2.12管道和空氣加熱器的蒸汽耗量計(jì)算

1、蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊中C。2.12. #蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊中C。2.12. 第?章蒸汽工程和傳熱管道和空氣加熱器的蒸汽耗計(jì)算章節(jié)2.12章節(jié)匪管道和空氣加熱器的蒸汽耗量計(jì)算蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊2.12. 蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊2.12. 9109丄spir%arco蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊第2章蒸汽工程和傳熱荷?？刂破骺刂破鲌D2.12.1旁路的自動(dòng)暖管閥管道和空氣加熱器的蒸汽耗計(jì)算章節(jié)2.12管道和空氣加熱器的蒸汽耗量計(jì)算蒸汽會(huì)在任何暴露在大氣中的管道表面冷凝并釋放出蒸發(fā)焙。某些情況下，如蒸汽主管上采用保溫措施以減少熱傳遞。在另外一些情況下，如在空氣加熱器機(jī)組內(nèi)，通常在管子外邊采用鰭片來加強(qiáng)換熱。

2、但是要非常精確地計(jì)算出蒸汽耗雖通常是不可能的，同時(shí)也沒有必要。本節(jié)例子中的計(jì)算對大部分工程應(yīng)用都具有一定的指導(dǎo)意義。蒸汽主管在任何系統(tǒng)中，蒸汽管道本身散熱導(dǎo)致的蒸汽冷凝必須進(jìn)行考慮。這種冷凝雖一般在系統(tǒng)啟動(dòng)暖管時(shí)達(dá)到最大，這個(gè)雖通常用來選擇合適的疏水閥來進(jìn)行管道疏水。當(dāng)管道正常運(yùn)行時(shí)，同樣會(huì)有一小部分穩(wěn)定的管道散熱損失。這兩部分可以分別參考“暖管負(fù)荷”和“運(yùn)行負(fù)荷”。暖管負(fù)荷在啟動(dòng)階段，需要一部分熱雖先把冷的管道加熱到工作溫度，為安全起見，暖管應(yīng)緩慢進(jìn)行，同時(shí)這樣做可以減少熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力。這樣有很多優(yōu)點(diǎn)，如管道不容易泄漏、維護(hù)費(fèi)用少，使用壽命長等。可以使用如圖2.12.1所示的布置，在主截?cái)?/p>

3、閥旁邊并聯(lián)一個(gè)小的閥門來進(jìn)行暖管，這個(gè)閥門根據(jù)暖管時(shí)間長短來選擇不同的口徑。大管道上選用自動(dòng)的慢開閥可以提高安全性。使用單個(gè)主截?cái)嚅y也可以，但是，主截?cái)嚅y可以通過管道的設(shè)計(jì)流雖，這個(gè)流雖對暖管負(fù)荷來說過大，因此，啟動(dòng)時(shí)閥門開度很小。在主截?cái)嚅y前安裝汽水分離器可以保證通過的蒸汽更干燥，從而保護(hù)閥門內(nèi)件不被過早磨損。蒸汽主管的暖管時(shí)間應(yīng)盡可能長，這樣可以盡可能減少管道機(jī)械應(yīng)力，提高安全性，并減少啟動(dòng)負(fù)如果暖管時(shí)間可以用10min而不是5min,那么初始的暖管蒸汽流雖就可以減半，用20min暖管會(huì)進(jìn)一步減少暖管負(fù)荷。把管網(wǎng)系統(tǒng)加熱到工作溫度需要的蒸汽流雖是管道的質(zhì)雖、比熱、溫升、蒸汽的蒸發(fā)焙和暖管時(shí)

4、間的函數(shù)，可以用公式2.12.1來表示：管道和空氣加熱器的蒸汽耗計(jì)算章節(jié)2.12第2章蒸汽工程和傳熱m=60W(L-W%/h公式2.12.1式中：ms=蒸汽的平均冷凝率（kg/h）；W=管道與法蘭以及接頭的總重雖（kg）；Ts=蒸汽溫度（乜）；Tamb=環(huán)境溫度（乜）；cp=管道材質(zhì)的比熱（kJ/（kg-七）；hfg=工作壓力下的蒸發(fā)焰（kJ/kg）；t=暖管時(shí)間（min）o注:公式中常數(shù)60,并且時(shí)間用分鐘得到的蒸汽流雖為kg/h。表2.12.1典型金屬管道的比熱管道材質(zhì)300C時(shí)的比熱(kJ/(kgC)銅0.385碳鋼0.490鋸鋼0.443AISI302不銹鋼0.480AISI304不銹

