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300～400℃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：(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=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。(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─ρ=Kg/m3；压力─P=MPa；温度─t=℃温度t℃02468压力P密度ρ压力P密度ρ压力P密度ρ压力P密度ρ压力P密度ρ1001101201301401501601701801902002102202302400.10130.14330.19850.27010.36140.47600.61810.79201.00271.25511.55481.90772.31982.79753.34770.59770.82651.1221.4971.9672.5483.2604.1235.1606.3977.8649.59311.6214.0016.760.10880.15320.21140.28670.38230.50210.65020.83101.04961.31111.62101.98522.40982.90103.46700.63880.87981.1901.5832.0732.6793.4204.3165.3916.6718.1889.97412.0714.5217.370.11670.16360.22500.30410.40420.52920.68350.87161.09831.36901.68922.06502.50263.00853.58970.69520.93591.2611.6722.1852.8163.5864.5155.6296.9558.52210.3712.5315.0517.990.12500.17460.23930.32220.42710.55770.71830.91371.14871.42891.75972.14742.59813.11853.71550.72770.99481.3361.7662.3012.9583.7584.7235.8777.2488.86810.7713.0015.6118.640.13390.18630.25430.34140.45100.58720.75440.95731.20101.49091.83262.23232.69633.23163.84480.77581.0571.4151.8642.4223.1063.9374.9376.3127.5519.22511.1913.4916.1819.304一次侧（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：)t-(t.)T-(T.r.122ScchhhcqcqqQ其中r.hq是饱和蒸汽凝结所放出的热量；)T-(T.2Shhcq是饱和水温度降至目标温度时所需放出的温度；)t-(t.12cccq是冷却水吸收的热量。式中：Q------换热量，KWhq------饱和蒸汽的质量流量，Kg/s，此处取14t/h即3.89Kg/sr----------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/KgST----------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℃hc----------热流体的平均常压比热容，KJ/(Kg.℃)，即冷凝水在平均温度22TTS时的比热容，代入ST=214℃，2T=50℃，则水在132℃时的比热容为4.258KJ/(Kg.℃)2T----------冷凝水出口温度，此处为60℃cq----------换热所需冷却水的质量流量,Kg/s。这是一个待确定的参数cc----------冷流体的平均常压比热容，KJ/(Kg.℃)，即冷却水在平均温度221tt时的比热容，代入1t=40℃，2t=60℃，则水在50℃时的比热容为4.178KJ/(Kg.℃)1t----------冷却水的入口温度，40℃2t---------冷却水的出口温度，60℃代入数值，计算得总传热量为KW6178.53C)50-C(214C)./(258.4/89.3/890/3.89)T-(T.r.2SKgKJsKgKgKJsKgcqqQhhh四冷却水质量流量计算)t-(t.)T-(T.r.122ScchhhcqcqqQ。其中)T-(T.r.2ShhhcqqQ=KW6178.53则)t-(t.12cccq=KW6178.53代入各参数的数值求得cq=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mTKQA.式中：A------换热面积，2mQ------总换热量（传热功率），W，mT----传热面平均温差，℃K--------总传热系数C2W/m2传热面平均温差的计算（1）当1221--tTtT时：12211221--)-(-)-(tTtTLntTtTTm（2）当1221--tTtT时：21-tTTm（3）当1221--tTtT时：21122112--)-(-)-(tTtTLntTtTTm此处，CtT15460-214-21CtT1040-50-12CLntTtTLntTtTTm52.7515.401-541--)-(-)-(122112213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Δt=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/m2℃orkcal/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：2121111RRK其中：k------总传热系数(W/m2℃)α1------一次测的换热系数(W/m2℃)湍流下的传热系数计算公式0.31118.01111111)()(023.0pcudd注：该公式的使用条件为400011111udRe且1606.01111prcP式中：1—一次侧流体导热系数[W/m·℃]，1d—通道1的当量直径[m]，1u—一次侧流体的流速[m/s]，1—一次侧流体的密度[kg/m3]，1—一次侧流体的粘度[Pa·S]，1pc—一次侧流体的比热[J/kg·℃]，α2------二次测的换热系数(W/m2℃)湍流下的传热系数计算公式0.42228.02222222)()(023.0pcudd注：该公式的使用条件为400022222udRe且16026.0222prcP式中：2—二次侧流体导热系数[W/m·℃]，2d—通道2的当量直径[m]，2u—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[Pa·S]，2pc—二次侧流体的比热[J/kg·℃]，δ------传热板片的厚度(m)，4mmλ------板片的导热系数(W/m℃)，换热器板材采用918NiOCr耐热不锈钢，其导热系数为16.2W/m℃R1------一次侧的污垢系数(m2℃/W)，取0.000009m2℃/WR2------二次侧的污垢系数(m2℃/W)，取0.000052m2℃/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0.000009~0.000043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0.0000433.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0.31118.01111111)()(023.0pcudd1—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/m·℃00.50100.58200.60300.62400.64500.65600.66700.67800.68蒸汽0.0235-----0.025此处取蒸汽的导热系数为0.0235W/m·℃1d—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1b=16mmmbHHbd032.0016.05.1016.05.1221111—一次侧流体的密度[kg/m3]，在214℃时，蒸汽的密度为10.37kg/m3，1u—一次侧流体的流速[m/s]，Kg/s3.89...111bHu求得15.63m/s1u1—一次侧流体的粘度[Pa·S]，此处取蒸汽的粘度为-3100.01635Pa·S蒸汽粘度表饱和蒸汽温度℃粘度mPa.s1000.012551500.014452000.016352500.018273000.020243500.022184000.024121pc—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3.001KJ/kg·℃带入以上数据求得Ccuddp20.33-0.83-0.31118.01111111531.98W/m0.0235100.016353001100.0163510.3715.630.0320.0320.02350.023)()(023.00.42228.02222222)()(023.0pcudd式中：2—二次侧流体导热系数[W/m·℃]，查表得水在40℃时的导热系数为0.64W/m·℃2d—通道2的当量直径[m]，取螺旋板宽度H=1500mm二次侧通道间距为2b=18mmmbHHbd5603.0801.05.1801.05.1222222—二次侧流体的密度[kg/m3]，水在40℃时的密度为992.212kg/m32u—二次侧流体的流速[m/s]，Kg/s73.9...222bHu求得2.76m/s1u2—二次侧流体的粘度[Pa·S]，查表可得，水在40℃时的粘度为0.6560×10-3Pa·S2pc—二次侧流体的比热[J/kg·℃]，查表得水在40℃时的比热容为4.178KJ/kg·℃带入以上数据求得Ccuddp