板翅式换热器优化设计

换热器在石油化工行业中的应用及维护摘要:石油化工生产往往涉及诸多工艺的应用，在生产过程中需要进行不同形式的换热，这一流程则需要借助换热器的作用完成。

因此，换热器在石油化工生产过程中有着至关重要的作用，并且换热器的稳定运行在较大程度上影响着石油化工企业的生产效益。

基于此，文章主要对换热器在石油化工行业中的应用及其相关进行了分析、探讨，希望能够为相关企业提供有益参考。

关键词：换热器；石油化工生产；应用；维护前言在石油化工生产过程中，换热器的运行质量会对其生产效益产生直接影响。

换热器担负则设备升温、降温、预冷、预热等重要作用，确保流体、介质的稳定达到化工生产需求。

在实际应用过程中，换热器主要可以分为间壁式、混合式、蓄热式三种类型。

不同的生产企业需要结合实际生产选择合适的换热器。

一、化工生产过程中常用换热器分析（一）管壳式换热器管壳式换热器是一种主要依靠螺旋管进行热量传递的换热器，具备体积小、坚固耐用等优势，但是由于空间布局过于紧凑而存在换热效率不高的缺点，限制了其使用范围。

对此，需要结合实际应用，从缩小散热管直径、壁厚，以及优化散热管布局结构等方式，降低不利影响，拓展内部空间，降低能源损耗，提高换热效率。

（二）板式换热器板式换热器是典型的间壁换热器，主要包括焊接式与可拆式，具备较为明显的代表性，应用范围也较为广泛。

这种换热器主要是利用波纹状薄板进行热量交换。

其中，焊接式换热器的使用成本较低，重量下，且传热性能较为理想，但是容易出现结垢现象。

可拆式换热器使用橡胶垫密封，因此不适用于高温高压的生产环境。

.（三）板翅式换热器这也是在石油化工生产过程中应用较为广泛的换热器，主要是利用隔板、翅片进行两次换热，传热效率较高。

板翅式换热器具有结构紧凑的特点，由许多薄板组成，通过堆叠和焊接形成换热单元。

这种紧凑的结构使得板翅式换热器在占地面积有限的场合下能够实现更大的传热面积。

此外，板翅式换热器由于采用了轻量化的材料和构造，整体质量较小，便于安装、维护和运输。

板翅式换热器是一种常用的换热器，它具有良好的换热性能，可以有效地满足工业生产过程中的换热需求。

然而，当流速较低时，板翅式换热器的冷却速率会受到影响，因此，计算板翅式换热器在低流速下的冷却速率变得尤为重要。

二、计算方法
1、基本原理
板翅式换热器的冷却速率取决于流体的流速、换热器的结构参数和换热器的换热特性。

根据热力学原理，板翅式换热器的冷却速率可以用下式表示：
Q=hA(T1-T2)
其中，Q表示换热量，h表示换热系数，A表示换热面积，T1和T2分别表示进出口温度。

2、计算步骤
（1）确定换热器的结构参数，包括换热器的长度、宽度、厚度、板翅的高度和宽度等。

（2）确定流体的流速，并计算流体的动力学特性，如流体的密度、粘度等。

（3）根据换热器的结构参数和流体的动力学特性，计算换热器的换热系数。

（4）根据换热器的换热系数和换热面积，计算换热器在低流速下的冷
三、结论
根据以上计算方法，可以计算出板翅式换热器在低流速下的冷却速率。

此外，还可以根据实际情况，通过改变换热器的结构参数和流体的流速，来改善换热器的冷却效果。

板式换热器板式换热器是由许多波纹形的传热板片，按一定的间隔，通过橡胶垫片压紧组成的可拆卸的换热设备。

板片组装时，两组交替排列，板与板之间用粘结剂把橡胶密封板条固定好，其作用是防止流体泄漏并使两板之间形成狭窄的网形流道，换热板片压成各种波纹形，以增加换热板片面积和刚性，并能使流体在低流速成下形成湍流，以达到强化传热的效果。

