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板式換熱器-天巨鑫板式換熱器

如何提高板式換熱器的效率

點擊次數(shù):?? 更新時間:2018-06-13?? ??【關閉
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  列管式換熱器

  在化工企業(yè)中列管式換熱器的類型很多,如板式,套管式,蝸殼式,列管式。其中列管式換熱器雖在熱效率、緊湊性、金屬消耗量等方面均不如板式換熱器,但它卻具有結(jié)構(gòu)堅固、可靠程度高、適應性強、材料范圍廣等特點,因此成為石油、化工生產(chǎn)中,尤其是高溫、高壓和大型換熱器的主要結(jié)構(gòu)形式。列管式換熱器主要有固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、填函式換熱器和U型管式換熱器,而其中固定管板式換熱器由于結(jié)構(gòu)簡單,造價低,因此應用最普遍。

  固定管板式換熱器

  這類換熱器操作簡單、便宜。最大的缺點是管外側(cè)清洗困難,因而多用于殼側(cè)流體清潔,不易結(jié)垢或污垢容易化學處理的場合。當殼壁與殼壁溫度相差較大時,由于兩者的熱膨脹不同,產(chǎn)生了很大的溫差應力,以致管子扭彎或使管子從管板上松脫,甚至毀壞整個換熱器,因此,一般管壁與殼壁溫度相差50℃以上時,換熱器應有溫差補償裝置,圖為具有溫差補償圈(或稱膨脹節(jié))的固定管板式換熱器。一般這種裝置只能用在殼壁與管壁溫差低于60~70℃和殼程流體壓強不高的情況。殼程壓強超過6×105Pa時,由于補償圈過厚,難以伸縮,失去溫差補償作用,就應考慮采用其他結(jié)構(gòu)。

  完善的換熱器在設計和選型時應滿足以下各項基本要求:

  (1)合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件:可以從:①增大傳熱系數(shù)②提高平均溫差③妥善布置傳熱面等三個方面具體著手。

  (2)安全可靠 換熱器是壓力容器,在進行強度、剛度、溫差應力以及疲勞壽命計算時,應

  遵循我國《鋼制石油化工壓力容器設計規(guī)定》和《鋼制管殼式換熱器設計規(guī)定》等有關規(guī)定與標準。

  (3)有利于安裝操作與維修 直立設備的安裝費往往低于水平或傾斜的設備。設備與部件應便于運輸與拆卸,在廠房移動時不會受到樓梯、梁、柱的妨礙,根據(jù)需要可添置氣、液排放口,檢查孔與敷設保溫層。

  (4)經(jīng)濟合理 評價換熱器的最終指標是:在一定時間內(nèi)(通常1年內(nèi)的)固定費用(設備的購置費、安裝費等)與操作費(動力費、清洗費、維修費)等的總和為最小。在設計或選型時,如果有幾種換熱器都能完成生產(chǎn)任務的需要,這一標準就尤為重要了。

  一、板式換熱器優(yōu)化設計方向

  板式換熱器技術日益幼稚,近年來。其傳熱效率高,體積小,重量輕,污垢系數(shù)低,裝配方便,板片品種多,適用范圍廣,供熱行業(yè)得到廣泛應用。板式換熱器按組裝方式分為可拆式、焊接式、釬焊式、板殼式等。由于可拆式板式換熱器便于裝配清洗,增減換熱器面積靈活,供熱工程中使用較多??刹鹗桨迨綋Q熱器受橡膠密封墊耐熱溫度的限制,適用于水一水傳熱。本文對提高可拆式板式換熱器效能的優(yōu)化設計進行研究。

  應通過技術經(jīng)濟比擬后確定。提高換熱器的傳熱效率和降低換熱器的阻力應同時考慮,提高板式換熱器的效能是一個綜合經(jīng)濟效益問題。而且應合理選用板片材質(zhì)和橡膠密封墊材質(zhì)及安裝方法,保證設備平安運行,延長設備使用壽命。

  二、板式換熱器優(yōu)化設計方法

  2.1提高傳熱效率

  冷熱流體通過換熱器板片傳熱,板式換熱器是問壁傳熱式換熱器。流體與板片直接接觸,傳熱方式為熱傳導和對流傳熱。提高板式換熱器傳熱效率的關鍵是提高傳熱系數(shù)和對數(shù)平均溫差。

