蒸汽换热器的选型计算

螺旋板式操纵温度在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，目前普遍用于化工、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搅扰，低雷诺数(Re=1400～1800)下便可达到湍流，允许流速大(液体为2m/s，气体为20m/s)，故传热系数大.

(2)不容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容易沉积下来.

(3)能利用低温热源由于流道长并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，受密封垫片资料性能的限制，其操纵温度一般不克不及高于200℃，并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进行计较 2 饱和蒸汽压力

换热器饱和蒸汽入口处的最高压力在左右

3 饱和蒸汽温度

饱和蒸汽最低温度依照214℃进行计较

饱和蒸汽密度表单位：密度─ρ=Kg/m3；压力─P=MPa；温度─t=℃

温度 t℃ 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 0 压力 P 密度 ρ 压力 P 2 密度 ρ 压力 P 4 密度 ρ 压力 P 6 密度 ρ 压力 P 8 密度 ρ 4 一次侧（低温侧）、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)计较

有相变传热进程计较公式为：

其中qh. r是饱和蒸汽凝结所放出的热量；qh.ch(TS-T2)是饱和水温度降至目标温度时所需放出的温度；qc.cc(t2-t1)是冷却水吸收的热量.

式中：Q------换热量，KW

qh------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，MPa、214℃条件下饱和蒸

汽的气化潜热值为KJ/Kg

TS----------饱和蒸汽入口侧压力下水的饱和温度，在MPa时，水

的饱和温度为214℃

ch----------热流体的平均常压比热容，KJ/(Kg.℃)，即冷凝水在

平均温度

TST22时的比热容，代入TS=214℃，

T2=50℃，则水在132℃时的比热容为KJ/(Kg.℃)

T2----------冷凝水出口温度，此处为60℃

qc----------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t1t2时的比热容，代入t1=40℃，t2=60℃，

2则水在50℃时的比热容为KJ/(Kg.℃)

t1----------冷却水的入口温度，40℃ t2---------冷却水的出口温度，60℃

代入数值，计较得总传热量为

Qqh. rqh.ch(TS-T2) 3.89Kg/s890KJ/Kg3.89Kg/s4.258KJ/(Kg.C)(214C-50C) 6178.53 KW四冷却水质量流量计较

Qqh. rqh.ch(TS-T2)qc.cc(t2-t1).

其中Qqh. rqh.ch(TS-T2)=6178.53 KW 则 qc.cc(t2-t1)=6178.53 KW

代入各参数的数值求得qc=Kg/s,即t/h

五换热面积的初步计较 1 换热面积的计较公式 式中：A------换热面积，m2

Q------总换热量（传热功率），W， Tm----传热面平均温差，℃

K--------总传热系数W/m2C

2 传热面平均温差的计较

（1）当 T1-t2T2-t1时：

（2）当 T1-t2T2-t1时： （3）当 T1-t2T2-t1时：

此处，T1-t2214-60154CT2-t150-4010C 3 总传热系数的计较 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

总传热系数是用来权衡换热器传热阻力的一个参数.传热阻力主要是由传热板片资料和厚度、污垢和流体自己等因素组成.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的计较办法

总的传热系数用下式计较：

111R1R2其中： K12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较公式

注：该公式的使用条件为Re1d1u114000 且0.6Pr11cp111160

式中：1—一次侧流体导热系数[W/m·℃ ]，

d1—通道1的当量直径[m]， u1—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]，

℃ ]， cp1—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较公式

注：该公式的使用条件为Re2d2u2224000 且0.6Pr2cp222160

式中：2—二次侧流体导热系数

[W/m·℃ ]，

d2—通道2的当量直径[m]，

u2—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]，

℃ ]， cp2—二次侧流体的比热[J/kg ·

δ------传热板片的厚度(m)，4mm

λ------板片的导热系数(W/m℃) ，换热器板材采取

OCr18Ni9 W/m℃

R1------一次侧的污垢系数(m2℃/W)，取m2℃/W R2------二次侧的污垢系数(m2℃/W)，取m2℃/W

换热器中的污垢热阻值

液 体 名 称 软水或蒸馏水 城市用软水 城市用硬水（加热时） 处理过的冷却水 沿海海水或港湾水 大洋的海水 河水、运河水 污 垢 热 阻 (m.℃/W) 2液 体 名 称 机械夹套水 润滑油水 植物油 有机溶剂 水蒸气 工艺流体、一般流体 污 垢 热 阻 (m.℃/W) 23.K的计较

