设备项目的蒸汽消耗量

了解其他常见设备项目的蒸汽消耗量，包括加热器组件、换热器、干燥缸、压机和伴热管。

本模块以下章节中的示例是对前面提到的设备的修订，并指出了其他常见设备项目的蒸汽消耗量。

加热器组件

大多数单元式加热器和空气加热器组件制造商以kW给出其设备的输出。可以通过将设备额定值（以kW计）除以工作压力下蒸汽的蒸发焓（以kJ/kg计）来确定凝结速率，得到kg/s的蒸汽流量。 乘以3 600将得到kg/h。 如果制造商数据不可用，但已知以下条件：

• 体积空气流量。
• 温升。
• 蒸汽压力。 则可以使用公式2.12.3确定凝结速率： 例2.14.1 一台设计将空气温度从-5升高到30 °C的空气加热器安装在2 m x 2 m的管道中。 管道中的空气速度为3 m/s，蒸汽以3 bar g供给加热器组件，空气的比热取为1.3 kJ/m³ °C。

加热换热器

与空气加热器一样，大多数加热换热器制造商通常会为其设备提供额定值，蒸汽消耗量可以通过将kW额定值除以工作压力下蒸汽的焓来确定，得出kg/s的结果（见公式2.8.1）。然而，换热器经常对其所服务的系统来说偏大，原因是：

• 建筑物服务的初始热负荷计算将包含众多且过于谨慎的安全系数。
• 换热器本身将从标准系列中选择，因此将选择比计算负荷大一级的尺寸。
• 换热器制造商将在设备上包含自己的安全系数。 如果知道供水和回水温度以及泵送速率，可以获得任一时刻实际负荷的估算值。但请注意，排放侧的压头影响泵的吞吐量，这可能是恒定的也可能不是。 例2.14.2 4 l/s的低温热水（供水/回水 = 82/71 °C）在加热系统中循环泵送。 确定热输出：
• 热输出 = 水流量 x 水的比热 x 温度变化
• 热输出 = 4 l/s x 4.19 kJ/kg °C x (82 - 71 °C)
• 热输出 = 184 kW 估算加热换热器负荷的另一种方法是考虑被加热的建筑物。热负荷计算可能因以下因素而变得复杂：
• 换气次数。
• 通过墙壁、窗户和屋顶的传热速率。 然而，通过取建筑物体积并允许30 W/m³的加热能力，可以获得合理的估算。这将在室外温度约为-1 °C时给出室内温度约20 °C的运行负荷。 典型供水和回水温度：
• 低温热水（LTHW）系统为82 °C和71 °C（ΔT = 11 °C）。
• 中温热水（MTHW）系统为94 °C和72 °C（ΔT = 22 °C）。 高温热水（HTHW）系统的数据差异很大，必须针对每个单独应用进行检查。 例2.14.3 加热换热器的蒸汽流量在室外温度7 °C、室内温度18 °C时测得为227 kg/h。 如果室外温度降至-1 °C，室内温度为19 °C，确定近似蒸汽流量。这可以通过比例计算。

热水储存式换热器

热水储存式换热器设计为在规定时间内将全部内容物从冷态加热到储存温度。 典型英国值为：

• 冷水温度10 °C
• 热水温度60 °C 加热时间（也称为”恢复时间”）= 1小时。 待加热水的质量可以从容器体积确定。（对于水，密度ρ = 1 000 kg/m³，比热（cp）= 4.19 kJ/kg °C）。 例2.14.4 储存式换热器由圆柱形容器组成，直径1.5 m，高2 m。容器内容物需在1小时内加热到60 °C。

进水温度为10 °C，蒸汽压力为7 bar g。 确定蒸汽流量：

干燥缸

干燥缸在布局和应用上有很大差异，因此蒸汽消耗量也不同。 除了尺寸、蒸汽压力和运行速度的巨大差异外，缸体可能通过机器框架排放，如纺织罐式干燥机，或通过吹扫系统排放，如高速造纸机的情况。相反，薄膜干燥机和低速造纸机可能在每个缸体上使用单独的蒸汽疏水阀。需求范围从干燥小尺寸棉线的小型静止损失，到造纸机湿端或薄膜干燥机中的重负荷。

