阿法拉伐板式换热器培训完整版(内部)
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• 食品行业中对热敏感的介质 • 避免在一定的温度下的结晶 • 避免结垢( CaCO3 保持在一定温度上以避免结垢）
反向流
% 热负荷
Q = k * A * LMTD
•
用蒸汽做热媒的LMTD
同向流
1 2 1 反向流 2
% 热负荷 – 纯的蒸汽的冷凝温度是不变的 – 同向流和反向流的LMTD 是相同的
Result: PHE的结垢比列管式低 50-70% – PHE 低流速下的高度湍流 不易结垢
PHE和列管式换热器的比较
1. 较高的传热效率
2. 节省空间
3. 耐腐蚀性能强
4. 便于安装、维护和维修，维护费用节省 5. 可以增加板片来增大换热量 6. 节省能耗，水 7. 使用寿命长 8. 总的运作成本低
热媒出口温度T1 Out 热媒流体的进口流量m1
热媒所摄放的热量: 冷媒所吸收的热量: 热能的损失忽略不计
Q1=m1*Cp1*(T1 In-T1 Out) Q2=m2*Cp2*(T2 Out -T2 In) Q1 = Q 2
热平衡原理
• 蒸汽－液体
我们每一个人都知道蒸汽是什么 蒸汽所摄放的热量: Q1=m1* Hvap
PHE – 主要结构
支撑导杆
上导杆
框架板
压紧板 下导杆 旋紧螺杆 连接螺栓 通道板片组
所有都是螺杆和螺栓结构，便于现场拆卸和修复
PHE - 3 维图像
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PHE – 分解
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公司简介
阿法拉伐（上海）技术有限公司 备件和售后服务部 2004/5/9
一个国际性的公司
• 总的销售额: MEUR 1 800 • 全球员工人数: 9 378
• 35 大类产品
• 20 研究和开发中心
• 在50个国家设有100多个分公司
• 另外在其它45个国家设立了代表处
古斯塔夫.德.拉伐(1845-1913)
船用
冶炼
废水处理和水的再
循环使用
换热原理
换热的模式
•
物理学定律：
– 热 = 能量
– 如果你拿一个热的东西 … 和一个冷的东西 … 热量总是从热侧传到冷侧
• 辐射（放射）
– 电磁波
传热的三种方式
反射 Absorbed 传输
– 当它到达物体时，它有3个选择方向:
– 没有传热介质
• •
传导
– 分子或原子的振动
最低到 0.4 mm 板片 板片是压制的 流体流过一个通道的整个板片 多种可选用的板材 最高面积达到 2000 m2 /台
板式换热器的进化－－
Alfa Laval 板片的发展
1955
P2 通道: 2.9 mm AISI 316: 0.8 mm 最大压力: 21 barg
1990
M6-M 通道: 3.0 mm AISI 316: 0.5 mm 最大压力: 31 barg
% 热负荷
Q = k * A * LMTD
•
K值的公式
= 传热系数 W/m² °C 1 1 1 δ k = 层流膜的传热系数, W/m² °C R =f 壁厚, m k α1 α 2 λ w = 壁的传导系数, W/m°C
在以下情况下我们得到较高的K 较大的 : – 高度湍流 –薄的层流膜 较小的热阻力 较薄的板片具有较高的传导性
180º
• 备件损耗小 • 完全满足对角流所有的功能
– 较高的设计压力或使用较薄的板 片
• 没有交叉出管口
板片 – 平行流 vs 对角流
平行流 对角流
平行流通过巧克力分布区达到原来对角流的全部功能
板片组 – 单流程
头板II 通道板片 头板 I
热出 冷进
冷出 热进
只有2 块板片不传热－头尾板
板片组 – 双流程板片
• 流体的二种流动形式
– 湍流 对流
流体流动的形状 流体的速度分布图
传导
• 没有规则的流动 • 随意的涡流运动 • 在管道壁附近总是有一层层流膜 • 例如：高速流动的水 • 热能在流体内和管道壁上是怎样传送的呢？
流体原理
• 湍流流动 对流 是较好的热能传 • 这些参数是怎样影响层流膜的？ 送
– 由于高效率的传热性能使板片温度低 不易结晶和结垢 – 选用合适的材料避免腐蚀 – (列管式换热器有一定的腐蚀范围) – 没有低速区域
Baffles
板式换热器和列管式换热器的结垢比较 • 例如：传热学研究人员对在冷却塔水的 结垢进行研究发现：
流体流速 (m/s) 剪切力 (Pa) PHE 0.45 ca 60 S&T 1.8 m/s ca 15
