换热器的选型典型例题分析

板式换热器选型计算板式换热器是一种高效紧凑型热交换设备，它具有传热效率高、阻力损失小、结构紧凑、拆装方便、操作灵活等优点，目前广泛应用于冶金、机械、电力、石油、化工、制药、纺织、造纸、食品、城镇小区集中供热等各个行业和领域，因此掌握板式换热器的选型计算对每个工程设计人员都是非常重要的。

目前板式换热器的选型计算一般分为手工简易算法、手工标准算法及计算机算法三种，以下就三种算法的特点进行简要的说明。

一、手工简易算法计算公式：F=Wq/(K*△T)式中 F —换热面积m2Wq—换热量WK —传热系数W/m2·℃△T—平均对数温差℃根据选定换热系统的有关参数，计算换热量、平均对数温差，设定传热系数，求出换热面积。

选定厂家及换热器型号，计算板间流速，通过厂家样本提供的传热特性曲线及流阻特性曲线，查出实际传热系数及压降。

若实际传热系数小于设定传热系数，则应降低设定传热系数，重新计算。

若实际传热系数大于设定传热系数，而实际压降大于设定压降，则应进一步降低设定传热系数，增大换热面积，重新计算。

经过反复校核，直到计算结果满足换热系统的要求，最终确定换热器型号及换热面积大小。

这种算法的优点是计算简单，步骤少，时间短；缺点是结果不准确，应用范围窄。

造成结果不准确的原因主要是样本所提供的传热特性曲线及流阻特性曲线是一定工况条件下的曲线，而设计工况可能与之不符。

此外样本所提供的传热特性曲线及流阻特性曲线仅为水―水换热系统，在使用中有很大的局限性。

以下给出佛山显像管厂总装厂房低温冷却水及40℃热水两套换热系统实例加以说明采用手工简易算法得出的计算结果与实测结果的差别：二、手工标准算法计算方法与步骤（一）工艺条件热介质进出口温度℃Th1 Th2流量m3/h Qh压力损失（允许值）MPa △Ph冷介质进出口温度℃Tc1 Tc2流量m3/h Qc压力损失（允许值）MPa △Pc（二）物性参数物性温度℃Th=(Th1+Th2)/2 Tc=(Tc1+Tc2)/2介质重度Kg/m3γh γc介质比热KJ/kg·℃Cph Cpc导热系数W/m·℃λh λc运动粘度m2/s νh νc普朗特数Prh Prc（三）平均对数温差（逆流）△T=((Th1-Tc2)-(Th2-Tc1))/ln((Th1-Tc2)/(Th2-Tc1))或△T=((Th1-Tc2)+(Th2-Tc1))/2 （分子等于零）（四）计算换热量Wq=Qh*γh*Cph*(Th1-Th2)=Qc*γc*Cpc*(Tc2-Tc1) W（五）设备选型根据样本提供的型号结合流量定型号，主要依据于角孔流速。

板式换热器选型计算书板式换热器选型计算1、选型公式a 、 热负荷计算公式：Q=cm K t其中：Q=热负荷（kcal/h ）、c —介质比热（Kcal/ Kg. °C）、m —介质质量流量（Kg/h ）、△ t —介质进出口温差（C ）（注：m △ t 、c 为同侧参数） ※水的比热为1.0 Kcal/ Kg. Cb 、 换热面积计算公式：A=Q/K. △ t m其中：A —换热面积（吊）、K —传热系数（Kcal/ m 2. C ）△ t m —对数平均温差K 值表:介质水一水蒸汽-水蒸汽--油 冷水一油油一油空气一油K2500〜45001300~2000700〜900500〜700175〜35025 〜58注：K 值按经验取值（流速越大，K 值越大。

