-蒸汽换热器的选型计算

1、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 2001200mm，板厚 24mm，两板间距 525mm，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=14001800)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

2、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 150500m2/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 进行计算饱和蒸汽密度表单位

3、：密度 =Kg/m3；压力 P=MPa；温度 t=温度02468t压力密度压力密度压力密度压力密度压力密度PPPPP1000.10130.59770.10880.63880.11670.69520.12500.72770.13390.77581100.14330.82650.15320.87980.16360.93590.17460.99480.18631.0571200.19851.1220.21141.1900.22501.2610.23931.3360.25431.4151300.27011.4970.28671.5830.30411.6720.32221.7660.34141.8641

4、400.36141.9670.38232.0730.40422.1850.42712.3010.45102.4221500.47602.5480.50212.6790.52922.8160.55772.9580.58723.1061600.61813.2600.65023.4200.68353.5860.71833.7580.75443.9371700.79204.1230.83104.3160.87164.5150.91374.7230.95734.9371801.00275.1601.04965.3911.09835.6291.14875.8771.20106.3121901.25516.

5、3971.31116.6711.36906.9551.42897.2481.49097.5512001.55487.8641.62108.1881.68928.5221.75978.8681.83269.2252101.90779.5931.98529.9742.065010.372.147410.772.232311.192202.319811.622.409812.072.502612.532.598113.002.696313.492302.797514.002.901014.523.008515.053.118515.613.231616.182403.347716.763.46701

6、7.373.589717.993.715518.643.844819.304 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：Q qh. r qh .ch (TS - T2 ) qc.cc (t 2 -t1)其中qh. r是饱和蒸汽凝结所放出的热量； qh.ch (TS - T2 )是饱和水温度降至目标温度时所 需放出的温度； qc.cc (t 2 -t1) 是冷却水吸收的热量。式中： Q 换热量， KWqh 饱和蒸汽的质量流量， K

7、g/s ，此处取14t/h 即3.89 Kg/sr 蒸汽的汽化潜热， KJ/Kg ，2.0MPa、214条件下饱和蒸汽的气化潜热值为 890.0 KJ/KgTS 饱和蒸汽入口侧压力下水的饱和温度， 在2.0MPa时，水的饱和温度为214ch 热流体的平均常压比热容， KJ/(Kg . )，即冷凝水在平均温度 TS 2T2时的比热容，代入 TS =214， T2 =50，则水在 132时的比热容为 4.258 KJ/(Kg. )T2 冷凝水出口温度，此处为 60qc 换热所需冷却水的质量流量 , Kg/s 。这是一个待确定的参数cc 冷流体的平均常压比热容， KJ/(Kg. )，即冷却水在平均温

8、度 t1 t22 时的比热容，代入 t1 =40，t 2 =60，则水在50时的比热容为 4.178 KJ/(Kg . )t1 冷却水的入口温度， 40t2 冷却水的出口温度， 60代入数值，计算得总传热量为Q qh. r qh .ch (TS -T2)3.89Kg/s 890KJ/Kg 3.89Kg/s 4.258KJ/( Kg. C) (214 C-50 C) 6178.53 KW四 冷却水质量流量计算Q qh. r qh.ch(TS-T2) qc .cc (t 2 -t1)。其中 Q qh. r qh.ch (TS - T2 ) = 6178.53 KW则 qc.cc(t2 - t1)

9、= 6178.53 KW代入各参数的数值求得 qc =73.9Kg/s,即266.2t/h五 换热面积的初步计算1 换热面积的计算公式QK. Tm式中： A 换热面积， m2总换热量(传热功率)， W ，Tm 传热面平均温差，K 总传热系数 W/m 2 C2 传热面平均温差的计算1)当 T1-t2 T2 -t1时：Tm(T1 - t2) -(T2 -t1)2)当 T1 -t2 T2 -t1 时：Tm T1 -t23)当 T1 -t2 T2 -t1时：Tm(T2 -t1)-(T1 -t2)LnT2 -t1T1 -t2此处， T1-t2 214-60 154CT2 -t1 50-40 10 CLn