5、鋼0.477AISI316不銹鋼0.468AISI347不銹鋼0.480例2.12.1蒸汽管道的熱損失100m的口徑為100mm的碳鋼蒸汽主管，有9對PN40的法蘭接頭和一個(gè)隔斷閥鋼的比熱cp=0.49kJ/（kg啟動(dòng)時(shí)的環(huán)境溫度為20七，蒸汽壓力14.0barg,查蒸汽表得出溫度為198七（見表2.122）。表2.12.2節(jié)選自蒸汽表壓力(barg)飽和溫度（乜）熔(能雖)(kJ/kg)比容(m3/kg)ht蒸友hfg蒸汽hg1419884519.4727920.132計(jì)算：第1部分暖管時(shí)間為30min的曖管蒸汽負(fù)荷。第2部分保溫層厚度為75mm的運(yùn)行負(fù)荷。第1部分計(jì)算暖管負(fù)荷60W(Ts-

6、Tb)cpms=/hhfgt100mm主管100mm的PN40的法蘭100mm截止閥因此：W為了得到W,從表2.12.3中找到不同的蒸汽主管材料的質(zhì)雖=16.1kg/m=16.0kg/對=44.0kg=(100 x16.1)+(9x16)+(1x44)=1798kg所以，平均暖管負(fù)荷:ms=60 x1789kgx(198020。x0.49kJ/(kg3C)1947kJ/kgx3umin=161kg/h蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊2124spir%arco蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊管道和空氣加熱器的蒸汽耗計(jì)算章節(jié)2.12第2章蒸汽工程和傳熱注:冷凝水雖用于選擇適當(dāng)?shù)呐芸刂崎y當(dāng)選擇蒸汽疏水

7、閥時(shí)，考慮到暖管結(jié)束前蒸汽壓力較低，此冷凝水雖應(yīng)再乘以2,然后再除以疏水閥的數(shù)雖得到每個(gè)疏水閥的需要排放雖。表2.12.3典型的鋼管、法蘭、螺栓以及截止閥的車呈管道口徑(mm)Sch.40管道(kg/m)每對法蘭重雖PN40法蘭截止閥PN40ANSI150ANSI300151.31.71.824201.72.32.235252.52.62.446323.44.03.068404.15.04.0811505.46.06.0914658.69.08.012198011.311.011.0152610016.116.016.0234415028.228.026.03288第2部分運(yùn)行負(fù)荷蒸汽管道向環(huán)

8、境散熱后蒸汽會(huì)冷凝冷凝率取決于以下因素:危廠0皿!叉c環(huán)境溫度。保溫層的效率。表2.12.4給出的是典型的未保溫鋼管在20乜的靜止空氣中的輻射散熱。表2.12.4未保溫鋼管暴露在20乜的空氣中的輻射散熱呈(W/m)蒸汽和空氣的溫度差(O管道口徑(mm)152Q2b3240bCT65801001505056688210011313616819124133260698510212514017020823829841270841021241521702062522893605008010012214818020224529934342859410013516419924327233040346457

9、78041201732102563133514265226007461042140216262319391439533653751936130816026331938947653565179991811451603180313381464569640780958110013741925200368448546670754919113112971623227622042752063477887710691318151018922655通常蒸汽管道都進(jìn)行保溫，很顯然如果法蘭也進(jìn)行保溫效果會(huì)更好。如果管道是法蘭連接的，每對法蘭的表面積大約等于同樣口徑的300mm管道的表面積。當(dāng)換熱面暴露在流動(dòng)的空氣

10、中，換熱雖會(huì)增加，這種條件下，需要乘以表2.12.5中的系數(shù)。如果采用的是鰭片管或波紋管，那需要使用制造商提供的數(shù)據(jù)。在普通條件下，空氣流速在4到5m/s以下伏約10m/h),稱為微風(fēng)；在510m/s伏約10-20m/h)稱為勁風(fēng)。風(fēng)道內(nèi)典型的空氣速度在3m/s,見表2.125管道和空氣加熱器的蒸汽耗計(jì)算章節(jié)2.12表2.12.5環(huán)境的空氣流動(dòng)對管道表面輻射散熱的影響空氣流速(m/s)散熱因子0.001.00.501.01.001.31.501.52.001.72.501.83.002.04.002.36.002.98.003.510.004.0第2章蒸汽工程和傳熱注：由于涉及到很多因素，因此

