板式换热器培训教材
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2. 板式换热器结构和原理
板式换热器按构造分为可拆卸 （密封垫式）、钎焊式两类， 以可拆卸式的应用为最广。它 们的工作原理基本相同。 可拆卸板式换热器由三个主要 部件：传热板片、密封垫片、 压紧装置及其他一些部件等组 成。
3
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2. 板式换热器结构和原理
在固定压紧板上，交 替地安放一张板片和一个 垫片，然后安放活动压紧 板，旋紧压紧螺栓即构成 板式换热器。 各传热板片按一定的 顺序相叠即形成板片间的 流道，冷、热流体在板片 两侧各自的流道内流动， 通过传热板片进行热交换。
9
2. 板式换热器结构和原理
10
3.板式换热器的优缺点和应用
板பைடு நூலகம்换热器的优点
1.传热系数高 不存在旁路，板片相互颠倒，流体在流经相邻两板间的通道时形成复杂三 维旋转流动，能使流体以较低的雷诺数在板片中形成急剧湍流，热传导快，传热系数高 2.修正系数大，冷、热流体流动平行于表面，没有旁路，冷、热流体之间的温度非常接近， 温差极小，对数平均温差大，末端温差小 3.结构紧凑，占地面积小，重量轻 4.容易改变换热面积和流程，适应性强方便地增加或减少几板，就可以实现增大或减小传 热面积的目的；改变板片的布置，可以变化流程组合，适合于新的换热条件 5.内部充分湍流，所以易于扩散，不易结垢；只要螺栓松动，可以轻松地打开并取出板片， 清洗或更换板片，，易清洁，易维护，安全 6.板式换热器只有板片外面和垫片暴露在大气中，热量损失小，通常在1％左右
130℃
180-220℃ 250-260℃
7
7
2. 板式换热器结构和原理
压紧装置
它包括固定与活动的压紧板、压紧螺栓。 它用于将垫片压紧，产生足够密封力，使得热 交换器在工作时不发生泄漏，通过旋紧螺栓来 产生压紧力。 板式热交换器有多种框架形式：双支撑框 架式、悬臂式、带中间隔板双支撑框架式等。
框架形式
板式换热器的缺点
1.容量较小，是管壳式换热器的10%~20%。 2.工作压力，温度不宜过大，有可能泄露 3.单位长度的压力损失大 传热面间的间隙较小，传热面上有凹凸状波纹，因此压力损失大。 4.易堵塞 板片间通道很窄，一般只有2~5mm，当换热介质中含有较大的固体颗粒或纤维质， 就容易堵塞板间通道
11
3.板式换热器的优缺点及应用
板式换热器的应用
化学工业，食品工业，冶金工业，石油工业，矿山，电厂，核电厂， 海上石油平台，机械工业，生活污水处理，医药，化工，造纸，纺织， 船舶，供热等领域，可加热，冷却，蒸发，浓缩，杀菌，热回收等。
12
4.板式换热器的计算
板式换热器类型的选择
板式换热器种类较多，每种都有相适应的工况，工程设计中应首先对此作选择。 温度在200℃以上，压力大于2Mpa，可以选择钎焊式板式换热器 对于拆卸比较频繁的，可选用可拆式换热器
双支撑框架式
悬臂式
带中间隔板双撑框架式
8
2. 板式换热器结构和原理
流程组合
为了满足传热和压力降的要求，对于板式热交换器可进行多 种方式的流程和流道数的配置。 流程： 在相同的流体相同流动方向的一组平行流动通道 流道：相邻的两个板组成的间隙内的介质流动通道。 流体的流动可以是串联、并联（这时形成纯逆流）和混联（一种流体 为并联，而另一种流体为串联）。 流程可以是单流程或多流程，两流体的流程数可以相等或不相等。
4
2. 板式换热器结构和原理
传热板片
传热板片是板式热交换器的关键件。它的设计主要 考虑两方面因素: (1) 使流体在低速下发生强烈湍流，以强化传热； (2) 提高板片刚度，能耐较高的压力。 板片以人字形波纹板和水平平直波纹板为应用最广。
板片材料
不锈钢 SUS304/316/316L/310S/904 SM0254 钛及钛钯合金 镍Ni200 哈氏合金C276/D205/B2G 钼Mo254 净水、河水、食用油、矿物质 稀硫酸、无机水溶液 海水、盐水、盐化 高温、高浓度苛性钠 浓硫酸、盐酸、磷酸 稀硫酸、无机水溶液
4.板式换热器的计算
（13）计算冷、热介质的欧拉数Eu
Eu 351.42Re
（14）计算压降ΔP
0.0581