10、T1-t2T2 -t1Tm(T1-t2)-(T2 -t1)1L5n41-51.40 52.75 C3 总传热系数的计算1.K的物理意义 物理意义：冷热流体温度差为 1时，单位面积单位时间内导入 （或导出 ）的热量，J 或：总传热系数在数值上等于单位温度差下的总传热通量。当 t=1时， K=dQ/dS 总传热系数是用来衡量换热器传热阻力的一个参数。 传热阻力主要是由传热板片材 料和厚度、污垢和流体本身等因素构成。单位： W/m2or kcal/h，m2。总传热系数 倒数1/K代表间壁两侧流体传热的总热阻。2.K的计算方法总的传热系数用下式计算：1 1 1R1 R2K 1 2其中：k 总传热系数

11、(W/m2)1 一次测的换热系数 (W/m 2)湍流下的传热系数计算公式0.31 d1u1 1 0.8 cp1 10.023d11 ( 1 11 1) ( 11注：该公式的使用条件为d1u1 14000 且 0.6 Pr 1cp1 1160式中： 1 一次侧流体导热系数 W/m· ，d1 通道 1的当量直径 m ，u1 一次侧流体的流速 m/s ，1 一次侧流体的密度 kg/m 3，1 一次侧流体的粘度 Pa ·S，cp1 一次侧流体的比热 J/kg ·，2 二次测的换热系数 (W/m2)湍流下的传热系数计算公式2 0.023 2 (d2u2 2 )0.8(cp2

12、 2)0.42 d2 2 2d2u2 2cp2 2注：该公式的使用条件为 Re22 2 2 4000 且 0.6 Pr 22 1602 2 2 2式中：2 二次侧流体导热系数 W/m· ， d2 通道 2的当量直径 m，u2 二次侧流体的流速 m/s ，2 二次侧流体的密度 kg/m 3，2 二次侧流体的粘度 Pa ·S，cp 2 二次侧流体的比热 J/kg · ， 传热板片的厚度 (m)，4mm板片的导热系数 (W/m) ，换热器板材采用 OCr 18Ni 9耐热不锈钢，其导热系数为 16.2 W/mR1 一次侧的污垢系数 (m2/W) ，取 0.000009

13、m2/WR2 二次侧的污垢系数 (m2/W) ，取 0.000052 m2/W换热器中的污垢热阻值液体名称污垢热阻(m2. /W)液体名称污垢热阻(m2. /W)软水或蒸馏水0.000009机器夹套水0.000052城市用软水0.000017润滑油水0.0000090.000043城市用硬水(加热时)0.000043植物油0.0000070.000052处理过的冷却水0.000034有机溶剂0.0000090.000026沿海海水或港湾水0.000043水蒸气0.000009大洋的海水0.000026工艺流体、一般流体0.0000090.000052河水、运河水0.0000433.K的计算K

14、值的计算要分两个阶段进行计算，即蒸汽冷凝阶段的冷凝水冷却阶段(1) 蒸汽冷凝阶段0.30.023 1 (d1u1 1)0.8(cp1 1) d1 1 11 一次侧流体导热系数 W/m· ，水的导热系数表温度 导热系数 W/m· 00.50100.58200.60300.62400.64500.65600.66700.67800.68蒸汽0.02350.025此处取蒸汽的导热系数为 0.0235 W/m· d1通道1的当量直径 m ，取螺旋板宽度 H =1500mm一次侧通道间距为 b1=16mmd12Hb1H b12 1.5 0.0161.5 0.0160.032

15、m一次侧流体的密度 kg/m3 ，在214时，蒸汽的密度为 10.37 kg/m3，u1一次侧流体的流速 m/s，u1.H .b1. 1 3.89 Kg/su1 15.63m/s1 一次侧流体的粘度 Pa ·S，-3 此处取蒸汽的粘度为 0.01635 10-3 Pa·S蒸汽粘度表饱和蒸汽温度粘度 mPa.s1000.012551500.014452000.016352500.018273000.020243500.022184000.02412cp1 一次侧流体的比热 J/kg ·，查阅饱和蒸汽特性数据表可得，在 214时，饱和蒸汽的比热容为 3.001 KJ/