11、很難得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù).在表2.12.5給出的因子表示的是表2.12.4中數(shù)據(jù)需要乘的一個(gè)大概的數(shù)據(jù)。暴露于1m/s風(fēng)速的環(huán)境中可以認(rèn)為其無空氣流動(dòng)，這時(shí)的熱損失基本上是常數(shù)。通常，噴漆管輻射系數(shù)高，氧化管的輻射系數(shù)中等，拋光的不銹鋼管輻射系數(shù)低。通常條件下，使用的保溫層的材料和厚度決定了散熱損失的多少。對大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用來說，蒸汽管道的保溫會(huì)減少表2.12.4所示的輻射散熱損失，此系數(shù)如表2.12.6所示。需要注意的是這些系數(shù)只是常用值，對特殊的計(jì)算來說，請參考保溫層制造商的數(shù)據(jù)。保溫后的管道散熱損失可由公式2.12.2得出:%=警fkg/hhfg公式2.12.2式中:ms=冷凝率(kg/h)；Q

12、=從表2124查取的輻射換熱率(W/m)；L=包括法蘭和接頭在內(nèi)的管道等效長度(m)；f=保溫系數(shù)(從表2.12.6中查取)；hfg=工作壓力下的蒸發(fā)焰(kJ/kg)。注:如果管道無保溫則f=1.0公式2.12.2中系數(shù)3.6確保計(jì)算結(jié)果的單位為kg/h計(jì)算等效長度L:每對法蘭等效于0.3m的管道長度，每個(gè)截止閥等效于1.2m的管道長度，本例中總的等效長度(L)為:L=100+(9x0.3)+(1x1.2)L=104m確定輻射換熱$0：-蒸汽14.0barg時(shí)溫度為198。環(huán)境溫度為20七，溫差為178七。從表212.4查到：100mm管道的散熱損失1374W/mo確定保溫系數(shù)f：100mm管

13、道保溫層厚度為75mm,在14barg壓力下保溫系數(shù)近似為0.07。14barg下的hfg=1947kJ/kg3.6x1374W/mx104m,x0.07m=247kJ/kgkgms=18.5kg/h蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊中con 蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊中con 2.12. spir%arco蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊管道和空氣加熱器的蒸汽耗計(jì)算章節(jié)2.12表2.12.6保溫系數(shù)（f）管道口徑NB（mm）蒸汽壓力1oargboarglboargzuoarg50mm保溫層150.160.140.130.12200.150.130.120.11250.140.120.110.10320.130.110.10

14、0.10400.120.110.100.09500.120.100.090.08650.110.100.090.08800.100.100.080.071000.100.090.080.071500.100.090.070.0775mm保溫層150.140.130.120.11200.130.110.110.10250.130.110.100.09320.110.100.090.08400.100.090.090.08500.100.090.080.07650.100.080.080.07800.090.080.070.071000.080.080.070.061500.080.070.070

15、.06100mrr保溫層150.120.110.100.08200.110.100.090.07250.100.090.080.07320.100.080.080.06400.090.080.080.06500.080.080.070.06650.080.070.060.05800.070.070.060.051000.070.070.060.051500.070.060.050.04第2章蒸汽工程和傳熱本例中暖管負(fù)荷為161kg/h（見例2.12.1,第1部分）,暖管負(fù)荷要比運(yùn)行負(fù)荷18.5kg/h要大的多。因此，通常情況下，按照暖管負(fù)荷選擇的疏水閥足以滿足運(yùn)行負(fù)荷。如果蒸汽管道未保溫或保溫

16、層損壞，運(yùn)行負(fù)荷將會(huì)是現(xiàn)在的14倍以上。對于無保溫或保溫較差的管道來說，需要比較運(yùn)行負(fù)荷和暖管負(fù)荷，較高的值用來選擇蒸汽疏水閥。當(dāng)然，理想的做法是提高保溫層的質(zhì)雖。注：當(dāng)計(jì)算暖管損失的時(shí)候，必須注意管道參數(shù)，因?yàn)椴煌墓艿罉?biāo)準(zhǔn)，管道重雖差別很大。管道和空氣加熱器的蒸汽耗計(jì)算章節(jié)2.12第?章蒸汽工程和傳熱空氣加熱空氣的密度和比熱隨溫度變化很小，對大多數(shù)工程應(yīng)用來說，如HVAC和其他空氣加熱的制程來說,通常取空氣比熱容為13kJ/（m3乜），密度為1.3kg/m3o空氣加熱管很多應(yīng)用中需要加熱空氣：空間加熱口通風(fēng)口制程應(yīng)用加熱空氣需要的設(shè)備內(nèi)通常有很多管排，管子內(nèi)部為蒸汽，當(dāng)空氣通過管排的時(shí)候，

