蒸汽换热器的选型计算.docx
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蒸汽换热器的选型计算
一换热器结构形式的选择
螺旋板式操作温度在300〜400C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200〜1200mm,板厚2〜4mm,两板间距5〜25mm,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：
⑴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=1400〜1800）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。
⑵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。
⑷结构紧凑由于板薄2〜4mm,单位体积的传热面积可达到150〜500m2/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200E，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
饱和蒸汽密度表单位：
密度一p=Kg/m；压力一P=MPa；温度一t=C
温度
0
2
4
6
8
tC
压力
密度
压力
密度
压力
密度
压力
密度
压力
密度
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
100
0.1013
0.5977
0.1088
0.6388
0.1167
0.6952
0.1250
0.7277
0.1339
0.7758
110
0.1433
0.8265
0.1532
0.8798
0.1636
0.9359
0.1746
0.9948
0.1863
1.057
120
0.1985
1.122
0.2114
1.190
0.2250
1.261
0.2393
1.336
0.2543
1.415
130
0.2701
1.497
0.2867
1.583
0.3041
1.672
0.3222
1.766
0.3414
1.864
140
0.3614
1.967
0.3823
2.073
0.4042
2.185
0.4271
2.301
0.4510
2.422
150
0.4760
2.548
0.5021
2.679
0.5292
2.816
0.5577
2.958
0.5872
3.106
160
0.6181
3.260
0.6502
3.420
0.6835
3.586
0.7183
3.758
0.7544
3.937
170
0.7920
4.123
0.8310
4.316
0.8716
4.515
0.9137
4.723
0.9573
4.937
180
1.0027
5.160
1.0496
5.391
1.0983
5.629
1.1487
5.877
1.2010
6.312
190
1.2551
6.397
1.3111
6.671
1.3690
6.955
1.4289
7.248
1.4909
7.551
200
1.5548
7.864
1.6210
8.188
1.6892
8.522
1.7597
8.868
1.8326
9.225
210
1.9077
9.593
1.9852
9.974
2.0650
10.37
2.1474
10.77
2.2323
11.19
220
2.3198
11.62
2.4098
12.07
2.5026
12.53
2.5981
13.00
2.6963
13.49
230
2.7975
14.00
2.9010
14.52
3.0085
15.05
3.1185
15.61
3.2316
16.18
240
3.3477
16.76
3.4670
17.37
3.5897
17.99
3.7155
18.64
3.8448
19.30
4一次侧（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t仁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：
Qqh.rqh5（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；qc-Cc（t2-ti）是冷却水吸收的热量。
式中：
Q------换热量，KW
qh------饱和蒸汽的质量流量，Kg/s，此处取14t/h即3.89Kg/s
r蒸汽的汽化潜热，KJ/Kg,2.0MPa、214C条件下饱和蒸汽的气化潜热
值为890.0KJ/Kg
Ts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
214C
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）
时的比热容，代入t,=40C，t2=60C，则水在50C时的比热容为4.178
KJ/（Kg.C）
代入数值，计算得总传热量为
Qqh.rqh.5（Ts-T2）
4.258KJ/（Kg.C）（214C-50C）
3.89Kg/s890KJ/Kg3.89Kg/s
6178.53KW
四冷却水质量流量计算
Qqh.rqh'ch（TS-T2）qc.cc（t2-t1）。
其中Qqh.rqh-ch（TS-T2）=6178.53KW
则qC.cC（t2-1）=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
Q
K.Tm
式中：
A——换热面积，m2
Q------总换热量（传热功率），W，
Tm-—传热面平均温差，C
K总传热系数W/m2C
2传热面平均温差的计算
（2）当
T2-ti时:
（1）当T「t2T2-X时:
TmTl-t2
m
T2-t1Ln
T1-t2
此处，
T1-t2
214-60
154CT2-t1
Tm
（T1-t2）-
-（T2-t1）
154-1052.75C
（3）当T1-t2T2-t1时:
仃2-t1）-（T1-t2）
50-4010C
Ln15.4
Ln二2
T2-t1
3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1C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=1C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/m2Corkcal/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:
K12
其中：
k总传热系数（W/m°C）
a------一次测的换热系数（W/m2C）
湍流下的传热系数计算公式
