板式热交换器板片壁温计算方法.pdf

第44卷第5期
石油化工设备
Vol 44 No 5
2015年9月
PETRO-CHEMICAL EQUIPMENT
Sept 2015
文章编号:1000-7466(2015)05-0040-05
板式热交换器板片壁温计算方法
孙海生2,常春梅2,姚立影12
(1,甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司,甘肃兰州730070;2.上海蓝滨石化设备有限责任公司,上海201518)
摘要:介绍了3种板式热交换器板片壁温计算方法,通过实例数据的计算对3种方法进行了比较
分析了3种计算方法的优点和不足。
关键词:板式热交换器;板片;壁温;计算方法
中图分类号:TQ051.501;TE965文献标志码:Bdoi:10.3969/j.isn.10007466.2015.05.009
Plate Heat Exchanger Plate Wall Temperature Calculation Method
UN Hai-sheng", CHANG Chun-mei, YAO Li-ying
(1. Lanpec Technologies Limited, Lanzhou 730070, China;
2. Shanghai Lanbin Petrochemical Equipment Co. Ltd., Shanghai 201518, China)
Abstract: Three kinds of plate heat exchanger plate wall temperature calculation methods were
introduced, and the calculation methods were compared in view of an engineering practical exam
ple, then the advantages and disadvantages were analyzed
Key words: plate heat exchanger; plate; wall temperature; calculation method
在板式热交換器的设计计算中,通常需知道传影响,定性温度与板片壁温实际上并不相同,两者间
热板片的壁温,根据壁温确定对应温度下工艺介质存在一定的温度梯度。
的物性参数,然后进行工艺计算。壁温高低将直
在已有的文献中,很少系统阐述板式热交换器
接影响近壁层流体的比热容、密度、黏度和导热系数板片壁温计算方法,笔者査阅文献资料进行汇总分
等物性数据,使计算得到的对流传热系数发生变化,析,为行业同仁提供借鉴
最终影响板片和设备换热面积的大小。若换热面积
较大则不够经济,换热面积过小将不能完成工艺条
板式热交换器板片壁温计算方法
件要求的热负荷,设备无法使用。此外,板式热交换
(1)方法1同时假定总传热系数和板片两侧
器板片壁温在板式热交换器的失效分析中也十分重(热侧和冷侧)壁温对板片壁温进行计算
要,例如某石化企业芳烃装置重整进料板式热交换
(2)方法2同时假定总传热系数和板片一侧
器投用1个月后,在其髙温段的端面、侧面即换热板壁温对板片壁温进行计算
角焊鏠部位发生泄漏,失效分析发现系热交换器热
(3)方法3假定总传热系数但不假定壁温对
应力超过材料屈服强度,导致波纹板端面、侧面局部板片壁温进行计算
塑性失稳变形所致。在分析计算时若取流体的2实例计算
进、出口平均温度(定性温度)作为板片的实际温度
就可能会影响分析结果,因为在实际操作过程中,壁
NB/T47004-2009《板式热交换器》』中尚未
温的高低可导致近壁处流体的黏度及其它物性发生提及板片壁温的计算方法,而GB/T151-2014《热
变化,使对流传热系数变化较大,再加上污垢热阻的交换器》虽然在附录F中提到换热管壁温的计
收稿日期;2015-04-02
作者简介:孙海生(1986-),男,黑龙江哈尔滨人,助理工程师,硕士,从事板式热交换器设计研发与失效分析工作。
第5期
孙海生,等;:板式热交换器板片壁温计算方法
算,但该计算方法是在忽略管壁热阻和假定管壁很W/(m?℃),运动黏度v=1.036X10-6m2/s,普朗
薄的情况下,认为靠近热流体侧的表面壁温与靠近特数Pr2=7.27。将上述相关数据带入式(4)计算
冷流体侧的表面壁温相等,最后给出近似估算等式,可得q2=170.78m3/h
这样的计算结果与实际工作情况不符。
△tm、△tm,分别为逆流时端部温差中的最大值
为了探讨3种板式热交换器壁温计算方法的优和最小值,应用前文数据,根据公式△tm=
劣,以文献[1】的设计例题为例进行分析,本文讨论△tmax-△tmn
计算可得平均温差△tm=20.74C。
涉及的所有量符号的意义、单位均与文献[1相同
从文献[1]选取的设计例题的相关参数为,热侧
介质为变压器油,体积流量140m/h,进口温度
假设总的传热系数K=800W/(mn2?C),通过
46C,出口温度34℃,允许压降为200kPa;冷侧介文献[1]的公式计算所需换热面积A=4.752
质为水,进口温度17℃,出口温度21C,允许压降
进一步计算可知该板式热交换器需要单板面积为
为100kPa。
0.52m2的板片约92片。
因仅讨论板片壁温的计算,故不涉及换热面积
据此初选流道为2×23·即冷、热流体均为
及通道布置的内容。板式热交换器的板片选用P
程,每程23个通道。
15水平平直波纹板型,其主要儿几何参数:单板换热
用本例相关数据和文献[1]公式计算可得变压
面积A1=0.52m2,单通道横截面积A.=器油侧流速z4=0.845m/s,雷诺数Ra=486,冷
0.002m2,当量直径d。=0.00096m,板片厚度お=
却水侧流速2=1.03m/s,雷诺数Re2=9556.3
0.001m
计算贴近板片两侧的对流传热系数,关联式(1
试验获得该板片的对流传热关联式:
中存在物性修正项,须先假设板片壁温。假设油侧
5rer.? 43/Pr 1.25
板片壁温なan=25℃,査得在25℃下变压器油的普
式中,Pr为定性温度下的流体普朗特数,P、为近朗特数Prs=418,代人式(1)中求解得N=
壁侧流体的普朗特数,Rer为定性温度下流体的雷
82.126,进一步计算可得油側对流传热系数a1=
诺数。
1052W/(
试验获得的板片压降关联式:
假设水侧板片壁温tw=20C,查得在20℃
Eu=250R
2)下,水的普朗特数Pr.a。て=7.02,应用式(1)求解得
式(1)和式(2)适用范围为500Nx2=150.98。同理可得水侧对流传热系数a2
29389W/(m2?C)。
2.1计算方法1
板片(不锈钢板)热阻R。为板片厚度除以对应
冷、热流体热负荷平衡计算公式:
温度下不锈钢板热传导系数,即R。=0.01/16.3
0.6135X10-m2?C/W,冷却水为江河水,垢阻值
变压器油的工作温度(定性温度)为进、出口温为R1=0.43×10-m2?℃C/W]。总传热系数为
度的平均值(40C),在此温度下变压器油的物性参各垢阻值总和的倒数,计算