低压给水加热器设计计算说明书

低压给水加热器设计计算说明书

目录

符号表 (3)

设计任务书 (4)

设计计算过程 (4)

参考文献 (7)

符号表

A——传热面积（m2）

——流量（kg/h）

q

m

L——长度（m）

ν——比体积（m3/kg）

h——焓（J/kg）

K——传热系数[W/（m2• C）] n——传热管数量

Q——换热量

Re——雷诺数

Pr——普朗特数

R——热阻(m2• C/W）

t——温度（ C）

λ——热导率[W/（m• C）] α——表面传热系数[W/（m2• C）] μ——动力粘度（Pa•s）

ρ——密度（kg/m3）

——传热管外径（m）

d

r

——传热管内经（m）

d

i

D——直径（mm）

——流速（m/s）

c

t

s——管心距（mm）

u——汽化潜热kJ/kg

F——安全系数

ξ——局部阻力系数

设计任务书

1. 管侧技术参数：

给水流量：q

6

m

=80t/h

给水进口温度：t

6

=100 C

给水出口温度: t

9

=120 C

管侧压力：0.5MPa

2.壳侧技术参数

蒸汽压力：0.2MPa

蒸汽入口温度：t

1

=130 C

疏水出口温度：t

5

=120.24 C

3. 设计一台低压给水加热器

设计计算过程

1.由《工程热力学》（第四版，严家騄编著）附表8查得在0.5MPa，100 C状态下水的焓值

h 6=419.36kJ/kg，120 C时水的焓值h

9

=503.97kJ/kg

换热量Q

Q=q

6

m （h

9

-h

6

）=1880.2kJ/s

2. 查GB 151-1999先取锡黄铜铜管管外径d

r =19mm，壁厚s=2mm，则d

i

=d

r

-2s=15mm

查《轻工化工设备及设计》70页，管程中流速范围是0.5-3.0m/s，选取流速c

t

=0.95m/s

查《工程热力学》附表7得管侧水的平均比体积

w

=0.00105165m3/kg

管子根数n

n=t

i w

m c d q 2

643600πν⨯=139.2≈140

3. 计算换热面积

对数平均温差t ∆

t ∆=min max min max ln t t t t ∆∆∆-∆=9

16

59165ln )()(t t t t t t t t -----=14.52 C 由《轻工化工设备及设计》68页的K 值范围选取K 的经验值K=1700W/（m 2• C ）

A 计=

tK Q ∆=76.17m 2

4. 换热管有效长度L 0

L 0=r

d n A π=9.1m 根据市售换热管长度和换热管有效长度选用5m 长的换热管，采用双管程，将换热管按正三角排列

查《化工设备机械基础》表7-5，当d r =19mm 时管心距a=25mm

排9层，对角线管数为19根，在弓形部分插入28根

换热器壳体直径D i

正六边形对角线上的管子数b=19

最外层管子的中心到壳壁边缘的距离l=2d r

D i =a （b-1）+2l=526mm

圆整后取壳体直径D i =600mm

材料选用20R 钢，计算壁厚为

[]c

t i c p D p -=φσδ2 取计算压力c p =1MPa ，φ=0.85，[]t σ=101MPa

故δ=2.99mm

圆整后δ=3mm

布管方式示意图见图纸

5. 壳侧表面传热系数s α的计算

查《传热学》（第四版，杨世铭，陶文铨编著）附录9得ρ=938.95kg/m 3，λ=68.6210-⨯W/（m • C ），μ=226.9610-⨯Pa •s ，由查附录10得u=2201.7kJ/kg

又有t s =t 5=120.24 C ，t w =4

9651t t t t +++=117.56 C s α=0.72641

3132)(⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢

⎣⎡-w s r t t d n gu μλρ=12985.91W/（m 2• C ） 管侧表面传热系数t α

查《传热学》附录9得ρ=951.0kg/m 3，μ=259.6610-⨯Pa •s ，λ=68.5210-⨯W/（m • C ），Pr=1.6 Re=μ

ρi t d c =52323.36 t α=0.0234.08.0Pr Re i d λ

=7549.73W/（m 2• C ）

查《给水加热设备》的λ=109W/（m • C ），R r =8.8510-⨯m 2• C/W ，R i =17.6510-⨯m 2• C/W

K b =i r i r i t r s

d d R R d d s ++++αλα1

1

=1741.96W/（m 2• C ）

6. A 需=t

K Q b ∆=74.34m 2 需

需计A A -A =2.46%<10% 说明设计合格

7. L 实=2⨯5m-4⨯20mm=9.92m

实实L L L 0

-=8.3%

A 实=n πd r L 实=76.88m 2