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    不同定性温度下板式热交换器性能测试结果分析.pdf

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    不同定性温度下板式热交换器性能测试结果分析.pdf

    第43卷第2期 2014年3月 石油化工设备 PETROCHEMICAL EQUIPMENT Vol_43 NO.2 Mar.2O14 文章编号10007466201402001804 不同定性温度下板式热交换器性能测试结果分析 何 娜 ,周文学 ,顾生斌。,姬茹一 ,徐永明 ,谢广斌。 1.国家石油钻采炼化设备质量监督检验中心,甘肃兰州 730050; 2.西气东输管道公司赣湘管理处,湖北武汉430073; 3.中国石油大连石化公司,辽宁大连 116033 摘要通过分析不同定性温度下流体物性对板式热 了同一台板式热交换器在不同定性温度下的传热系 在不同定性温度下测试结果的比较提供参考。 交换器性能的影响,结合测试准则方程式,给出 数及压降的转化方法,该法可为板式热交换器 关键词板式热交换器;传热系数;压降;定性温度;分析 中图分类号TQ051.501;TE965 文献标志码A doi10.3969/j.issn.i0007466.2014.02.005 Result Comparison of the Plate Heat Exchangers Perance at Different Qualitative Temperature HE Na1.ZHOU Wenxue ,GU Sheng-bin ,JI Ruyi ,XU Yongming ,XIE Guang-bin 1.National Centre of Oil Drilling and Refining Equipment Quality Supervision Inspection, Lanzhou 730050,China;2.Ganxiang Administrative Department of WestEast Gas Pipeline。Wuhan 430073,China;3.Dalian Petrochemical Co.of CNPC,Dalian 116033,China AbstractAnalyzing the influence that physical property of the fluid impact on heat exchangers Derance at different qualitative temperature,a is given of the heat transfer coefficient and pressure drop at different qualitative temperature consider with mathematical expression, which DrOVide theoretical basis of the result comparison at different qualitative temperature. Key wordsplate heat exchanger;heat transfer coefficient;pressure drop;qualitative tempera ture;analyse [7] [8] WANG Guoping,CHEN Xue-dong,WANG Bing. Ultra-low Carbon 9Ni Steel Welded Joints at Low Temperature[J].Transactions of the China Welding Institution,2008,29337-40. 贺字,杨梅.液化天然气的应用和国际贸易[J].天然气 与石油,2005,2321-5. HE Yu,YANG Mei.LNG Applications and Interna tional Trade I-J].Natural Gas and Oil,2005,2321 5. GB 50341--2003,立式圆筒型钢制焊接油罐设计规范 Is]. GB 5034l 2003,Vertical Cylindrical Welded Steel ”--4--“-一 Tank Design Specification[S]. E92 王红光,崔金东.大型双壳低温储罐的设计特点[J].石 油化工设备技术,2010,3147-8. WANG Hongguang,CUI Jin-dong.Large Double Hull Design Features of Cryogenic Tanks[J].Petro chemical Equipment Technology,2010,3147-8。 [1O]周永春,刘浩.LNG低温储罐绝热性能的探究[J].化 工设计,2010,2021719. ZH0U Yongchun,L1U Hao.LNG Storage Thermal Insulation Inquiry[J].Chemical Engineering Design, 2O10,2O217-19. 杜编 收稿日期20130926 作者简介何娜1979一,女,甘肃敦煌人,工程师,硕士,现从事热交换器性能测试相关工作。 第2期 何娜,等不同定性温度下板式热交换器性能测试结果分析 板式热交换器性能的优劣主要由热交换器的 传热系数和压降来表征,不同工况条件下同一台 板式热交换器的传热系数和压降不同 。]。在以 前的板式热交换器性能测试中,测试结果给出的 都是热交换器在冷、热侧定性温度为40℃、流速 为0.5 m/s时的传热系数和压降_4]。在新测试标 准中要求性能测试结果给出定性温度热流体 5O℃、冷流体3O℃、冷热流体流速在0.5 m/s时 的总传热系数、压力降及比压降 ]。为了更好地 理解新标准的测试要求,现就两种定性温度下测 试结果的差异进行分析,为今后两种测试结果的 比较分析提供参考。 1 理论分析 1.1 传热准则方程式 流体在板式热交换器中的传热准则方程式表示 如下 川 』\,“一CRe”Pr 1 式中,Nu为努塞尔数;Re为雷诺数;Pr为普朗特 数;C为待定系数;m为待定指数; 为指数,当流 体被加热时取0.4,当流体被冷却时取0.3。 对于同一台热交换器,在相同的雷诺数范围内, 冷、热侧的传热准则方程式是确定的,即系数C、 、 m确定,当冷、热侧的定性温度发生变化,测试介质 为水一水时的相关物性参数见表1_8]。 表1 不同定性温度下水的物性参数 K, K o.645X0.618X 丽 1.2传热系数分析 传热系数根据下式计算 去 R击 2 K h。九。 ~ 式中,K为热交换器总传热系数,h 为热侧表面 传热系数,h 为冷侧表面传热系数,w/m。K; R为板片热阻,m K/w。 由于等流道板式热交换器的准则方程式中待定 系数最少 ],故先进行等流道板式热交换器计算。 为了得出两种定性温度下K值的关系,对两种定性 温度下的K值做如下运算 一hhlh ~ h 2 4-Rhh2 h 2hh2 hh2h。2 hh1 h 1 c2Rhh2hc2hh2 令h lRhh1 h 1 4-hh1一A h 2 4-Rhh2h 2hh2一B 则式3变为 3 一K2 hhlh czA 4 Ki h hlh IB 表面传热系数h由下式计算 h一_NuA 5 式中, 为导热系数,w/InK;z为板片当量直 径,m;下角标1表示定性温度为4O℃时的相关数 据,2表示定性温度热侧为50℃、冷侧为30℃的相 关数据。 将式5代人式1,对于同一台热交换器z为 定值,根据文献E6], 为0.5 m/s,则有 3.54。。5.42。 A 0.635 0.988 60.970 3 1.033 1 4.31。 B A一1.O21 3o.97o 3 含 A 飚 P7.cl 0.4 ehlmPrcl 0.4P/hl O.3 Rehl mPrh B 飚 PF-c2 04 Prc2 0.4Prh2 0.3 RehzmPrh 2.123 41.517 5 1.121 1CR2.302 710 Z 一 1.215 01.242 2 1.150 5CR2.234 210 Z 一 0.946 81.798 6 将式7代入式6有 鲁_1_o21 3O.970 3 含一 K B 6 7 一 RR 一 ll KK 石油化工设备 2014年第43卷 .。21 3o.97。3 i r亏石 i _ j __ i 音 丽c8 根据文献[7],对于板式热交换器C一0.15~ 0.4、m一0.65~0.85,从国家石油钻采炼化设备质 量监督检验中心性能测试数据统计,l一4.0~ 16.0 mm,R一2.45~6.6210 m。K/W。 当 值在0.65~0.85时,式8中1.021 3 0.970 3 项的取值范围为0.995 5~1.001 5近似 为1。对于4个变量C m、R,在其中3个变量确 定的状态下,另外一个变量对于A/B的分子、分母 都是单调函数,所以取4个参数的极限值进行计算, 结果见表2。 从表2看出,K 、K 的差异不超过0.5 ,近 似相等。 