10.023」（d1U11）08（-Cp^2）0.3
d111
注：
该公式的使用条件为Re1
如丄4000且0.6Pr1
08C
）0.8（-
2
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］，
U1—一次侧流体的流速［m/s］,
1—一次侧流体的密度［kg/m］,
1—一次侧流体的粘度［PaS］,
CP1—一次侧流体的比热［J/kgC］,
二次测的换热系数（W/m2C）
湍流下的传热系数计算公式
式中：
2—二次侧流体导热系数［W/m-C］,
注：
该公式的使用条件为Re2
d^224000且0.6Pr2
Cp22
160
2
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/m3],
2—二次侧流体的粘度［PaS］,
Cp2—二次侧流体的比热［J/kgG］,
卜——传热板片的厚度（m）,4mm
花-一板片的导热系数（W/m°C），换热器板材采用OCr18Ni9耐热不锈钢,
其导热系数为16.2W/mC
R1------一次侧的污垢系数（m2C/W），取0.000009m2C/W
R2------二次侧的污垢系数（m2C/W），取0.000052m2C/W
换热器中的污垢热阻值
液体名称
污垢热阻
（m2.C/W）
液体名称
污垢热阻
（m2.C/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
0.000009~0.000043
城市用硬水（加热时）
0.000043
植物油
0.000007~0.000052
处理过的冷却水
0.000034
有机溶剂
0.000009~0.000026
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
0.000009~0.000052
河水、运河水
0.000043
3.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）0.8（沁严
d111
1—一次侧流体导热系数［W/m-C］，
水的导热系数表
温度C
导热系数W/mC
0
0.50
10
0.58
20
0.60
30
0.62
40
0.64
50
0.65
60
0.66
70
0.67
80
0.68
蒸汽
0.0235——0.025
此处取蒸汽的导热系数为0.0235W/m•
dl—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=i6mm
次侧流体的密度[kg/m3],
在214C时，蒸汽的密度为10.37kg/m3,
U1—一次侧流体的流速[m/s],
u1.H.b1.13.89Kg/s
u115.63n/s
1—一次侧流体的粘度[PaS],
3此处取蒸汽的粘度为0.0163510PaS
蒸汽粘度表
饱和蒸汽温度'C
粘度mPa.s
100
0.01255
150
0.01445
200
0.01635
250
0.01827
300
0.02024
350
0.02218
400
0.02412
cp1—一次侧流体的比热[J/kgG],
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3.001KJ/kgE
带入以上数据求得
10.023」（dlUl1）0.8（CpL2）0.
diii
531.98W/mC
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0.64W/m-Cd2—通道2的当量直径[m],
取螺旋板宽度H=1500mm
d2
2Hb2
Hb2
21.50.018
1.50.018
0.0356m
二次侧通道间距为b2=18mm
PaS
带入以上数据求得
2
10161.95W/m
则蒸汽冷凝阶段的总传热系数计算为
1
11
1
1
0.004
R1R2
0.0000090.0000520.002289
K
12
531.98
10161.95
16.2
K
436.87W/m2C
1）0.3
（2）凝结水冷却阶段
C/•>*■）Q1/d1U11\0.8/Cp1
U.U23（）（一
d1
1—一次侧流体导热系数［W/m-r］，取
水的导热系数表
温度C
导热系数W/mC
0
0.50
10
0.58
20
0.60
30
0.62
40
0.64
50
0.65
60
0.66
70
0.67
80
0.68
蒸汽
0.0235——0.025
214r冷凝水的导热系数为0.67W/m「C
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bi=16mm
2Hb121.50.016sc
d110.032m
Hb11.50.016
i—一次侧流体的密度[kg/m],
在214C时，水的密度约为950kg/m3,
U1—一次侧流体的流速[m/s],
u1.H.b1.13.89Kg/s求得
Ui0.17m/s
1—一次侧流体的粘度[PaS],
此处取水的粘度为0.656010-3Pa・S
Cp1—一次侧流体的比热[J/kga],
在214C时，水的比热容为4.438KJ/kgC
带入以上数据求得
10.023—
■,d1u11）0.8（Cp11）0.3
d111
0.023匹°.°32°17950
0.032
0.656010-3
0.8_3°・3
44380.6560103
0.67
W/m-C
1005.8W/mC
d2
2Hb2
Hb2
21.50.018
1.50.018
0.0356m
2—二次侧流体的密度[kg/m3],
水在40C时的密度为992.212kg/m3
U2—二次侧流体的流速[m/s],
u2.H.b2.273.9Kg/s求得
Ui2.76m/s
2—二次侧流体的粘度[PaS],
查表可得，水在40C时的粘度为0.6560x10-3Pa
Cp2—二次侧流体的比热[J/kg],
查表得水在40T时的比热容为4.178KJ/kg「C
带入以上数据求得
d2U22）0.8（CP22）0.4
22
2
10161.95W/m
则蒸汽冷凝阶段的总传热系数计算为
（3）则K
714.8436.87
2
575.84W/m2C
K714.8W/m2C
4换热面积的计算
K.Tm
K575.84W/m2C
Tm52.75C
代入数据求得，换热面积为
Q
K.Tm6178530
575.8452.75
203.4m2
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
220C
最咼工作压力
2.0MPa
换热量
6178.53KW
换热面积
2
203.4m
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
查表得水在40C时的比热容为4.178KJ/kg-C
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