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

3

温度t℃

0 2 4 6 8

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

ρ

4 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 .122S c c h h h c q c q q Q =+=

其中r .h q 是饱和蒸汽凝结所放出的热量；

)T -(T .2S h h c q 是饱和水温度降至目标温度时所需放出的温度；)t -(t .12c c c q 是冷却水吸收的热量。 式中：Q ------换热量，KW

h q ------饱和蒸汽的质量流量，Kg/s ，此处取14t/h 即3.89 Kg/s

r ----------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

S T ----------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℃

h c ----------热流体的平均常压比热容，KJ/(Kg .℃)，即冷凝水在平均温度

2

2

T T S +时的比热容，代入S T =214℃，2T =50℃，则水在132℃时的比热容为4.258 KJ/(Kg .℃)

2T ----------冷凝水出口温度，此处为60℃

c q ----------换热所需冷却水的质量流量, Kg/s 。这是一个待确定的参数 c c ----------冷流体的平均常压比热容，KJ/(Kg .℃)，即冷却水在平均温度

2

2

1t t + 时的比热容，代入1t =40℃，2t =60℃，则水在50℃时的比热容为4.178 KJ/(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

KW

6178.53 C)50-C (214C)./(258.4/89.3/890/3.89 )

T -(T .r .2S =︒︒⨯︒⨯+⨯=+=Kg KJ s Kg Kg KJ s Kg c q q Q h h h

四 冷却水质量流量计算

)t -(t .)T -(T .r .122S c c h h h c q c q q Q =+=。

其中)T -(T .r .2S h h h c q q Q +==KW 6178.53 则 )t -(t .12c c c q =KW 6178.53

代入各参数的数值求得c q =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 m

T K Q

A ∆=

. 式中：A ------换热面积，2m

Q ------总换热量（传热功率），W ，

m T ∆----传热面平均温差，℃ K --------总传热系数C ︒2W/m

2 传热面平均温差的计算

（1）当 1221--t T t T >时：

1

2211221--)

-(-)-(t T t T Ln

t T t T T m =

∆

（2）当 1221--t T t T =时： 21-t T T m =∆ （3）当 1221--t T t T <时： 2

1122112--)

-(-)-(t T t T Ln

t T t T T m =

∆

此处，C t T ︒==15460-214-21 C t T ︒==1040-50-12

C Ln t T t T Ln

t T t T T m ︒===

∆52.7515.40

1-541--)-(-)-(1

2211221

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℃or 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：