H + H = 大角度流道
• 我们在这三种流道中选择 • 根据特殊的工况定身量做和选型
板片 – 波纹和流道
低湍流和压力降 中度湍流和压力降 高湍流和压力降
L + L = L channels 优点：
L + H = M channels 有助于：
H + H = H channels
• • • •
传热效率高 高剪切力 多种传热通道
巧克力分布去
密封垫和密封槽
主要换热区域
这么薄的板片都是一片一片在水压下冷成形的 ( 压力到达 40,000 吨)
板片 – 分布区
• 巧克力分布去
– 使流体均匀流过整个板片 – 在 A 和B处的压力降相同 – 使在这里的压力损失最小
– 把压力降用于有效的传热
– 允许平行流 – Alfa Laval 创造发明的
• 专利已经过期
• 我们的竞争对手抄袭我们
A
– 避免了远处的死角
• 充分使用传热面积 • 没有死角区域的结垢
板片 – 波纹深度
•
Alfa Laval 有不同的波纹深度，从1.5mm-11mm以满 足不同工况的需求
板片 – 平行流 vs 对角流
平行流的优势： • 一块板片 & 一条密封垫
– 同一的板片在板片组里 – 旋转180º 可以用于二边通道
阿法拉伐板式换热器
内容
• PHE 的介绍 • AL的特色PHE • PHE 的维修和维护 • PHE的售后服务
板式换热器的进化－－
1931 2001
• • • • •
5-10 mm 厚的板片 板片的波纹是磨出来的 很多时候液体流过的是垂直板片 不锈钢 每台换热器的面积达到5m2
• • • • •
转换板 隔板 头板 II 头板 I 转向板
通道板
转向板
冷出 热进
强硬的结构
• • • •
增加热回收 不易结垢 最佳的设计
抗振动性能强
板片- 波纹作用
• 机械性能
– 提供了很多的支撑点 – 增强了板片的强度，能制 造很薄的板片
•
流体动力学
– 建立了高度的湍流
– 高的传热效率
– 使结垢的可能性为最低 – 螺旋状的湍流
板片 – 主要结构
进口/ 出口
悬挂槽
密封口/无流经口 泄漏槽
“一个高速度的男人”
• 200 个项目和发 明 • 92 专利，包括牛 奶离心分离机 (1878) 和蒸汽涡 轮(1883) • 建立了37 个公司
主要技术
离心分离
世界上最大的用 于牛奶、植物油、 淀粉、葡萄酒、 啤酒、化学制品。 生物疫苗、橡胶 乳胶、矿物油、 工业流体和废水 处理等行业的离 心分离设备的供 应商
– 没有传热介质
对流传送
– 能量被运动着的聚合在一起的细小的物质所传送 – 自然的对流是由于不同的物质密度Natural – 外力作用的对流是由人工造成的 (例如. 泵)
例如：在海滩上的一天，
辐射 对流
ຫໍສະໝຸດ Baidu
传导
在这三种方式中对于换热哪 一个 是最主要和重要的呢？
• 辐射?
- 可以忽略 - 在一定状况下，需引起注意和考虑的 - 对！这是最有效的传热方式
•
水垢
普遍问题
– 冷却水中的 CaCO3 和Ca(PO4)2 – 避免冷却水的出口温度高于 45-50º C – 高剪切力的设 – 对水系统进行处理 – 定期做在线清洗
CaCO3
Solubility
Sugar
Temperature
板式换热器和列管式换热器的结垢比较 • PHE 的抗结垢性能一致被承认比列管式 – 高湍流 大剪切力 不易结垢 换热器好
冷媒所吸收的热量:
热能的损失忽略不计
Q2=m2*Cp2*(T2 Out -T2 In)
Q1 = Q 2
Hvap－ 蒸汽的蒸发系数(焓)－蒸发1kg水所需的热量
热交换公式
Q = k * A * LMTD
• Q = 热负荷 • k = K值－－传热系数 W/m² °C
– K值大= 传热效率高
• A = 有效传热面积 (m² ) – 阿法拉伐的宗旨：同样的传热量,阿法拉
PHE – 流动原理
Click on animation to play again
• •
我们通常有二种波纹的板片 (L 小角度and H大角度) 这样就有三种不同的流道 (L, M and H)
AL PHE- 板片 & 流道
L: 小角度
H: 大角度
L + L = 小角度流道
L + H = 混合流道
– Counter-current flow allows temperature cross
• 热侧的出口温度低于 冷侧的出口温度 1
2
Q = k * A * LMTD
•
同向流的LMTD
• 什么时候我们需要同向流? 同向流 1 1 2 2 % 热负荷 – 需要控制壁温 (在同向流的情况下更稳定） – 例如,
• 传导?