计算出的压降值应小于0.5Mpa这主要考虑在 角孔处以及流向改变时产生压降 若实际压降超过允许值时，应改变板型或者流程 组合，重新进行传热及压降计算。
20
根据换热介质种类和设计温度和压力等，框架选择双支撑框 架；板片选用兰州石油机械研究所BR05A型板片，波纹为双人 字型，材料为SUS304；垫片材料选用三元乙丙橡胶。 选择单流程并联流程组合，流道数为74。
密封垫片材料的选择
密封垫既要耐温又要耐腐蚀，硬度一般应在65~90邵氏硬度，压缩 永久变形量不大于10%，抗拉强度≥8MPa，延伸率≥200%
15
4.板式换热器的计算
对数平均温差法（LMTD）计算过程
（1）已知冷水的流量190t/h，冷热水的进出口温度95/55℃,10/50℃。 （2）查冷、热侧的密度ρ、比热容Cp、导热系数λ、运动粘度ν普 朗特数Pr （3）求换热量Q
选择板片
主要考虑需要达到的换热效果以及压降要求： 若承压要求在1.2Mpa以上，大多数情况下选择人字形波纹 若压降要求较小而对换热效果要求不高，可选用平直形波纹 对于压降与换热效果都有一定要求的工况，还可以选择热混合板片
流程组合的选择
板型对称、冷热介质流量相当的情况，宜采用等程布置，使介质流向为全逆流； 两侧流量相差较大时，流量小的一侧应采用多程布置，以提高流速，增强换热效果； 一般情况下，在选择流程时，尽可能采用单程(全并联)，使设备在使用时拆卸维修都 比较方便。若要采用多流程，各流程中通常安排相同的流道数。 流道数的确定受板间流速的影响，而板间流速的选取有一定的范围，同时还受到允许 压降的制约。当板间流速一定时，流道数的多少取决于流量的大小 13
（7）假设该型号换热器的流程组合，即假定流程数m,流道数n
17
3.板式换热器的计算
（8）计算冷、热介质的板间流速W
W G ρn f
式中：n——单程中并联通道数；f ——板片通道截面积，m2；
（9）计算冷热介质的Re 和 Nu
Re = W de
Nu=0.2517Re0.6651 Pr m
热m 0.3；冷m 0.4
板间流速的选择
在通常情况下，板间流速选取范围在0.2 ~1.0 m/s，在压降容许的情况下取大值，以 获得更好的换热效果，从而减小换热面积。
14
4.板式换热器的计算
板片材料的选择
根据介质的物理、化学特性进行选择，主要考虑温度和腐蚀情况。 板片的原材料厚度为0.6~0.8mm，压制成波纹板后允许有25%的 减薄量，于是最薄处为0.45~0.6mm，因此选用耐腐蚀的材料。
（10）计算冷、热介质的对流传热系数α
Nu de
18
4.板式换热器的计算
（11）计算总换热系数 K
1 1 K 1/ ( r1 r2 ) 1 2 p
Q F K tm
（12）计算换热面积 F
Fm Fd (m1 n1 m2 n2 1)
将理论值F，与预计值Fm相比较，通常认为两者误差值在5%以内时， 计算结果正确 19
石墨
盐酸、中浓度硫酸、磷酸、氟 酸
5
2. 板式换热器结构和原理
传热板片
6
2. 板式换热器结构和原理
密封垫片
安装于密封槽中，防止流体的外漏和两流体之间内漏，运行 中承受压力和温度，而且受着工作流体的侵蚀，在多次拆装后还 应具有良好的弹性。为了能及时发现内漏，在密封垫片上开有凹 槽（信号孔），出现泄漏，流体将首先由此泄出。
垫片材质
材质
丁腈橡胶 丁苯橡胶 丁基橡胶 三元乙丙橡胶 氟橡胶
适用流体
水、海水、矿物质、盐水 一般非油介质 有机酸、无机酸、浓碱液 热水、蒸汽、酸、碱 高温水、酸、碱、有机溶 剂
适用最高温度
110-140℃ 180℃ 140℃ 150-170℃ 180℃
氯丁橡胶
硅橡胶 石棉
酸、碱、矿物质、润滑油
食品、油、脂肪、酒精 常见流体
进行热力计算、阻力计算、结构设计以及校核，确定了总传
热系数2878W/(m2· K)可拆卸板式换热器。
21
谢 谢 观 看
板式换热器的结构设计与计算 姓名： 指导教师：
主要内容
1. 板式换热器的研究背景和发展 2. 板式换热器的结构和原理
3. 板式换热器的优缺点及应用
4. 板式换热器的计算
1
1. 板式换热器的研究背景和发展
板式热交换器是近几十年来得到发展和广泛应用的 一种新型高效、紧凑的热交换器。它由一系列互相 平行、具有波纹表面的薄金属板相叠而成，比螺旋 板式热交换器更为紧凑，传热性能更好。 应用面很广，适宜用于医药、食品、制酒、饮料合 成纤维、造船、化工等工业，并且随着板型、结构 上的改进，正在进一步扩大它的应用领域。 国内的生产厂家有兰州石油机械研究所板式换热器厂、天津 太平洋板式换热器有限公司。我国在板式热交换器的设计与 制造上也已达到较高的水平。 国外著名的生产厂家有瑞典AFLA-LAVAI公司、 英国APV 公司、日本日阪制作所等。