板上的四个角孔，形成了流体的分配管和泄集管，两种换热介质分别流入各自流道，形成逆流或并流通过每个板片进行热量的交换。

板式换热器的特点：（1）体积小，占地面积少；（2）传热效率高；（3）组装灵活；（4）金属消耗量低；（5）热损失小；（6）拆卸、清洗、检修方便；（7）板式换热器缺点是密封周边较长，容易泄漏，使用温度只能低于150℃，承受压差较小，处理量较小，一旦发现板片结垢必须拆开清洗。

因采用机械绕片，散热翅片与散热管接触面大而紧，传热性能良好、稳定，空气通过阻力小，蒸气或热水流经钢管管内，热量通过紧绕在钢管上翅片传给经过翅片间的空气，达到加热和冷却空气的作用。

板式换热器有哪几部分组成？有什么作用？板式换热器主要由传热板片、密封垫片、两端压板、固定封头、活动封头（头盖）、夹紧螺栓、支架、进出管等组成。

各部件作用如下：一、传热板片传热板片是换热器主要起换热作用的元件，一般波纹做成人字形，按照流体介质的不同，传热板片的材质也不一样，大多采用不锈钢和钛材制作而成。

二、密封垫片板式换热器的密封垫片主要是在换热板片之间起密封作用。

板式换热器的泄漏多是因为密封垫片压错位或者老化引起的。

三、两端压板两端压板主要是夹紧压住所有的传热板片，保证流体介质不泄漏。

四、夹紧螺栓夹紧螺栓主要是起紧固封头和换热板片的作用。

夹紧螺栓一般是通扣螺纹，预紧螺栓时，一定用力矩扳手，使固定板片的力矩均匀。

五、挂架主要是支承换热板片，使其拆卸、清洗、组装等方便。

板式换热机组由板式换热器、智能温控装置、智能电控装置、循环泵、补水泵、稳压膨胀水箱、补（凝）水箱、过滤器、阀门、仪表、传感器、配管底座等组成。

换热器毕业设计论文（共五篇）第一篇：换热器毕业设计论文河南机电高等专科学校毕业设计说明书第1章浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。

浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗，在化工工业中应用非常广泛。

本文对浮头式换热器进行了整体的设计，按照设计要求，在结构的选取上，即壳侧两程，管侧四程。

首先，通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构,然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计，设计的前半部分是工艺计算部分，主要设根据设计传热系数、压强校核、壳程压降、管程压降的计算；设计的后半部分则是关于结构和强度的设计。

主要是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件（如壳体、折流板、管箱固定管板、分程隔板、拉杆、进出口管、浮头箱、浮头、支座、法兰、补强圈）的设计。

换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备。

随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。

换热器因而面临着新的挑战。

换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。

目前在发达的工业国家热回收率已达96%。

换热设备在现代装置中约占设备总重30%左右，其中管壳式换热器仍然占绝对的优势，约70%。

其余30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备。

其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。

在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性，产品系列化、标准化和专业化，并朝大型化的方向发展。

浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种。

换热管束包括换热管、管板、折流板、支持板、拉杆、定距管等。

换热管可为普通光管，也可为带翅片的翅片管，翅片管有单金属整体轧制翅片管、双金属轧制翅片管、绕片式翅片管、叠片式翅片管等，材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铜材、铝材、钛材等。

从结构形式上看，目前油换热器主要有以下几种类型：（1）管片式结构主要由翅片（结构型式有开窗、不开窗或褶皱压凹翅片等）和散热管（圆管或者扁平管）、主片组成散热芯体，再焊接上下集油室、进出油接管等组成整个换热器。

