确定可拆板式换热器的这些参数是一个系统性的过程,需要综合考虑工艺需求、系统能力和实际条件。这些参数并非独立存在,而是相互关联、相互制约的


1. 流量 (Flow Rate)

流量通常不是“确定”的,而是由工艺需求决定的。


方法一:根据热平衡计算(常见)

当已知需要转移的热量(换热量)和温度变化时,可以通过公式计算:

Q = m * Cp * ΔT

其中:

Q = 换热量 (kW kcal/h)

m = 质量流量 (kg/s kg/h)

Cp = 流体的定压比热容 (kJ/kg·°C)

ΔT = 流体进出口温差 (°C)

因此,流量 m = Q / (Cp * ΔT)


举例:需要将20m³/h的水从80°C冷却到40°CQCp、ΔT均可知,即可计算出冷却水侧的所需流量。同时,这也决定了热流体侧的流量。


方法二:由上游工艺设备决定

流量可能由前端的泵、压缩机、工艺产出等固定。例如,一套工艺反应器出口的流量是固定的,换热器需要适应这个流量。


方法三:由系统管路设计决定

在暖通空调等领域,流量由系统的水力计算和所选泵的扬程-流量曲线决定。


核心要点:流量是工艺的核心要求之一,通常是根据生产需要首先被确定的参数。


2. 进出口温度 (Inlet/Outlet Temperature)

这是换热器设计的目标,同样源于工艺需求。


进口温度 (Inlet Temperature)


热侧:通常是需要冷却的工艺流体的初始温度(例如,反应器出口90°C的物料)。


冷侧:通常是可用冷却介质的温度(例如,循环冷却水32°C,冷冻水7°C)。


这些温度通常是已知的边界条件,由上游设备或当地环境决定。


出口温度 (Outlet Temperature)


这是工艺要求的结果。


例如:


“需要把果汁从85°C冷却到4°C进行灌装”(工艺要求)。


“需要将锅炉补水从20°C加热到80°C以节约能源”(节能要求)。


“反应物料必须控制在50±2°C”(反应控制要求)。


如何确定?—— 直接来自你的生产流程、产品标准、安全要求或节能方案。


3. 允许压降 (Allowable Pressure Drop)

压降是指流体流过换热器后的压力损失。它至关重要,因为它直接关系到运行能耗(泵或风机的功率)。


由系统允许值决定:


整个管路系统有一个总压降预算。换热器的允许压降是这个预算的一部分。


方法:查看系统设计中分配给换热器的压降值。例如,系统泵的扬程为35m,管路、阀门、其他设备预计消耗25m扬程,那么留给换热器的允许压降就是10m水柱(约0.1 MPa)。


由泵的能力反推:


如果泵已选定,其扬程是固定的。必须确保换热器及其所在管路的压降之和小于泵的扬程,并留有裕量。


经验取值:


在没有明确系统要求时,一般遵循一个经验法则:允许压降通常控制在50~100 kPa (0.5~1.0 bar) 的范围内。对于粘度较高的流体,允许压降可以适当放宽,以保证经济合理的流速。


对于像水这样的低粘度流体,经济流速一般在0.5~1.5 m/s之间,对应的压降通常在上述经验范围内。


核心要点:允许压降是一个“约束条件”,是为了不超出系统泵的能力而设定的上限。压降越小,运行能耗越低,但可能需要更大的换热面积(投资高),需要在投资和运行成本之间权衡。


4. 流体物性 (Fluid Properties)

物性数据是计算换热量和压降的基础,必须准确。


腐蚀性 (Corrosivity)

确定方法:查阅化学物料安全数据表(MSDS),或根据流体成分、浓度、温度查阅腐蚀手册和经验数据。

关键问题:“流体中含有氯离子?pH值是酸性还是碱性?含有氧化剂?”(例如,海水中的氯离子对不锈钢有腐蚀性)。

目的:用于选择合适的板片材料(如304不锈钢、316不锈钢、钛材、哈氏合金等)。


洁净度/结垢倾向 (Fouling Tendency)

确定方法:根据流体类型和经验判断。

清洁流体:洁净水、水蒸气、制冷剂、轻质油等。

易结垢流体:河水、冷却塔水(易结水垢、滋生细菌)、浆料、糖液、高粘度流体等。

目的:用于在设计中引入“污垢热阻(Fouling Resistance)”值。结垢倾向越高,设计时预留的余量越大。这也直接影响板片波纹形状的选择(某些波纹抗堵能力更好)。


其他关键物性:


比热容(Cp)、导热系数(λ)、密度(ρ)、粘度(μ)



5. 工作压力/温度 (Operating Pressure/Temperature)

这是保证换热器安全运行的边界条件。

工作压力 (Operating Pressure)

由所在管路系统的高压力决定。


确定方法:取泵的关闭压力或系统安全阀的起跳压力。同时要考虑流体静压头和可能发生的压力波动(如水锤现象)。

选型要求:换热器的设计压力必须大于等于系统的高工作压力,并留有安全余量。

工作温度 (Operating Temperature)

由流体的高进口温度决定。

确定方法:考虑苛刻的工况,例如,夏天冷却水温高时,热流体的进口温度也可能高。

选型要求:换热器的设计温度必须大于等于流体的高工作温度。同时,设计温度必须与所选垫片材料的耐温范围匹配(例如,NBR橡胶一般耐温≤110°CEPDM橡胶一般耐温≤160°C)。


总结与实操步骤

在实际项目中,这些参数通常通过以下方式汇集:


填写询价技术数据表:换热器制造商都会提供标准表格,要求客户填写上述所有参数。


工艺工程师:提供流量、进出口温度、流体成分(物性、腐蚀性)。


设备/机械工程师:确定工作压力和温度,选择合适的材质和设计标准。


管道/系统工程师:提供系统允许压降,并校核泵的能力。


与制造商沟通:将所有这些参数提供给有经验的换热器制造商,他们的选型软件会进行计算,并推荐合适的板片型号、数量和流程组合,终提供一个满足所有条件的设计方案。

切记:这些参数是一个整体,任何一个参数的不准确都可能导致换热器选型不当,无法满足工艺要求。