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）
qm——流量（kg/h）
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）
dr——传热管外径（m）
di——传热管内经（m）
D——直径（mm）
ct——流速（m/s）
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：qm6=80t/h
给水进口温度：t6=100C
给水出口温度: t9=120C
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：t1=130C
疏水出口温度：t5=120.24C
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，100C状态下水的焓值h6=419.36kJ/kg，120C时水的焓值h9=503.97kJ/kg
换热量Q
Q=qm6（h9-h6）=1880.2kJ/s
2. 查GB 151-1999先取锡黄铜铜管管外径dr=19mm，壁厚s=2mm，则di=dr-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ct=0.95m/s 查《工程热力学》附表7得管侧水的平均比体积 w=0.00105165m/kg
管子根数n 3
n=qm6νw
3600⨯=139.2≈140
2
4dict
3. 计算换热面积
对数平均温差∆t
∆t=∆tmax-∆tmin(t5-t6)-(t1-t9) ==14.52C ∆tt-tlnmaxln56
∆tmint1-t9
2 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•C）
A计=
4. 换热管有效长度L0
L0=Q2=76.17m ∆tKA=9.1m nπdr
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dr=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Di
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=2dr
Di=a（b-1）+2l=526mm
圆整后取壳体直径Di=600mm
材料选用20R钢，计算壁厚为
δ=pcDi t2σφ-pc
t取计算压力pc=1MPa，φ=0.85，[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αs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，λ=68.6⨯10W/（m•C），μ=226.9⨯10Pa•s，由查附录10得u=2201.7kJ/kg
又有ts=t5=120.24C，tw= 3-2 -6t1+t5+t6+t9 =117.56C 4
1
4⎡⎤23guρλ⎥=12985.91W/（m2• C） αs=0.726⎢
1⎢⎥3⎢⎣μndr(ts-tw)⎥⎦
管侧表面传热系数αt
查《传热学》附录9得ρ=951.0kg/m，μ=259.6⨯10Pa•s，λ=68.5⨯10W/（m•C），Pr=1.6 Re=3-6-2 ρctdi=52323.36 μ
αt=0.023λ
diRe0.8Pr0.4=7549.73W/（m2• C）
查《给水加热设备》的λ=109W/（m•C），Rr=8.8⨯10m•C/W，Ri=17.6⨯10m•C/W
Kb=-52 -52 1
αs
6. A需=+λ+r+Rr+Rirαtdidi=1741.96W/（m•C） 2 Q2=74.34m Kb∆t
A计-A需=2.46%
说明设计合格
7. L实=2⨯5m-4⨯20mm=9.92m
L实-L0
L实=8.3%
2A实=nπdrL实=76.88m
Q实=A实∆tKb=1944.57kJ/s>Q
能达到换热要求
8. 管侧阻力计算∆pt
水室给水进口阻力损失∆p1
给水进出口局部阻力系数ξ1=1.5，给水进出口流速和平均温度下的给水比体积同上面
c∆p1=2ξ1t⨯10-6=1.287⨯10-3MPa 2νw
传热管进出口阻力损失∆p2
传热管进出口局部阻力系数ξ2=1，传热管内水速同上面，系数n1=2 2
c∆p2=2ξ1tn1⨯10-6=1.716⨯10-3MPa 2νw
传热管直段阻力损失∆p3
摩擦阻力系数λ2=0.3164，流程数N=2，传热管直段长度l=5.96m 2
cNl∆p3=λ2t∙⨯10-6=107.887⨯10-3MPa 2νwdi
安全系数F=1.05 2
∆pt=F（∆p1+∆p2+∆p3）=116.435⨯10-3MPa
9. 壳侧阻力和水室的壁厚的计算略
参考文献
《工程热力学》（第四版，严家騄编著）
《传热学》（第四版，杨世铭，陶文铨编著） 《轻工化工设备及设计》
《给水加热设备》