17、熱雖從蒸汽傳遞給空氣。通常為了減少設(shè)備的尺寸和重雖，這些管排被布置在狹小的空間內(nèi)，這樣可以減少支撐的數(shù)雖，同時(shí)，為了降低成本，通常采用在管子外側(cè)增加鰭片。這樣可以增加換熱面積，因此減少了總共需要的管子的數(shù)雖。如圖2.12.2所示為鰭片管。通常，空氣加熱器可以分為2種：口加熱單元空氣加熱組加熱單元蒸汽冷凝水加熱單元包括一個(gè)換熱機(jī)組和風(fēng)扇，如圖2123所示，主加熱媒介（蒸汽）在加熱機(jī)組內(nèi)冷凝，空氣通暖風(fēng)可以垂直或水平流動(dòng)，在選擇加熱單元時(shí)，蒸汽壓力、安裝高度、出風(fēng)方式和出口溫度均相互關(guān)聯(lián)，因此需要參考制造商的這些數(shù)據(jù)。大多數(shù)機(jī)組都有低、中、高三種風(fēng)速選擇，對應(yīng)相應(yīng)的功率輸出同樣，這些數(shù)據(jù)需要從制造

18、商處獲得。有時(shí)風(fēng)速高時(shí)噪聲可能過大，這種噪音有時(shí)是不可接受的?？諝饧訜峤M現(xiàn)在已有很多大型的、技術(shù)更成熟的空氣加熱組，如圖2.12.4所示。有頂部安裝式或水平式的可供選擇，并且?guī)в酗L(fēng)扇和過濾器，這通常與風(fēng)道系統(tǒng)集合在一起?？烧{(diào)節(jié)的百葉窗來調(diào)節(jié)新風(fēng)和循環(huán)風(fēng)的比率。加熱器附帶有防霜凍保護(hù)設(shè)施。無論是加熱單元還是空氣加熱組，制造商一般都是用kW來表示其工作壓力下的輸出功率。此功率除以該壓力下的蒸汽蒸發(fā)焙，就可以算出冷凝水雖，結(jié)果是kg/s,乘以3600就可以得到以kg/h為單位的數(shù)值因此，一個(gè)功率為44kW的加熱單元工作壓力為3.5barg（hfg=2120kJ/kg）時(shí)的冷凝水雖：kWx3600s/

19、h44x3600s/hms=2120Pns=75kg/h2.12. spir%arco蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊中co2.12. #spir%arco蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊第2章蒸汽工程和傳熱管道和空氣加熱器的蒸汽耗計(jì)算章節(jié)2.122.12. #spir%arco蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊中co2.12. #spir%arco蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊2.12. #spir%arco蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊中co2.12. #spir%arco蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊注:公式中乘以常數(shù)3600計(jì)算得出的結(jié)果是kg/ho如果供應(yīng)商的數(shù)據(jù)無法得到，但是可以得到以下數(shù)

20、據(jù):被加熱空氣的體積流雖被加熱空氣的溫升加熱器中的蒸汽壓力因此，可以用公式2.12.3來近似的計(jì)算出冷凝水雖:3600VATcp焙/h公式2.12.32.12. #spir%arco蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊中co2.12. #spir%arco蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊2.12. spir%arco蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊中co2.12. #spir%arco蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊式中：ms=冷凝水量（kg/h）；V=被加熱空氣的體積流雖（m3/s）；T=升高的空氣溫度（乜）；Cp=常壓下的空氣比熱容（1.3kJ/（m3七）；h（g=盤管中的蒸汽蒸發(fā)焰（kJ/kg）。注

