过大的换热器

换热器的规格经常大于实际需求。本教程探讨其中的原因、由此产生的影响以及相关要求，如过大型换热器的疏水阀选型。

之前的计算（模块13.2）假设换热器是基于满足规格的完美加热面积选型的。这意味着换热器的尺寸完全匹配实际需求。

这在实践中极不可能，因为设计者或规格制定者通常会增加其他系数，包括结垢和最大运行负荷不确定性的系数。制造商能够提供精确匹配规格的换热器也是不太可能的。由于尺寸不足的换热器不切实际，因此通常购买偏大的换热器。

示例13.2.1第’C’部分中规定的运行条件已在示例13.3.1中重新考虑，将所需加热面积增加15%以考虑意外情况。

所需加热面积计算为1.09 m²（示例13.2.1第’C’部分），因此示例13.3.1的指定加热面积为1.09 + 15% = 1.254 m²。

制造商能够提供的最小尺寸加热面积为1.31 m²，表示实际加热面积比所需约大20%。较大的加热面积在相同传热速率下需要较低的蒸汽压力，因此偏大的换热器在相同热负荷下蒸汽压力较低。

由于蒸汽压力较低，蒸汽温度较低，换热器的对数平均温差（LMTD）也将较低。

要确定设计条件下的蒸汽温度，首先需要找到较大加热面积的新对数平均温差（ΔTLM）（见示例13.3.1）。

示例13.3.1

ΔTLM可以通过重新排列公式13.2.1得到公式13.3.1 由示例13.2.2，满负荷时： 二次侧入口温度（T1）= 10°C

二次侧出口温度（T2）= 60°C

现在可以使用公式2.5.5确定新的蒸汽设计温度： 此温度对应1.95 bar g的蒸汽压力。当换热器在模块13.2中尺寸完美匹配时，蒸汽压力为4 bar g。在此示例中，换热器偏大20%，蒸汽压力降低了51%。

既然已预测满负荷条件下的蒸汽压力，就有可能计算满负荷时的蒸汽流量。 使用公式2.8.1计算314.25 kW满热负荷下的蒸汽流量。在1.95 bar g下，蒸汽表给出蒸发焓为2 164.6 kJ/kg。 在尺寸完美匹配的换热器中蒸汽流量为536.6 kg/h（示例13.2.1），因此可以看出质量流量略有下降（2.5%）。这是由于在较大的换热器中蒸汽压力较低，蒸发焓略大。

确定较大换热器的TDC 既然已经确定了偏大换热器的蒸汽温度（使用对数平均温差方程[公式2.5.5]），现在可以使用公式13.2.2找到其TDC。 在最小热负荷时： 当换热器在示例13.2.1中尺寸完美匹配时，188.5 kW最小热负荷下的蒸汽温度为115.2°C。

因为本示例中的偏大换热器大约大20%，最小热负荷时的蒸汽温度也将较低。最小热负荷与示例13.2.1相同，发生在二次侧入口温度升至30°C时。 由公式13.2.3： 比较两台换热器在最小负荷时的情况，蒸汽温度从尺寸完美匹配换热器的115.2°C降至偏大换热器的103.8°C。

从蒸汽表中，此蒸汽温度对应约0.15 bar g的蒸汽压力，hfg = 2 247 kJ/kg。尺寸完美匹配的换热器（115.2°C时）的蒸汽压力为0.7 bar g。

使用公式2.8.1，可以计算188.5 kW最小热负荷下的蒸汽流量。 在尺寸完美匹配的换热器中最小蒸汽流量为306 kg/h（示例3.2.1），因此可以看出偏大换热器在最小热负荷下质量流量略有下降。这是由于在较大的换热器中蒸汽压力较低，蒸发焓略大。

蒸汽压力、蒸汽疏水阀和有效的冷凝水排放

当蒸汽通过换热面向二次侧流体释放热量时，它在蒸汽空间中冷凝。冷凝水通过换热器出口流出，通过蒸汽疏水阀，疏水阀在蒸汽空间中截留蒸汽同时允许冷凝水自由排放。

如果换热器没有专门设计为在冷凝水淹没蒸汽空间下运行，蒸汽压力需要仔细考虑以确保换热器中的冷凝水被适当排放。蒸汽空间的任何满水都会减少有效加热面积，传热要求可能只有在换热器足够大（也许是意外偏大）时才能满足。

蒸汽疏水阀的能力取决于其类型、孔口尺寸和两端的压差。压差提供了推动冷凝水通过疏水阀的能量，是换热器中的蒸汽压力与冷凝水系统施加在疏水阀出口处的背压之差。

如果蒸汽疏水阀通过正确尺寸的管道以重力方式排放到通气冷凝水集水罐或末端敞开处，背压应非常接近大气压。在此条件下，选型图上的压差可以简单地读取为换热器中的表压。

然而，如果疏水阀后有提升（疏水阀排放管上升），或排放管尺寸不足，或该管线因任何其他原因而加压，背压有时可能大于蒸汽空间中的压力。当出现这种情况时，疏水阀两端的压差反转，被视为”负压差”。疏水阀能力现在为零。

从以上计算可以看出，任何换热器中的蒸汽压力由其尺寸和二次侧条件决定。由于蒸汽疏水阀的能力取决于压差，因此蒸汽压力和背压的变化始终影响蒸汽疏水阀的能力。随着压差减小，蒸汽疏水阀的能力将下降。只要压差为正，并且蒸汽疏水阀的选型和尺寸确定考虑到这一点，满水及其相关问题就不会发生。

偏大换热器的蒸汽疏水阀选型 需要考虑的条件是：

• 满负荷：蒸汽空间压力1.95 bar g下523 kg/h
• 最小负荷：蒸汽空间压力0.15 bar g下302 kg/h
• 背压：大气压（0 bar g） 考虑浮球疏水阀选型图表图13.3.2中的DN25（1”）FT14-4.5浮球蒸汽疏水阀。可以看出它在1.95 bar压差下可通过850 kg/h。也可以看出在0.15 bar压差下可通过约370 kg/h。在此示例中，考虑疏水阀安装在偏大的换热器上并以重力方式排放到通气冷凝水集水罐，如图13.3.1所示。

为确保适当排放，蒸汽疏水阀必须能够处理满负荷和最小负荷条件之间的所有负荷。

由于在此示例中冷凝水背压为大气压，最小蒸汽空间压力0.15 bar g始终高于背压。从选型图表（图13.3.2）可以看出疏水阀在最小和最大负荷下有足够的能力，因此DN25（1”）FT14-4.5浮球蒸汽疏水阀足够大。

然而，如果在此示例中背压高于最小蒸汽压力0.15 bar g，系统将在正常运行范围内的某个点发生失速。（这只需要疏水阀后1.5米多一点的提升即可造成）。因此，疏水阀的选型和尺寸必须根据背压的大小确定。对于较大的背压，可能需要安装泵送疏水阀。

关于如何为换热器选择正确疏水阀的建议在模块13.4中给出。