• 对流?
流体原理
• 流体的二种流动形式：
– 层流 传导
流体流动的形状
流体的速度分布图
• 流体流动是有规则的 • 流体的流向是可以描述的 – 流体在流道壁上的流动是较慢的 – 这是由于流道壁上的摩擦力所引起的 • 例如：粘稠的流体或低速流动的水
• 热能是怎样在上述管道上传送的呢？
流体原理
– 流速? – 粘度? 高流速 薄的层流膜 高粘度 厚的层流膜
热能在换热器上的传送
这是在换热板上一点的温度剖面图
T1, 大多数的温度所在的热侧 热侧
流动的方向
换热 壁
T3
T4
流动方向 冷侧 T2, 大多数的低温所在的冷侧 热能的传送动力是二侧温 度的不同
较多的湍流 较薄的层流膜 较小的温度差 较好的热交换
伐板换传热效率最高,有效传热面积最低 !!!
• LMTD= 对数温差
– 这是传热的动力
– LMTD 表达了在换热器上的温度分布情况 – 有多少人知道LMTD和它的计算？
Q = k * A * LMTD
– 由同向流和反向流所决定
反向流 T1 进 1 T2 出 T1 进
同向流
1
T1 出 2 T2 进 T2 进 % 热负荷
我们的宗旨和使命
永无止境地，不断地优化我们 客户的工艺性能
注重客户
设备配套 部门
备件 和 售后服务 外部的 销售渠道 客户BBCA 工业技术 部门
我们的产品和服务覆盖了绝大多数的工业领域
饮料 生物化学 啤酒 化工 工程 鱼和肉的应用工艺 食品工艺 暖风和空调 石油和天然气 医药 发电厂 冷藏工业 钢铁工业 淀粉 糖 食用植物油
较高的K值意味着… 对于相同的热负荷所需的
传热面积愈小...
Q = k * A * LMTD
所以结垢－ 将降低换热器的传热效 率！！！
污垢
• •
什么是污垢？ 它可以:
– 降低传热效率 – 增加压降 – 有的污垢可能会损坏板片 – 可以引起流体分布的不均匀
•
PHE的5 种污垢
– 主要碎片 – 水里生长的生物Biological growth – 水垢 – 沉降物 – 烧焦物
古斯塔夫.德.拉伐 的牛奶分离机
120 年的不断发展和研究
主要技术
换热器
是世界换热器的领 导者，产品广泛用 于加热、冷却、工 艺热回收、电厂、 船用及海上钻井， 区域供热和冷藏系 统等
诞生于1930年代的世界 第一台板式换热器
70 年连续不断的发展 和研究
主要技术
流体设备
世界上提供泵、阀和其 它一些用于食品、医药 等卫生领域的卫生级流 体传输和传送设备最多、 最广泛的供应商之一
热平衡原理
• 液体－液体
冷媒进口温度 T2 In 冷媒出口温度T2 Out 冷媒流体的出口流量m2 热媒进口温度T1 In
热媒流体的进口流量m1
定义 Q = 热负荷, W (传热率) m = 流体的流量, kg/s Cp = 传热系数, J/kg°C (1 kg的流体每一度所 传送的热量)
冷媒流体的进口流量m2
T1 出 2 T2 出
% 热负荷
LMTD
1 2 1 ln 2
Q = k * A * LMTD
•
反向流的LMTD
– 液/液反向流的LMTD 始终是高的.
