基于EDR的板翅式换热器的设计

盛月峰，乔玉珍（杭州中泰深冷技术股份有限公司，浙江杭州 311402）

基于EDR的板翅式换热器的设计

盛月峰，乔玉珍
（杭州中泰深冷技术股份有限公司，浙江杭州 311402）

介绍EDR软件应用于多股流板翅式换热器的传热计算，通过实例分析了不同类型翅片，通道排列和通道分配等因素对多股流板翅式换热器计算结果的影响。结果显示在压力降允许的范围内，选择合适的翅片，合理的通道排列和分配可以优化换热器的设计方案，节省成本。

板翅式换热器；EDR软件；通道排列；设计；传热

板翅式换热器凭借其传热效率高、结构紧凑、体积小等优点，已经成功应用于许多方面，主要用于低温气体的分离，天然气溶化、石油化工产品的生产、制冷装置以及一些尾气的处理。

1　板翅式换热器的介绍

板翅式换热器的主要由板束（芯体）、封头、接管及支座等附件组成。板翅式换热器的每一个通道是由隔板、封条、翅片、导流片等零件组成，每层通道都设置有流体的进出口和包含流体的封头，各个零部件间通过焊接连在一起。

铝制板翅式换热器可以适用于设计温度为-269～65℃的场合。由于受材料的限制，铝制板翅式换热器在稳态下同一截面的最大允许温差为50℃；对有相变的流体同一截面的温差最好不超过30℃。板翅式换热器适用于多股流的介质之间的传热，最大可以达到15股流体。

板翅式换热器的设计主要有两方面：传热设计和强度设计。本文是从传热的角度来介绍换热器的设计。

2　EDR软件的模拟计算

对于板翅式换热器的传热计算选用的是EDR软件下面的Plate Fin Exchanger模块。EDR对板翅式换热器的设计主要有Design，Stream by Stream simulation，Layer by layer simulation等模式，可以进行虹吸，错流、顺流、逆流等的计算。

下面应用EDR软件设计主换热器，如下：

1）Design 设计，将需要的物性参数如温度，压力，流量等输入，一般通过hysys模拟换热器的热平衡，直接将hysys模拟的结果导入EDR软件，进行初步的设计，得到一个初步的结果。从以往的设计经验来看，在进行Design设计时要考虑热负荷，翅片形式，导流片形式，封头布置，允许压降等因素。一般在Design设计时考虑换热器的宽度，翅片的选取，管口方位，以及通道的分配问题。这样为后面的模拟提供了良好的基础。考虑翅片、管口、通道的分配得到结果，见图1。

图1　计算结果

2）Stream by Stream simulation模拟，在Design计算的基础上，通运用Stream by Stream simulation模式自动将Design计算得到的传热长度，导流片长度等数据补全，将换热器的长度圆整。换热器的尺寸基本确定为L5 300×W1300×H～1 671mm调节传热段和导流片的长度，使得热负荷和出口温度基本达到要求。

3）Layer by layer simulation模拟，是在（2）的基础上对换热器进行通道排列计算从而对换热器进行校核，这个结果更接近实际运行的状况，在换热器设计时，需要在此模式下对换热器进行校核。

3　翅片类型的选取

板翅式换热器在进行设计时，首先需要考虑选用什么类型的翅片，一般来说，目前用得比较多的是多孔型和锯齿型翅片，翅片的类型直接影响了换热器的尺寸。图1是选用锯齿翅片的结果，如果选用多孔型的翅片，在保持通道分配不变的情况下，得到结果如图2，此时阻力是允许阻力的40%～60%.在压力降允许的情况下，锯齿型翅片能明显的减小换热器的尺寸。

图2　计算结果

4　通道分配与通道排列的影响

换热器的通道分配余排列是换热器设计的重要部分，通道排列布置在冷通道和热通道之间除了做到总热量平衡外，还应基本做到局部热量平衡，以便减少热量内耗。[1]在Layer by layer simulation 模式下的通道排列为DAECAEDAEDAEDACB CAEDAEDAECADDAEBCAEDAEDAEDAEDACBCAEDAED AECADDAEBCAEDAEDAECADDAEBCAEDAEEAEEADEA CBEADDACEADEADEACBEADDACEADEACEADBCADEAD EADEADEACBEADDACEADEADEACBCADEADEADEACEA D，得到如图3的热负荷分布图，结果显示每股流体在换热器每个截面上的热负荷基本是平衡的，说明通道排列合理。另一种通道排列为DAECAEDAEDAEDACACAEDAEDAECADDA EACAEDAED AEDAEDACACAEDAEDAECADDAEACBEDB EDBECBDDBEBCBEDAEEAEEADEACBEBDDBCEADEADE ACAEADDACEADEACEADACADEADEADEADEACAEADD ACEADEADEACACADEADEADEACEAD。得到如图4的热负荷分布图，可见热负荷分布不平衡，这样很容易造成换热器的波动，这样的通道排列显然是不合理的。在设计时应该避免这样的排列方式。

图3　热负荷分布图

图4　热负荷分布图

5　结束语

近年来，铝制板翅式换热器用途也越来越多，主要用于空气分离，天然气溶化和分离，合成氨，石油化工装置中。EDR作为板翅式换热器的设计和模拟的工具，为设计人员提供很好的平台。

EDR软件，可以提供比较全面且直观的信息，比如换热器简图，芯体的布置情况，温度分布情况，整个换热器中每部分的压力降等。EDR软件还可以反映出流体在换热器各个部分的流速，某一截面上热负荷，某一截面上的温差等，而这些功能是MUSE软件没有的。

随着工艺的发展，由于运输的限制，对板翅式换热器的尺寸要求越来越小。然而一个换热器的设计方案有很多，要在保证热负荷的条件下得到经济合理的设计方案，这就需要设计人员在对板翅式换热器进行设计时，结合制造厂的实际情况，选择合适的翅片，对流体进行合理的通道分配余排列，尽可能的将换热器的允许阻力用到，减少换热器内耗，从而得到最经济的换热器。

[1] 王松汉.板翅式换热器[M].北京：化学工业出版社，1984.

Based on EDA plate-fin heat exchanger design

Sheng Yue-feng，Qiao Yu-zhen

EDR software used in multi-stream plate-fin heat exchanger heat transfer calculations by case analysis of the different types of fin channel arrangement and other factors on the distribution channel multi-stream plate-fin heat exchanger calculation results influences.The results show that the pressure drop within the allowable range，choosing the right fin，reasonable arrangement and distribution channels to optimize the heat exchanger design and cost savings.

plate-fin heat exchanger；EDR software；channel arrangement；design；heat transfer

TK124

B

1003-6490（2016）03-0051-02

2016-03-18

盛月峰（1988—），男，助理工程师，毕业于浙江工业大学，主要从事压力容器的设计工作。