蒸汽和冷凝水系统手册-第2章蒸汽工程和传热-2.6.pdf

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1、第2章蒸汽工程和传热估计蒸汽耗量的方法章节2.6蒸汽和冷凝水系统手册2.6.179第2章蒸汽工程和传热估计蒸汽耗量的方法章节2.6估计蒸汽耗量的方法蒸汽系统的优化设计很大程度上取决于是否能精确估计蒸汽的用量。这样才可以计算蒸汽的管道口径和各种附件的口径如控制阀、疏水阀等，以达到最佳的效果。确定工厂的蒸汽负荷可以有不同的方法：计算-使用传热公式可以分析设备的热输出，可以估计蒸汽的耗量。虽然传热的计算不是非常精确（同时可能有很多未知的变量），但可以使用从相类似应用得出的经验数据。使用这种方法得到的数据对大多数应用来说的精度已经足够

2、。计量-蒸汽的耗量可以使用流量测试设备直接测量。这对于现有的设备可以得到足够精确的数据。但对于尚处于设计阶段或没投入使用的的设备来说，这种方法意义不大。额定热功率-额定热功率（或设计额定值）通常标志在工厂各个设备的铭牌上，该数据由设备制造商提供。这些额定值通常以kW表示的热量输出，以kg/h表示的蒸汽耗量取决于使用的蒸汽压力。任何参数的变化都会改变预期的热量输出，这意味着额定热功率或设计额定值和连接设备的负荷（蒸汽耗量）将不会相同。制造商标出的额定值是一种理想能力的表示，没必要和连接设备的负荷相等同。计算在大多数情况，蒸汽中的

3、热量用来做两件事：使产品温度改变，也就是说提供“加热”部分。来维持产品的温度（由于自然的热量损失或设计的热量损失），也就是说提供“热量损失”部分。在任何加热制程中，由于产品温度的上升，“加热”部分将减少，并且加热盘管和产品之间的温差减小。但是，因为产品温度的上升热量损失部分将会增加，更多的热量将从容器或管道损失到环境中。任何时候需要的总热量是两部分之和。计算加热物质所需热量的公式（公式2.1.4）可以适用于绝大多数的传热制程。Q=公式2.1.4式中:Q=热量(kJ)；m=物质的质量(kg)；c=物质的比热(kJ/(kg·℃))

4、；p∆T=物质的上升温度(℃)。此公式的原始形式可以用来计算整个制程需要的总热量。但是，这种形式没有考虑传热率。为了确定传热量，将各种形式的换热应用分成两大类：没有流动的应用-被加热的产品质量恒定、在一定的容器内单批加热。流动形式的应用-被加热的流体连续地通过换热表面。没用流动的应用在没有流动的应用中，被加热流体在一定的容器内单批加热。容器内的蒸汽盘管或环绕容器的蒸汽夹套构成加热面。这种典型的应用实例如图2.6.1所示的热水储存式换热器或大型的储油罐-黏性的油在泵送前必须加热降低黏度。有些制程是用来加热固体，典型的实例如轮胎压

5、机、洗衣房烫机、硫化机和高压灭菌器。在有些非流动的应用中加热时间不重要且可以忽略，但对有些应用例如水箱和硫化机，加热时间不仅很重要而且对制程非常关键。2.6.2蒸汽和冷凝水系统手册80第2章蒸汽工程和传热估计蒸汽耗量的方法章节2.6温度控制器蒸汽高温切断保护热水储存式蒸汽疏水阀站换热器冷凝水图2.6.1热水储存式换热器-没有流动的应用考虑两个非流动加热制程，它们需要的加热量是相同的，但加热时间不同。虽然总的换热量相同，但换热功率不同。对于这种应用平均换热功率可以用公式2.6.1表示：mcpTQ=公式2.6.1t式中:Q=平均换

6、热功率(kW(kJ/s))；m=流体质量(kg)；c=产品的比热(kJ/(kg·℃))；p∆T=流体的温度上升(℃)；t=加热制程的时间(s)。例2.6.1计算非流动型应用的平均换热功率将一定质量的油在10min（600s）内从温度35℃加热到120℃。油的体积为35L，在该温度范围内比重为0.9，比热为1.9kJ/(kg·℃)。确定所需的换热功率：在标准温度和压力(STP)下水的密度为1000kg/m3。油的密度ρ=0.9×1000oρ=900kg/m3o因1000L=1m3，ρ=900kg/m3o因此油的质量=0.9×35

7、=31.5kg31.5kg×1.9kJ/(kg·℃)×(120-35)℃Q=600sQ=8.48kJ/s(8.48kW)蒸汽和冷凝水系统手册2.6.381第2章蒸汽工程和传热估计蒸汽耗量的方法章节2.6公式2.6.1可以应用于被加热介质是固体、液体或者气体的使用场合，但没有考虑相变产生的热量。对于给定质量的蒸汽所提供的热量可以用公式2.6.2表示：Q=mh公式2.6.2sfg式中：Q=热量(kJ)；m=蒸汽质量(kg)；sh=蒸汽的蒸发比焓(kJ/kg)。fg因此，蒸汽的消耗率可以由公式2.6.3确定结合换热功率，反之也然：Q

8、=mh公式2.6.3sfg式中：Q=平均换热功率(kW或kJ/s)；m=平均蒸汽消耗率(kg/s)；sh=蒸汽的蒸发比焓(kJ/kg)。fg在这里如故假定热量传递的效率为100%，那么蒸汽提供的热量必须和被加热介质需要的热量相等。这样可以产生一个热量平衡公式：一次侧=Q=二次