化工原理课程设计-煤油冷却器--板式换热器的设计

化工原理课程设计-煤油冷却器--板式换热器的设计内容摘要：

计 11 由于水在低流速时， 就能在板式换热器中形成高度紊流，温度分布非常均匀，从而减少了冷冻水的冻结倾向。 即使发生了冻结，也更能承受冻结所产生的压力，而不像壳管式换热器那样容易使热管胀裂，并且可以在结冻后继续使用。 （ 3） 蒸发彻底，经济性高。 制冷剂在制冷板式换热器中蒸发时，很容易实现完全蒸发达到无液态程度，因此在大多数情况下，制冷系统无须设置气液分离器。 并且极易实现单元化，安装简单方便，维护和运输都可以节约费用，降低成本。 由于与传统的壳管式换热器相比，制冷用板式换热器具有十分明显的发展优势，自上世纪 70 年代开始在制冷装置中得到应用 以来，已经日益受到人们的重视，特别是许多发达国家，如欧洲、美国、日本、澳大利亚等都非常重视制冷用板式换热器的研究和应用。 日本在上世纪 80 年代开始研究制冷用板式换热器，并在制冷装置中使用，收到了良好的经济效益，世界上一些著名的制冷公司如约克、开利、日立等也相继在制冷装置中采用板式换热器。 进入 20 世纪 90 年代后，制冷用板式换热器又得到进一步发展，一种能够应用于氨制冷系统的板式换热器在瑞典斯特尔公司研制成功。 这种新型的组合式板式换热器结合了板框式和钎焊式的特点。 与 氟利昂 制冷系统相比，采用这种板式换热器的氨制冷系统不仅在机组材料、体积重量上有明显的优势，而且性能系数也要高 10%~20%。 目前，这种系统已经形成了 8 个产品，冷量从 10kw~1000kw。 氨用板式换热器的开发成功，不仅拓宽了板式换热器在制冷技术中的应用范围，而且对保护大气臭氧、保护环境都有重要意义，同时也必将促进制冷技术的进一步发展。 我国自上世纪 60 年代初开始生产板式换热器，到 1994 年，以节能型产品定 点的板式换热器生产厂家即达 15 家，并且一些厂家还进行板式蒸发器及其传热特性的研究工作，然而这些厂家也仅限于生产板框式换热器（ DHE）。 在我国，制冷用板式换热器的应用尚处于起步阶段，日前许多制冷厂家都在自己的产品中采用了制冷用板式换热器，而且其产品广泛的受到用户青睐。 可以预计，随着对制冷用板式换热器的了解和认识，板式换热器以其高效传热，结构紧凑，节能节材并具环保功能等特点，必将越来越广泛地应用于制煤油冷却器 —— 板式换热器的设计 12 冷装置。 （ 1） 制冷：用作冷凝器和蒸发器。 （ 2） 暖通空调：配合锅炉使用的中间换热器 、高层建筑中间换热器等。 （ 3） 化学工业：纯碱工业，合成氨，酒精发酵，树脂合成冷却等。 （ 4） 冶金工业：铝酸盐母液加热或冷却，炼钢工艺冷却等。 （ 5） 机械工业：各种淬火液冷却，减速器润滑油冷却等。 （ 6） 电力工业：高压变压器油冷却，发电机轴承油冷却等。 （ 7） 造纸工业：漂白工艺热回收，加热洗浆液等。 （ 8） 纺织工业：粘胶丝碱水溶液冷却，沸腾硝化纤维冷却等。 （ 9） 食品工业：果汁灭菌冷却，动植物油加热冷却等。 （ 10） 油脂工艺：皂基常压干燥，加热或冷却各种工艺用液。 （ 11） 集中供热：热电厂废热区域供暖，加热 洗澡用水。 （ 12） 其他：石油、医药、船舶、海水淡化、地热利用。 煤油冷却器 —— 板式换热器的设计 13 第三章 板式换热器的基本数据 换热器的类型选择 换热器的类型很多，每种 型 式都有特定的应用范围。 在某一种场合下性能很好的换 热器，如果换到另一种场合可能传热效果和性能会有很大的改变。 因此，针对具体情况正确地选择换热器的类型，是很重要的。 换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有： （ 1）热负荷及流量大小 （ 2）流体的性质 （ 3）温度、压力及允许压降的范围 （ 4）对清洗、维修的要求 （ 5）设备 结构、材料、尺寸、重量 （ 6）价格、使用安全性和寿命 在换热器 选型 中，除考虑上述因素外，还应对结构强度、材料来源、加工条件、密封性、安全性等方面加以考虑。 所有这些又常常是相互制约、相互影响的，通过设计的优化加以解决。 针对不同的工艺条件及操作工况，我们有时使用特殊型式的换热器或特殊的换热管，以实现降低成本的目的。 因此， 应综合考虑工艺条件和机械设计的要求，正确选择合适的换热器型式来有效地减少工艺过程的能量消耗。 