水侧板间流速一般在 0.2〜0.8m/s 时可按上表取值，汽侧板间流速一般在15m/s 以内时可按上表取值）1、 目录2、 选型公式3、 选型实例一（水—水）4、 选型实例二（汽—水）5、 选型实例三（油—水）6、 选型实例四（麦芽汁—水）7、 附表一（空调采暖，水—水） 8附表二（空调采暖，汽—水） 9、 附表三（卫生热水，水一水） 10、 附表四（卫生热水，汽一水）2 3 4 510 11 12△ t max △ t min△ t max 为(T1-T2')和(T1' -T2 )之较大值 Ln△ t min 为（T1-T2'）和（T1' -T2 ）之较小值C 、板间流速计算公式： V =qA s n T2 T2' T1'3 3其中V —板间流速（m/s ）、q----体积流量（注意单位转换，m/h - m /s ）、 设-备参数型号 BR0.05 BR0.1 BR0.25 BR0.3 BR0.35 BR0.5 BR0.7 BR1.0 BR1.35最高使用压力Mpa 2.5使用温度范围r -19~200装机最大换热面积 5 15 30 65 80 120 220 350 500 最大流量m/h 10 25 40 120 150 250 430 650 1730 标准接口法兰DN25406580100125150 250 350 单板换热面积m 0.051 0.109 0.238 0.308 0.375 0.55 0.71 1.00 1.35 平均流道截面积m0.000494 0.000656 0.00098 0.00118 0.00119 0.001691 0.002035 0.0286 0.004 设备参考质量Kg 87 290 485 870 980 1800 280037007200A —单通道截面积（具体见下表）、n —流道数2、板式换热器整机技术参数表： 型号说明：BR0.3-1.0-9-E 表示波形为人字形、单板公称换热面积 0.3m 2、设计压力1.0Mpa 、垫片材质EPDM 总换热面积为9 m 2板式换热器 注：以上选型计算方法适用于本公司生产的板式换热器。

1、已知热-冷流体的进、出口温度3001='t ︒C 、2001=''t ︒C 、302='t ︒C 、1202=''t ︒C ，试计算下列流动布置时换热器的对数平均温差：（1） 顺流；（2） 逆流；（3） 一次交叉流（两种流体各自不混合）；（4） 一次交叉流（一种混合，另一种流体不混合）解：（1）对顺流：C t t t 021********'''=-=-=∆，C t t t 021********''''''=-=-=∆C t t t t t m 02.156'''ln '''=∆∆∆-∆=∆ （2）对逆流： C t t t 021*********''''=-=-=∆，C t t t 021********'''''=-=-=∆C t t t t t m 0175'''ln '''=∆∆∆-∆=∆ （3）一次交叉流（一种混合，另一种流体不混合） 33.03030030120'''''2122=--=--=t t t t P ， 1.130120200300''''''2211=--=--=t t t t R 查图10－15得到：97.0=∆t ε所以C t t t m 017017597.0=⨯∆=∆∆＝逆ε（4）对一次交叉流（两种流体各自不混合）33.03030030120'''''2122=--=--=t t t t P ， 1.130120200300''''''2211=--=--=t t t t R 查图10－15得到：96.0=∆t ε所以C t t t m 016817596.0=⨯∆=∆∆＝逆ε2、有一台逆流式油-水换热器，已知油的进口温度1001='t ︒C ，出口温度601=''t ︒C ，油的密度8601=ρ kg/m 3，比热容1.2=p c kJ/(kg ⋅K)；冷却水的进口温度202='t ︒C ，出口温度502=''t ︒C ，流量32=m q kg/s 。

一换热器结构形式的选择螺旋板式操作温度在300～400℃以下，整个换热器焊为一体，密封性良好螺旋板换热器直径在1.5m之内，板宽200～1200mm，板厚2～4mm，两板间距5～25mm，可用普通钢板和不锈钢制造，目前广泛用于化工、轻工、食品等行业。

其具有以下特点：(1)总传热系数高由于流体在螺旋形通道内受到惯性离心力的作用和定距柱的干扰，低雷诺数(Re=1400～1800)下即可达到湍流，允许流速大(液体为2m/s，气体为20m/s)，故传热系数大。

