疏水阀选型示例
一个完整的计算示例，用于计算失速并为换热应用选择冷凝水排放方案。
示例13.4.1 疏水阀选型 某工厂需要一台在名义4 bar g压力下运行的蒸汽/水换热器，将循环流量为1 L/s（1 kg/s）的工艺水从10°C加热到80°C，设计负荷为293 kW。该工艺的最小热负荷为满热负荷的60%。这是一条永久运行的工艺管线，没有未来负荷增加的可能。两家供应商被要求提供换热器。以下信息对选型很重要：
- 供应商’X’可提供一台加热面积为2 m²、传热系数’U’值为2 500 W/m²°C、在4 bar g蒸汽和1 L/s水流量下运行时负荷为350 kW的换热器。
- 供应商’Y’可提供一台加热面积较小、更适合293 kW设计热负荷的换热器，在4 bar g蒸汽和1 L/s水流量下运行。‘U’值为2500 W/m²°C。
- 换热器冷凝水管将提升5米到达一条在通往通气集水罐途中下降的冷凝水回水管线，总背压为0.5 bar g。注：在大气压下，1米水柱将在柱底产生约10 kPa或0.1 bar g的压力。因此，冷凝水排放管中的任何提升高度都将由于管路中保持的冷凝水柱而施加静提升压头，加上冷凝水系统中的任何压力。 需要确定系统运行条件，以便在任何运行负荷条件下为两台换热器正确选型和确定疏水阀尺寸以实现适当的冷凝水排放。
以下问题需要回答以实现适当的冷凝水排放：
(A) 正常运行期间会发生失速吗？
(B) 在什么负荷下会发生失速？
检查设计条件下应用的热负荷。
由传热流量方程（公式2.6.5）：
考虑供应商’X’
一台350 kW换热器，加热面积为2 m²。
在该设计热负荷下，此加热器的蒸汽空间压力是多少？
首先需要确定2 m²加热面积的对数平均温差（ΔTLM）。
由公式13.2.1：
现在可以使用公式2.5.5计算蒸汽设计温度：
此饱和温度相当于0.45 bar g的蒸汽压力。此压力低于0.5 bar g的背压，系统将永久失速。
在这种情况下，如果安装浮球蒸汽疏水阀，冷凝水将永久淹没换热器，其液位随负荷变化而调节。运行性能可能不令人满意，因为二次侧出口温度倾向于波动，换热器可能因腐蚀而过早失效。 如果系统永久在失速条件下运行，浮球蒸汽疏水阀是此应用的错误选择，应改用泵送疏水阀。 考虑供应商’Y’ 为了使制造商选择最匹配设计条件的加热面积，需要找到满足运行满负荷的最小加热面积。首先需要确定蒸汽空间压力为4 bar g（TS = 152°C）时换热器的额定对数平均温差。
由公式2.5.5：
供应商’Y’可从其标准系列中提供满足规格要求的板式换热器，加热面积为1.198 m²。这偏大了（约5%），因此在满负荷运行条件下蒸汽压力将低于4 bar g。
在实践中，换热器的规格通常至少偏大10%。正因为如此，在选型和确定蒸汽排水装置尺寸之前，应始终确定运行蒸汽压力（而不是标称工作压力）。信誉良好的制造商应愿意提供此信息，或者至少提供加热面积、‘U’值和热输出。从这些数据中，可以计算额定对数平均温差，进而求出运行压力。
查找加热面积为1.198 m²的换热器的对数平均温差：
此饱和温度在设计条件下相当于3.4 bar g的蒸汽压力。由于此压力高于恒定的0.5 bar g背压，系统在满负荷时不会失速。
满负荷时的蒸汽流量（ṁs）是多少？
蒸汽质量流量取决于蒸汽空间压力，在满负荷时为3.4 bar g，蒸发焓为2122 kJ/kg。
由公式2.8.1：
TDC是多少？
现在需要找到系统将发生失速的热负荷。为此，需要从设计条件计算此换热器的TDC。
由公式13.2.2：
失速条件
在失速时，蒸汽空间中的压力等于0.5 bar g背压。
0.5 bar g下蒸汽的饱和温度为111.6°C。
由公式13.2.4可以求得入口温度：
失速时的热负荷是多少？
由传热流量方程（公式2.6.5）：
排水装置的选择取决于最小热负荷是高于还是低于失速负荷。
最小负荷被引用为293 kW满负荷的60%，因此：
最小负荷 = 0.6 x 293 kW = 176 kW
失速负荷 = 138 kW
由于最小负荷大于失速负荷，系统将永远不会失速。因此安装浮球蒸汽疏水阀是实际可行的，因为其两端始终存在正压差。
然而，浮球蒸汽疏水阀的尺寸必须能够同时处理满负荷和最小负荷，因此需要计算两种条件下的蒸汽流量和相应的蒸汽空间压力。
首先需要计算最小负荷时的二次侧入口温度。可使用公式13.4.1预测：
最小负荷条件
由公式13.2.3：
这是176 kW最小负荷时的蒸汽温度，相当于1.0 bar g的蒸汽压力。冷凝水压力为0.5 bar g。因此最小负荷时浮球蒸汽疏水阀两端的压差等于1.0 bar g - 0.5 bar g = 0.5 bar。
176 kW最小热负荷时的蒸汽流量（ṁ(min)）是多少？
最小蒸汽流量取决于蒸汽空间压力，即1.0 bar g，蒸发焓为2201.1 kJ/kg。
由公式2.8.1：
由于已确定此系统不会失速，浮球蒸汽疏水阀是合适的。现在需要为浮球蒸汽疏水阀选型，使其在最大系统压差3.5 bar下运行，并通过…
a) 满负荷498 kg/h，压差为3.4 bar g - 0.5 bar g = 2.9 bar g。
b) 最小负荷288 kg/h，压差为1.0 bar g - 0.5 bar g = 0.5 bar g。
从浮球蒸汽疏水阀选型图表（图13.4.1）可以看出，DN25（1”）FT14-4.5将满足这两个条件，可以选择。然而，如果最小热负荷低于失速负荷，则必须选择泵送疏水阀。
排水装置选型方法在模块13.8”防止失速的实用方法”中有进一步讨论。