对工程技术人员而言，在设计换热器时，对于型式的合理选择、经济运行和降低成本等方面应有足够的重视，必 要时，还得通过计算来进行技术经济指标分析、投资和操作费用对比，从而使设计达到该具体条件下的最佳设计。 板式换热器的换热面积不超过 2020 m2，适应性很强，其允许压力最大值为 25 kgf/cm2，温度可以从 40176。 C 到 200176。 C 之间，材料主要是钛、不锈钢等。 其主要特点为结构紧凑，易维修。 在液 液换热设备中传热系数较高，实际应用范围广泛。 也可于气体冷却、冷凝或沸腾传热。 此外，它还具有容量大、结构简单、造价低廉、清洗方便等优点，因此它在换热器中是最主要的型式。 板式换热器作为冷凝器主要有：冷冻剂冷凝器、蒸汽冷凝 器和烃类冷凝器。 煤油冷却器 —— 板式换热器的设计 14 目前 换热通用型板式换热器 类型 基本条件：用于液体之间热交换，平均温度差大于 2176。 C的工况。 主要型号： BR BR BR BR3 BR3 BR50、 BR6 BR80、 BR100、BR140 等。 空调系统专用型板式换热器 主要型号： BR70C、 BR170C 等。 颗粒纤维介质专用型板式换热器 在酒精酿造，造纸，纺织，及其他含颗粒或纤维介质的热交换中必须采用专 用大间隙无阻碍的板式换热器。 主要型号： BPF BPF100、 BPF170 等。 煤油冷却器 —— 板式换热器的设计 15 低阻降冷凝专用型板式换热器 适用于各种工业气体的冷凝工艺需要，冷凝阻力非常小，又要有很高的传热 系数，一般的板式换热器不能实现。 专用冷凝换热器有： BL80、 BZL140。 各国替代板片及垫片 太平洋公司按照用户的要求开发了各国板片及垫片。 可以满足各种规格进口 板式换热器，板片 及垫片的替代要求。 煤油冷却器 —— 板式换热器的设计 16 实验室适用型板式换热器 BR BR6 等 型号小型板式换热器适用于小流量的场合使用。 例如：实验室， 药品生产，机器 润滑配套冷却等。 箱行半焊板式换热器系列 适用于高温，高压，真空及要求无泄漏的场合。 主要有冷凝型、自由流型、 普通换热型。 煤油冷却器 —— 板式换热器的设计 17 板式换热器选型时应注意的问题 （ 1） 板型选择 板片型式或波纹式应根据换热场合的实际需要而定。 对流量大允许压降小的情况，应选用阻力小的板型，反之选用阻力大的板型。 根据流体压力和温度的情况， 确定选择可拆卸式，还是钎焊式。 确定板型时不宜选择单板面积太小的板片，以免板片数量过多，板间流速偏小，传热系数过低，对较大的换热器更应注意这个问题。 （ 2） 流程和流道的选择 流程指板式换热器内一种介质同一流动方向的一组并联流道，而流道指板式换热器内，相邻两板片组成的介质流动通道。 一般情况下，将若干个流道按并联或串联的费那个是连接起来，以形成冷、热介质通道的不同组合。 流程组合形式应根据换热和流体阻力计算，在满足工艺条件要求下确定。 尽量使冷、热水流道内的对流换热系数相等或接近，从而得到最佳的传热效果。 因为在传热 表面两侧对流换热系数相等或接近时传热系数获得较大值。 虽然板式换热器各板间流速不等，但在换热和流体阻力计算时，仍以平均流速进行计算。 由于 “U”形单流程的接管都固定在压紧板上，拆装方便。 板式换热器的优化设计方向 近年来， 板式换热器 技术日益成熟，其传热效率高，体积小，重量轻，污垢系数低，拆卸方便，板片品种多，适用范围广，在供热行业得 到了广泛应用。 板式换热器按组装方式分为可拆式、焊接式、钎焊式、板壳式等。 由于可拆式板式换热器便于拆卸清洗，增减换热器面积灵活，在供热工程中使用较多。 可拆式板式换热器受橡胶密封垫耐热温度的限制，适用于水一水传热。 本文对提高 可拆式板式换热器效能的优化设计进行研究。 提高板式换热器的效能是一个综合经济效益问题，应通过技术经济比较后确定。 提高换热器的传热效率和降低换热器的阻力应同时考虑，而且应合理选用板片材质和橡胶密封垫材质及安装方法，保证设备安全运行，延长设备使用寿命。 （ 1）提高传热 效率 煤油冷却器 —— 板式换热器的设计 18 板式换热器是问壁传热式换热器，冷热流体通过换热器板片传热，流体与板片直接接触，传热方式为热传导和对流传热。 提高板式换热器传热效率的 关键是提高 传热。