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300400C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，目前廣泛用丁化工、輕工、食品等行業(yè)。其具有以下特點(diǎn)：(1)總傳熱系數(shù)高由丁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)下即可到達(dá)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 由丁流速較高且在螺旋形通道中流過(guò)，有自行沖刷作用，故流體中(3)能利用低溫?zé)嵩?由丁流道長(zhǎng)而且兩流體可到達(dá)完全逆流，因而傳熱溫

2、差大，能充分(4)結(jié)構(gòu)緊湊 由丁板薄24mm,單位體積的傳熱面積可到達(dá)150500m2/m3相對(duì)丁螺旋板式換熱器，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 度一般不能高丁200C，而且需要經(jīng)常進(jìn)行活洗，不適丁用在蒸汽冷凝的場(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 C進(jìn)行計(jì)算飽和蒸汽密度表單位：密度 一p =Kg/n3；壓力一P=MPa；溫度一t=C溫度tc02468壓力P密度P壓力P密度P壓力P

3、密度P壓力P密度P壓力P密度P1000.10130.59770.10880.63880.11670.69520.12500.72770.13390.77581100.14330.82650.15320.87980.16360.93590.17460.99480.18631.0571200.19851.1220.21141.1900.22501.2610.23931.3360.25431.4151300.27011.4970.28671.5830.30411.6720.32221.7660.34141.8641400.36141.9670.38232.0730.40422.1850.42712.

4、3010.45102.4221500.47602.5480.50212.6790.52922.8160.55772.9580.58723.1061600.61813.2600.65023.4200.68353.5860.71833.7580.75443.9371700.79204.1230.83104.3160.87164.5150.91374.7230.95734.9371801.00275.1601.04965.3911.09835.6291.14875.8771.20216.3121901.25516.3971.31116.6711.36906.9551.42897.2481.49097

5、.5512001.55487.8641.62108.1881.68928.5221.75978.8681.83269.2252101.90779.5931.98529.9742.065010.372.147410.772.232311.192202.319811.622.409812.072.502612.532.598113.002.696313.492302.797514.002.901014.523.008515.053.118515.613.231616.182403.347716.763.467017.373.589717.993.715518.643.844819.304一次側(cè)(高

6、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=214C熱側(cè)出口溫度T2=50 C冷側(cè)進(jìn)口溫度t1=40C冷側(cè)出口溫度t2=60 C三 總傳熱量(單位:kW)計(jì)算有相變傳熱過(guò)程計(jì)算公式為：Q=qh. r qh.cJTs-T2)=qc.cjt2-ti)其中qh. r是飽和蒸汽凝結(jié)所放出的熱量；qh.Ch(Ts-T2)是飽和水溫度降至目標(biāo)溫度時(shí)所 需放出的溫度；qC.cC(t2-11)是冷卻水吸收的熱量。式中：Q換熱量，KWqh-飽和蒸汽的質(zhì)量流量，Kg/s，此處取14t/h即3.89 Kg/sr-蒸汽的汽化潛熱，KJ/Kg , 2.0MPa、214C條件下飽和蒸汽的氣化潛熱值為890.0

7、KJ/KgTS-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214CCh-熱流體的平均常壓比熱容，KJ/(Kg . C)，即冷凝水在平均溫度TS；丁2時(shí)的比熱容，代入TS=214C, T2=50C，那么水在132C時(shí)的比熱容為4.258 KJ/(Kg. C)T2-冷凝水出口溫度，此處為60Cqc-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)Cc-冷流體的平均常壓比熱容，KJ/(Kg. C)，即冷卻水在平均溫度 史旦2時(shí)的比熱容，代入t1=40C, t2=60C,那么水在50C時(shí)的比熱容為4.178KJ/(Kg. C)&- 冷卻水的入口溫度，40 Ct2

8、-冷卻水的出口溫度，60C代入數(shù)值，計(jì)算得總傳熱量為Q = qh. r qh.cJTs-Tz)= 3.89Kg/s 890KJ/Kg 3.89Kg/s 4.258KJ/(Kg. C) (214 C-50 C)= 6178.53 KW四冷卻水質(zhì)量流量計(jì)算Q =qh. r+qh.cJTsF =qc&(t2-ti)。其中Q =qh. r qh.ch(TS-T2) =6178.53 KW那么qc.cc(t2-t1) =6178.53 KW代入各參數(shù)的數(shù)值求得qc=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：A換熱面積，m2總換熱量(傳熱功率)，W ,Tm傳

