- 变化二次侧流量 - 恒定入口温度 - 恒定出口温度
变化流量、恒定入口/出口温度
并非所有换热器都需要以恒定二次侧流量运行。典型应用可能包括向储罐和反应釜等间歇工艺供应热水。每个储罐的热水供应通过开/关球阀或调节截止阀控制;没有水回流至换热器进行再循环。冷水补充水仅根据热水需求进行加热,如图 13.6.1 所示。蒸汽供应至换热器的调节控制阀调节抽出的热水温度。冷水补充水可能来自加压主管网,其温度可能随季节变化。在考虑失速条件时,应考虑其最低可能温度。
失速图也可用于此类安装,但管壳式换热器的绘制方法与恒定二次侧流量略有不同。此方法描述如下。
此方法的第一部分与示例 13.5.1 非常相似。参考图 13.6.2,满负荷条件下换热器中的蒸汽温度(A 点)应标在左侧纵轴上。然后将所需的二次侧流体出口温度标在右侧纵轴上(B 点)。
二次侧流体入口温度(C 点)也应标在左侧纵轴上。
代表系统背压的水平线也必须标在此图上。此温度应标在右侧纵轴的 D 点,用直线将其连接至左侧纵轴上相同温度的 E 点。
参考图 13.6.3,应画出连接 B 点和 C 点的二次侧负荷线 BC。然后从 BC 线与 50% 负荷纵坐标交叉处向右轴画一条水平线。这代表二次侧流体平均温度,标为 F 点。
然后将二次侧流体平均温度点 F 通过一条对角直线连接至满负荷下换热器中的蒸汽温度点 A,形成 AF 线。
背压线 DE 将与蒸汽线 AF 相交,或在图表上位于 A 点之上。AF 线与 DE 线的交点标记失速点,此处蒸汽压力与背压相同。可以从失速点向下画一条垂直线,以指示失速条件发生的时间。
此垂直线与底部水平轴的交点(G 点)应标记负荷百分比。与前面的示例一样,如果 DE 线在 A 点之上,则在所有负荷条件下都会发生失速。
百分比失速负荷也可以使用公式 13.6.1 计算:
最低蒸汽温度
应注意,最低运行蒸汽温度等于 B 点的设定值温度。在失速图 13.6.4 中出现在 70°C,由蒸汽线 AF 上的 H 点表示。
在实际中,随着热负荷减少和蒸汽温度接近 H 点的二次侧控制温度,蒸汽温度的变化是缓慢的,而不是图 13.6.4 中 H 点所建议的快速阶跃变化。蒸汽温度将以类似于图 13.6.5 所示的方式下降。在失速图上画出这条线既困难也无必要,而图 13.6.4 是实用且易于使用的。
参考图 13.6.4,在此示例中可以看到,在任何低于 37% 的负荷下,蒸汽温度为 70°C。实际上,蒸汽温度的逐渐下降更接近图 13.6.5 所示,但差异非常小,对疏水装置的选择和选型而言可以忽略不计。
示例 13.6.1
一台具有变化二次侧流量的管壳式换热器在满负荷下的蒸汽压力为 8 bar g,冷凝水管路中的压力为 0.5 bar g,疏水阀后有 7 米的提升。在满负荷下,二次侧流体以 30°C 进入换热器,以 90°C 离开换热器,流量为 3.64 L/s。
失速时的负荷百分比是多少?失速时通过换热器的二次侧流量是多少?
8 bar g 下蒸汽的饱和温度为 175°C。因此换热器在满负荷下的蒸汽温度为 175°C。然后应在图 13.6.6 中将其标为 A 点。
二次侧流体出口温度 90°C 应标为 B 点,而二次侧流体入口温度 30°C 应标为 C 点。
冷凝水管路 7 m 的提升产生 0.7 bar 的压差,加上冷凝水管路中的 0.5 bar g 压力。因此,系统总背压为 1.2 bar g。由于 1.2 bar g 下蒸汽的饱和温度为 123°C,代表背压的水平线 DE 在图 13.6.6 中画在此温度上。
在此示例中,负荷百分比(G 点)约为 55%。这意味着二次侧液体流量必须减少至最大流量的 55% 才会发生失速,即 55% x 3.64 L/s = 2 L/s。这可以通过公式 13.6.1 数学验证。
大多数换热器应用要么是如上所述和第 13 模块中所述的变化流量,要么是变化温度。
然而,也可能存在二次侧流体的流量和入口温度同时变化的情况。在这些示例中,通过解释失速图来确定其综合影响变得更加困难。此类系统可以通过比较上述两种方法的结果并使用最不利情况来分析。