海水冷凝器的設計參數有哪些？

一、熱負荷與傳熱基礎參數

1. 熱負荷（Q）

• 定義：單位時間內需移除的熱量（kW 或 kcal/h），由工藝介質的流量、進出口溫度及比熱容計算得出。

• 例：蒸汽冷凝量 10 t/h，潛熱 2200 kJ/kg，則熱負荷 Q=10×103×2200=22×10? kJ/h≈6111 kW。

2. 傳熱面積（A）

• 計算公式：$A=\frac{Q}{K?\Delta T_{lm}}$，其中 $K$ 為傳熱系數，$\Delta T_{lm}$ 為對數平均溫差。

• 設計取值：海水冷凝器的傳熱系數 K 通常為 800-1500 W/(m2?K)（鈦管），傳熱面積需根據計算結果并預留 10%-20% 裕量。

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3. 溫差參數

• 對數平均溫差（ΔTlm）：用于逆流或并流換熱計算，公式為 $\Delta T_{lm}=\frac{(T1?t2)?(T2?t1)}{\ln [(T1?t2)/(T2?t1)]}$，其中 T1/T2 為工藝流體進出口溫度，t1/t2 為海水進出口溫度。

• 最小溫差（接近溫差）：海水出口溫度與工藝流體出口溫度的最小差值，通常≥5℃，避免傳熱效率驟降。

二、流體力學參數

1. 海水側參數

• 流速（v）：常用范圍 1.5-3 m/s，流速過低易結垢，過高增加阻力（壓降≤0.1 MPa）。

• 流量（Qw）：根據熱負荷計算：$Qw=\frac{Q}{c_p?\Delta t}$，其中 $c_p$ 為海水比熱容（約 4.18 kJ/(kg?℃)），Δt 為海水進出口溫差（設計值 5-10℃）。

• 進口溫度（t1）：根據海域環境確定（如溫帶海域取 25℃，熱帶取 32℃），影響冷卻能力。

2. 工藝流體側參數

• 流量、溫度、壓力：如蒸汽冷凝時的壓力（決定飽和溫度）、液體冷卻時的黏度與導熱系數。

• 流態：湍流程度（Re＞10000）可增強傳熱，需通過流速設計確保（如管內流速≥0.5 m/s）。

三、材料與結構參數

1. 換熱管材料

• 常用材質：

• 鈦（TA2）：耐海水腐蝕，導熱系數 15 W/(m?K)，適用于高鹽度、含氯環境；

• 銅鎳合金（Cu-Ni 90/10 或 70/30）：導熱系數 35-45 W/(m?K)，需搭配陰極保護；

• 不銹鋼（316L）：僅限低流速、清潔海水，導熱系數 16 W/(m?K)。

• 管徑與壁厚：

• 外徑：19-25 mm（常用 25 mm），壁厚：鈦管 0.5-1 mm，銅鎳合金 1-1.5 mm。

2. 管束結構

• 排列方式：

• 正三角形排列：傳熱效率高，適用于清潔流體；

• 正方形錯列：便于機械清洗，適用于易結垢工況；

• 管間距：通常為 1.25-1.5 倍管徑，避免流體短路。

• 管長：常用 3-6 m（船舶用冷凝器因空間限制取 2-3 m），長徑比≤60。

3. 殼體與內部構件

• 殼體直徑：根據管束外徑、管排數及布管間距確定，需滿足殼程流速 0.5-1.5 m/s。

• 折流板：

• 形式：弓形（缺口高度為殼徑的 20%-40%）或折流桿（低阻力型）；

• 間距：常用 0.2-1 倍殼徑，最小間距≥50 mm，避免流動死區。

• 管板：材料與換熱管匹配（如鈦管配鈦管板），厚度根據壓力載荷計算（ASME VIII 標準）。

四、壓力與強度參數

1. 設計壓力

• 管程（海水側）：通常 0.4-1.0 MPa（取決于海水泵揚程）；

• 殼程（工藝流體側）：蒸汽冷凝時按蒸汽壓力 + 0.1 MPa（如 0.5 MPa 飽和蒸汽，設計壓力 0.6 MPa）。

2. 耐壓試驗壓力

• 液壓試驗壓力為設計壓力的 1.25 倍，氣壓試驗為 1.1 倍，確保密封性。

3. 熱應力補償

• 當管殼程溫差＞50℃時，需采用浮頭式、U 形管或膨脹節結構，避免溫差應力導致泄漏。

五、防腐蝕與防污參數