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1、13.4.1疏水阀选型举例章节13.4第13章 冷凝水的排除蒸汽和冷凝水系统手册13.4 疏水阀选型举例917疏水阀选型举例13.4.2章节13.4第13章 冷凝水的排除蒸汽和冷凝水系统手册疏水阀选型举例例13.4.1疏水阀的选择因此，必须确定系统的工作情况才能选择合适类型和口径的疏水阀，确保在任何工况下都能从换热器中有效的排除冷凝水。为了正确的排除冷凝水，必须确定以下问题：(A) 在正常运行时会发生失流状况吗? (B) 负荷为多少时会发生失流?首先确定设计状态时的热负荷从热量热量平衡公式2.6.5中，我们得到设计的热负荷为：某工厂需要安装一台汽水热交换器，热源的蒸汽压力为4 bar g将水从
2、10加热到80，循环水的流量为1L/s，设计的功率为293kW。制程最小负荷约为满负荷的60%。该设计参数为最终运行参数，今后不会增加任何负荷。有两家供应商被要求提供换热器，以下信息对疏水阀的选型非常重要：供应商“X”提供的换热器换热面积为2m2，传热系数“U”为2500W/(m2)，在蒸汽压力为4 bar g、水流量为1L/s时，能够提供的加热功率为350kW。供应商“Y”提供的换热器换热面积相对较小，与293kW的实际功率更加匹配，传热系数“U”为2500W/(m2)，在蒸汽压力为4 bar g、水流量为1L/s时，能够提供的加热功率为293kW。换热器后的冷凝水管道提升了5m进入冷凝水回
3、收管，回收管沿途下降进入一开式冷凝水收集罐，疏水阀后的背压为0.5 bar g。注：在大气压力下，1m高的水柱会在其底部产生约10kPa或0.1 bar g的压力。因此，疏水阀后排放管道的提升都会相应产生一定的静压力，增加冷凝水管道内的压力。公式2.6.5Q = 1.0 kg/s x 4.19 kJ/kg x (80-10) 换热功率 (Q) = 293 kW公式13.2.1公式2.5.5通过公式2.5.5，可以计算设计状态下换热器内的蒸汽温度：TM = 58.6供应商“X”换热器的功率为350 kW，换热面积为2m2 在设计负荷下，换热器内蒸汽空间的压力是多少？首先必须确定2m2换热面积下的
4、对数平均温差LMTD (TLM)由公式 13.2.1:c TpQ=mQA =U TM2m2 = TM =293000 W2500 W/m2 x TM293000 W2500 W/m2 x 2m291813.4.3疏水阀选型举例章节13.4第13章 冷凝水的排除蒸汽和冷凝水系统手册式中：TLM = 58.6；T1 = 10；T2 = 80；TS = 蒸汽温度()。求解对数方程:该温度下对应的饱和蒸汽压力为0.45 bar g，低于疏水阀的背压0.5 bar g，换热器始终处于失流状态。 在这种情况下，如果仅安装了浮球式疏水阀，换热器内始终都会有积水现象，负荷变化时，冷凝水的 水位也会发生变化。由
5、于二次侧出口温度趋向于不断波动，换热器的工作性能无法达到令人满意的效果， 而且由于腐蚀等原因还容易造成换热器永久性损坏。 如果换热器始终在失流工况下运行，选择浮球式疏水阀是错误的，应该使用泵阀组合的方式排除冷凝 水。供应商“Y”公式2.5.5式中:TLM = 对数平均温差LMTD；T1 = 10；T2 = 80；TS = 152。由于供应商的选择的换热器的换热面积能够正好满足设计条件，因此需要确定在最高负荷下能够满足换热要求所需的最小换热面积。在此之前，首先需要确定换热器的对数平均温差LMTD，蒸汽温度按4 bar g下饱和温度计算。由公式2.5.2:58.6 = 80-10In Ts-10T
6、s-80In Ts-10 = 70Ts-80 58.6In Ts-10 = 1.194Ts-80Ts-10 = e1.194Ts-80Ts-10 = 3.3Ts-80Ts-10 = 264-10蒸汽温度 (Ts) = 110919疏水阀选型举例13.4.4章节13.4第13章 冷凝水的排除蒸汽和冷凝水系统手册公式2.5.5公式13.2.1式中: A = 换热面积 (m2)；Q = 换热量 (kW)；T2 = 传热系数 (W/(m2)；TM = 对数平均温差TLM。公式13.2.1最高负荷下的换热量为293kW，由公式13.2.1 可以得出最小所需的换热面积： 从公式2.5.5中可以得到满负荷下
