蒸汽换热器的选型计算

1、一 换热器结构形式的选择螺旋板式操作温度在300400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=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。 (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 由于流道长而且两流体可达到

2、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200，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进行计算饱和蒸汽密度表单位：密度=Kg/m3；压力P=MPa；温度t=温度t024

3、68压力P密度压力P密度压力P密度压力P密度压力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 一次侧（高温侧）、二次侧（低温侧）的进出口温度热侧入口温度 T1=214热侧出口温度 T2=50冷侧进口温度 t1=40冷侧出口温度 t2=60三 总传热量(单位:kW)计算有相变传热过程计算公式为：其中是饱和蒸汽凝结所放出的热量；是饱和水温度降至目标温度时所需放出的温度；是冷却水吸收的热量。式中：-换热量，KW -饱和蒸汽的质量流量，Kg/s，此处取14t/h即3.89 Kg/s -蒸汽的汽化潜热，KJ/Kg，2.0MPa、214条件下饱和蒸汽的气化潜热值为890.0KJ/Kg -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214 -热流体的平均常压比热

7、容，KJ/(Kg.)，即冷凝水在平均温度时的比热容，代入=214，=50，则水在132时的比热容为4.258 KJ/(Kg.) -冷凝水出口温度，此处为60 -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.)，即冷却水在平均温度 时的比热容，代入=40，=60，则水在50时的比热容为4.178 KJ/(Kg.) -冷却水的入口温度，40 -冷却水的出口温度，60代入数值，计算得总传热量为四 冷却水质量流量计算 。 其中= 则 = 代入各参数的数值求得=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 式中

8、：-换热面积， -总换热量（传热功率）， -传热面平均温差， -总传热系数 2 传热面平均温差的计算（1）当 时： （2）当 时： （3）当 时： 此处， 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1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=1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/m2or kcal/h，m2。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：其中：k-总传

9、热系数(W/m2)1-一次测的换热系数(W/m2)湍流下的传热系数计算公式 注：该公式的使用条件为 且 式中： 一次侧流体导热系数W/m ，通道1的当量直径m，一次侧流体的流速m/s，一次侧流体的密度kg/m3，一次侧流体的粘度PaS，一次侧流体的比热J/kg ， 2-二次测的换热系数(W/m2)湍流下的传热系数计算公式 注：该公式的使用条件为 且 式中： 二次侧流体导热系数W/m ，通道2的当量直径m，二次侧流体的流速m/s，二次侧流体的密度kg/m3，二次侧流体的粘度PaS，二次侧流体的比热J/kg ，-传热板片的厚度(m)，4mm-板片的导热系数(W/m) ，换热器板材采用耐热不锈钢，其

10、导热系数为16.2 W/mR1-一次侧的污垢系数(m2/W)，取0.000009 m2/WR2-二次侧的污垢系数(m2/W)，取0.000052 m2/W换热器中的污垢热阻值液 体 名 称污 垢 热 阻(m2./W)液 体 名 称污 垢 热 阻(m2./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0.00002

11、6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 一次侧流体导热系数W/m ， 水的导热系数表温度 导热系数 W/m00.50100.58200.60300.62400.64500.65600.66700.67800.68蒸汽0.0235-0.025 此处取蒸汽的导热系数为0.0235 W/m通道1的当量直径m， 取螺旋板宽度 =1500mm 一次侧通道间距为=16mm 一次侧流体的密度kg/m3， 在214时，蒸汽的密度为10.37 kg/m3，一次侧流体的流速m

12、/s， 求得 一次侧流体的粘度PaS， 此处取蒸汽的粘度为PaS蒸汽粘度表饱和蒸汽温度粘度mPa.s1000.012551500.014452000.016352500.018273000.020243500.022184000.02412一次侧流体的比热J/kg ，查阅饱和蒸汽特性数据表可得，在214时，饱和蒸汽的比热容为3.001 KJ/kg 带入以上数据求得式中： 二次侧流体导热系数W/m ，查表得水在40时的导热系数为0.64 W/m通道2的当量直径m， 取螺旋板宽度 =1500mm 二次侧通道间距为=18mm 二次侧流体的密度kg/m3，水在40时的密度为 992.212 kg/m3

13、二次侧流体的流速m/s， 求得 二次侧流体的粘度PaS，查表可得，水在40时的粘度为0.656010-3 PaS 二次侧流体的比热J/kg ， 查表得水在40 时的比热容为4.178 KJ/kg 带入以上数据求得则蒸汽冷凝阶段的总传热系数计算为（2） 凝结水冷却阶段 一次侧流体导热系数W/m ，取水的导热系数表温度 导热系数 W/m00.50100.58200.60300.62400.64500.65600.66700.67800.68蒸汽0.0235-0.025 214冷凝水的导热系数为 0.67 W/m通道1的当量直径m，取螺旋板宽度 =1500mm一次侧通道间距为=16mm 一次侧流体的

14、密度kg/m3， 在214时，水的密度约为950 kg/m3，一次侧流体的流速m/s， 求得 一次侧流体的粘度PaS， 此处取水的粘度为PaS一次侧流体的比热J/kg ， 在214时，水的比热容为4.438 KJ/kg 带入以上数据求得式中： 二次侧流体导热系数W/m ，查表得水在40时的导热系数为0.64 W/m通道2的当量直径m， 取螺旋板宽度 =1500mm 二次侧通道间距为=18mm 二次侧流体的密度kg/m3，水在40时的密度为 992.212 kg/m3二次侧流体的流速m/s， 求得 二次侧流体的粘度PaS，查表可得，水在40时的粘度为0.656010-3 PaS 二次侧流体的比热J/kg ， 查表得水在40 时的比热容为4.178 KJ/kg 带入以上数据求得则蒸汽冷凝阶段的总传热系数计算