板式換熱器的計算方法
板式換熱器的計算是一個比較復(fù)雜的過程,目前比較流行的方法是對數(shù)平均溫差法和NTU法。在計算機沒有普及的時候,各個廠家大多采用計算參數(shù)近似估算和流速-總傳熱系數(shù)曲線估算方法。目前,越來越多的廠家采用計算機計算,這樣,板式換熱器的工藝計算變得快捷、方便、準確。以下簡要說明無相變時板式換熱器的一般計算方法,該方法是以傳熱和壓降準則關(guān)聯(lián)式為基礎(chǔ)的設(shè)計計算方法。
以下五個參數(shù)在板式換熱器的選型計算中是必須的:
總傳熱量(單位:kW).
一次側(cè)、二次側(cè)的進出口溫度
一次側(cè)、二次側(cè)的允許壓力降
最高工作溫度
最大工作壓力
如果已知傳熱介質(zhì)的流量,比熱容以及進出口的溫度差,總傳熱量即可計算得出。
溫度
T1 = 熱側(cè)進口溫度
T2 = 熱側(cè)出口溫度
t1 = 冷側(cè)進口溫度
t2= 冷側(cè)出口溫度
熱負荷
熱流量衡算式反映兩流體在換熱過程中溫度變化的相互關(guān)系,在換熱器保溫良好,無熱損失的情況下,對于穩(wěn)態(tài)傳熱過程,其熱流量衡算關(guān)系為:
(熱流體放出的熱流量)=(冷流體吸收的熱流量)
在進行熱衡算時,對有、無相變化的傳熱過程其表達式又有所區(qū)別。
(1) 無相變化傳熱過程
式中
Q----冷流體吸收或熱流體放出的熱流量,W;
mh,mc-----熱、冷流體的質(zhì)量流量,kg/s;
Cph,Cpc------熱、冷流體的比定壓熱容,kJ/(kg·K);
T1,t1 ------熱、冷流體的進口溫度,K;
T2,t2------熱、冷流體的出口溫度,K。
(2)有相變化傳熱過程
兩物流在換熱過程中,其中一側(cè)物流發(fā)生相變化,如蒸汽冷凝或液體沸騰,其熱流量衡算式為:
一側(cè)有相變化
兩側(cè)物流均發(fā)生相變化 ,如一側(cè)冷凝另一側(cè)沸騰的傳熱過程
式中
r,r1,r2--------物流相變熱,J/kg;
D,D1,D2--------相變物流量,kg/s。
對于過冷或過熱物流發(fā)生相變時的熱流量衡算,則應(yīng)按以上方法分段進行加和計算。
對數(shù)平均溫差(LMTD)
對數(shù)平均溫差是換熱器傳熱的動力,對數(shù)平均溫差的大小直接關(guān)系到換熱器傳熱難易程度.在某些特殊情況下無法計算對數(shù)平均溫差,此時用算術(shù)平均溫差代替對數(shù)平均溫差,介質(zhì)在逆流情況和在并流情況下的對數(shù)平均溫差的計算方式是不同的。 在一些特殊情況下,用算術(shù)平均溫差代替對數(shù)平均溫差。
逆流時:
并流時:
熱長(F)
熱長和一側(cè)的溫度差和對數(shù)平均溫差相關(guān)聯(lián)。 F = dt/LMTD
以下四個介質(zhì)的物理性質(zhì)影響的傳熱
密度、粘度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)
總傳熱系數(shù)
總傳熱系數(shù)是用來衡量換熱器傳熱阻力的一個參數(shù)。傳熱阻力主要是由傳熱板片材料和厚度、污垢和流體本身等因素構(gòu)成。單位:W/m2 ℃ or kcal/h,m2 ℃.