因此，准确的数据只能通过测量获得。然而，一些可信的公式正在使用，可以在合理范围内估算蒸汽消耗量。 对于纺织缸式干燥机，计算缸体数量并测量每个缸体的周长和宽度将得出总加热表面积。每个缸体的两端应包括在内，每个缸体应增加0.75 m²以覆盖缸头和框架，除非使用单独的疏水。机器静止时的辐射损失（以每小时千克蒸汽计）可以通过将

总面积乘以2.44的系数来估算。运行负荷（以每小时千克计）将通过使用8.3的系数获得。（在英制单位中，面积将以平方英尺计量，相应的系数分别为0.5和1.7）。这是基于以每分钟64至73米（每分钟70至80码）的速率干燥匹头织物的机器，但通过做调整，可以用于不同条件下运行的机器。 上式中的系数是经验推导的常数： 1.5 = 应用于缸式干燥机的系数。 2 550 = 蒸发水分所需的平均水焓 + 蒸发焓。 1.26 = 材料的平均比热。 干燥缸由于蒸汽空间的巨大体积和需要加热的金属质量，往往具有较重的启动负荷，在蒸汽疏水阀选型时应允许运行负荷的三倍系数。还必须记住，空气会造成特别的困难，如延长预热时间和不均匀的表面温度。因此必须为缸体排气做出特殊安排。

压机

压机与干燥缸一样，有各种形状、尺寸和工作压力，用于多种用途，如模塑塑料粉末、制备层压板、生产汽车轮胎（见图2.14.4）和制造胶合板。有时还包括冷却循环。 显然，难以精确计算蒸汽负荷，获得可信结果的唯一方法是通过测量。 此类设备可以是”开放式的”，允许向大气辐射损失，或”封闭式的”，此时两个加热表面实际上通过产品彼此隔热。虽然部分热量被产品吸收，但净结果是无论设备工作还是静止，蒸汽消耗量基本相同，不过在开启和关闭时会有波动。 蒸汽消耗量有时可以使用基本传热公式2.5.3来估算： 图2.9.1中显示的U值有时可以使用。对于大型平板压机它们可以给出合理的结果，但对于少量形状复杂的模具则不太准确，主要是由于难以估算表面积。 此类设备的一个特点是蒸汽空间小，从冷态预热时蒸汽负荷相对较高。为考虑此因素和负荷波动，蒸汽疏水阀选型应使用运行负荷的2倍系数。使用先导式直接作用减压阀可以实现非常精确的温度控制，提供恒定且一致的蒸汽压力，对应于所需的表面温度。这些仅根据设计蒸汽负荷进行选型。

伴热管

输送粘性流体的管线通常通过蒸汽伴热管维持在较高温度。伴热管通常由一根或多根小口径蒸汽管线组成，沿产品管线铺设，整体覆盖保温层。 理论上，蒸汽消耗量的精确计算是困难的，因为它取决于：

• 两条管线之间的接触程度，以及是否使用导热膏。
• 产品的温度。
• 伴热管的长度、温度和压降。
• 环境温度。
• 风速。
• 外包层的发射率。 在实践中，通常可以安全地假设伴热管仅替代了产品管线本身的辐射损失。在此基础上，伴热管的蒸汽消耗量可作为运行负荷，等于产品管线的辐射损失。

表2.14.1提供了50或100 mm保温层的保温管道热损失。 例2.14.5 一条50 m长 x 200 mm的管道含有120 °C的液体产品。环境温度为20 °C，管道有50 mm保温，蒸汽以7 bar g供给伴热管。 确定蒸汽消耗量： 对于夹套管线，热损失可假定为与直径等于夹套直径的蒸汽总管相同；同时考虑任何保温。 在蒸汽疏水阀选型时，应使用运行负荷的2倍系数来涵盖启动条件，但任何温控阀可以仅按设计负荷选型。 伴热管选型 例2.14.5基于管道热损失计算蒸汽伴热负荷。 在实践中，伴热管不会完全按此热损失精确选型。表2.14.2显示了15 mm和20 mm钢制和铜制伴热管在不同压力下沿不同温度产品管线运行时的有效热输出。该表考虑了伴热管通过保温层向周围空气的热损失。 在例2.14.5中，管道热损失为97 W/m。伴热管必须能够至少提供此传热速率。 表2.14.2显示，通过插值，15 mm钢制伴热管在产品温度120 °C、蒸汽压力5 bar g时的有效热输出为33 W/m。 维持120 °C产品温度所需的伴热管数量为： 因此，如图2.14.9所示，此应用需要三根15 mm钢制伴热管。