海水冷凝器的设计参数有哪些？

一、热负荷与传热基础参数

1. 热负荷（Q）

• 定义：单位时间内需移除的热量（kW 或 kcal/h），由工艺介质的流量、进出口温度及比热容计算得出。

• 例：蒸汽冷凝量 10 t/h，潜热 2200 kJ/kg，则热负荷 Q=10×10³×2200=22×10⁶ kJ/h≈6111 kW。

2. 传热面积（A）

• 计算公式：$A=\frac{Q}{K\cdot \Delta T_{lm}}$，其中 $K$ 为传热系数，$\Delta T_{lm}$ 为对数平均温差。

• 设计取值：海水冷凝器的传热系数 K 通常为 800-1500 W/(m²・K)（钛管），传热面积需根据计算结果并预留 10%-20% 裕量。

• 

• 

• 

3. 温差参数

• 对数平均温差（ΔTlm）：用于逆流或并流换热计算，公式为 $\Delta T_{lm}=\frac{(T1-t2)-(T2-t1)}{\ln [(T1-t2)/(T2-t1)]}$，其中 T1/T2 为工艺流体进出口温度，t1/t2 为海水进出口温度。

• 最小温差（接近温差）：海水出口温度与工艺流体出口温度的最小差值，通常≥5℃，避免传热效率骤降。

二、流体力学参数

1. 海水侧参数

• 流速（v）：常用范围 1.5-3 m/s，流速过低易结垢，过高增加阻力（压降≤0.1 MPa）。

• 流量（Qw）：根据热负荷计算：$Qw=\frac{Q}{c_p\cdot \Delta t}$，其中 $c_p$ 为海水比热容（约 4.18 kJ/(kg・℃)），Δt 为海水进出口温差（设计值 5-10℃）。

• 进口温度（t1）：根据海域环境确定（如温带海域取 25℃，热带取 32℃），影响冷却能力。

2. 工艺流体侧参数

• 流量、温度、压力：如蒸汽冷凝时的压力（决定饱和温度）、液体冷却时的黏度与导热系数。

• 流态：湍流程度（Re＞10000）可增强传热，需通过流速设计确保（如管内流速≥0.5 m/s）。

三、材料与结构参数

1. 换热管材料

• 常用材质：

• 钛（TA2）：耐海水腐蚀，导热系数 15 W/(m・K)，适用于高盐度、含氯环境；

• 铜镍合金（Cu-Ni 90/10 或 70/30）：导热系数 35-45 W/(m・K)，需搭配阴极保护；

• 不锈钢（316L）：仅限低流速、清洁海水，导热系数 16 W/(m・K)。

• 管径与壁厚：

• 外径：19-25 mm（常用 25 mm），壁厚：钛管 0.5-1 mm，铜镍合金 1-1.5 mm。

2. 管束结构

• 排列方式：

• 正三角形排列：传热效率高，适用于清洁流体；

• 正方形错列：便于机械清洗，适用于易结垢工况；

• 管间距：通常为 1.25-1.5 倍管径，避免流体短路。

• 管长：常用 3-6 m（船舶用冷凝器因空间限制取 2-3 m），长径比≤60。

3. 壳体与内部构件

• 壳体直径：根据管束外径、管排数及布管间距确定，需满足壳程流速 0.5-1.5 m/s。

• 折流板：

• 形式：弓形（缺口高度为壳径的 20%-40%）或折流杆（低阻力型）；

• 间距：常用 0.2-1 倍壳径，最小间距≥50 mm，避免流动死区。

• 管板：材料与换热管匹配（如钛管配钛管板），厚度根据压力载荷计算（ASME VIII 标准）。

四、压力与强度参数

1. 设计压力

• 管程（海水侧）：通常 0.4-1.0 MPa（取决于海水泵扬程）；

• 壳程（工艺流体侧）：蒸汽冷凝时按蒸汽压力 + 0.1 MPa（如 0.5 MPa 饱和蒸汽，设计压力 0.6 MPa）。

2. 耐压试验压力

• 液压试验压力为设计压力的 1.25 倍，气压试验为 1.1 倍，确保密封性。

3. 热应力补偿

• 当管壳程温差＞50℃时，需采用浮头式、U 形管或膨胀节结构，避免温差应力导致泄漏。

五、防腐蚀与防污参数