(2)不易结垢和堵塞由于流速较高且在螺旋形通道中流过，有自行冲刷作用，故流体中的悬浮物不易沉积下来。

(3)能利用低温热源由于流道长而且两流体可达到完全逆流，因而传热温差大，能充分利用温度较低的热源。

(4)结构紧凑由于板薄2～4mm，单位体积的传热面积可达到150～500m2/m3。

相对于螺旋板式换热器，板式换热器处理量小，受密封垫片材料性能的限制，其操作温度一般不能高于200℃，而且需要经常进行清洗,不适于用在蒸汽冷凝的场合。

综上原因，选择螺旋板式换热器作为蒸汽冷凝设备。

二大流量换热器选型参数1 一次侧介质质量流量按最大质量流量14t/h进行计算2 饱和蒸汽压力换热器饱和蒸汽入口处的最高压力在2.0MPa左右3 饱和蒸汽温度饱和蒸汽最高温度按照 214℃进行计算34 一次侧（高温侧）、二次侧（低温侧）的进出口温度 热侧入口温度 T1=214℃ 热侧出口温度 T2=50℃ 冷侧进口温度 t1=40℃ 冷侧出口温度 t2=60℃三 总传热量(单位:kW)计算有相变传热过程计算公式为：)t -(t .)T -(T .r .122S c c h h h c q c q q Q =+=其中r .h q 是饱和蒸汽凝结所放出的热量；)T -(T .2S h h c q 是饱和水温度降至目标温度时所需放出的温度；)t -(t .12c c c q 是冷却水吸收的热量。

单管是换热器传热例题
换热器传热例题一般涉及以下几个方面：
1. 热传导：例如，“A型换热器两端温差为10°C，壁厚为5 mm，导热系数为10 W/(m·K)，求热流量是多少？”
2. 强制对流传热：例如，“水流经B型换热器的流速为0.5 m/s，管道内径为0.03 m，求水的对流换热系数和热传递率是多少？”
3. 自然对流传热：例如，“一个垂直放置的C型换热器，外表面积为1 m^2，表面温度为60°C，环境温度为20°C，求自然对流传热系数和热传递率是多少？”
4. 辐射传热：例如，“高温辐射换热器的发射率为0.8，表面积为2 m^2，表面温度为700°C，求辐射热流量是多少？”
以上只是一些例题的简化描述，实际问题中还需考虑更多参数。

在实际计算中，可以根据不同类型的换热器选择相应的传热计算模型并运用换热理论来求解。

选用板式换热器就是要选择板片的面积,它的选择主要有两种方法，但这两种都比较难理解，最简单的是套用公式Q=K×F×Δt，Q——热负荷K——传热系数F——换热面积Δt——传热温差（一般用对数温差）传热系数取决于换热器自身的结构，每个不同流道的板片，都有自身的经验公式，如果不严格的话，可以取2000~3000。

最后算出的板换的面积要乘以一定的系数如1.2。

对数温差△t=((Ti-to)-(To-ti))/ln((Ti-to)/(T o-ti))Ti：热流体进口温度，单位（K）To：热流体出口温度，单位（K）ti：冷流体进口温度，单位（K）to：冷流体出口温度，单位（K）ln：自然对数。

换热器的效力，表现在热媒进出的温差大，能够充分的利用热能。

板式换热器结构紧凑，有效换热面积大，换热隔板薄，能够充分的交换热量。

板式换热器和同样换热能力的其它类型换热器比较，表面积小，自身热损失小。

特别是那种高温铜钎焊的板式换热器，体积之小又是传统的板式换热器无法与之相比较的。

蒸汽锅炉的出力根据其出口压力温度不同而不同，不过，供暖所用的蒸汽锅炉多为饱和蒸汽，就是利用汽化潜热，因为在100~200度之间，水的汽化潜热变化不大，所以不管出口参数如何，1吨/小时出力的锅炉散热量基本相当.即1t/h,约等于0.7兆瓦，约等于60*10000大卡/小时两者之间的换算关系式（蒸发量与供热量）Q=D(hq-hgs)*0.278 KwD——锅炉蒸发量 t/hhq/hg——蒸汽和给水的焓 kj/kg供热量0.7MW相当于蒸发量1t/h蒸汽炉和热水炉的1.5吨不是一个概念：蒸汽锅炉的容量用蒸发量表示的，单位是t/h(俗称蒸吨)。