壓力降
壓力降直接影響到板式換熱器的大小,如果有較大的允許壓力降,則可能減少換熱器的成本,但會損失泵的功率,增加運行費用。一般情況下,在水水換熱情況下,允許壓力降一般在20-100KPa是可以解接受的。
污垢系數(shù)
和管殼式換熱器相比,板式換熱器中水的流動是處于高湍流狀態(tài),同一種介質(zhì)的相對于板式換熱器的污垢系數(shù)要小的多。在無法確定水的污垢系數(shù)的情況下,在計算時可以保留10%的富裕量。
計算方法
熱負荷可以用下式表示:
Q = m · cp · dt
Q = k · A · LMTD
Q = 熱負荷 (kW)
m = 質(zhì)量流速 (kg/s)
cp = 比熱 (kJ/kg ℃)
dt = 介質(zhì)的進出口溫度差 (℃)
k = 總傳熱系數(shù) (W/m2 ℃)
A =
傳熱面積 (m2)
LMTD = 對數(shù)平均溫差
總的傳熱系數(shù)用下式計算:
其中:
k=總傳熱系數(shù)(W/m2 ℃)
α1 = 一次測的換熱系數(shù)(W/m2 ℃)
α2 = 一次測的換熱系數(shù)(W/m2 ℃)
δ=傳熱板片的厚度(m)
λ=板片的導(dǎo)熱系數(shù) (W/m ℃)
R1、R2分別是兩側(cè)的污垢系數(shù) (m2 ℃/W)
α1、α2可以用努賽爾準則式求得。
注意:每個公司的型號和參數(shù)不一樣,請根據(jù)實際情況酌情處理。
篇2:板式換熱器計算方法
板式換熱器的計算方法
板式換熱器的計算是一個比較復(fù)雜的過程,目前比較流行的方法是對數(shù)平均溫差法和NTU法。在計算機沒有普及的時候,各個廠家大多采用計算參數(shù)近似估算和流速-總傳熱系數(shù)曲線估算方法。目前,越來越多的廠家采用計算機計算,這樣,板式換熱器的工藝計算變得快捷、方便、準確。以下簡要說明無相變時板式換熱器的一般計算方法,該方法是以傳熱和壓降準則關(guān)聯(lián)式為基礎(chǔ)的設(shè)計計算方法。
以下五個參數(shù)在板式換熱器的選型計算中是必須的:
總傳熱量(單位:kW).
一次側(cè)、二次側(cè)的進出口溫度
一次側(cè)、二次側(cè)的允許壓力降
最高工作溫度
最大工作壓力
如果已知傳熱介質(zhì)的流量,比熱容以及進出口的溫度差,總傳熱量即可計算得出。
溫度
T1 = 熱側(cè)進口溫度
T2 = 熱側(cè)出口溫度
t1 = 冷側(cè)進口溫度
t2= 冷側(cè)出口溫度
熱負荷
熱流量衡算式反映兩流體在換熱過程中溫度變化的相互關(guān)系,在換熱器保溫良好,無熱損失的情況下,對于穩(wěn)態(tài)傳熱過程,其熱流量衡算關(guān)系為:
(熱流體放出的熱流量)=(冷流體吸收的熱流量)
在進行熱衡算時,對有、無相變化的傳熱過程其表達式又有所區(qū)別。
(1) 無相變化傳熱過程
式中
Q----冷流體吸收或熱流體放出的熱流量,W;
mh,mc-----熱、冷流體的質(zhì)量流量,kg/s;
Cph,Cpc------熱、冷流體的比定壓熱容,kJ/(kg·K);
T1,t1 ------熱、冷流體的進口溫度,K;
T2,t2------熱、冷流體的出口溫度,K。
(2)有相變化傳熱過程
兩物流在換熱過程中,其中一側(cè)物流發(fā)生相變化,如蒸汽冷凝或液體沸騰,其熱流量衡算式為:
一側(cè)有相變化
兩側(cè)物流均發(fā)生相變化 ,如一側(cè)冷凝另一側(cè)沸騰的傳熱過程
式中
r,r1,r2--------物流相變熱,J/kg;
D,D1,D2--------相變物流量,kg/s。
對于過冷或過熱物流發(fā)生相變時的熱流量衡算,則應(yīng)按以上方法分段進行加和計算。
對數(shù)平均溫差(LMTD)
對數(shù)平均溫差是換熱器傳熱的動力,對數(shù)平均溫差的大小直接關(guān)系到換熱器傳熱難易程度.在某些特殊情況下無法計算對數(shù)平均溫差,此時用算術(shù)平均溫差代替對數(shù)平均溫差,介質(zhì)在逆流情況和在并流情況下的對數(shù)平均溫差的計算方式是不同的。 在一些特殊情況下,用算術(shù)平均溫差代替對數(shù)平均溫差。
逆流時:
并流時:
熱長(F)
熱長和一側(cè)的溫度差和對數(shù)平均溫差相關(guān)聯(lián)。 F = dt/LMTD
以下四個介質(zhì)的物理性質(zhì)影響的傳熱
密度、粘度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)
總傳熱系數(shù)
總傳熱系數(shù)是用來衡量換熱器傳熱阻力的一個參數(shù)。傳熱阻力主要是由傳熱板片材料和厚度、污垢和流體本身等因素構(gòu)成。單位:W/m2 ℃ or kcal/h,m2 ℃.