• 记住：Q = k * A * LMTD • 对于相同的热负荷和相同的K值
• LMTD较大
• 所需的有效传热面积较小 设计具有竞争力 !
反向流
% 热负荷
Q = k * A * LMTD
•
用蒸汽做热媒的LMTD
同向流
1 2 1 反向流 2
% 热负荷 – 纯的蒸汽的冷凝温度是不变的 – 同向流和反向流的LMTD 是相同的
Result: PHE的结垢比列管式低 50-70% – PHE 低流速下的高度湍流 不易结垢
PHE和列管式换热器的比较
1. 较高的传热效率
2. 节省空间
3. 耐腐蚀性能强
4. 便于安装、维护和维修，维护费用节省 5. 可以增加板片来增大换热量 6. 节省能耗，水 7. 使用寿命长 8. 总的运作成本低
热媒出口温度T1 Out 热媒流体的进口流量m1
热媒所摄放的热量: 冷媒所吸收的热量: 热能的损失忽略不计
Q1=m1*Cp1*(T1 In-T1 Out) Q2=m2*Cp2*(T2 Out -T2 In) Q1 = Q 2
热平衡原理
• 蒸汽－液体
我们每一个人都知道蒸汽是什么 蒸汽所摄放的热量: Q1=m1* Hvap
PHE – 主要结构
支撑导杆
上导杆
框架板
压紧板 下导杆 旋紧螺杆 连接螺栓 通道板片组
所有都是螺杆和螺栓结构，便于现场拆卸和修复
PHE - 3 维图像
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PHE – 分解
Click on animation to play again
公司简介
阿法拉伐（上海）技术有限公司 备件和售后服务部 2004/5/9
一个国际性的公司
• 总的销售额: MEUR 1 800 • 全球员工人数: 9 378
• 35 大类产品
• 20 研究和开发中心
• 在50个国家设有100多个分公司
• 另外在其它45个国家设立了代表处
古斯塔夫.德.拉伐(1845-1913)
船用
冶炼
废水处理和水的再
循环使用
换热原理
换热的模式
•
物理学定律：
– 热 = 能量
– 如果你拿一个热的东西 … 和一个冷的东西 … 热量总是从热侧传到冷侧
• 辐射（放射）
– 电磁波
传热的三种方式
反射 Absorbed 传输
– 当它到达物体时，它有3个选择方向:
– 没有传热介质
• •
传导
– 分子或原子的振动
最低到 0.4 mm 板片 板片是压制的 流体流过一个通道的整个板片 多种可选用的板材 最高面积达到 2000 m2 /台
板式换热器的进化－－
Alfa Laval 板片的发展
1955
P2 通道: 2.9 mm AISI 316: 0.8 mm 最大压力: 21 barg
1990
M6-M 通道: 3.0 mm AISI 316: 0.5 mm 最大压力: 31 barg
% 热负荷
Q = k * A * LMTD
•
K值的公式
= 传热系数 W/m² °C 1 1 1 δ k = 层流膜的传热系数, W/m² °C R =f 壁厚, m k α1 α 2 λ w = 壁的传导系数, W/m°C
在以下情况下我们得到较高的K 较大的 : – 高度湍流 –薄的层流膜 较小的热阻力 较薄的板片具有较高的传导性
180º
• 备件损耗小 • 完全满足对角流所有的功能
– 较高的设计压力或使用较薄的板 片
• 没有交叉出管口
板片 – 平行流 vs 对角流
平行流 对角流
平行流通过巧克力分布区达到原来对角流的全部功能
板片组 – 单流程
头板II 通道板片 头板 I
热出 冷进
冷出 热进
只有2 块板片不传热－头尾板
板片组 – 双流程板片
• 流体的二种流动形式
– 湍流 对流
流体流动的形状 流体的速度分布图
传导
• 没有规则的流动 • 随意的涡流运动 • 在管道壁附近总是有一层层流膜 • 例如：高速流动的水 • 热能在流体内和管道壁上是怎样传送的呢？
流体原理
• 湍流流动 对流 是较好的热能传 • 这些参数是怎样影响层流膜的？ 送
– 由于高效率的传热性能使板片温度低 不易结晶和结垢 – 选用合适的材料避免腐蚀 – (列管式换热器有一定的腐蚀范围) – 没有低速区域
Baffles
板式换热器和列管式换热器的结垢比较 • 例如：传热学研究人员对在冷却塔水的 结垢进行研究发现：
流体流速 (m/s) 剪切力 (Pa) PHE 0.45 ca 60 S&T 1.8 m/s ca 15
H + H = 大角度流道
• 我们在这三种流道中选择 • 根据特殊的工况定身量做和选型