  減小污垢層熱阻:① 提高換熱器傳熱系數(shù)只有同時提高板片冷熱兩側(cè)的外表傳熱系數(shù)。選用熱導率高的板片,減小板片的厚度,才有效提高換熱器的傳熱系數(shù)。

  a.提高板片的外表傳熱系數(shù)

  外表傳熱系數(shù)與板片波紋的幾何結(jié)構(gòu)以及介質(zhì)的流動狀態(tài)有關。板片的波形包括人字形、平直形、球形等。經(jīng)過多年的研究和實驗發(fā)現(xiàn),由于板式換熱器的波紋能使流體在較小的流速下產(chǎn)生湍流 雷諾數(shù)一 150時 因此能獲得較高的外表傳熱系數(shù)。波紋斷面形狀為三角形 正弦形外表傳熱系數(shù)最大,壓力降較小,受壓時應力分布均勻,但加工困難,人字形板片具有較高的外表傳熱系數(shù),且波紋的夾角越大,板間流道內(nèi)介質(zhì)流速越高,外表傳熱系數(shù)越大。

  b.減小污垢層熱阻

  傳熱系數(shù)降低約 10%因此,減小換熱器的污垢層熱阻的關鍵是防止板片結(jié)垢。板片結(jié)垢厚度為 1mm時。必需注意監(jiān)測換熱器冷熱兩側(cè)的水質(zhì),防止板片結(jié)垢,并防止水中雜物附著在板片上。有些供熱單位為防止盜水及鋼件腐蝕,供熱介質(zhì)中添加藥劑,因此必需注意水質(zhì)和黏 劑引起雜物沾污換熱器板片。如果水中有黏性雜物,應采用專用過濾器進行處理。選用藥劑時,宜選擇無黏性的藥劑。

  c.選用熱導率高的板片

  熱導率約 14. 4W/mK強度高,板片材質(zhì)可選擇奧氏體不銹鋼、鈦合金、銅合金等。不銹鋼的導熱性能好。沖壓性能好,不易被氧化,價格比鈦合金和銅合金低,供熱工程中使用最多,但其耐氯離子腐蝕的能力差。

  d.減小板片厚度

  與換熱器的承壓能力有關。板片加厚,板片的設計厚度與其耐腐蝕性能無關。能提高換熱器的承壓能力。采用人字形板片組合時,相鄰板片互相倒置,波紋相互接觸,形成了密度大、分布均勻的支點,板片角孑 L及邊緣密封結(jié)構(gòu)已逐步完善,使換熱器具有很好的承壓能力。國產(chǎn)可拆式板式換熱器最大承壓能力已達到2.5MPa板片厚度對傳熱系數(shù)影響很大,厚度減小 0.1mm對稱型板式換熱器的總傳熱系數(shù)約增加 600W/mK非對稱型約增加 500W/mK¨ 滿足換熱器承壓能力的前提下,應盡量選用較小的板片厚度。

 ?、?提高對數(shù)平均溫差

  逆流時對數(shù)平均溫差最大,板式換熱器流型有逆流、順流和混合流型 既有逆流又有順流 相同工況下。順流時最小,混合流型介于二者之問。提高換熱器對數(shù)平均溫差的方法為盡可能采用逆流或接近逆流的混合流型,盡可能提高熱側(cè)流體的溫度,降低冷側(cè)流體的溫度。

 ?、?進出口管位置的確定

  為檢修方便,對于單流程布置的板式換熱器。流體進出口管應盡可能安排在換熱器固定端板一側(cè)。介質(zhì)的溫差越大,流體的自然對流越強,形成的滯留帶的影響越明顯,因此介質(zhì)進出口位置應按熱流體上進下出,冷流體下進上出布置,以減小滯留帶的影響,提高傳熱效率。

  2. 2降低換熱器阻力的方法

  可提高傳熱系數(shù),提高板問流道內(nèi)介質(zhì)的平均流速。減小換熱器面積。但提高流速,將加大換熱器的阻力,提高循環(huán)泵的耗電量和設備造價。循環(huán)泵的功耗與介質(zhì)流速的3次方成正比,通過提高流速獲得稍高的傳熱系數(shù)不經(jīng)濟。當冷熱介質(zhì)流量比擬大時,可采用以下方法降低換熱器的阻力,并保證有較高的傳熱系數(shù)。

