蒸汽換熱器的選型計(jì)算

1、一 換熱器結(jié)構(gòu)形式的選擇螺旋板式操作溫度在300400以下，整個(gè)換熱器焊為一體，密封性良好螺旋板換熱器直徑在1.5m之內(nèi)，板寬2001200mm，板厚24mm，兩板間距525mm，可用普通鋼板和不銹鋼制造，目前廣泛用于化工、輕工、食品等行業(yè)。其具有以下特點(diǎn)：(1)總傳熱系數(shù)高 由于流體在螺旋形通道內(nèi)受到慣性離心力的作用和定距柱的干擾，低雷諾數(shù)(Re=14001800)下即可達(dá)到湍流，允許流速大(液體為2m/s，氣體為20m/s)，故傳熱系數(shù)大。 (2)不易結(jié)垢和堵塞 由于流速較高且在螺旋形通道中流過，有自行沖刷作用，故流體中的懸浮物不易沉積下來。(3)能利用低溫?zé)嵩?由于流道長而且兩流體可達(dá)到

2、完全逆流，因而傳熱溫差大，能充分利用溫度較低的熱源。(4)結(jié)構(gòu)緊湊 由于板薄24mm，單位體積的傳熱面積可達(dá)到150500m2/m3。相對(duì)于螺旋板式換熱器，板式換熱器處理量小，受密封墊片材料性能的限制，其操作溫度一般不能高于200，而且需要經(jīng)常進(jìn)行清洗,不適于用在蒸汽冷凝的場(chǎng)合。綜上原因，選擇螺旋板式換熱器作為蒸汽冷凝設(shè)備。二 大流量換熱器選型參數(shù)1 一次側(cè)介質(zhì)質(zhì)量流量 按最大質(zhì)量流量14t/h進(jìn)行計(jì)算2 飽和蒸汽壓力 換熱器飽和蒸汽入口處的最高壓力在2.0MPa左右3 飽和蒸汽溫度 飽和蒸汽最高溫度按照 214進(jìn)行計(jì)算飽和蒸汽密度表單位：密度=Kg/m3；壓力P=MPa；溫度t=溫度t024

3、68壓力P密度壓力P密度壓力P密度壓力P密度壓力P密度1001101201301401501601701801902002102202302400.10130.14330.19850.27010.36140.47600.61810.79201.00271.25511.55481.90772.31982.79753.34770.59770.82651.1221.4971.9672.5483.2604.1235.1606.3977.8649.59311.6214.0016.760.10880.15320.21140.28670.38230.50210.65020.83101.04961.31111

4、.62101.98522.40982.90103.46700.63880.87981.1901.5832.0732.6793.4204.3165.3916.6718.1889.97412.0714.5217.370.11670.16360.22500.30410.40420.52920.68350.87161.09831.36901.68922.06502.50263.00853.58970.69520.93591.2611.6722.1852.8163.5864.5155.6296.9558.52210.3712.5315.0517.990.12500.17460.23930.32220.4

5、2710.55770.71830.91371.14871.42891.75972.14742.59813.11853.71550.72770.99481.3361.7662.3012.9583.7584.7235.8777.2488.86810.7713.0015.6118.640.13390.18630.25430.34140.45100.58720.75440.95731.20101.49091.83262.23232.69633.23163.84480.77581.0571.4151.8642.4223.1063.9374.9376.3127.5519.22511.1913.4916.1

6、819.304 一次側(cè)（高溫側(cè)）、二次側(cè)（低溫側(cè)）的進(jìn)出口溫度熱側(cè)入口溫度 T1=214熱側(cè)出口溫度 T2=50冷側(cè)進(jìn)口溫度 t1=40冷側(cè)出口溫度 t2=60三 總傳熱量(單位:kW)計(jì)算有相變傳熱過程計(jì)算公式為：其中是飽和蒸汽凝結(jié)所放出的熱量；是飽和水溫度降至目標(biāo)溫度時(shí)所需放出的溫度；是冷卻水吸收的熱量。式中：-換熱量，KW -飽和蒸汽的質(zhì)量流量，Kg/s，此處取14t/h即3.89 Kg/s -蒸汽的汽化潛熱，KJ/Kg，2.0MPa、214條件下飽和蒸汽的氣化潛熱值為890.0KJ/Kg -飽和蒸汽入口側(cè)壓力下水的飽和溫度，在2.0MPa時(shí)，水的飽和溫度為214 -熱流體的平均常壓比熱

