆整到小数点后
1.2.14 角孔 与接管相连接板片的开口。角孔大小一般按流体流速（m/s）设计。但对于冷凝器板片，
若采用普通板片，开口太小，将会使气侧压力降增大，故专门用于冷凝的板片的角孔特别大。
1.3 可拆式板式换热器型号标识方法
4
X X X-X-X-X-X
框架结构形式代号（见表 3 ） 垫片材料代号（见表 2）
1.2.10 板片厚度 即在图样上标注的板材标准规格厚度
1.2.11 流道 板式换热器内相邻板片组成的介质流动通道。通常用 N 表示热流体侧的流道数，用 n
表示冷流体侧的流道数。
1.2.12 流程 板式换热器内介质向一个方向流动的一组流道。常用 M、m 分别表示热流体侧、冷流
体侧的流程数。
1.2.13 流程组合 板式换热器内流程与流道的配置方式，表示为：
R
2
水平平直波纹（图 5）
P
3
球形波纹（图 6）
Q
4
斜波纹（图 7）
X
5
竖直波纹（图 8）
S
流体在版面上可以是对角流，也可以是单边流。图 3、5、7、8 为对角流，图 4、6 为单边流。
图3
图4
图5
5
图6
图7
图8
表2
垫片材料代号及特性
垫片材料及代 丁晴橡胶 号1）
N
三元乙丙 橡胶 E
氟橡胶 F
氯丁橡胶 C
硅橡胶 Q
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ适用温度2）
-20~110 -50~150 0~180 -40~100 -65~230
扯断强度 MPa
≥ 10
扯断生长率%
≥ 120
硬度
（邵尔 A 型） 75 ± 3
80 ± 5
80 ± 5
75 ± 5
60 ± 2
压缩永久变形 率3）%
≤ 15
1） 食品、医药用垫片材料的代号：在相应垫片代号后面加 S。
示例：丁晴橡胶垫片 N
丁晴橡胶食品垫片 NS
2） 垫片在超过适用温度范围时，应由供需双方商定。
3） 测定条件：室温 X24 小时；压缩率 20%。
4） 物理性能指标参照 GB 3985，由供需双方商定。
石棉纤维 板4） A
20~250 -
-
表3 序号 1 2 3 4 5 6 7
板式换热器框架形式 框架形式 双支撑框架式（图 9） 带中间隔板双支撑框架式（图 10） 带中间隔板三支撑框架式（图 11） 悬臂式（图 12） 顶杆式（图 13） 带中间隔板顶杆式（图 14） 活动压紧板落地式（图 15）
2.3.5 换热面积计算式
A = NeA0 = (N − 2) A0
式中：
（12）
A — 换热器换热面积，m2 Ne — 有效传热板板片数 A0 — 单板换热面积，m2 N — 换热器总板片数
2.3.6 传热平均温差计算式
10
Δt m
= ϕΔtlm
=ϕ
Δtmax − Δtmin ln Δtmax
Δt min
M1 × N1 + M 2 × N2 + L+ M i × Ni m1 × n1 + m2 × n2 + L + mi × ni
（6）
式中： M1，M 2，LM i —指从固定压紧板开始，热流体侧流道数相同的流程数；
N1，N 2，L Ni —指 M 1，M 2，LM i 流程中对应的流道数；
m1，m2，Lmi —指从固定压紧板开始，冷流体侧流道数相同的流程数； n1，n2，Lni —指 m1，m2，Lmi 流程中对应的流道数。
Nu = 0.159 Re0.7 Pr1/3 (μ / μw )0.14
（11-1）
注：此试验性关联式的介质为冷却水。 公式（11）中各参数和物理量的典型性数据为：
C = 0.15 ~ 0.40 Re = 0.65 ~ 0.85 Pr = 0.30 ~ 0.45 p = 0.05 ~ 0.20
注：各制造厂应在样本中注明所使用的关联式。
1.2.8 液压试验压力
3
液压试验中的试验压力，其值为设计压力的 1.25 倍。
1.2.9 设计温度 板式换热器在正常工作情况和相应的设计压力下，设定的元件温度，其值不得低于元件
表面在工作状态下可能达到的最高温度；对于 0℃以下工作的板式换热器，其设计温度不得 高于元件表面可能达到的最低温度。在任何情况下，元件表面的温度不得超过元件材料的允 许使用温度。图样和铭牌上标注的设计温度为垫片的设计温度。
Q = KFΔtm
（7）
式中：Q − 传热量，J/s K — —总传热系数，W/（m 2 ⋅ K) F — —换热面积，m 2 Δtm — —传热平均温差，等于 对数平均温差乘以板片 组合校正系数，o C
2.3.2 换热量计算式 a. 单相换热
Q = qmCp (t ' − t")
（8-1）
Q = qm (i' − i" )
图2
2 位。如单板计算换热面积为 0.346 m 2 ，圆整后的公称换热面积为 0.35 m 2 。
1.2.3 板间距 b 板式换热器相邻两板片间的平均距离 b，如图 2 所示。
1.2.4 当量直径 De 四倍的板间通道截面积与其湿润周边之比，按式（4）计算。
De
=
4 As S
≈ 2b
（4）
式中： As —通道截面积， m 2
图 16-3 多程流程组合的对数平均温差修正系数
2.3.7 当量直径计算式
de = 4Wb / 2(w + b) ≈ 2b
式中：
（14）
11
de — 板间当量直径，m w — 板间流道宽度，m b — 板间流道平均间隙，m 2.3.8 传热单元数 NTU 定义式
(NTU )1 = KA / C1 或 (NTU )2 = KA / C2 = r(NTU )1
2.3.3 总传热系数计算式
K
=
⎜⎛ ⎜⎝
1 α1
+
R1
+
δp λp
+
R2
+
1 α2
⎟⎞−1 ⎟⎠
(10)
式中：
9
α1和α 2 — —板片两侧的传热膜系数，W/（m2 ⋅ K)； R1和R2 — —板片两侧的污垢系数，可参考表4； δ p — —板片厚度，m； λ p — —板片导热系数，W/（m ⋅ K)。
代号 I II III IV V VI
VII
6
图9 图 11 图 13
图 10 图 12 图 14
7
图 15
示例 1：BR0.3-1.6-15-N-I ，即波纹形式为人字形，单板公称换热面积为 0.3m2，设计 压力为 1.6MPa，换热面积为 15m2，用丁睛垫片密封的双支撑框架结构的板式换热器
换热器换热面积， m2
设计压力，MPa
单板公称换热面积， m2
板片波纹形式代号（见表 1）
板式换热器代号（B、BL 或 BZ）
注
1 框架结构形式为 I 时，框架结构形式代号可省略。
2 B-板式换热器代号；BL-板式冷凝器代号；BZ-板式蒸发器代号。
表1
板式换热器常用的板片波纹形式