壓力降
壓力降直接影響到板式換熱器的大小,如果有較大的允許壓力降,則可能減少換熱器的成本,但會損失泵的功率,增加運行費用。一般情況下,在水水換熱情況下,允許壓力降一般在20-100KPa是可以解接受的。
污垢系數(shù)
和管殼式換熱器相比,板式換熱器中水的流動是處于高湍流狀態(tài),同一種介質(zhì)的相對于板式換熱器的污垢系數(shù)要小的多。在無法確定水的污垢系數(shù)的情況下,在計算時可以保留10%的富裕量。
計算方法
熱負荷可以用下式表示:
Q = m · cp · dt
Q = k · A · LMTD
Q = 熱負荷 (kW)
m = 質(zhì)量流速 (kg/s)
cp = 比熱 (kJ/kg ℃)
dt = 介質(zhì)的進出口溫度差 (℃)
k = 總傳熱系數(shù) (W/m2 ℃)
A =
傳熱面積 (m2)
LMTD = 對數(shù)平均溫差
總的傳熱系數(shù)用下式計算:
其中:
k=總傳熱系數(shù)(W/m2 ℃)
α1 = 一次測的換熱系數(shù)(W/m2 ℃)
α2 = 一次測的換熱系數(shù)(W/m2 ℃)
δ=傳熱板片的厚度(m)
λ=板片的導(dǎo)熱系數(shù) (W/m ℃)
R1、R2分別是兩側(cè)的污垢系數(shù) (m2 ℃/W)
α1、α2可以用努賽爾準則式求得。
注意:每個公司的型號和參數(shù)不一樣,請根據(jù)實際情況酌情處理。
篇3:高壓板式換熱器氣壓試驗方案
空分分場高壓板翅式換熱器四個通道
氣壓試驗方案
國電赤峰化工有限公司空分分場
二〇一三年七月三日
空分分場高壓板翅式換熱器四個通道
氣壓試驗方案審批表
空分檢修副主任(編制)
:*年*月*日
設(shè)備工程部主管(審核):*年*月*日
設(shè)備工程部主任(審核):*年*月*日
生產(chǎn)運行部主任(審核):*年*月*日
安全監(jiān)察部主任(審核):*年*月*日
主管副總師(批準):*年*月*日
公司主管領(lǐng)導(dǎo)(批準):*年*月*日
為了保證本次氣壓試驗安全、有序的進行,特成立氣壓試驗作業(yè)小組,對本次試驗進行統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)作業(yè)。
組長:汪海河
副組長:
陽(吉林化建)、李
斌(查特公司)
徐堯興(查特公司)
組員:紀東明、曹鳳玉、夏英軍、陸尚宇、韓
宇、劉玉輝、金大偉
王恩吉(吉林化建)
一、編制目的
為了消除高壓板翅換熱器的泄露缺陷,經(jīng)與換熱器廠家-美國查特公司溝通,在現(xiàn)場進行焊接作業(yè),經(jīng)現(xiàn)場試壓檢查,發(fā)現(xiàn)氮氣通道翅片層與拼接焊縫內(nèi)腔相通且漏點無法確定,經(jīng)美國查特公司工藝確認需對氧氣、氮氣和高壓空氣通道切開封堵相關(guān)翅片層,檢修后四個通道需做氣壓試驗,以檢驗維修質(zhì)量,特制定此試壓方案。
二、編制依據(jù):
《固定式壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》對空分裝置冷箱內(nèi)的壓力容器的重大修理改造沒有強制規(guī)范和要求,高板換熱器的修理及耐壓試驗以設(shè)計圖紙及制作廠家制定的方案要求為準。相應(yīng)規(guī)范標準和赤峰市質(zhì)監(jiān)局對耐壓試驗資質(zhì)沒有硬性要求。