'' ' Q G2C2 p (t2 t2 )
式中： G —— 质量流量，kg/s； 下标 1、2 —— 热、冷介质 下标 '、" ——进、出口位置 （4）求热侧的流量
Q G1 - t1 ) C (t1
16
4.板式换热器的计算
（5）计算对数平均温差Δtm ，修正系数Ψ 取值
tmax t min tmax ln tmin
4.板式换热器的计算
流向的选择
换热器采用等程布置，介质的流向能够实现全逆流，获得最大的平均温差； 当两侧不等程时。逆流和顺流会交替出现。
单板面积的选择
选择合理的单片面积，能够避免总板片数过多或过少。板片过多会使设备占地面 太大；过少，可能会使流程数增多，压降增大；同时单片面积的大小在一定程度上还 与角孔大小有关。
tlm
tmax t'1 t"2 tmin t"1 t'2
（6）选择板式换热器型号（主要是单片面积及形式）
单通流道截面积fd 0.000161m2 波纹深度 板片尺寸 板片当量直径de 3.8mm 板片厚度 δ 单片换热面积 Fd 0.7mm 0.502m2 3.8mm
1490×485mm 板片平均间隙b 7.6mm
2. 板式换热器结构和原理
板式换热器按构造分为可拆卸 （密封垫式）、钎焊式两类， 以可拆卸式的应用为最广。它 们的工作原理基本相同。 可拆卸板式换热器由三个主要 部件：传热板片、密封垫片、 压紧装置及其他一些部件等组 成。
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2. 板式换热器结构和原理
在固定压紧板上，交 替地安放一张板片和一个 垫片，然后安放活动压紧 板，旋紧压紧螺栓即构成 板式换热器。 各传热板片按一定的 顺序相叠即形成板片间的 流道，冷、热流体在板片 两侧各自的流道内流动， 通过传热板片进行热交换。
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2. 板式换热器结构和原理
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3.板式换热器的优缺点和应用
板பைடு நூலகம்换热器的优点
1.传热系数高 不存在旁路，板片相互颠倒，流体在流经相邻两板间的通道时形成复杂三 维旋转流动，能使流体以较低的雷诺数在板片中形成急剧湍流，热传导快，传热系数高 2.修正系数大，冷、热流体流动平行于表面，没有旁路，冷、热流体之间的温度非常接近， 温差极小，对数平均温差大，末端温差小 3.结构紧凑，占地面积小，重量轻 4.容易改变换热面积和流程，适应性强方便地增加或减少几板，就可以实现增大或减小传 热面积的目的；改变板片的布置，可以变化流程组合，适合于新的换热条件 5.内部充分湍流，所以易于扩散，不易结垢；只要螺栓松动，可以轻松地打开并取出板片， 清洗或更换板片，，易清洁，易维护，安全 6.板式换热器只有板片外面和垫片暴露在大气中，热量损失小，通常在1％左右
130℃
180-220℃ 250-260℃
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2. 板式换热器结构和原理
压紧装置
它包括固定与活动的压紧板、压紧螺栓。 它用于将垫片压紧，产生足够密封力，使得热 交换器在工作时不发生泄漏，通过旋紧螺栓来 产生压紧力。 板式热交换器有多种框架形式：双支撑框 架式、悬臂式、带中间隔板双支撑框架式等。
框架形式
板式换热器的缺点
1.容量较小，是管壳式换热器的10%~20%。 2.工作压力，温度不宜过大，有可能泄露 3.单位长度的压力损失大 传热面间的间隙较小，传热面上有凹凸状波纹，因此压力损失大。 4.易堵塞 板片间通道很窄，一般只有2~5mm，当换热介质中含有较大的固体颗粒或纤维质， 就容易堵塞板间通道
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3.板式换热器的优缺点及应用
板式换热器的应用
