蒸汽换热器的选型计算.docx

1、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：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。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

2、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。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214 C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

3、t=C温度02468tC压力密度压力密度压力密度压力密度压力密度PPPPPPPPPP1000.10130.59770.10880.63880.11670.69520.12500.72770.13390.77581100.14330.82650.15320.87980.16360.93590.17460.99480.18631.0571200.19851.1220.21141.1900.22501.2610.23931.3360.25431.4151300.27011.4970.28671.5830.30411.6720.32221.7660.34141.8641400.36141.9670.3

4、8232.0730.40422.1850.42712.3010.45102.4221500.47602.5480.50212.6790.52922.8160.55772.9580.58723.1061600.61813.2600.65023.4200.68353.5860.71833.7580.75443.9371700.79204.1230.83104.3160.87164.5150.91374.7230.95734.9371801.00275.1601.04965.3911.09835.6291.14875.8771.20106.3121901.25516.3971.31116.6711.

5、36906.9551.42897.2481.49097.5512001.55487.8641.62108.1881.68928.5221.75978.8681.83269.2252101.90779.5931.98529.9742.065010.372.147410.772.232311.192202.319811.622.409812.072.502612.532.598113.002.696313.492302.797514.002.901014.523.008515.053.118515.613.231616.182403.347716.763.467017.373.589717.993

6、.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t仁40 C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 qh5（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，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

7、.0MPa、214C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4.258 KJ/(Kg. C)时的比热容，代入t,=40C，t2=60C，则水在50 C时的比热容为4.178KJ/(Kg. C)代入数值，计算得总传热量为Q qh. r qh.5(Ts-T2)4.258KJ/(Kg. C) (214 C-50 C)3.89Kg/s 890KJ/Kg 3.89Kg/s6

8、178.53 KW四冷却水质量流量计算Q qh . r q h ch(TS - T2 ) qc .cc(t 2 - t1)。其中 Q qh. r qh-ch(TS-T2) = 6178.53 KW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QK. Tm式中：A换热面积，m2Q -总换热量(传热功率)， W，Tm -传热面平均温差，CK 总传热系数W/m 2 C2传热面平均温差的计算(2)当T2-ti 时: (1)当 Tt2 T2-X 时:Tm Tl - t2mT2 -t1 LnT1

9、- t2此处，T1 -t2214-60154 C T2 -t1Tm(T1 -t2)-(T2-t1)154-10 52.75 C(3)当 T1 -t2 T2 -t1 时:仃2 - t1 ) -(T1 -t2 )50-40 10 CLn 15.4Ln 二 2T2 -t13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/m2 Cor

10、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:K 1 2其中：k 总传热系数（W/mC ）a -一次测的换热系数（W/m2C）湍流下的传热系数计算公式1 0.023(d1U1 1)08 (-Cp2)0.3d1 1 1注：该公式的使用条件为 Re1如丄 4000 且 0.6 Pr108 C)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Pa S,CP1 一次侧流体的比热J/kg C ,二次测的换热系数（W

11、/m2 C ）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 Re2d2 2 4000 且 0.6 Pr2Cp2 21602d2 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 G ,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16.2 W/mCR1-一次侧的污垢系数（m2C/W），取 0.000009 m2C/WR2-二次侧的污垢系数（m2C/W），取 0.000052

12、 m2C/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0.0000090.000043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

13、段（1）蒸汽冷凝阶段0.023(心)0.8(沁严d1 1 11 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/m C00.50100.58200.60300.62400.64500.65600.66700.67800.68蒸汽0.02350.025此处取蒸汽的导热系数为0.0235 W/m 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10.37 kg/m3,U1 一次侧流体的流速m/s,u1.H.b1. 1 3.89 Kg/su1 15.63n/s1一次侧流体的粘度PaS,3

14、 此处取蒸汽的粘度为0.01635 10 PaS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 G ,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 E带入以上数据求得1 0.023（dlUl 1）0.8（CpL2）0. di i i531.98W/m C式中： 2 二次侧流体导热系数W/mC ,查表得水在40 C时的导热系数为0.64 W/m- C d2 通道2的当量直径m,取螺旋板宽度 H=1

15、500mmd22Hb2H b22 1.5 0.0181.5 0.0180.0356m二次侧通道间距为b2 =18mmPa S带入以上数据求得210161.95 W/m则蒸汽冷凝阶段的总传热系数计算为11 1110.004R1 R20.000009 0.000052 0.002289K1 2531.9810161.9516.2K436.87W/m 2 C1)0.3(2)凝结水冷却阶段C /*)Q 1 / d1 U1 1 0.8 / Cp1U.U23 ( )(一d11 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/m C00.50100.58200.60300.6240

16、0.64500.65600.66700.67800.68蒸汽0.02350.025214 r冷凝水的导热系数为 0.67 W/mCd1 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 =16mm2Hb1 2 1.5 0.016 scd1 1 0.032 mH b1 1.5 0.016i 一次侧流体的密度kg/m ,在214 C时，水的密度约为950 kg/m3,U1 一次侧流体的流速m/s,u1.H.b1. 1 3.89 Kg/s 求得Ui 0.17m/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 a ,在2

17、14C时，水的比热容为4.438 KJ/kg C带入以上数据求得1 0.023 , d1u1 1) 0.8 (Cp1 1 ) 0.3d1 1 10.023 匹 .32 17 9500.0320.6560 10-30.8 _3 34438 0.6560 1030.67W/m- C1005.8W/m Cd22Hb2H 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/m 3U2二次侧流体的流速m/s,u2.H.b2. 2 73.9 Kg/s 求得Ui 2.76m/s2 二次侧流体的粘度Pa S,查表可得，水在40

18、C时的粘度为0.6560 x 10-3 PaCp2 二次侧流体的比热J/kg ,查表得水在40 T 时的比热容为4.178 K J/kg C带入以上数据求得d 2U2 2)0.8( CP 2 2)0.42 2210161.95 W/m则蒸汽冷凝阶段的总传热系数计算为(3)则 K714.8 436.872575.84W/m2 CK 714.8W/m 2 C4换热面积的计算K. TmK 575.84W/m 2 CTm 52.75 C代入数据求得，换热面积为QK. Tm 6178530575.84 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：180 m2高：1.5m直径：1.8m重量：7220Kg查表得水在40 C 时的比热容为4.178 K J/kg -C