特点：承压能力较高，散热效率较低，工作效率高，便于组织流水线生产，但由于散热效率低等原因，目前较少采用。

（2）管带式结构主要由散热扁管、波浪散热带、加强板、主片组成散热芯体，再焊接上下集油室、进出油接管等零部件组成整个换热器。

特点：散热效率高，但承压能力较低，工作效率高，便于组织流水线生产，目前较多采用。

（3）板翅式结构主要由隔板、内翅片以及散热带和封头、封条组成芯体，再焊接上下集油室、进出油接管等零部件组成整个换热器。

特点：散热效率高，承压能力高，但工作效率低，要求精度高，焊接方式特殊，不便于大批量生产，目前较少采用表2-1 常用清洗方法Table2-1 The Common Cleaning Methods序号清洗方法11，用有机溶剂清洗并晾干；2，在温度60～70℃的水溶液中加Na3PO4（40～60）g；NaOH（8～12）g；水玻璃（25～30）g；清洗（3～5）min；3，在温度70～80℃的热水清洗池中冲洗；4，在温度70～80℃、加40～60g/L 的NaOH 水溶液中清洗；5，冷水洗；6，在温度8～25℃，加250～300g/L 的HNO3水溶液中清洗；7，在清洗池的流动热水中清洗；8，干燥。

21，在温度60～70℃，加5%NaOH 的水溶液中清洗2min；2，在清洗池中用热水清洗；3，在温度60～65℃，加15%NaOH 水溶液中清洗（2～5）min；4，在清洗池中用热水清洗；5，清洗池中用冷水冲洗；6，干燥。

31，把5%(按重量)无水Na2CO3溶解在90℃水里，浸（10～30）s；2，把2%NaOH(按重量)和5%Na2SiO3 (按重量)水玻璃溶解在90℃水中，浸（1～2）min；3，在清洗池中用热水清洗；4，在温度65℃，15%HNO3 (按重量)溶液中浸（1～2）min；5，热水冲洗，烘干。

板翅式换热器计算公式1.换热功率的计算公式：Q = U × A × ΔTlm其中，Q为换热功率（单位为瓦特），U为传热系数（单位为瓦特/平方米·摄氏度），A为换热面积（单位为平方米），ΔTlm为对数平均温差（单位为摄氏度）。

2.对数平均温差的计算公式：ΔTlm = （ΔT1 - ΔT2）/ ln（ΔT1/ΔT2）其中，ΔT1为热流体的入口温度与冷流体的出口温度的温差（单位为摄氏度），ΔT2为热流体的出口温度与冷流体的入口温度的温差（单位为摄氏度）。

3.传热系数的计算公式：U = 1 / ((1 / hi) + (δ / λ) + (1 / ho))其中，U为传热系数（单位为瓦特/平方米·摄氏度），hi为内部流体的传热系数（单位为瓦特/平方米·摄氏度），ho为外部流体的传热系数（单位为瓦特/平方米·摄氏度），δ为金属板厚度（单位为米），λ为金属板的热导率（单位为瓦特/米·摄氏度）。

4.内部流体的传热系数的计算公式：hi = α ×（Pr / Prw）^0.33 × （μ / μw）^0.14其中，hi为内部流体的传热系数（单位为瓦特/平方米·摄氏度），α为内部流体的对流换热系数（单位为瓦特/平方米·摄氏度），Pr为内部流体的普朗特数，Prw为内部流体在壁温度下的普朗特数，μ为内部流体的动力黏度（单位为帕秒），μw为内部流体在壁温度下的动力黏度（单位为帕秒）。

5.外部流体的传热系数的计算公式：ho = α × （Nu / Nuw）× (μw / μ)^0.17其中，ho为外部流体的传热系数（单位为瓦特/平方米·摄氏度），α为外部流体的对流换热系数（单位为瓦特/平方米·摄氏度），Nu为外部流体的努塞尔数，Nuw为外部流体在壁温度下的努塞尔数，μw为外部流体在壁温度下的动力黏度（单位为帕秒），μ为外部流体的动力黏度（单位为帕秒）。

EGR冷却器新技术及制造工艺介绍摘要：EGR可有效的降低NOx排放，但同时也对发动机的动力性、燃油经济性、碳烟排放带来不同程度的负面影响，冷EGR技术在EGR的基础上对高温废气进行冷却，降低进气温度，发动机的性能得到全面提升，冷却器作为冷EGR 系统的核心部件，其开发设计显得尤为重要。

