前幾天一位網友給我發郵件咨詢了一個問題,他們對自己設計的夾套式換熱器換熱面積計算有疑惑。學學半嘛,回答網友問題的同時,自己又梳理了一遍內容,整理發出來,一是自己做個電子筆記,二是與有需要的朋友分享,覺得有用能幫到您的請點個贊。
以網友的問題案例(汽水換熱),答復原文及計算如下:
1、加熱器計算共9個參數,1熱流量、2傳熱系數與換熱面積、3對數平均溫差、4冷側流體質量流量與比熱容、5熱側流體質量流量與比熱容、67熱側流體進出口溫度、89冷側流體進出口溫度,需要知道其中5個就可以計算。
2、基本計算原理是熱平衡。
3、假設你的水是常壓,從20℃加熱到100℃零界點就可以,無須汽化,溫升控制1.3℃/min,需要時間=80℃÷1.3℃/min=62min,按1個小時處理,內膽水容積按1m3常壓計算,即1小時要把1m3水從20℃加熱到100℃。
4、熱側流體放熱量×熱效率(設計一般按100%考慮)=冷側流體吸熱量,從20℃加熱到100℃,平均溫度60℃,密度1000kg/m3,比熱容4.2kJ/(kg.℃),則水的吸熱量=1000kg/h*80℃*4.2kJ/(kg.℃)=336000kJ/h。
5、蒸汽假設為0.2MPa.g飽和水蒸氣,溫度133℃,焓值2726kJ/kg,冷凝水溫度105℃,焓值440kJ/kg,需要蒸汽流量=336000kJ/h÷(2726-440)kJ/kg=147kg/h,可以取150kg/h。
4、現在有了換熱量336000kJ/h,水進口溫度20℃,水出口溫度100℃,水流量1m3/h,蒸汽進口溫度133℃,冷凝水出口溫度105℃,蒸汽流量150kg/h。
5、蒸汽和水都從上面進,下面出,為順流,對數平均溫差=((133-20)-(105-100))/ln((133-20)/(105-100))=34.6381℃
6、304不銹鋼材質,圓筒、水-水蒸氣換熱,總傳熱系數按2000W/(m2.℃)計算,換熱面積=換熱量÷對數平均溫差÷傳熱系數=(336000kJ/h÷3600kJ/kW)÷(34.6381℃*2kW/(m2.℃))=1.35m2
7、假設中這個熱側是水蒸氣變為過冷水,存在相變和過冷,所以應該分段考慮,按上述流程原理,先計算冷凝段放熱量及換熱面積,再計算過冷段放熱量及換熱面積;若實際不過冷不必分段計算。
各參數相關數據可以根據設計情況進行替換和查詢手冊另尋。
同時,在交流過程中,還有幾個問題,也可能是許多網友常見的問題,列出如下:
1、一般換熱器熱效率設計都是100%,實際運行也在98%以上。熱效率與板的厚度沒關系,介質換熱界面的板的厚薄最多影響換熱速率,換熱器的熱效率是由換熱器熱損失決定的也就是換熱器的散熱情況,保溫做好了都差不多。
2、總傳熱系數就是K,具體確定非常麻煩,一般需要試驗,設計只能取經驗值。
3、因為在換熱過程中蒸汽側有個節點就是汽-水分界面,上面為冷凝段,下面為過冷段,實際上兩段的對數溫差、傳熱系數都是不一樣的。