板片 – 波纹和流道
低湍流和压力降 中度湍流和压力降 高湍流和压力降
L + L = L channels 优点：
L + H = M channels 有助于：
H + H = H channels
• • • •
传热效率高 高剪切力 多种传热通道
巧克力分布去
密封垫和密封槽
主要换热区域
这么薄的板片都是一片一片在水压下冷成形的 ( 压力到达 40,000 吨)
板片 – 分布区
• 巧克力分布去
– 使流体均匀流过整个板片 – 在 A 和B处的压力降相同 – 使在这里的压力损失最小
– 把压力降用于有效的传热
– 允许平行流 – Alfa Laval 创造发明的
• 专利已经过期
• 我们的竞争对手抄袭我们
A
– 避免了远处的死角
• 充分使用传热面积 • 没有死角区域的结垢
板片 – 波纹深度
•
Alfa Laval 有不同的波纹深度，从1.5mm-11mm以满 足不同工况的需求
板片 – 平行流 vs 对角流
平行流的优势： • 一块板片 & 一条密封垫
– 同一的板片在板片组里 – 旋转180º 可以用于二边通道
阿法拉伐板式换热器
内容
• PHE 的介绍 • AL的特色PHE • PHE 的维修和维护 • PHE的售后服务
板式换热器的进化－－
1931 2001
• • • • •
5-10 mm 厚的板片 板片的波纹是磨出来的 很多时候液体流过的是垂直板片 不锈钢 每台换热器的面积达到5m2
• • • • •
转换板 隔板 头板 II 头板 I 转向板
通道板
转向板
冷出 热进
强硬的结构
• • • •
增加热回收 不易结垢 最佳的设计
抗振动性能强
板片- 波纹作用
• 机械性能
– 提供了很多的支撑点 – 增强了板片的强度，能制 造很薄的板片
•
流体动力学
– 建立了高度的湍流
– 高的传热效率
– 使结垢的可能性为最低 – 螺旋状的湍流
板片 – 主要结构
进口/ 出口
悬挂槽
密封口/无流经口 泄漏槽
“一个高速度的男人”
• 200 个项目和发 明 • 92 专利，包括牛 奶离心分离机 (1878) 和蒸汽涡 轮(1883) • 建立了37 个公司
主要技术
离心分离
世界上最大的用 于牛奶、植物油、 淀粉、葡萄酒、 啤酒、化学制品。 生物疫苗、橡胶 乳胶、矿物油、 工业流体和废水 处理等行业的离 心分离设备的供 应商
– 没有传热介质
对流传送
– 能量被运动着的聚合在一起的细小的物质所传送 – 自然的对流是由于不同的物质密度Natural – 外力作用的对流是由人工造成的 (例如. 泵)
例如：在海滩上的一天，
辐射 对流
ຫໍສະໝຸດ Baidu
传导
在这三种方式中对于换热哪 一个 是最主要和重要的呢？
• 辐射?
- 可以忽略 - 在一定状况下，需引起注意和考虑的 - 对！这是最有效的传热方式
•
水垢
普遍问题
– 冷却水中的 CaCO3 和Ca(PO4)2 – 避免冷却水的出口温度高于 45-50º C – 高剪切力的设 – 对水系统进行处理 – 定期做在线清洗
CaCO3
Solubility
Sugar
Temperature
板式换热器和列管式换热器的结垢比较 • PHE 的抗结垢性能一致被承认比列管式 – 高湍流 大剪切力 不易结垢 换热器好
冷媒所吸收的热量:
热能的损失忽略不计
Q2=m2*Cp2*(T2 Out -T2 In)
Q1 = Q 2
Hvap－ 蒸汽的蒸发系数(焓)－蒸发1kg水所需的热量
热交换公式
Q = k * A * LMTD
• Q = 热负荷 • k = K值－－传热系数 W/m² °C
– K值大= 传热效率高
• A = 有效传热面积 (m² ) – 阿法拉伐的宗旨：同样的传热量,阿法拉
PHE – 流动原理
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• •
我们通常有二种波纹的板片 (L 小角度and H大角度) 这样就有三种不同的流道 (L, M and H)
AL PHE- 板片 & 流道
L: 小角度
H: 大角度
L + L = 小角度流道
L + H = 混合流道
– Counter-current flow allows temperature cross
• 热侧的出口温度低于 冷侧的出口温度 1
2
Q = k * A * LMTD
•
同向流的LMTD
• 什么时候我们需要同向流? 同向流 1 1 2 2 % 热负荷 – 需要控制壁温 (在同向流的情况下更稳定） – 例如,
• 传导?