16、kg · 带入以上数据求得1 )0.8(cp1 1 )0.310.80.032 15.63 10.37 0.83001 0.01635 10-3-30.01635 10-30.02350.30.023 0.02350.0321 0.023d11 (d1u112531.98W/m2 C式中：2 二次侧流体导热系数 W/m· ，查表得水在 40时的导热系数为 0.64 W/m· d2通道2的当量直径 m ，取螺旋板宽度 H =1500mm二次侧通道间距为 b2 =18mm2 0.023d22 (d2u22 2)0.8(cp22 2)0.4d22Hb2H b22 1.5

17、 0.0181.5 0.0180.0356 m2二次侧流体的密度 kg/m 3， 水在40时的密度为 992.212 kg/m u2 二次侧流体的流速 m/s，u2.H.b2. 2 73.9 Kg/s 求得u1 2 . 76 m /2 二次侧流体的粘度 Pa ·S，查表可得，水在 40时的粘度为 0.6560 ×10-3 Pa ·S cp2 二次侧流体的比热 J/kg ·，查表得水在 40 时的比热容为 4.178 K J/kg ·带入以上数据求得2 d2u2 2 0.8 cp2 2 0.42 0.023 2 ( 2 2 2 )0.8 ( 2

18、)0.4d22 20.8 -3 0.40.64 0.0356 2.76 992.212 0.8 4178 0.6560 10-3 0.023 -30.0356 0.6560 10-30.64210161.95 W/m 2 C则蒸汽冷凝阶段的总传热系数计算为1 1 1 1 1 0.004R1 R20.000009 0.000052 0.002289K 1 2 1 2 531.98 10161.95 16.22K 436.87W/m 2 C2) 凝结水冷却阶段1 0.023d11(d1u11 1)0.8(cp11 1)0.31 一次侧流体导热系数 W/m· ，取水的导热系数表温度 导热系

19、数 W/m· 00.50100.58200.60300.62400.64500.65600.66700.67800.68蒸汽0.02350.025214 冷凝水的导热系数为 0.67 W/m· d1通道1的当量直径 m，取螺旋板宽度 H =1500mm一次侧通道间距为 b1 =16mm2Hb1 2 1.5 0.016d1 1 0.032m1 H b1 1.5 0.0161 一次侧流体的密度 kg/m 3，在214 时，水的密度约为 950 kg/m 3， u1一次侧流体的流速 m/s ，u1.H .b1. 1 3.8K9 g/s 求得u1 0 . 1 7 m /1一次侧流体

20、的粘度 Pa ·S ， 此处取水的粘度为 0.6560 10-3Pa·S cp1 一次侧流体的比热 J/kg ·，在 214时，水的比热容为 4.438 KJ/kg ·带入以上数据求得1 0.023 1 (d1u1 1)0.8(cp1 1 )0.31d110.8 -3 0.30.67 0.032 0.17 950 0.8 4438 0.6560 10-3 0.023 -30.032 0.6560 10-30.67W/m·1005.8W/m 0.023 2 (d2u2 2 )0.8(cp2 2)0.42d22 2式中： 2 二次侧流体导热系数 W/m· ，查表得水在 40时的导热系数为 0.64d2通道2的当量直径 m ， 取螺旋板宽度 H =1500mm 二次侧通道间距为 b2 =18mm C3d22Hb2H b22 1.5 0.0181.5 0.0180.0356 m2二次侧流体的密度 kg/m 3，水在40时的密度为 992.212 kg/mu2 二次侧流体的流速 m/s，u2.H.b2. 2 73.9 Kg/s 求得u1 2 . 76 m /2 二次侧流体的粘度 Pa ·