7、容，KJ/(Kg.)，即冷凝水在平均溫度時(shí)的比熱容，代入=214，=50，則水在132時(shí)的比熱容為4.258 KJ/(Kg.) -冷凝水出口溫度，此處為60 -換熱所需冷卻水的質(zhì)量流量, Kg/s 。這是一個(gè)待確定的參數(shù) -冷流體的平均常壓比熱容，KJ/(Kg.)，即冷卻水在平均溫度 時(shí)的比熱容，代入=40，=60，則水在50時(shí)的比熱容為4.178 KJ/(Kg.) -冷卻水的入口溫度，40 -冷卻水的出口溫度，60代入數(shù)值，計(jì)算得總傳熱量為四 冷卻水質(zhì)量流量計(jì)算 。 其中= 則 = 代入各參數(shù)的數(shù)值求得=73.9Kg/s,即266.2t/h五 換熱面積的初步計(jì)算 1 換熱面積的計(jì)算公式 式中

8、：-換熱面積， -總換熱量（傳熱功率）， -傳熱面平均溫差， -總傳熱系數(shù) 2 傳熱面平均溫差的計(jì)算（1）當(dāng) 時(shí)： （2）當(dāng) 時(shí)： （3）當(dāng) 時(shí)： 此處， 3 總傳熱系數(shù)的計(jì)算1.K的物理意義物理意義：冷熱流體溫度差為1時(shí)，單位面積單位時(shí)間內(nèi)導(dǎo)入(或?qū)С?的熱量，J ?；颍嚎倐鳠嵯禂?shù)在數(shù)值上等于單位溫度差下的總傳熱通量。當(dāng)t=1時(shí)，K=dQ/dS總傳熱系數(shù)是用來衡量換熱器傳熱阻力的一個(gè)參數(shù)。傳熱阻力主要是由傳熱板片材料和厚度、污垢和流體本身等因素構(gòu)成。單位：W/m2or kcal/h，m2?？倐鳠嵯禂?shù)倒數(shù)1/K代表間壁兩側(cè)流體傳熱的總熱阻。2.K的計(jì)算方法總的傳熱系數(shù)用下式計(jì)算：其中：k-總傳

9、熱系數(shù)(W/m2)1-一次測(cè)的換熱系數(shù)(W/m2)湍流下的傳熱系數(shù)計(jì)算公式 注：該公式的使用條件為 且 式中： 一次側(cè)流體導(dǎo)熱系數(shù)W/m ，通道1的當(dāng)量直徑m，一次側(cè)流體的流速m/s，一次側(cè)流體的密度kg/m3，一次側(cè)流體的粘度PaS，一次側(cè)流體的比熱J/kg ， 2-二次測(cè)的換熱系數(shù)(W/m2)湍流下的傳熱系數(shù)計(jì)算公式 注：該公式的使用條件為 且 式中： 二次側(cè)流體導(dǎo)熱系數(shù)W/m ，通道2的當(dāng)量直徑m，二次側(cè)流體的流速m/s，二次側(cè)流體的密度kg/m3，二次側(cè)流體的粘度PaS，二次側(cè)流體的比熱J/kg ，-傳熱板片的厚度(m)，4mm-板片的導(dǎo)熱系數(shù)(W/m) ，換熱器板材采用耐熱不銹鋼，其

10、導(dǎo)熱系數(shù)為16.2 W/mR1-一次側(cè)的污垢系數(shù)(m2/W)，取0.000009 m2/WR2-二次側(cè)的污垢系數(shù)(m2/W)，取0.000052 m2/W換熱器中的污垢熱阻值液 體 名 稱污 垢 熱 阻(m2./W)液 體 名 稱污 垢 熱 阻(m2./W)軟水或蒸餾水0.000009機(jī)器夾套水0.000052城市用軟水0.000017潤滑油水0.0000090.000043城市用硬水（加熱時(shí)）0.000043植物油0.0000070.000052處理過的冷卻水0.000034有機(jī)溶劑0.0000090.000026沿海海水或港灣水0.000043水蒸氣0.000009大洋的海水0.00002