21、:公式中乘以常數(shù)3600得到的結(jié)果單位為kg/h。換熱器內(nèi)部為水平管排主要依靠的是自然對流，當(dāng)管子數(shù)雖增多的時(shí)候效率就會(huì)下降，當(dāng)計(jì)算這種換熱器的冷凝水負(fù)荷時(shí)，表2.12.4的系數(shù)應(yīng)乘以表2.127中的輻射系數(shù)。垂直安裝的加熱管比水平管的效率更低，這種加熱管的冷凝水雖計(jì)算時(shí)，需要把表2.12.4的數(shù)據(jù)乘以表2.12.7和表2.12.8的系數(shù)。表2.12.7同樣可以用來確定水平布置的管道用來加熱靜止的空氣時(shí)的冷凝水雖，見公式2.12.4:3.6QL.ms=畑/h公式2.12.4式中：ms=蒸汽冷凝水雖（kg/h）；Q=由表2.12.4查到的熱輻射雖（W/m）；L=等效長度（m）；hg=工作壓力下的

22、蒸發(fā)?。╧J/kg）；注:公式中使用了常數(shù)3.6得到m的單位為kg/h。第2章蒸汽工程和傳熱管道和空氣加熱器的蒸汽耗計(jì)算章節(jié)2.12表2.12.7水平管束輻射換熱減少系數(shù)管子數(shù)雖12345678910輻射系數(shù)1.000.960.910.860.820.780.740.700.670.63表2.12.8垂直管束輻射換熱減少系數(shù)管徑（mm）1520253240506580100150輻射系數(shù)0.760.800.820.840.860.880.910.930.951.00空氣流動(dòng)的效果當(dāng)用風(fēng)扇來增加通過盤管的空氣流動(dòng)時(shí)，冷凝水率會(huì)增加。無保溫的鋼板表面的輻射散熱（表2.12.4）可以與表2.12.5

23、,2.12.7和2.12.8等相關(guān)系數(shù)相乘。如果使用的是鰭片管，那么上邊的例子中需要相應(yīng)使用制造商的輻射換熱的數(shù)據(jù)。例2.12.2計(jì)算空氣加熱組的蒸汽負(fù)荷一臺(tái)空氣加熱組把空氣的溫度從18七加熱到82七（AT=64乜），空氣流雖為2.3m3/s,盤管內(nèi)蒸汽壓力3.0bargQ3600VATcp焙/h公式2.12.3表2.12.9節(jié)選自蒸汽表壓力(barg)飽和溫度（七）焙（熱雖）（kJ/kg）干飽和蒸汽比熱容（m3/kg），卜h東夂hfg衿1hg3144605213327380.46141526G2108279/10.374空氣加熱組的額定功率未知，但蒸汽的冷凝水雖可以用公式2.12.3計(jì)算出:

24、式中：ms=冷凝水fi（kg/h）；V=空氣流速2.3m3/s；AT=溫升82-18七=64七;cp=常壓下的空氣比熱容（1.3kJ/（rT?乜）；hlg=盤管中的蒸汽蒸發(fā)2133kJ/kg（摘自蒸汽表）。注:這里公式中使用常數(shù)3600,計(jì)算結(jié)果的單位是kg/h。+3600 x2.3m3/sx64七x1.3kJ/（m3.0=2133kJ/kg咧rns=323kg/h管道和空氣加熱器的蒸汽耗計(jì)算章節(jié)2.12第2章蒸汽工程和傳熱2.12. spir%arco蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊中co2.12. 2.12. #spir%arco蒸汽和冷凝水系統(tǒng)手冊第?章蒸汽工程和傳熱管道和空氣加

25、熱器的蒸汽耗計(jì)算章節(jié)2.12Questions1Aprocessairheaterbatteryraises4m3/sofairfrom20Cto50CItisnecessarytosizesteamtrapsfortheheater.Thesi)edficheatofairis1.3kJ/m3oC.Thesteamsupplypressureis4bargupstreamoftliecontrolvalve.Whatwillbetheapproximatecondensateflowratefromtheheaterbattery?TOC o 1-5 h za|147kg/hb|218kg/

26、hc|252kg/hcl|272kg/hA40msectionof80mmsteammainhasbeenleftunlaggedItincorporatestwopairsofflangesandanisolationvalve.Thesurroundingairisstillandat20CSteamisat7barg.Whatwouldbetheapproximatesavingintheheatemissionifthemainwaslaggedwith75mminsulation?a|3.5kWb|31kWc|35kWclI33kWAnairheaterheatingairfrom5Cto35Chasaratingof25kWwhensuppliedwithsteamat7bargontothecontrolvalveWhatwillbetheapproximatesteamconsumptionrateoftheheater?TOC o 1-5 h za|33k