化学工业，食品工业，冶金工业，石油工业，矿山，电厂，核电厂， 海上石油平台，机械工业，生活污水处理，医药，化工，造纸，纺织， 船舶，供热等领域，可加热，冷却，蒸发，浓缩，杀菌，热回收等。
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4.板式换热器的计算
板式换热器类型的选择
板式换热器种类较多，每种都有相适应的工况，工程设计中应首先对此作选择。 温度在200℃以上，压力大于2Mpa，可以选择钎焊式板式换热器 对于拆卸比较频繁的，可选用可拆式换热器
双支撑框架式
悬臂式
带中间隔板双撑框架式
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2. 板式换热器结构和原理
流程组合
为了满足传热和压力降的要求，对于板式热交换器可进行多 种方式的流程和流道数的配置。 流程： 在相同的流体相同流动方向的一组平行流动通道 流道：相邻的两个板组成的间隙内的介质流动通道。 流体的流动可以是串联、并联（这时形成纯逆流）和混联（一种流体 为并联，而另一种流体为串联）。 流程可以是单流程或多流程，两流体的流程数可以相等或不相等。
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2. 板式换热器结构和原理
传热板片
传热板片是板式热交换器的关键件。它的设计主要 考虑两方面因素: (1) 使流体在低速下发生强烈湍流，以强化传热； (2) 提高板片刚度，能耐较高的压力。 板片以人字形波纹板和水平平直波纹板为应用最广。
板片材料
不锈钢 SUS304/316/316L/310S/904 SM0254 钛及钛钯合金 镍Ni200 哈氏合金C276/D205/B2G 钼Mo254 净水、河水、食用油、矿物质 稀硫酸、无机水溶液 海水、盐水、盐化 高温、高浓度苛性钠 浓硫酸、盐酸、磷酸 稀硫酸、无机水溶液
4.板式换热器的计算
（13）计算冷、热介质的欧拉数Eu
Eu 351.42Re
（14）计算压降ΔP
0.0581
计算出的压降值应小于0.5Mpa这主要考虑在 角孔处以及流向改变时产生压降 若实际压降超过允许值时，应改变板型或者流程 组合，重新进行传热及压降计算。
20
根据换热介质种类和设计温度和压力等，框架选择双支撑框 架；板片选用兰州石油机械研究所BR05A型板片，波纹为双人 字型，材料为SUS304；垫片材料选用三元乙丙橡胶。 选择单流程并联流程组合，流道数为74。
密封垫片材料的选择
密封垫既要耐温又要耐腐蚀，硬度一般应在65~90邵氏硬度，压缩 永久变形量不大于10%，抗拉强度≥8MPa，延伸率≥200%
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4.板式换热器的计算
对数平均温差法（LMTD）计算过程
（1）已知冷水的流量190t/h，冷热水的进出口温度95/55℃,10/50℃。 （2）查冷、热侧的密度ρ、比热容Cp、导热系数λ、运动粘度ν普 朗特数Pr （3）求换热量Q
选择板片
主要考虑需要达到的换热效果以及压降要求： 若承压要求在1.2Mpa以上，大多数情况下选择人字形波纹 若压降要求较小而对换热效果要求不高，可选用平直形波纹 对于压降与换热效果都有一定要求的工况，还可以选择热混合板片
流程组合的选择
板型对称、冷热介质流量相当的情况，宜采用等程布置，使介质流向为全逆流； 两侧流量相差较大时，流量小的一侧应采用多程布置，以提高流速，增强换热效果； 一般情况下，在选择流程时，尽可能采用单程(全并联)，使设备在使用时拆卸维修都 比较方便。若要采用多流程，各流程中通常安排相同的流道数。 流道数的确定受板间流速的影响，而板间流速的选取有一定的范围，同时还受到允许 压降的制约。当板间流速一定时，流道数的多少取决于流量的大小 13
（7）假设该型号换热器的流程组合，即假定流程数m,流道数n
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3.板式换热器的计算
（8）计算冷、热介质的板间流速W
W G ρn f
式中：n——单程中并联通道数；f ——板片通道截面积，m2；
（9）计算冷热介质的Re 和 Nu
Re = W de
Nu=0.2517Re0.6651 Pr m
热m 0.3；冷m 0.4
板间流速的选择