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）
qm——流量（kg/h）
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）
dr——传热管外径（m）
di——传热管内经（m）
D——直径（mm）
ct——流速（m/s）
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：qm6=80t/h
给水进口温度：t6=100C
给水出口温度: t9=120C
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：t1=130C
疏水出口温度：t5=120.24C
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，100C状态下水的焓值h6=419.36kJ/kg，120C时水的焓值h9=503.97kJ/kg
换热量Q
Q=qm6（h9-h6）=1880.2kJ/s
2. 查GB 151-1999先取锡黄铜铜管管外径dr=19mm，壁厚s=2mm，则di=dr-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ct=0.95m/s 查《工程热力学》附表7得管侧水的平均比体积 w=0.00105165m/kg
管子根数n 3
n=qm6νw
3600⨯=139.2≈140
2
4dict
3. 计算换热面积
对数平均温差∆t
∆t=∆tmax-∆tmin(t5-t6)-(t1-t9) ==14.52C ∆tt-tlnmaxln56
∆tmint1-t9
2 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•C）
A计=
4. 换热管有效长度L0
L0=Q2=76.17m ∆tKA=9.1m nπdr
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dr=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Di
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=2dr
Di=a（b-1）+2l=526mm
圆整后取壳体直径Di=600mm
材料选用20R钢，计算壁厚为
δ=pcDi t2σφ-pc
t取计算压力pc=1MPa，φ=0.85，[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αs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，λ=68.6⨯10W/（m•C），μ=226.9⨯10Pa•s，由查附录10得u=2201.7kJ/kg
又有ts=t5=120.24C，tw= 3-2 -6t1+t5+t6+t9 =117.56C 4
1
4⎡⎤23guρλ⎥=12985.91W/（m2• C） αs=0.726⎢
1⎢⎥3⎢⎣μndr(ts-tw)⎥⎦
管侧表面传热系数αt
查《传热学》附录9得ρ=951.0kg/m，μ=259.6⨯10Pa•s，λ=68.5⨯10W/（m•C），Pr=1.6 Re=3-6-2 ρctdi=52323.36 μ
αt=0.023λ
diRe0.8Pr0.4=7549.73W/（m2• C）
查《给水加热设备》的λ=109W/（m•C），Rr=8.8⨯10m•C/W，Ri=17.6⨯10m•C/W
Kb=-52 -52 1
αs
6. A需=+λ+r+Rr+Rirαtdidi=1741.96W/（m•C） 2 Q2=74.34m Kb∆t
A计-A需=2.46%
说明设计合格
7. L实=2⨯5m-4⨯20mm=9.92m
L实-L0
L实=8.3%
2A实=nπdrL实=76.88m
Q实=A实∆tKb=1944.57kJ/s>Q
能达到换热要求
8. 管侧阻力计算∆pt
水室给水进口阻力损失∆p1
给水进出口局部阻力系数ξ1=1.5，给水进出口流速和平均温度下的给水比体积同上面
c∆p1=2ξ1t⨯10-6=1.287⨯10-3MPa 2νw
传热管进出口阻力损失∆p2
传热管进出口局部阻力系数ξ2=1，传热管内水速同上面，系数n1=2 2
c∆p2=2ξ1tn1⨯10-6=1.716⨯10-3MPa 2νw
传热管直段阻力损失∆p3
摩擦阻力系数λ2=0.3164，流程数N=2，传热管直段长度l=5.96m 2
cNl∆p3=λ2t∙⨯10-6=107.887⨯10-3MPa 2νwdi
安全系数F=1.05 2
∆pt=F（∆p1+∆p2+∆p3）=116.435⨯10-3MPa
9. 壳侧阻力和水室的壁厚的计算略
参考文献
《工程热力学》（第四版，严家騄编著）
《传热学》（第四版，杨世铭，陶文铨编著） 《轻工化工设备及设计》
《给水加热设备》