本文进行阐述。

关键词：EGR冷凝器新技术制造工艺一、EGR冷却器技术概述发动机排气温度高达600~700℃，如果直接将废气引入进气管，则高温的废气将加热进气，导致缸内的温度、压力大幅度上升，抵消了EGR降低NOx的作用，同时炙热的废气会对发动机的动力性、燃油经济性、碳烟排放带来不同程度的负面影响，因此，现在EGR技术应用厂商大多采用冷EGR技术，如图1所示。

图1冷EGR系统冷EGR技术是在热EGR技术的基础上增设EGR冷却器，高温再循环废气经冷却器冷却后再与新鲜的进气混合，降低了进气温度，对提高燃油的经济性和降低NOx和碳烟排放均产生积极的影响。

EGR冷却器是冷EGR系统的核心部件，其性能优劣对冷EGR的效果产生决定性的影响。

EGR冷却器除了具有一般换热器换热效率高、压力损失小等特点外，还要耐高温、耐腐蚀，抗震、不易积碳等特性。

二、EGR冷却器的类型按照现有EGR冷却器的性能要求，目前应用于EGR冷却器的换热器主要有两种，板翅式换热器和管壳式换热器。

1)板翅式换热器板翅式换热器，顾名思义，其传热元件是由板和翅片组成。

板翅式换热器翅片对流体的扰动使边界层不断破裂，所以其可以达到很高的传热效率。

有研究表明。

板翅式换热器比管壳式换热器的效率高出25%-50%。

且板翅式换热器多为铝合金制造，产品轻巧紧凑。

但板翅式换热器制造工艺要求严格，工艺过程复杂，且高温的废气在其内遇冷积炭，极易发生堵塞，清理检修困难。

2)管壳式换热器管壳式换热器是由一个壳体和包含许多管子的管束构成，冷、热流体之间通过管壁进行换热的换热器。

管壳式换热器具有结构简单、操作可靠、且其清洗简单方便，很好的满足了EGR冷却器的基本要求，现在EGR冷却器中的使用已非常普遍。

板式换热器选型计算的方法及公式(1)求热负荷Q7 \Q=G .p.C p.A t(2)求冷热流体进出口温度/ \12=t 1+ Q /G . p.C P(3)冷热流体流量\G = Q /p.C P . (t2-t1\(4)求平均温度差△ tm△ tm=(T1 -t2)-(T2-t1)/In(T1-t2)/(T2-t1)或厶tm=(T 1 -t2)+(T2-t1)/2(5)选择板型若所有的板型选择完，则进行结果分析。

(6)由K值范围，计算板片数范围N min , N maxN min = Q / Kmax . △ tm . F P . BN max = Q / Kmi n . △ tm . F P . B(7)取板片数 N (N min<N<N max )若N已达N max,做(5)。

(8)取N的流程组合形式，若组合形式取完则做( 7 )。

(9)求 Re, NuRe = W . de / vNu =a1. Re a2. Pr a3(10)求a, K传热面积Fa = Nu .入/ deK= 1 / 1/3h+1/a c+ Y+Y+ 3 乃F= Q /K . △ tm . B(11)由传热面积F求所需板片数NNNN = F/ Fp+ 2(12)若 NV NN 做(8)o(13)求压降△ pEu = a 4. Re a5△ p = Eu . P.W 2•巾(14)若厶p > △允，做(8);若厶p w △允，记录结果，做(8)o注:1.( 1 )、( 2)、( 3)根据已知条件的情况进行计算。

2 •当T1-t 2=T2-t 1 时采用△ tm = (T 1 -t2)+(T2-t1)/23 •修正系数B—般〜。

4 .压降修正系数巾，单流程巾度=1~，二流程、三流程巾=~，四流程巾=5. a i、a2、a3、a4、a5 为常系数。

选型计算各公式符号的意义及单位板式换热器的优化选型1平均温差厶tm从公式Q= 心tmA,^tm= 1/A/ A (t1 —12 ) dA中可知，平均温差△ tm是传热的驱动力，对于各种流动形式，如能求出平均温差，即板面两侧流体间温差对面积的平均值，就能计算出换热器的传热量。