热水锅炉的容量是用热功率(过去称为供热量)表示的，单位是MW。

热水锅炉的容量单位不应换算成蒸汽锅炉的容量单位，即：不能将热水锅炉的容量用t/h来表示。

相反，在统计各种锅炉的总容量大小时，国际上通行用热功率MW来表示。

5.3.2.3换热器设计方法A.典型设计程序由于给热系数取决于传热过程，传热方式（传导、对流、辐射、冷凝给热及沸腾给热），流体的物理性质，流体的流速和换热器的形式等因素。

因此换热器的设计是一个试差过程，典型的换热器设计程序如下。

图5-29壳侧阻力因子j f （弓曲形挡板）[例5-1] 设计冷凝器使45 000 kg/h 轻烃混合物蒸汽冷凝。

冷凝器操作压力为1MPa ，轻烃蒸汽进入为饱和温度60 ºC ，冷凝至45 ºC 。

蒸汽的平均相对分子质量为52，蒸汽的焓为596.5 kJ/kg ，冷凝后为247 kJ/kg 。

冷却水进口温度为30 ºC ，出口最多可升高10 ºC ，冷凝器管子外径20mm ，内径16.8mm ，管长4.88m ，用海军黄铜制造。

蒸汽冷凝没有过冷现象。

解:（1）传热面积初值计算。

混合物的物理性质取自以正丙烷（分子量44）和正丁烷（分子量58）的平均值。

传热量 =-⨯=3600)0.2475.596(45000Q 4368.8 kW图5-30管侧阻力因子j f （弓曲形挡板）冷却水流量 5.10418.4)3040(8.4368=⨯-=c W kg/s 取总传热系数 K = 900 W/(m 2·ºC)平均温差 5.1304045601221=--=--=t t T T R ，33.0306030401112=--=--=t T t t S 选择卧式冷凝器，冷凝在壳程，为一壳程四管程结构，由换热器的平均温差校正图查得F T = 0.924.1730454060ln )3045()4060(ln )()(12211221ln =-----=-----=∆t T t T t T t T T ºC ΔT m = 0.92×17.4=16 ºC传热面积试差值 16900108.43683⨯⨯=F = 303 m 2 一根管子的面积（忽略壁厚的影响）：F 1=πd o L=π×20×10-3×4.88=0.305 m 2管子数N t = 303/0.305 = 992设管子中心距P t =1.25d = 1.25×20 = 25 mm查表5-17，由式（5-12）得: D b = d o (N t /K 1)1/n1D b = 20×(992/0.158)1/2.263 = 954mm中心一行管数 N r = D b /P t = 954/25= 38（2）壳程给热系数估计管壁温度T w ；假设冷凝给热系数为1500 W/(m 2·ºC)平均温差：壳侧温度：(60+45)/2=52.5 ºC ；管侧温度：(40+30)/2=35 ºC ；(52.5- T w )×1500=(52.5-35×900T w = 42.0 ºC平均冷凝温度T cm = (32.5 + 42.0)/2 = 47.0 ºC47.0 ºC 时，轻烃液体的物理性质:μL =0.16 mPa·s ； ρL = 551 kg/m 3；k L =0.13 W/(m 2·ºC)平均蒸汽温度下气相密度:ρV =1105.522732734.2252⨯+⨯= 19.5 kg/m 3 由（5-21）得：Γh =3106.299288.43600/45000-⨯=⨯=t c LN W kg/(m·s)由（5-20）得：b r h L V L L bc N g k h 13/1)(95.0)(-⎥⎦⎤⎢⎣⎡Γ-=μρρρ(h c )b = 0.95×0.136/13/13325106.21016.081.9)5.19551(551---⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯-⨯=1375 W/(m 2·ºC) (h c )b 值与假设的冷凝系数接近，故不必校核T w 。