11、6工藝流體、一般流體0.0000090.000052河水、運(yùn)河水0.0000433.K的計(jì)算 K值的計(jì)算要分兩個(gè)階段進(jìn)行計(jì)算，即蒸汽冷凝階段的冷凝水冷卻階段。（1） 蒸汽冷凝階段 一次側(cè)流體導(dǎo)熱系數(shù)W/m ， 水的導(dǎo)熱系數(shù)表溫度 導(dǎo)熱系數(shù) W/m00.50100.58200.60300.62400.64500.65600.66700.67800.68蒸汽0.0235-0.025 此處取蒸汽的導(dǎo)熱系數(shù)為0.0235 W/m通道1的當(dāng)量直徑m， 取螺旋板寬度 =1500mm 一次側(cè)通道間距為=16mm 一次側(cè)流體的密度kg/m3， 在214時(shí)，蒸汽的密度為10.37 kg/m3，一次側(cè)流體的流速m

12、/s， 求得 一次側(cè)流體的粘度PaS， 此處取蒸汽的粘度為PaS蒸汽粘度表飽和蒸汽溫度粘度mPa.s1000.012551500.014452000.016352500.018273000.020243500.022184000.02412一次側(cè)流體的比熱J/kg ，查閱飽和蒸汽特性數(shù)據(jù)表可得，在214時(shí)，飽和蒸汽的比熱容為3.001 KJ/kg 帶入以上數(shù)據(jù)求得式中： 二次側(cè)流體導(dǎo)熱系數(shù)W/m ，查表得水在40時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.64 W/m通道2的當(dāng)量直徑m， 取螺旋板寬度 =1500mm 二次側(cè)通道間距為=18mm 二次側(cè)流體的密度kg/m3，水在40時(shí)的密度為 992.212 kg/m3

13、二次側(cè)流體的流速m/s， 求得 二次側(cè)流體的粘度PaS，查表可得，水在40時(shí)的粘度為0.656010-3 PaS 二次側(cè)流體的比熱J/kg ， 查表得水在40 時(shí)的比熱容為4.178 KJ/kg 帶入以上數(shù)據(jù)求得則蒸汽冷凝階段的總傳熱系數(shù)計(jì)算為（2） 凝結(jié)水冷卻階段 一次側(cè)流體導(dǎo)熱系數(shù)W/m ，取水的導(dǎo)熱系數(shù)表溫度 導(dǎo)熱系數(shù) W/m00.50100.58200.60300.62400.64500.65600.66700.67800.68蒸汽0.0235-0.025 214冷凝水的導(dǎo)熱系數(shù)為 0.67 W/m通道1的當(dāng)量直徑m，取螺旋板寬度 =1500mm一次側(cè)通道間距為=16mm 一次側(cè)流體的

14、密度kg/m3， 在214時(shí)，水的密度約為950 kg/m3，一次側(cè)流體的流速m/s， 求得 一次側(cè)流體的粘度PaS， 此處取水的粘度為PaS一次側(cè)流體的比熱J/kg ， 在214時(shí)，水的比熱容為4.438 KJ/kg 帶入以上數(shù)據(jù)求得式中： 二次側(cè)流體導(dǎo)熱系數(shù)W/m ，查表得水在40時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.64 W/m通道2的當(dāng)量直徑m， 取螺旋板寬度 =1500mm 二次側(cè)通道間距為=18mm 二次側(cè)流體的密度kg/m3，水在40時(shí)的密度為 992.212 kg/m3二次側(cè)流體的流速m/s， 求得 二次側(cè)流體的粘度PaS，查表可得，水在40時(shí)的粘度為0.656010-3 PaS 二次側(cè)流體的比熱J/kg ， 查表得水在40 時(shí)的比熱容為4.178 KJ/kg 帶入以上數(shù)據(jù)求得則蒸汽冷凝階段的總傳熱系數(shù)計(jì)算