鋁制焊接容器--JB/T4734-20**
美國查特公司高壓板式換熱器設(shè)備圖
美國查特公司高壓板翅式換熱器維修方案(見附件2)
盲板添加、充壓泄壓示意圖(見附件3)
三、設(shè)計壓力及試壓要求:
通道
設(shè)計壓力(bar)
試驗壓力(bar)
保壓時間(分鐘)
氧通道
44.5
49
10
氮通道
2.1
2.3
10
高壓空氣通道
85
93.5
10
中壓空氣通道
42.1
46.3
10
四、所需材料(材料計算見附件1):
1、氧氣通道試壓所需材料:
BL250-6.3(δ=46mm)標準法蘭蓋1塊,材質(zhì)Q235
Φ133×30mm盲板1塊,材質(zhì)304
DN25、900Lb焊接閥門1只,材質(zhì)F11
10MPa無油壓力表2塊。
Φ32×3.2無縫鋼管50米和Φ14×2無縫管20米
材料304
2、氮氣通道試壓所需材料:
Φ885×16mm盲板1塊,材質(zhì)Q235
Φ700×12mm盲板1塊(兩側(cè)加肋筋),材料5052-112
0.6MPa無油壓力表2塊。
Φ12×2無縫管30米
材料5052-112。
3、高壓空氣通道試壓所需材料
BL250-10(δ=60mm)標準法蘭蓋1塊,材料16Mn
Φ219×42mm盲板1塊,材料304
25MPa無油壓力表2塊。
Φ14*2無縫鋼管90米
材料304
4、中壓空氣通道試壓所需材料
BL250-6.3(δ=46mm)標準法蘭蓋1塊,材料Q235
Φ219×30mm盲板1塊,材料304
10MPa無油壓力表2塊。
Φ14*2無縫鋼管90米
材料304
5、氮氣瓶:200只。對講機:4部。
五、試壓前的準備工作:
1、對臨時配制的試壓管線進行吹掃、脫脂。
2、制作七通道氮氣排。氮氣排設(shè)置三個入口和四個出口,每個入口安裝一個針形截止閥,四個出口安裝三個針型閥和一個截止閥(壓力等級滿足試壓要求)。
3、高壓空氣通道在高壓板式出口管水平處割斷后焊接δ=42mm不銹鋼盲板一塊。高壓空氣通道管線入冷箱法蘭聯(lián)接處安裝BL250法蘭蓋一塊,利用高壓空氣通道原液位計上口和下口分別引出一取壓點至氮氣排處分別安裝一只25MPa壓力表。管道盲板處鉆孔攻絲用Φ14*2不銹鋼管引至氮氣排處充壓,利用高壓空氣通道就地吹除閥泄壓。
4、氧氣通道在液氧泵出口管處割斷后焊接δ=30mm不銹鋼盲板一塊,在盲板前引出DN25不銹鋼管線與距離冷箱50米處的氮氣排連接。在氧氣管線出冷箱短接處安裝BL250法蘭蓋一塊,在盲板端部引出一取壓點至膨脹機廠房室內(nèi)安裝10MPa壓力表。利用氮氣排泄壓。
5、中壓空氣通道在高壓板式出口管水平處割斷后焊接δ=42mm不銹鋼盲板一塊。中壓空氣通道管線入冷箱法蘭聯(lián)接處安裝BL250法蘭蓋一塊,法蘭蓋端部引出兩條Φ14*2不銹鋼管線,一條取壓點至膨脹機廠房室內(nèi)安裝一只10MPa壓力表,另一條引至氮氣排處充壓。中壓空氣通道管道不銹鋼盲板處鉆孔用Φ14*2不銹鋼管引至氮氣排安裝一只10MPa壓力表。利用氮氣排泄壓。
6、在氣氮管線出冷箱法蘭連接處安裝Φ885×16mm碳鋼盲板一塊,在氣氮入高壓板翅換熱器前將管線切斷后焊接一塊Φ700×12mm材質(zhì)為5052-112的盲板1塊,在盲板上引出一取壓點至氮氣排處并安裝0.6MPa壓力表和一個Φ12試壓接頭至氮氣排處充壓。利用氮氣排泄壓。