换热器的选型典型例题分析换热器的选型典型例题分析例: 某化工厂需要将50m 3/h 液体苯从80℃冷却到35℃，用水作为冷却剂，当地夏季水温为30℃，冬季水温为5℃。

现要求通过管程和壳程的压力降均不大于10kPa ，试选用合适型号的换热器。

解 (1)查取基本数据: 苯的定性温度为23580+＝57.5℃ 冷却水进口温度取夏季水温30℃，根据设计经验，选择冷却水温升为8℃，则其出口温度为38℃。

水的定性温度为2 3830+＝34℃ 查取苯在定性温度下的物性数据为：ρ＝879kg/m 3；μ＝0.41mPa ·s ；c p ＝1.84kJ/(kg ·K)；λ＝0.152W/(m ·K)查取水在定性温度下的物性数据为：ρ＝995kg/m 3；μ＝0.743mPa ·s ；c p ＝1.174kJ/(kg ·K)；λ＝0.625W/(m ·K) ；Pr ＝4.98(2)选择流径为了增强冷却效果，利用壳体散热，选择苯走壳程，水走管程。

(3)热负荷的计算由题意可知，热负荷应取苯的传热量；为了将热流体冷却，确定冷却水用量时，可不考虑热损失。

Q h ＝W h c ph （T 1－T 2）＝（50×879／3600）×1.84×(80－35)＝1.01×103kW冷却水用量)(12t t c Q W pc C -=＝)3538(174.41001.13-??＝30.25kg/s (4)暂按单壳程、偶数管程考虑，先求逆流时的平均温度差Δt m ＇＝2121ln t t t t -?＝4.1730)35(38)(80ln 30)35(38)(80=－－－－－℃ 计算P 和RP ＝1112t T t t --＝63.530383580=-- R ＝1221t t T T --＝16.030803038=-- 根据P 和R 查图得，t ??＝0.82>0.8，故选用单壳程、偶数管程可行。

列管换热器习题以及答案列管换热器习题以及答案换热器是工业生产中常见的设备之一，用于将热量从一个介质传递到另一个介质。

而列管换热器是其中一种常见的换热器类型。

在学习和应用列管换热器时，我们经常会遇到一些习题，通过解答这些习题可以更好地理解和掌握列管换热器的原理和应用。

下面，我们将给出一些列管换热器的习题以及相应的答案，希望能对大家的学习有所帮助。

习题一：一个列管换热器的管程数为100，管程内的流体为水，管程外的流体为汽油。

水的进口温度为30℃，汽油的进口温度为120℃，水的出口温度为60℃，汽油的出口温度为80℃。

已知水的流量为10 kg/s，汽油的流量为8 kg/s，求列管换热器的传热面积。

解答一：根据传热方程，我们可以得到列管换热器的传热功率公式：Q = U × A × ΔTm其中，Q为传热功率，U为总传热系数，A为传热面积，ΔTm为平均对数温差。

首先，我们需要求解平均对数温差ΔTm。

根据平均对数温差公式：ΔTm = (ΔT1 - ΔT2)/ ln(ΔT1 / ΔT2)其中，ΔT1为水侧的温差，ΔT2为汽油侧的温差。

ΔT1 = (60 - 30) = 30℃ΔT2 = (120 - 80) = 40℃带入公式计算得到：ΔTm = (30 - 40) / ln(30 / 40) ≈ -9.33℃接下来，我们可以根据传热功率公式求解传热面积A：Q = U × A × ΔTm传热系数U是一个经验值，根据实际情况选择合适的数值。

假设U为400W/(m^2·℃)，代入已知数据计算传热面积A：Q = 400 × A × (-9.33)已知Q = 10 × (60 - 30) × 1000 = 300,000 W带入公式计算得到：300,000 = 400 × A × (-9.33)A ≈ 80 m^2所以，该列管换热器的传热面积为80平方米。