K值的计较要分两个阶段进行计较，即蒸汽冷凝阶段的冷凝水冷却阶段.

（1） 蒸汽冷凝阶段

1—一次侧流体导热系数[W/m·℃ ]，

水的导热系数表

温度 ℃ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 蒸汽 导热系数 W/m·℃ W/m·℃

d1—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b1=16mm

1—一次侧流体的密度[kg/m3]，

在214℃时，蒸汽的密度为 kg/m3，

u1—一次侧流体的流速[m/s]， u1.H.b1.13.89 Kg/s 求得

1—一次侧流体的粘度[Pa·S]，

此处取蒸汽的粘度为0.0163510Pa·S

-3蒸汽粘度表

饱和蒸汽温度℃ 100 150 200 250 300 350 400 粘度 ℃ ]， cp1—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KJ/kg ·℃

带入以上数据求得

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W/m·℃

d2—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b2=18mm

2—二次侧流体的密度[kg/m3]，

水在40℃时的密度为 kg/m3

u2—二次侧流体的流速[m/s]，

u2.H.b2.273.9 Kg/s 求得

2—二次侧流体的粘度[Pa·S]，

查表可得，水在40℃时的粘度为

×10-3 Pa·S

℃ ]， cp2—二次侧流体的比热[J/kg ·

查表得水在40℃KJ/kg ·℃ 带入以上数据求得

则蒸汽冷凝阶段的总传热系数计较为

（2） 凝结水冷却阶段

1—一次侧流体导热系数[W/m·℃ ]，取

水的导热系数表

温度 ℃ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 蒸汽 导热系数 W/m·℃ 214℃冷凝水的导热系数为 0.67 W/m·℃

d1—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b1=16mm

1—一次侧流体的密度[kg/m3]，

在214℃时，水的密度约为950 kg/m

u1—一次侧流体的流速[m/s]， u1.H.b1.13.89 Kg/s 求得

3，

1—一次侧流体的粘度[Pa·S]，

此处取水的粘度为0.656010Pa·S

-3℃ ]， cp1—一次侧流体的比热[J/kg ·

在214℃时，水的比热容为4.438KJ/kg ·℃ 带入以上数据求得

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W/m·℃

d2—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b2=18mm

2—二次侧流体的密度[kg/m3]，

水在40℃时的密度为 kg/m3

u2—二次侧流体的流速[m/s]，

u2.H.b2.273.9 Kg/s 求得

2—二次侧流体的粘度[Pa·S]，

查表可得，水在40℃时的粘度为

×10-3 Pa·S

℃ ]， cp2—二次侧流体的比热[J/kg ·

查表得水在40℃KJ/kg ·℃ 带入以上数据求得

则蒸汽冷凝阶段的总传热系数计较为 （3）则KKK714.8436.87575.84W/m2C 224 换热面积的计较 其中 Q6178530W

代入数据求得，换热面积为 六 螺旋板式换热器的选型要求

材质 板厚 螺旋板宽度 蒸汽通道间距 冷却水通道间距 最高任务温度 最高任务压力 换热量 换热面积 OCr18Ni9 耐热不锈钢 4mm 1500mm 16mm 18mm 220℃ MPa KW m2 参考山东寿光亚亨公司的相关产品，满足选型的要求的螺旋板换热器的相关参数为： 换热量：5965KW 换热面积：180m2

高：

直径：1.8m 重量：7220Kg