9、熱面平均溫差，CK-總傳熱系數(shù) W/m2P2傳熱面平均溫差的計(jì)算LTm(T1-t2)-(T2-tl)T2-tiTm二矽2(3)當(dāng)Ti-t2T2-t1時(shí):(2)當(dāng)Ti-t2=T2-ti時(shí):Tm(T2-ti)-(Ti-t2)LnT2-tiTi-t2曰頊空=些主=52.75C Lni5.4LnT2-ti總的傳熱系數(shù)用下式計(jì)算:111-=- +-K：1：2其中：k-總傳熱系數(shù)(W/m2C)a-一次測(cè)的換熱系數(shù)(W/m2C)湍流下的傳熱系數(shù)計(jì)算公式：1=0.023旦()0.8(如)。.31d1七、注：該公式的使用條件為R=d1u1 &?I。且0.6 Pr1=堂、1601E11式中： 扃一一次側(cè)流

10、體導(dǎo)熱系數(shù)W/m C ,d|一通道1的當(dāng)量直徑m,U1一次側(cè)流體的流速m/s,P1一次側(cè)流體的密度kg/m3,料一一次側(cè)流體的粘度Pa S,Cm次側(cè)流體的比熱J/kg G ,p1a -二次測(cè)的換熱系數(shù)(W/m2 C )湍流下的傳熱系數(shù)計(jì)算公式：2 =0.023二().8(虹)0.42d222-d2u/?2_ -cp2土2 _注：該公式的使用條件為Re2=- j- 4000且0.6 ： Pr2=- : 160式中：-2一二次側(cè)流體導(dǎo)熱系數(shù)W/m -C ,d2通道2的當(dāng)量直徑m,U2一二次側(cè)流體的流速m/s,P2一二次側(cè)流體的密度kg/m3,% 一二次側(cè)流體的粘度Pa S,Cp2一二次側(cè)流體的比熱

11、J/kg G ,0傳熱板片的厚度m, 4mm人-板片的導(dǎo)熱系數(shù)W/mC，換熱器板材采用 OCr18Ni9 耐熱不銹鋼,其導(dǎo)熱系數(shù)為16.2 W/mCR1-一 次側(cè)的污垢系數(shù)m2C/W,取0.000009 m2C/WR2-二次側(cè)的污垢系數(shù)m2C/W,取0.000052 m2C/W換熱器中的污垢熱阻值液體名稱污垢熱阻(m2. C /W)液體名稱污垢熱阻(m2. C /W)軟水或蒸留水0.000009機(jī)器夾套水0.000052城市用軟水0.000017潤(rùn)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(guò)的冷卻水0.000034有機(jī)溶劑0

12、.0000090.000026沿海海水或港灣水0.000043水蒸氣0.000009大洋的海水0.000026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：1=0.023二(、)。.8(立)0.316扁一一次側(cè)流體導(dǎo)熱系數(shù)W/m C ,水的導(dǎo)熱系數(shù)表溫度c導(dǎo)熱系數(shù)W/m C00.50100.58200.60300.62400.64500.65600.661700.67800.68蒸汽0.0235-0.025此處取蒸汽的導(dǎo)熱系數(shù)為0.0235 W/m Cdi一通道1的當(dāng)量直徑

13、m,取螺旋板寬度H=1500mm一次側(cè)通道問(wèn)距為b,=16mm必=2 1.5。.。16= 0.032mHb11.5 0.0161一一次側(cè)流體的密度kg/m3,在214C時(shí)，蒸汽的密度為10.37 kg/m3,此+也廣=3.89Kg/s求得Ui=15.63m/s料一一次側(cè)流體的粘度PaS,-3此處取蒸汽的粘度為0.01635 10PaS蒸汽粘度表飽和蒸汽溫度C粘度mPa.s1000.012551500.014452000.016352500.018273000.020243500.022184000.02412查閱飽和蒸汽特性數(shù)據(jù)表可得，在214C時(shí)，飽和蒸汽的比熱容為3.001 KJ/kg G