7、四個通道試壓順序按試驗壓力由高向低進行。
8、完善高壓板翅換熱器周邊的平臺、梯子等安全保護防護措施。
9、試壓方案獲得相關(guān)部門批準,并向參與試壓工作的作業(yè)人員進行培訓(xùn)后才能實施。
六、氣壓試驗:
1、查特公司檢修人員焊接完畢,經(jīng)檢驗合格后方可進行氣壓試驗。
2、作業(yè)人員各就各位,將無關(guān)人員清理出現(xiàn)場。未經(jīng)允許,任何人不許進入氣壓試驗現(xiàn)場。
3.高壓空氣通道用氮氣排充壓,加壓到0.5MPa,保壓5分鐘。然后作業(yè)小組中檢查人員對所有焊接接頭和連接部位進行初次泄漏檢查,如有泄漏,泄壓消除漏點后重新試驗。初次泄漏檢查合格后,再繼續(xù)緩慢升壓至4.68MPa,現(xiàn)場檢查是否有異常現(xiàn)象,如無異常按每級0.5MPa的等級逐級升壓至9.35MPa,保10分鐘后,降至8.5MPa,保壓半小時后再次進行肥皂水泄漏檢查,以未發(fā)現(xiàn)氣泡為合格。如有滲漏,泄壓修補后再按上述規(guī)定重新試驗。檢查合格后利用連通管向氧氣通道充壓,當(dāng)壓力達到平衡后,用高壓空氣吹除閥將其通道內(nèi)的剩余氣體泄掉。
4、氧氣通道用利用高壓空氣通道內(nèi)的氮氣通過連通管向氧氣通道充壓,壓力不足部分用氮氣排繼續(xù)充壓。氧氣通道加壓到0.05MPa,保壓5分鐘。然后作業(yè)小組中檢查人員對所有焊接接頭和連接部位進行初次泄漏檢查,如有泄漏,泄壓消除漏點后重新試驗。初次泄漏檢查合格后,再繼續(xù)緩慢升壓至2.45MPa,現(xiàn)場檢查是否有異常現(xiàn)象,如無異常按每級0.49MPa的等級逐級升壓至4.9MPa,保10分鐘后,降至4.45MPa,保壓半小時后再次進行肥皂水泄漏檢查,以未發(fā)現(xiàn)氣泡為合格。如有滲漏,泄壓修補后再按上述規(guī)定重新試驗。檢查合格后利用連通管向中壓空氣通道充壓,當(dāng)壓力達到平衡后,用氮氣排將其通道內(nèi)的剩余氣體泄掉。
5、中壓空氣通道用用利用氧氣通道內(nèi)的氮氣通過連通管向中壓空氣通道充壓,壓力不足部分用氮氣排繼續(xù)充壓。中壓空氣通道加壓到0.05MPa,保壓5分鐘。然后作業(yè)小組中檢查人員對所有焊接接頭和連接部位進行初次泄漏檢查,如有泄漏,泄壓消除漏點后重新試驗。初次泄漏檢查合格后,再繼續(xù)緩慢升壓至2.315MPa,現(xiàn)場檢查是否有異常現(xiàn)象,如無異常按每級0.463MPa的等級逐級升壓至4.63MPa,保10分鐘后,降至4.21MPa,保壓半小時后再次進行肥皂水泄漏檢查,以未發(fā)現(xiàn)氣泡為合格。如有滲漏,泄壓修補后再按上述規(guī)定重新試驗。檢查合格后利用連通管向氮氣通道充壓,當(dāng)壓力達到平衡后,用氮氣排將其通道內(nèi)的剩余氣體泄掉。
6、氮氣通道利用中壓空氣通道內(nèi)的氮氣通過連通管向氮氣通道充壓,壓力不足部分用氮氣排繼續(xù)充壓。加壓到0.05MPa,保壓5分鐘,然后作業(yè)小組中檢查人員對所有焊接接頭和連接部位進行初次泄漏檢查,如有泄漏,泄壓消除漏點后后重新試驗。初次泄漏檢查合格后,再繼續(xù)緩慢升壓至0.12MPa,檢查是否有異常現(xiàn)象,如無異常按每級0.023MPa的等級逐級升壓至0.23MPa,保壓10分鐘后降至0.21MPa,保壓半小時后再次進行肥皂水泄漏檢查,以未發(fā)現(xiàn)氣泡為合格。如有滲漏,泄壓修補后再按上述規(guī)定重新試驗。檢查合格后利用氮氣排將泄壓。
七、安全注意事項:
1、安全監(jiān)察部、設(shè)備工程部主管及分場安全專工達現(xiàn)場落實試壓相關(guān)措施。
2、在輔冷箱50米范圍內(nèi)設(shè)置警戒帶和警戒牌,只有參與試驗并熟悉方案的作業(yè)人員才能進入警戒區(qū)域,其他無關(guān)人員不得進入。
3、高壓空氣、氧氣、氮氣和中壓空氣通道壓力達到試驗壓力的50%至100%期間,嚴禁任何人員進入現(xiàn)場。待達到試驗壓力、保壓結(jié)束并降至設(shè)計壓力時,檢查人員方可進入現(xiàn)場查漏。
4、試壓人員在距離輔冷箱50米以外處操作,操作期間應(yīng)設(shè)專人監(jiān)護兩塊壓力表的指示,并隨時保持通話核對壓力表指示,及時采取相應(yīng)措施。
5、檢查人員不得站在盲板正面,注意自身的保護。
6、進入冷箱前必須辦理受限空間作業(yè)票,查漏人員需隨身佩戴氧氣分析儀和對講機。
7、試壓所需壓力表必須由儀表分場檢定合格后方可使用。
8、試壓過程中嚴禁帶壓緊固螺栓。
空分分場
二〇一三年七月二日
附件1:盲板計算(K值根據(jù)經(jīng)驗選取)(注:依據(jù)GB50316計算盲板厚度小于或等于JB/T4734及GB150,因此按后者選用)
1、氮氣通道出口法蘭夾盲板(選用16mm
Q235板)
2、氮氣通道入口焊接鋁盲板(現(xiàn)場僅有12mm厚鋁板5052,采用加肋筋方法解決板厚不足因素)
3、氧氣通道出口使用標準法蘭蓋(選用46mm標準法蘭蓋,材料Q235)
4、氧氣通道入口使用304不銹鋼板焊接盲板(選用30mm不銹鋼板)
5、高壓空氣通道入口使用標準法蘭蓋
(選用60mm標準法蘭蓋,材料16Mn鍛件)
6、高壓空氣通道出口使用304不銹鋼板焊接盲板(選用42mm不銹鋼板)
7、中壓空氣通道入口使用標準法蘭蓋
8、中壓空氣通道出口使用304不銹鋼板焊接盲板(選用42mm不銹鋼板)
附件2:美國查特公司高壓板翅式換熱器維修方案及試壓要求
一、維修方案
1、將C-Out封頭的中間部門割下以暴露板束中間拼縫;
2、將中間夾層壓力打到15psig,然后檢查整個板束一周焊縫的泄漏情況;
3、將C-out封頭下的焊縫全部打磨清理干凈,然后重新進行焊接;
4、將整個板束一周的拼縫全部打磨清理干凈,然后進行焊接;
5、將夾層空間打到15psig,然后撿漏整個板束一周的拼縫;
6、重新裝配C-Out封頭,且焊接。
7、將B、C通道封頭切開,封堵相關(guān)翅片層后回裝焊接,將D通道進出口管切斷封堵相關(guān)翅片層后回裝焊接,試壓檢查。
二、壓力測試
需要測A、B、C和D通道,(注:A通道為高壓空氣通道、B通道為中壓空氣通道、C通道為氧通道、D通道為氮通道)將A通道加壓到46.3bar,保壓10分鐘,然后降壓至42.1bar,然后檢測焊縫和中間拼縫;將B通道加壓到93.5bar,保壓10分鐘,然后降壓至85bar,然后檢測焊縫和中間拼縫;將C通道加壓到49bar,保壓10分鐘,然后降壓至44.5bar,然后檢測焊縫和中間拼縫;將D通道加壓至2.3bar,保壓10分鐘,然后降壓至2.1bar,然后檢測焊縫和中間拼縫。
附件3