失速图 - 恒定二次侧流量 - 恒定入口温度 - 变化出口温度
一种计算失速的简单方法是使用失速图。本教程解释如何使用图表计算恒定二次侧流量、变化入口温度条件下的失速
- 恒定二次侧流量 - 变化入口温度 - 恒定出口温度 根据定义,当换热器中的蒸汽压力小于或等于冷凝水背压时,失速将发生。
通过传热计算可以获得良好的结果,如模块 13.4 所示。不希望使用数学方法的人可以使用更简单的方法来获得实际结果。
此方法是图形化方法,使用”失速图”。它给出的结果精度稍低,但对于大多数实际用途来说完全足够。
热负荷的减少通常是由于入口温度升高或二次侧流体流量减少所致,需要蒸汽压力下降以维持控制。有时失速可能由这些因素的组合引起,或者由于设定值变化导致出口温度下降。
恒定二次侧流量、变化入口温度
在此类换热器中,二次侧流量和出口温度保持恒定,而入口温度随热负荷变化而变化。
在满负荷下,入口温度最低。在通过换热器的恒定二次侧流量下,任何热负荷的减少都会导致入口温度升高。失速图可以显示蒸汽温度和入口温度如何随热负荷变化而变化,并预测失速时的入口温度和最小负荷条件。
在满负荷条件下,蒸汽和二次侧流体之间的温差较大。相反,在无负荷条件下没有热交换,因此蒸汽和二次侧流体必须是相同温度,它们之间的温差为零。按比例推论,在 50% 负荷下此温差为最大值的 50%。
从这一基本比例原理出发,可以在图表上画出两条直线来表示所有这些条件。在满负荷下,两条线距离最远,表示温差最大。在无负荷下,两条线汇聚于一点,表示温差为零。
首先,在图 13.5.2 的失速图左侧纵轴上标出满负荷条件下换热器中的蒸汽温度(A 点)。然后在右侧纵轴上标出所需的二次侧流体出口温度(B 点)。接下来在左侧纵轴上标出满负荷时的二次侧流体入口温度(C 点)。
如果连接 A 点和 B 点画一条直线,AB 线将表示蒸汽温度相对于热负荷变化的变化规律。类似地,如果连接 B 点和 C 点画一条直线,BC 线将表示二次侧流体入口温度随热负荷变化而变化的规律。
然后需要添加一条水平线来表示冷凝水背压的等效蒸汽饱和温度。此温度应标在右侧纵轴上,如图 13.5.3 所示(D 点)。然后应画一条直线将此点与左侧纵轴上相同温度的 E 点连接。
冷凝水背压考虑了冷凝水系统中的压力加上可能由换热器底部冷凝水排放管路提升引起的任何静压。液柱由于自身质量将在其底部施加压力。当此力施加在疏水阀出口时,通常称为”静压提升”。
在大气压下,1 米水柱将在柱底施加约 10 kPa 或 0.1 bar g 的压力(实际为 9.806 65 kPa 或 0.098 066 5 bar)。因此,冷凝水排放管路中的任何提升都将因管路中冷凝水柱而施加静压提升,此外还有冷凝水系统中的任何压力。
水平线 DE 将与 AB 线相交,或在图表上位于 A 点之上。AB 线与 DE 线的交点代表”失速点”,此处蒸汽压力与背压相同。如果 DE 线在 A 点之上或与 A 点重合,系统将永久在失速条件下运行。(在真空冷凝水系统中,或当 B 点大于 100°C 时,D 点也可能在 B 点之下,如果出现这种情况,系统在任何热负荷下都不会失速)。然后应从失速点向下画一条垂直线。此垂直线与底部水平轴的交点(F 点)标记相对于满热负荷的百分比失速负荷。百分比失速负荷也可以使用公式 13.5.1 快速计算。
连接失速点与 F 点的垂直线也将与 BC 线相交。如果从此交点向左侧纵轴画一条水平线,将标记出发生失速时的二次侧入口温度(G 点)。
示例 13.5.1 观察到换热器在满负荷下的蒸汽压力为 7 bar g。冷凝水压力为 1 bar g,疏水阀后有 10 m 的提升。在满负荷下,二次侧流体以 25°C 进入换热器,以 80°C 离开换热器。
- 失速时的热负荷百分比是多少?
- 失速时的二次侧入口温度是多少?
7 bar g 下饱和蒸汽的饱和温度为 170°C。因此换热器在满负荷下的蒸汽温度为 170°C。然后可在图 13.5.4 中将其标为 A 点:
1. 失速时的热负荷百分比是多少?
二次侧流体出口温度 80°C 应标在图 13.5.4 中的 B 点,而满负荷下二次侧流体入口温度 25°C 应标为 C 点。
冷凝水管路 10 m 的提升产生 1 bar 的背压,加上冷凝水系统中的 1 bar g 压力。因此,系统总背压为 2 bar g。由于 2 bar g 下蒸汽的饱和温度为 135°C,代表背压的水平线 DE 标在此温度上。
图 13.5.4 中的失速图显示失速时的热负荷百分比(F 点)约为 61%。数学计算可通过公式 13.5.1 验证:
2. 失速时的二次侧入口温度是多少?
图 13.5.4 中的失速图还表明失速时的入口温度(G 点)约为 46°C 或 47°C。数学计算可通过公式 13.4.1 验证:
