换热器、热网加热器计算示例

管壳式换热器选型计算书编写：张景富西安协力动力科技有限公司二零一零年九月十三日、换热器的工艺计算及工艺条件现在从一台管壳式换热器工艺计算过程来体现工艺条件内容:设计参数壳程:工作介质：蒸汽、水进口温度：135C管程：工作介质：含碱水进口温度：80C液体比重：1.252.工艺计算冷源：q=300mT仁135C取ac=2000kcal/m2Ps=0.2Mpa出口温度：90CPt=0.3Mpa出口温度：110C比热：0.850.86比重:丫=1.25g/cm3T2=135Ct仁80ChCah=10000kcal/m蒸汽流量135nVh水流量300nVh比热c=0.86J/kgCt2=110ChC换热管规格：19X1其内径d1=0.017m外径d2=0.019m中径dm=0.018m壁厚S=0.001m金属导热系数入=17.0w/mhC=17.0/1.16222=14.6kcal/hC(1)传热系数K丄1Kdmdm二:cd1:hd21F443.7kcal/m2hC取传热系数K=1400kcal/hC(2)平均温差tm(按逆流状态计算)：tm氏，一选_(T1-t2)-(T2-t1)_(135-110)-(90-80),牝,T1-12一,135-110InlnIntT2-t190-80二16.4C(3)传热面积Fqc(t2-t1)Ktm3001250.86(110-8)=421m2140016.4管子根数n(管长L=6mF二d2L421二0.0196=1173程数N单程流速q300/36002-兀2d1n0.017117344=0.313m/s管壳换热器中换热管内水的流速为0.71.5m/sN=1.5/0.313=4.79，可以选择W程标准DN1000W程换热器，19X1的管子，n=1186根，L=6000mm传热面积F=425m2推荐设备材质：管程316L壳程16MnRa. 换热器壁温的计算壳程的壁温：由于有保温，可以取蒸汽的平均温度Tm=1/2(135+90)=112.5C换热管的壁温估算：热流侧Tm=112.5C冷流侧tm=1/2(80+110)=95E换热管的壁温：ttTmantmaac10000+2000-109.6C(4) 换热器接管的计算(a)壳程蒸汽进口蒸汽流速一般取1520m/s进蒸汽截面A=135/(15X3600)=2.5X10-3m接管内径d进汽管取76X4(DN65(b)管程进出管管程流动的是含微量碱的水溶液，当PW0.6Mpa时，其流速为1.52.5m/s进出管流通截面A=300/(2.5X3600)=0.0333m2接管内径d4A40.0333二0.205m取219X6(DN2003.提条件设计参数表及管口表设计数据序号设计参数名称壳程管程1设计压力Mpa0.30.42设计温度C1351103壁温C112.5109.64介质蒸发一次冷凝水蒸发原液5介质特性/含氯离子6800mg/l6主要受压元件材料16MnR316L7程数IV8传热面积m24259换热管规格换热管19X1L=600010换热管结构型式BEM注：管程材质为不锈钢316L,管板材质为16MnR/316L1130,b=52。其中不锈钢管的重量为3287kg，两块管板的总重量为820kg。设备总重量为：6982kg。管口表符号公称尺寸公称压力法兰标准密封面形式用途a2001.0HG20592-97RF水入口b2001.0HG20592-97RF水出口c651.0HG20592-97RF蒸汽入口d651.0HG20592-97RF冷凝水出口e40放空口f40排放口4.设备简图及排管图以直径1000mm的换热器为例:fDN1000IV管程髀总170飾炎0二、热网加热器选型计算书1.甲方提供的热网加热器参数:（1）运行参数：热网加热器入口蒸汽压力：0.39MPa(a)热网加热器入口蒸汽温度：227.03E加热蒸汽取大流里：300t/h加热蒸汽进口热焓：2928.2kJ/kg循环水进口压力：1.7MPa(a)循环水进口温度：70E循环水出口温度：130E循环水流量：2500t/h疏水流量：300t/h疏水温度：143.6E疏水热焓：604.655kJ/kg（2）热网基本参数：热网站耗气量：2X500t/h（额定供热工况）2X600t/h（最大供热工况）热网供回水温度：130/70E本期工程2台机组共4台热网加热器并联运行，每台热网加热器的循环水进口温度为70C，循环水出口温度为130C,4台热网加热器的加热面积应相同。