板式换热器设计指导书

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）
硅橡胶 Q
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 2：BP1.0-1.0-100-E-II，即波纹 形 式 为水平平直波纹，单板公称换热面积为 1.0m2，设计压力为 1.0 MPa，换热面积为 100m2l,用三元乙丙垫片密封的带中间隔板双支撑 框架结构的板式换热器
二、 设计计算
设计计算是板式换热器工程设计的核心，主要包括两部分内容，即传热计算与压降计算。 板式换热器工程计算的任务不同于传统的管壳式换热器。它不需要作任何元件或结构方 面的设计，一般只要不超出最高压力，设计时也不再作强度方面校核，所需要的只是适当地 组合板片进行传热计算与压降计算，得出所需的总换热面积与板片数。由于板片的传热与压 降性能紧密相关，因此，这两方面的计算常常需交叉或交替进行。在设计相变传热的板式换 热其时，这一特征表现得尤为突出。 2.1 计算的类型 与其它种类的换热器一样，板式换热器的热力计算也分为设计计算与校核计算两种。 2.1.1 设计计算 通常，两侧流体的流量及四个进、出口温度中的任一三个已给定，要求计算出在满足一 定压力降限制条件下的有效换热面积与流程、流道排列组合方式。 2.1.2 校核计算 与设计计算相反，换热面积及流程布置都是已知并且确定的。而且冷、热流体的流量以 及进口温度也为已知值，要求核算在该通道布置方案下，流涕出口温度能否达到预定目标及 压力降是否满足要求值。 这两种不同类型的计算所依据的基本原理完全一致，但它们的计算方法或步骤上存在着 很大的差异。事实上，在作某一换热场合的工程设计时，往往两种类型的计算均要用到，事 先用设计类型算法求出换热面积与历程布置，再用校核计算程序核定这个面积与布置能否完 成预定的换热任务。 2.2 必备资料 无论作哪一种类型的计算，设计者都应备有以下资料：
式中：
（8-2）
qm — —流体质量流量，kg / s C p — —流体Βιβλιοθήκη Baidu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）
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
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
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）
分析以上的结构和零部件的组成，可见其零部件品种少，且通用性极强，这十分有利于 成批生产及使用维修。 1.2 可拆式板式换热器的基本参数 1.2.1 单板计算换热面积 a
在垫片内侧参与换热部分的板片展开面积。按式（1）计算：
2
a = φ ⋅ a1
（1）
式中： a —单板计算换热面积， m 2 ；
φ —展开系数，板片展开面积与投影面积之比，按式（2）
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。
1.2.10 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：
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
1.2.8 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。
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
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。
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
S —参与传热的湿润周长，m。
1.2.5 换热器换热面积 A 经圆整后的整台板式换热器中有效换热板片数(板片总数减 2)与单板计算换热面积之
积，按式（5）计算：
A = a(N p − 2)
（5）
式中： N p —板片总数。
1.2.6 工作压力 板式换热器在正常工作情况下任何一侧可能出现的最高压力。
1.2.7 设计压力 在相应的设计温度下，用以保证板式换热器正常工作的压力，该压力值不得低于工作压力。
8
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
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)。
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
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
1
人字形波纹（图 3、图 4）
式中：
（13）
Δtlm — 对数平均温差，o C ϕ — 随不同的流程组合，导致冷热流体流动方向有异于纯逆流时的对数平均温差修正 系数，查图16可得。 Δtmax和Δtmin — 逆流换热时冷热流体端部温差的大值和小值
图 16-1 并联流程组合 （Z 和 U 型）对数平均温差修正系数
图 16-2 串联流程组合对数平均温差修正系数
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
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：
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" )
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
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1
一、 板式换热器简介
1.1 可拆式板式换热器的基本结构 板式换热的基本构造如图 1 所示。
图 1 板式换热器的基本构造 板片是传热元件，一般由 0.6~0.8mm 的金属板压制成波纹状，波纹板片上贴有密封垫
圈。板片按设计的数量和顺序安放在固定压紧板和活动压紧板之间，然后用压紧螺柱和螺母 压紧，上、下导杆起着定位和导向作用。固定压紧板、活动压紧板、导杆、螺柱、螺母、前 支杆可统称为板式换热器的框架；众多的板片、垫片可称为板束。