表2不同参数c、f、m、R下传热系数取值比较 R c l/m m Kz R c l/m m K2 /n K0W一1 K1 /m2K2wI 1 2.451O一 0.15 0.004 0.65 1.000 40 6.62105 0.15 0.004 0.65 0.999 51 2.45105 0.15 0.004 0.85 0.996 56 6.62105 0.15 0.004 0.85 0.995 99 2.45105 O-15 0016 O65 1000 66 6.6210 015 OO16 065 1000 O1 0.15 0.016 0.85 0.996 67 0.15 0.0l6 0.85 0.996 1O 2.45105 6.62105 0.40 0.004 0.65 0.999 52 0.40 0.004 0.65 0.998 16 24510一 O.4O O.O04 O.85 O.996] 6621O~ O.4O 0.O04 O.85 0.995 59 2.45100.40 0.016 0.65 0.996 11 662100.40 0.016 0.65 0.998 87 2.4510 0.40 0.016 0.85 0.997 63 6.62100.40 0.016 0.85 0.995 66 1.3压降分析 根据文献[7],流体在板式热交换器中的流阻准 则方程式为 EuhChRPh。 Eu 一C Rg 式中,E‰为热侧欧拉数,E 为冷侧欧拉数;C 为 热侧待定系数,C 为冷侧待定系数;n为热侧指数,b 为冷侧指数。 冷、热侧压降按照下式进行计算 ] AphEuh IDhr 丽一C1R O.52phr 丽 ApcEuc lDc 一C2R X052IDc 式中,APh为热侧压降,△ 。为冷侧压降,kPaph为 热侧密度,p 为冷侧密度,kg/m。。 对两种工况下的压降进行以下计算 一Aph2一 l M EumU2 Ph h1。Ph \。 -o. 9 “一 \ / 0.995 91.185 3。 9 一兰 1一 垦 卸“Euclu2 Pc1 d Pc 1.007 7 1.003 50.821 5 10 从国家石油钻采炼化设备质量监督检验中心性 能测试数据统计来看,a的取值范围是一0.95~ 一0.001,b的取值范围是一0.75~一0.002。在系 数a取一0.95和一0.001这2个极值时,Aph /Aph 的值分别为0.847 4和0.995 7。因此,与热侧定性 温度40℃的参数相比,热侧定性温度5O。C时的压 降降低。在系数b取2个极值一0.75和一0.002 时,Ap 2/Ap。 的值分别为1.163 0和1.003 9,可见 与冷侧定性温度4O。C的参数相比,冷侧定性温度 30℃时的压降升高。 2 计算实例 在国家石油钻采炼化设备质量监督检验中心已 完成测试的板式热交换器中抽取一台热交换器进行 计算,该热交换器的参数为板片厚度0.5 mm,当 量直径5.14 mm,单个板片的有效传热面积 0.371 6 m。,板片材料316不锈钢。 通过实验测试得到的该热交换器回归准则方程 式为 N“h一0.389 2Reh。 。Pr。。 N“ 一0.389 2 Reh。- 。P ,一 , 型 /, ●\一,f』●\ 第2期 何娜,等不同定性温度下板式热交换器性能测试结果分析 21 E h一678Reh一。。0。 Eu 632Re 一。。 在冷、热侧定性温度均为40。C时,通过计算可 得该热交换器的性能参数为Eu 一320.55,Eu 一 306.56,K一645 6 W/m K,Aph一79.51 kPa, Lxp 76.04 kPa。 同理,在热侧定性温度为5O℃、冷侧定性温度 为3O℃时,可得该热交换器的性能参数为K一 6 486 W/in K,Euh一315.64,Eu。一311.97, Aph一77.97 kPa,△p 一77.65 kPa。 对两种工况下的传热系数进行比较可知,该板 式热交换器在两种定性温度下传热系数的差异不超 过0.5 。 将Aph。一79.5 kPa代人式9得到△ hz一 77.97 kPa。将Ap 176.04 kPa代人式10得到 Ap 。一77.63 kPa。由此可知,该板式热交换器在两 种定性温度下的计算压降值与转化公式得到的压降 一致。 3 结论 在文献[4]规定的冷、热侧定性温度均为4O℃ 和文献[5,6]规定的热侧定性温度50℃、冷侧定性 温度为3O℃两种状态下,对等流道板式热交换器有 以下结论。 1在两种定性温度下传热系数的差异不超过 0.5 ,近似认为相等。如果需要更为准确的结 果,根据式8进行计算。 2与热侧定性温度40℃相比,热侧定性温度 50℃时的压降降低,二者可按公式Apnz/ap 一 0.995 91.185 3。进行转化。 3与冷侧定性温度4O℃相比,冷侧定性温度 30℃时的压降升高,二者按照公式△ z/Ap 一 1.003 5O.821 5 进行转化。 参考文献 [13张海泉,田向宁,姜永成.建立板式换热器传热准则 方程方法的对比[J].煤气与热力,2011,3112A19一 A22. 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