蒸汽换热器的选型计算

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1、一换热器结构形式的选择螺旋板式操作温度在300400C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=140(1800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) 能利用低温热源 由于流道长而且两

2、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24mm,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200C，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 214C进行计算精选文档饱和蒸汽密度表单位：密度一p=Kg/压力一P=MPa；温度一

3、t= C温度tC02468压力P密度p压力P密度p压力P密度p压力P密度p压力P密度p1000.10130.59770.10880.63880.11670.69520.12500.72770.13390.77581100.14330.82650.15320.87980.16360.93590.17460.99480.18631.0571200.19851.1220.21141.1900.22501.2610.23931.3360.25431.4151300.27011.4970.28671.5830.30411.6720.32221.7660.34141.8641400.36141.9670.

4、38232.0730.40422.1850.42712.3010.45102.4221500.47602.5480.50212.6790.52922.8160.55772.9580.58723.1061600.61813.2600.65023.4200.68353.5860.71833.7580.75443.9371700.79204.1230.83104.3160.87164.5150.91374.7230.95734.9371801.00275.1601.04965.3911.09835.6291.14875.8771.20106.3121901.25516.3971.31116.6711

5、.36906.9551.42897.2481.49097.5512001.55487.8641.62108.1881.68928.5221.75978.8681.83269.2252101.90779.5931.98529.9742.065010.372.147410.772.232311.192202.319811.622.409812.072.502612.532.598113.002.696313.492302.797514.002.901014.523.008515.053.118515.613.231616.182403.347716.763.467017.373.589717.99

6、3.715518.643.844819.304 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=214C热侧出口温度T2=50C冷侧进口温度t1=40C冷侧出口温度t2=60C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 qh6(Ts-T2)qc.Cc(t2-ti)其中qh. r是饱和蒸汽凝结所放出的热量；qh.Ch (Ts-T?)是饱和水温度降至目标温度时所需放出的温度；qcCc(t2 -ti)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，Kg/s，此处取14t/h即3.89 Kg/sr蒸汽的汽化潜热，KJ/Kg , 2.0MPa

7、 214C条件下饱和蒸汽的气化潜热值为 890.0KJ/KgTs饱和蒸汽入口侧压力下水的饱和温度，在 2.0MPa寸，水的饱和温度为214CCh热流体的平均常压比热容，KJ/(Kg. C )，即冷凝水在平均温度时的比热容，代入Ts=214C，T2=50C，则水在132C时的比热容为4.258KJ/(Kg. C)T2冷凝水出口温度，此处为60Cqc换热所需冷却水的质量流量,Kg/s。这是一个待确定的参数冷流体的平均常压比热容,KJ/(Kg. C)，即冷却水在平均温度时的比热容，代入t1=40C，t2=60C，贝U水在50C时的比热容为4.178KJ/(Kg. C)t1冷却水的入口温度，40Ct2

8、冷却水的出口温度，60C代入数值，计算得总传热量为Q qh. r qh.6(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 qhCh(Ts-T2)qcQc(t2-tJ。其中 Q qh. r qh.Ch(Ts-T2)= 6178.53 KW贝U qC.cC(t2 -h )= 6178.53KW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，m2Q总换热量（传热功率），W ,Tm 传热面

9、平均温差，CK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 - tjLnT1 -上2T2 - t1当TmT2 -t1 时:(3)当 T1 -t2 T2 -t1 时:Tm(T2 -t1 ) -(T1 -t2)LnT2 -t1T1 - t2此处，T1 -t2 214-60 154 CT2-b 50-40 10 CTm(T1-t2)-(T2-t1)154-10Ti 七Ln 15.4T2 -tl3总传热系数的计算1.K的物理意义52.75 C物理意义：冷热流体温度差为1C时，单位面积单位时间内导入(或导出)的热量，J或：总传热

10、系数在数值上等于单位温度差下的总传热通量。当t=C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/m2 C or kcal/h , m2C。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：R2其中：k总传热系数(W/m2C)a-次测的换热系数(W/m 2C)湍流下的传热系数计算公式C1 /d1U1 1、0.8/Cp1 1 0.3U.023()()d111式中：1 一次侧流体导热系数W/m C ,d1 通道1的当量直径m,注：该公式的使用条件为 Re1*5 14000

11、且0.6 Pr11U1 一次侧流体的流速m/s,3次侧流体的密度kg/m ,1 一次侧流体的粘度Pa S,CP1 一次侧流体的比热J/kga-二次测的换热系数(W/m2 C)湍流下的传热系数计算公式0.023(d2)08(C)0-4ch注：该公式的使用条件为 Re2d?U2 24000 且 0.6Pr2Cp2 22160二次侧流体导热系数W/md2 -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,CP2二次侧流体的比热J/kg,Q,式中： 2卜传热板片的厚度(m), 4mm入-板片的导热系数(W/m Q)，换热器板材采用OCr

12、18Ni9耐热不锈钢,其导热系数为16.2 W/m QR1一次侧的污垢系数(m2Q/W)，取0.000009 m2Q/WR2二次侧的污垢系数(m2Q/W)，取0.000052 m2Q/W换热器中的污垢热阻值液体名称污垢热阻(m2 Q /W)液体名称污垢热阻(m2.Q /W)软水或蒸馏水0.000009机器夹套水0.000052城市用软水0.0000I7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

13、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!0.023（心）08（也严diii!一次侧流体导热系数W/mC ,水的导热系数表温度 C导热系数 W/m C00.50I00.58200.60300.62400.64500.65600.66700.67800.68蒸汽0.02350.025此处取蒸汽的导热系数为0.0235W/mCdi 通道1的当量直径m,取螺旋板宽度 H=i500mm一次侧通道间距为bi=i6mmdi2Hb12 1.5 0.016bi1.