在通常情况下，板间流速选取范围在0.2 ~1.0 m/s，在压降容许的情况下取大值，以 获得更好的换热效果，从而减小换热面积。
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4.板式换热器的计算
板片材料的选择
根据介质的物理、化学特性进行选择，主要考虑温度和腐蚀情况。 板片的原材料厚度为0.6~0.8mm，压制成波纹板后允许有25%的 减薄量，于是最薄处为0.45~0.6mm，因此选用耐腐蚀的材料。
（10）计算冷、热介质的对流传热系数α
Nu de
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4.板式换热器的计算
（11）计算总换热系数 K
1 1 K 1/ ( r1 r2 ) 1 2 p
Q F K tm
（12）计算换热面积 F
Fm Fd (m1 n1 m2 n2 1)
将理论值F，与预计值Fm相比较，通常认为两者误差值在5%以内时， 计算结果正确 19
石墨
盐酸、中浓度硫酸、磷酸、氟 酸
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2. 板式换热器结构和原理
传热板片
6
2. 板式换热器结构和原理
密封垫片
安装于密封槽中，防止流体的外漏和两流体之间内漏，运行 中承受压力和温度，而且受着工作流体的侵蚀，在多次拆装后还 应具有良好的弹性。为了能及时发现内漏，在密封垫片上开有凹 槽（信号孔），出现泄漏，流体将首先由此泄出。
垫片材质
材质
丁腈橡胶 丁苯橡胶 丁基橡胶 三元乙丙橡胶 氟橡胶
适用流体
水、海水、矿物质、盐水 一般非油介质 有机酸、无机酸、浓碱液 热水、蒸汽、酸、碱 高温水、酸、碱、有机溶 剂
适用最高温度
110-140℃ 180℃ 140℃ 150-170℃ 180℃
氯丁橡胶
硅橡胶 石棉
酸、碱、矿物质、润滑油
食品、油、脂肪、酒精 常见流体
进行热力计算、阻力计算、结构设计以及校核，确定了总传
热系数2878W/(m2· K)可拆卸板式换热器。
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谢 谢 观 看
板式换热器的结构设计与计算 姓名： 指导教师：
主要内容
1. 板式换热器的研究背景和发展 2. 板式换热器的结构和原理
3. 板式换热器的优缺点及应用
4. 板式换热器的计算
1
1. 板式换热器的研究背景和发展
板式热交换器是近几十年来得到发展和广泛应用的 一种新型高效、紧凑的热交换器。它由一系列互相 平行、具有波纹表面的薄金属板相叠而成，比螺旋 板式热交换器更为紧凑，传热性能更好。 应用面很广，适宜用于医药、食品、制酒、饮料合 成纤维、造船、化工等工业，并且随着板型、结构 上的改进，正在进一步扩大它的应用领域。 国内的生产厂家有兰州石油机械研究所板式换热器厂、天津 太平洋板式换热器有限公司。我国在板式热交换器的设计与 制造上也已达到较高的水平。 国外著名的生产厂家有瑞典AFLA-LAVAI公司、 英国APV 公司、日本日阪制作所等。
'' ' Q G2C2 p (t2 t2 )
式中： G —— 质量流量，kg/s； 下标 1、2 —— 热、冷介质 下标 '、" ——进、出口位置 （4）求热侧的流量
Q G1 - t1 ) C (t1
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4.板式换热器的计算
（5）计算对数平均温差Δtm ，修正系数Ψ 取值
tmax t min tmax ln tmin
4.板式换热器的计算
流向的选择
换热器采用等程布置，介质的流向能够实现全逆流，获得最大的平均温差； 当两侧不等程时。逆流和顺流会交替出现。
单板面积的选择
选择合理的单片面积，能够避免总板片数过多或过少。板片过多会使设备占地面 太大；过少，可能会使流程数增多，压降增大；同时单片面积的大小在一定程度上还 与角孔大小有关。
tlm
tmax t'1 t"2 tmin t"1 t'2
（6）选择板式换热器型号（主要是单片面积及形式）
单通流道截面积fd 0.000161m2 波纹深度 板片尺寸 板片当量直径de 3.8mm 板片厚度 δ 单片换热面积 Fd 0.7mm 0.502m2 3.8mm
1490×485mm 板片平均间隙b 7.6mm