14、帶入以上數(shù)據(jù)求得Ui次側(cè)流體的流速m/s,CP1次側(cè)流體的比熱J/kg ,1d1U11 0.8Cp1 0.3 i=0.023()()d1-1 10.8_30.3CMC 0.0235 0.032x15.63x10.37、 3001 x 0.01635x 1031=0.023x-x -x i -0.032、0.01635x10 J I 0.0235,2= 531.98W/m2C式中：2一二次側(cè)流體導(dǎo)熱系數(shù)W/m C ,查表得水在40 C時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.64 W/m Cd2通道2的當(dāng)量直徑m,取螺旋板寬度 H=1500mm二次側(cè)通道問(wèn)距為b2=18mmP2一二次側(cè)流體的密度kg/m3,水在40 C

15、時(shí)的密度為992.212 kg/m3U2一二次側(cè)流體的流速m/s,U2.Hb2.P2=73.9Kg/s求得u1=2.76 m/改一二次側(cè)流體的粘度PaS,查表可得，水在40 C時(shí)的粘度為0.6560 x10-3Pa SCp2一二次側(cè)流體的比熱J/kg,查表得水在40 C時(shí)的比熱容為4.178 K J/kg - C帶入以上數(shù)據(jù)求得0.4d22Hb2H b22 1.5 0.0181.5 0.018=0.0356 m： 2=0.023足d2C.8WH加1.5 0.0162d2U22 0.8Cp22 0.42=0.023()()d2-220.8_30.40.640.0356x2.76x992.212、

16、 4178x0.6560K103、=0.023x-乂-3- i -0.0356、0.6560 x10 J、0.64,2=10161.95 W/m2那么蒸汽冷凝階段的總傳熱系數(shù)計(jì)算為111、.110.004一=一 一 一 R R2=- - -0.000009 0.000052 =0.002289K ：1：2，531.98 10161.9516.22-K =436.87W/m C(2)凝結(jié)水冷卻階段：1=0.023久()0.8()0.316 氣 扁一一次側(cè)流體導(dǎo)熱系數(shù)W/m C ,取水的導(dǎo)熱系數(shù)表溫度c導(dǎo)熱系數(shù)W/m C00.50100.58200.60300.62400.64500.65600.

17、66700.67800.68蒸汽0.0235_0.025214 C冷凝水的導(dǎo)熱系數(shù)為0.67 W/m Cd1通道1的當(dāng)量直徑m,取螺旋板寬度 H=1500mm一次側(cè)通道問(wèn)距為b| =16mm2Hb12 1.5 0.016=0.032 mB一一次側(cè)流體的密度kg/m3,在214 C時(shí)，水的密度約為950 kg/m3U1 一次側(cè)流體的流速m/s,Ui.Hbf =3.8Kg/s求得u1=0 . 1 7 m /h一一次側(cè)流體的粘度Pa S,此處取水的粘度為0.6560 10-3Pa SCp1一次側(cè)流體的比熱J/kg,在214C時(shí)，水的比熱容為4.438 KJ/kg G帶入以上數(shù)據(jù)求得：1=0.023史

18、(*3)08(立嚴(yán)d1-1 10.83 .Q3C 0.670.032乂0.17乂950) (4430.656103=0.023乂-乂-.-0.032 i 0.6560 x10 j I 0.67,= 1005.8W/m2C：2 =0.02(d2).8(C).4d2%2式中：兀2一二次側(cè)流體導(dǎo)熱系數(shù)W/m C ,查表得水在40 C時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.64 W/m Cd2通道2的當(dāng)量直徑m,取螺旋板寬度 H=1500mm二次側(cè)通道問(wèn)距為b2=18mmP2一二次側(cè)流體的密度kg/m3,水在40 C時(shí)的密度為992.212 kg/md22Hb2H b22 1.5 0.0181.5 0.018=0.0356 mU2一二次側(cè)流體的流速m/s,u2.H.b2.P2=73.9Kg/s求得Ui=2.76 m /% 一二次側(cè)流體的粘度PaS,查表可得，水在40 C時(shí)的粘度為0.6560 x10-3Pa SCp2一二次側(cè)流體的比熱J/kg