14、5 0.0160.032m1 一次侧流体的密度kg/m3,在214C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. 13.89 Kg/sU115.63n/s1 一次侧流体的粘度Pa S,3此处取蒸汽的粘度为0.01635 10- Pa S蒸汽粘度表饱和蒸汽温度C粘度mPa.s1000.012551500.014452000.016352500.018273000.020243500.022184000.02412Cp1 一次侧流体的比热J/kg E查阅饱和蒸汽特性数据表可得，在214C时，饱和蒸汽的比热容为3.001 KJ/kg C带入以上数据求得10.

15、023()0.8()0.3d1 1 10.8-3 O30.02350.032 15.63 10.373001 0.01635 1030.023乙0.0320.01635 10-30.0235531.98W/m2 C20.023 2 (d2U2 2)a8(Cp2 2)0.4d222式中：2 二次侧流体导热系数W/m C ,查表得水在40C时的导热系数为0.64 W/m-Cd2 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 =18mmd2 2Hb2H b22 “ .180.0356m1.5 0.0182 二次侧流体的密度kg/m3,水在40C时的密度为 992.212 k

16、g/rniU2 二次侧流体的流速m/s,u2.H.b2. 273.9 Kg/s 求得Ui 2.76m/s2 二次侧流体的粘度Pa S,查表可得，水在40C时的粘度为0.6560X 103Pa SCp2 二次侧流体的比热J/kg C查表得水在40C 时的比热容为4.178 KJ/kg C带入以上数据求得0.023二厂刃2 2)08(Cp2)0.4d20.0230.640.03560.0356 2.76 992.2120.80.6560 10-34178 0.6560 10-3 06410161.95 W/m2 C则蒸汽冷凝阶段的总传热系数计算为R1R21 1531.9810161.950.004

17、16.20.0000090.0000520.0022892K 436.87W/m C(2)凝结水冷却阶段0.023)(45 屮巴 d11)0.31 一次侧流体导热系数W/mC ,取温度 C导热系数 W/m C00.50100.58200.60300.62400.64500.65600.66700.67800.68蒸汽0.02350.025水的导热系数表214C冷凝水的导热系数为 0.67 W/m-Cd1 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b =16mm精选文档2Hb12 1.5 0.016 scd110.032 mH b11.5 0.016i 一次侧流体的密度k

18、g/m3,在214C时，水的密度约为950 kg/m3,U1 一次侧流体的流速m/s,U1.H.b1. 13.89 Kg/s 求得Ui0.17m/s1 一次侧流体的粘度Pa S,此处取水的粘度为0.6560 10-3PaSCp1 一次侧流体的比热J/kg在214C时，水的比热容为4.438 KJ/kg C带入以上数据求得0.023(d1U1 1)0.8(C)0.3d1 1 10.0230.670.0320.80.032 0.17 9500.30.6560 10-34438 0.6560 100.671005.8W/m2 C式中：2 二次侧流体导热系数W/m C ,查表得水在40C时的导热系数为

19、0.64 W/m-C220.0吒（皿汕CP2 2)0.42d2 通道2的当量直径m,取螺旋板宽度 H=1500mm精选文档二次侧通道间距为b2 =18mmd22Hb2H_b22 1.5 0.0181.5 0.0180.0356m2 二次侧流体的密度kg/m3,水在40C时的密度为 992.212 kg/m3U2 二次侧流体的流速m/s,u2.H.b2. 273.9 Kg/s 求得u12.76m/s2 二次侧流体的粘度Pa S,查表可得，水在40C时的粘度为0.6560X 1O3Pa cP2 二次侧流体的比热J/kg C查表得水在40C 时的比热容为4.178 KJ/kg C带入以上数据求得0.

20、023（归二）08（亘上严d20.0230.640.03560.0356 2.76 992.2120.80.6560 10-34178 0.6560 10-30.640.410161.95 W/m2 C则蒸汽冷凝阶段的总传热系数计算为丄丄丄K 12110.004R-iR20.0000090.0000521005.810161.9516.20.001399K 714.8W/m 2 C(3)则 K714.8 436.872575.84W/m2 C4换热面积的计算QK. Tm其中Q 6178530W2K 575.84W/m CTm 52.75 C代入数据求得，换热面积为QKm6178530575.84 52.75203.4m2六螺旋板式换热器的选型要求材质OCr18Ni9 耐热不锈钢板厚4mm螺旋板宽度1500mm蒸汽通道间距16mm冷却水通道间距18mm最咼工作温度220 C最咼工作压力2.0MPa换热量6178.53KW换热面积2203.4 m参考山东寿光亚亨公司的相关产品，满足选型的要求的螺旋板换热器的相关参数为:换热量：5965KW 换热面积： 180m2 高： 1.5m 直径： 1.8m 重量： 7220Kg