1. 根据甲方提供的参数进行如下选型计算（1）设计参数热流体G=300t/h,冷流体G2=2500t/h,热流体温度=227C,T2=227E,i仁2928.2kJ/kg,i2=604.655kJ/kg冷流体温度ti=70E,t2=130E,ai=2000kcal/川.hE=2324W加c（水沸腾）,ao=10000kcal/川.hE=11622W/mhC（水蒸汽冷凝）入316L=17w/mk;5=8.8X10-5m2E/w（查GB151-99附录F7.2中水蒸气）5rdi=40X10-m2E/w=1（光管）d=0.019mb=0.001m。(2)工艺选型计算Q=G(i1-i2)=(2928.2-604.655)X1000X(300X1000/3600)=194X106W-心_(227-70)-(227-130),也二,(227-70)InInt(227-130)124.6C0.482R=0,P=0.61查得=1,错流tn=tm逆=124.6CK值计算(按照GB151-99附录F计算)d,“d、0.019,“0.019rwln()ln(2304d-2b217)=6.22x10=m21K1KK=(丄rdo)1rw丄(牛)5(牛):o:iAiAi1s1s二(8.810)-6.2210116221丄(举)4010(連):1210*m2C/W:834W/m2C(3003KJ/m2hC)Q=KAktmA=Q/Ktm=194X106/(834X112)壁温计算a.换热管壁温11计算=2077m2热流体侧的壁温按下式计算：tth=Tm-K(1/ah+rdh)tm=226.94-834(1/11622+0.88X10-5)X112=210.7C冷流体侧的壁温按下式计算：tm=0.4t2+0.6t1=0.4X130+0.6X70=94Cttc=tm+K(1/ac+rdc)tm=94+834(1/2324+4X10-4)X112=171.6C换热管壁温tt=1/2(tth+ttc)=1/2(210.7+171.6)=191Cb.圆筒壁温设备壳程有保温，取壳程流体的平均温度227C换热管根数(管长L=7.5m)n=A/(0.0597XL)=2077/(0.0597X7.5)=4639根2. 取10%勺堵管量：n=4639X1.仁5102根据结构设计取5112根，则实际换热面积为2288m2,有效换热面积取值为2080吊程数N94T水的密度P=962kg/m3V=2500X1000/(3600X962)=0.722m3/s单程二0.62m/sV0.722:22dmn0.017511244因管壳式换热器管内流速保持在0.71.5m/s，故这里管程的流速取1.3m/s程数N=1.3/0.62=2.1程即取双程接管大小计算a.蒸汽进口：流速：20m/s密度：13kg/m3蒸汽流量：Q=(300X1000)十13=23077mf/hdA40.321nA=23077/(20X3600)=0.321m2=0.639m取d=0.7m即蒸汽进口为700mmb.循环水进口：流速：2m/s密度：977.8kg/m循环水流量：Q=（2500X1000）十977.8=2557m/hA=2557/(2X3600)=0.355m取d=0.7m即循环水进口为700mm结论经过以上计算，得出以下结论：换热管有效数量为4639根，换热管实际数量为5112根（含10%勺堵管量）有效换热面积为2080m?,实际换热面积为2200m?（含10%谷量）。3. Q=194X106WK:834W/m2C（3003KJ/m2hC）,tFtm逆=0.9X124.6=112C,A=2200m端差：热网加热器的出口温度与被加热水出口温度之差（顺流时）热网加热器的进口温度与被加热水出口温度之差（逆流时）查表得到0.4Mpa的水的饱和蒸汽对应的温度为143.6C所以此设备的端差为143.6-130=13.6C。目录一、换热器的工艺计算及工艺条件二、热网加热器选型计算书三、附录附录A:工业热交换器常用参数推荐值附录B:常用传热单位换算表附录C:常用管径计算方法附录A:工业热交换器常用参数推荐值21工业用换热器中传热系数k值的大致范围K=kcal/mh1由气体到气体K=10302由气体到水K=10503由煤油到水K=300左右4由水到水K=70015005由冷凝蒸汽到水K=25040006由冷凝蒸汽到油K=503007由冷凝蒸汽到沸腾油K=2507502工业用换热器中给热系数a值的大致范围a=kcal/m2hC给热的种类a值的范围蒸汽的滴状冷凝40,000120,000蒸汽的膜状冷凝4,00015,000有机蒸汽的冷凝5002,000水的沸腾50045,000水的加热或冷却20010,000油的加热或冷却501,500过热蒸汽的加热或冷却20100空气的加热或冷却1503工业用换热器中金属导热系数入值的大致范围入=kcal/mhC材料温度入碳素钢10051.8奥氏体不锈钢(18%Cr,8%Ni)100C16.3奥氏体不锈钢(18%Cr,8%Ni)150C17.0注：其他材料的金属导热系数入参见GB151-1999附录F的表F84工业用管壳式换热器内流体流速3的大致范围3=m/s流体种类流速(m/s)管程壳程循环水(冷水)1.02.00.51.5新鲜水0.71.50.51.5低粘度油0.81.80.41.0高粘度油0.51.50.30.8气体530215附录B:常用传热单位换算表传热系数K及给热系数a单位换算表W/m2Ckcal/m2hC2cal/cmsCBTU/ft2hFBTU/in2hF1-18.60421X10-32.39006X10-11.76228X10-31.22242X101.162221-32.77778X10-12.04817X10-31.4224X1044.18400X1043.600X10137.37341X105.12041X105.674464.88241-41.35623X101-36.94444X1028.171X1027.030X10-21.953X1021.440X101导热系数入单位换算表W/mCkcal/mhCcal/cmsCBTU/fthFBTU/inhF1-18.60421X102.39006X10-15.778176X104.81514X101.162221-32.77778X10-16.71968X10-25.59976X1024.18400X1023.600X10122.41909X102.01582X101.729581.48817-34.13379X101-28.33333X102.07533X101.786X10-24.960X101.200X101比热容C的单位换算表J/kgCkcal/kgCBTU/lbF1-42.39006X10-42.39006X1034.1868X1011.000034.1868X101.00001能、功、热量单位换算表JKg(f)mkwhKcalftlb(f)-1-7-4-111.01972X102.77778X102.390X107.376X109.806651-52.724X10-32.34385X107.23363.600X1053.671X10128.604X1062.655X1032-334.18680X104.269X101.163X1013.088X101.356-11.383X10-73.766X10-43.241X101注：本计算书中所采用的单位为k=kcal/m2hCa=kcal/m2hC入=kcal/mhCC=J/kg附录C:常用管径计算方法C1加热蒸汽来汽管径选择C1.1气耗量的计算（G）按公式C1计算GQ3G3i0IkC1式中：G:气耗量，kg/h；Q3：维持循环液温需补充的加热量，J/h；i。：加热蒸汽初焓，J/kg；ik：加热蒸汽终焓，J/kg；C1.2来汽管径（di）按公式C2计算：di4GVo360C2:式中：di:来汽管径，mG:蒸汽量，kg/h；V。：加热蒸汽比容，nVkg;v:管内流速可选取2030m/s。C2混合式加热器的选择C2.1混合式加热器所需的蒸汽量（G）按公式C3计算:Q3io_ihC3式中：G:混合式加热器所需的蒸汽量，kg/h；Q3：系统散热热量，J/h;i：加热蒸汽初焓，J/kg;iH加热蒸汽终焓，J/kg;C2.2加热蒸汽管内径（d2）按公式C4计算：d24GV36004：式中：d2：加热蒸汽管内径，m加热蒸汽蒸汽量，kg/h；V：加热蒸汽比容，m3/kg；v:管内蒸汽流速可选取2030m/s。混合式加热器，一般的蒸汽直接从钢管上的孔眼喷出，并与清洗液混合，进行加热。其孔眼直径为5mm小孔开孔数为100120个，孔眼总截面积应为进汽管截面积的23倍。混合式加热器装在循环泵出口总管上，设计压力为1.57Mpa（16表大气压），设计温度为320E