• 对流?
流体原理
• 流体的二种流动形式：
– 层流 传导
流体流动的形状
流体的速度分布图
• 流体流动是有规则的 • 流体的流向是可以描述的 – 流体在流道壁上的流动是较慢的 – 这是由于流道壁上的摩擦力所引起的 • 例如：粘稠的流体或低速流动的水
• 热能是怎样在上述管道上传送的呢？
流体原理
– 流速? – 粘度? 高流速 薄的层流膜 高粘度 厚的层流膜
热能在换热器上的传送
这是在换热板上一点的温度剖面图
T1, 大多数的温度所在的热侧 热侧
流动的方向
换热 壁
T3
T4
流动方向 冷侧 T2, 大多数的低温所在的冷侧 热能的传送动力是二侧温 度的不同
较多的湍流 较薄的层流膜 较小的温度差 较好的热交换
伐板换传热效率最高,有效传热面积最低 !!!
• LMTD= 对数温差
– 这是传热的动力
– LMTD 表达了在换热器上的温度分布情况 – 有多少人知道LMTD和它的计算？
Q = k * A * LMTD
– 由同向流和反向流所决定
反向流 T1 进 1 T2 出 T1 进
同向流
1
T1 出 2 T2 进 T2 进 % 热负荷
我们的宗旨和使命
永无止境地，不断地优化我们 客户的工艺性能
注重客户
设备配套 部门
备件 和 售后服务 外部的 销售渠道 客户BBCA 工业技术 部门
我们的产品和服务覆盖了绝大多数的工业领域
饮料 生物化学 啤酒 化工 工程 鱼和肉的应用工艺 食品工艺 暖风和空调 石油和天然气 医药 发电厂 冷藏工业 钢铁工业 淀粉 糖 食用植物油
较高的K值意味着… 对于相同的热负荷所需的
传热面积愈小...
Q = k * A * LMTD
所以结垢－ 将降低换热器的传热效 率！！！
污垢
• •
什么是污垢？ 它可以:
– 降低传热效率 – 增加压降 – 有的污垢可能会损坏板片 – 可以引起流体分布的不均匀
•
PHE的5 种污垢
– 主要碎片 – 水里生长的生物Biological growth – 水垢 – 沉降物 – 烧焦物
古斯塔夫.德.拉伐 的牛奶分离机
120 年的不断发展和研究
主要技术
换热器
是世界换热器的领 导者，产品广泛用 于加热、冷却、工 艺热回收、电厂、 船用及海上钻井， 区域供热和冷藏系 统等
诞生于1930年代的世界 第一台板式换热器
70 年连续不断的发展 和研究
主要技术
流体设备
世界上提供泵、阀和其 它一些用于食品、医药 等卫生领域的卫生级流 体传输和传送设备最多、 最广泛的供应商之一
热平衡原理
• 液体－液体
冷媒进口温度 T2 In 冷媒出口温度T2 Out 冷媒流体的出口流量m2 热媒进口温度T1 In
热媒流体的进口流量m1
定义 Q = 热负荷, W (传热率) m = 流体的流量, kg/s Cp = 传热系数, J/kg°C (1 kg的流体每一度所 传送的热量)
冷媒流体的进口流量m2
T1 出 2 T2 出
% 热负荷
LMTD
1 2 1 ln 2
Q = k * A * LMTD
•
反向流的LMTD
– 液/液反向流的LMTD 始终是高的.
• 记住：Q = k * A * LMTD • 对于相同的热负荷和相同的K值
• LMTD较大
• 所需的有效传热面积较小 设计具有竞争力 !