 ?、?采用熱混合板

  板片按人字形波紋的夾角分為硬板 H和軟板 L夾角 一般為 120左右 大于 90為硬板,熱混合板的板片兩面波紋幾何結(jié)構(gòu)相同。夾角 一般為 70左右 小于 90為軟板。熱混合板硬板的外表傳熱系數(shù)高,流體阻力大,軟板則相反。硬板和軟板進行組合,可組成高 HH中 HL低 LL3種特性的流道,滿足不同工況的需求。

  采用熱混合板比采用對稱型單流程的換熱器可減少板片面積。熱混合板冷熱兩側(cè)的角孔直徑通常相等,冷熱介質(zhì)流量比擬大時。冷熱介質(zhì)流量比過大時,冷介質(zhì)一側(cè)的角孑 L壓力損失很大。另外,熱混合板設計技術難以實現(xiàn)精確匹配,往往導致節(jié)省板片面積有限。因此,冷熱介質(zhì)流量比過大時不宜采用熱混合板。

 ?、?采用非對稱型板式換熱器

  形成冷熱流道流通截面積相等的板式換熱器。非對稱型 不等截面積型 板式換熱器根據(jù)冷熱流體的傳熱特性和壓力降要求,對稱型板式換熱器由板片兩面波紋幾何結(jié)構(gòu)相同的板片組成。改變板片兩面波形幾何結(jié)構(gòu),形成冷熱流道流通截面積不等的板式換熱器,寬流道一側(cè)的角孑 L直徑較大。非對稱型板式換熱器的傳熱系數(shù)下降微小,且壓力降大幅減小。冷熱介質(zhì)流量比擬大時,采用非對稱型單流程比采用對稱型單流程的換熱器可減少板片面積 15%一 3O%

 ?、?采用多流程組合

  可以采用多流程組合安排,當冷熱介質(zhì)流量較大時。小流量一側(cè)采用較多的流程,以提高流速,獲得較高的傳熱系數(shù)。大流量一側(cè)采用較少的流程,以降低換熱器阻力。多流程組合呈現(xiàn)混合流型,平均傳熱溫差稍低。采用多流程組合的板式換熱器的固定端板和活動端板均有接管,檢修時工作量大。

 ?、?設換熱器旁通管

  可在大流量一側(cè)換熱器進出口之問設旁通管,當冷熱介質(zhì)流量比擬大時。減少進入換熱器流量,降低阻力。為便于調(diào)節(jié),旁通管上應裝置調(diào)節(jié)閥。該方式應采用逆流安排,使冷介質(zhì)出換熱器的溫度較高,保證換熱器入口合流后的冷介質(zhì)溫度能達到設計要求。設換熱器旁通管可保證換熱器有較高的傳熱系數(shù),降低換熱器阻力,但調(diào)節(jié)略繁。

  ⑤ 板式換熱器形式的選擇

  阻力以不大于 100kPa為宜。根據(jù)不同冷熱介質(zhì)流量比,換熱器板間流道內(nèi)介質(zhì)平均流速以 0. 30. 6ms為宜??蓞⒄毡?1選用不同形式的板式換熱器,表中非對稱型板式換熱器流道截面積比為 2采用對稱型或非對稱型、單流程或多流程板式換熱器,均可設置換熱器旁通管,但應經(jīng)詳細的熱力計算。

  2. 3橡膠密封墊材質(zhì)及安裝方式

  ① 材質(zhì)的選擇

  冷熱介質(zhì)對橡膠密封墊均無腐蝕性。選用橡膠密封墊材質(zhì)的關鍵是耐溫和密封性能,水一水換熱器中。橡膠密封墊材質(zhì)可按文獻選用。

  ② 裝置方式的選擇

  將橡膠密封墊用膠水粘接在板片密封槽內(nèi)??凼绞菗Q熱器組裝時,橡膠密封墊常用裝置方式為粘接式、卡扣式。粘接式是換熱器組裝時。利用橡膠密封墊和板片邊緣的卡扣結(jié)構(gòu),將橡膠密封墊固定在板片密封槽內(nèi)。由于卡扣式裝置工作量很小,換熱器裝配時橡膠密封墊損壞率低,而且不存在膠水中可能含有的氯離子造成對板片的腐蝕,因此使用較多。

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