7、换热器内的蒸汽温度：从其标准产品范围，供应商“Y”能够提供一款换热面积为1.198m2的板式换热器以满足实际工况的需要。这款换热器的选型稍大（约偏大5%），因此在满负荷运行时，蒸汽空间的实际工作压力要低于4 bar g。通常，换热器选型都会比实际负荷偏大10%，因此，在选择疏水类型和孔径时都必须先确定换热器内的蒸汽压力（并不是提供的额定工作压力）。著名的换热器厂商都愿意提供这些信息，至少他们能够提供换热面积、传热系数“U”和功率。从这些数据中可以计算得出对数平均温差，从而得到换热器内的实际工作压力。QA =U TMQA =U TMTLM = 80-10In 152-10152-80TLM =
8、70In 14272TLM = 70In 1.972TLM = 70 = 1030.679A = 2930002500103换热面积 = 1.138 m2TM = QUATM = 293000 W2500 W/(m2)1.198 m2TM = 97.892013.4.5疏水阀选型举例章节13.4第13章 冷凝水的排除蒸汽和冷凝水系统手册此温度对应的饱和和蒸汽压力为3.4 bar g，由于该压力大于疏水阀的背压（0.5 bar g），因此在满负荷时系统不会出现失流。满负荷时的蒸汽流量（ms）是多少？蒸汽的质量流量取决于蒸汽空间的压力。满负荷时蒸汽空间的压力为3.4 bar g，对应的蒸发焓为21
9、22 KJ/kg。由公式2.8.1：式中：TLM = 97.8；T1 = 10；T2 = 80；TS = 蒸汽温度()。求解对数方程:公式2.8.1温度设计常数(TDC)是多少?现在需要确定在多少负荷下换热器会发生失流。在此之前，需要计算设计条件下换热器的温度设计常数（TDC）。由公式13.2.2:公式13.2.297.8 = 80-10In Ts-10Ts-80In Ts-10 = 70Ts-80 97.8In Ts-10 = 0.715Ts-80Ts-10 = e0.715Ts-80Ts-10 = 2.045Ts-80Ts-10 = 2.045 (Ts-80)蒸汽温度 (Ts) = 147
10、蒸汽流量 (kg/h) = 负荷 kW x 3600 运行压力下的潜热hfgms = 2933600 kg/h2122蒸汽流量 (ms) = 498 kg/h 满负荷时921疏水阀选型举例13.4.6章节13.4第13章 冷凝水的排除蒸汽和冷凝水系统手册公式13.2.4式中:T1 = 二次侧入口温度；T2 = 80；TS = 111.6；TDC = 2.045。失流状态失流状态下，换热器内蒸汽空间的压力应等于疏水阀后背压0.5 bar g。0.5 bar g对应的饱和蒸汽温度为111.6。由公式13.2.4可以得到二次侧入口温度公式2.6.5公式13.4.1失流时的热负荷? 通过公式2.6.5
11、计算换热量：选择疏水阀时需要考虑换热器的最低负荷高于还是低于失流负荷。换热器最低负荷是满负荷（293kW）的60，因此：最低负荷 = 0.6 x 293 kW = 176 kW失流负荷 = 138 kW由于换热器的最低负荷始终高于失流负荷，因此系统永远不会发生失流。此时可以选择浮球式疏水阀用于排除冷凝水，因为疏水阀前后始终有正压差。当然，疏水阀在选型时必须同时能够满足满负荷和最低负荷下的冷凝水排放要求，因此需要计算两种状态下换热器内的工作压力和对应的冷凝水量。首先，可能通过公式13.4.1确定最低负荷下二次侧的进口温度T1 = Ts - TDC (Ts - T2) T1 = 116 - 2.0
12、45 x (111.6 - 80)T1 = 111.6 - 64.6T1 = 47（失流状态）c TpQ=mTx = (T2 - T1) (1 - x) + T1式中: TDC = 温度设计常数； T1 = 10； T2 = 80； TS = 147。TDC = 147-10147-80TDC = 137 = 2.04567Q = 1.0 kg/s4.19 kJ/kg(80-47)换热功率（Q） = 138 kW (138000 W)满负荷为293 kW，失流时的负荷为满负荷的 = 138 100 = 48%29392213.4.7疏水阀选型举例章节13.4第13章 冷凝水的排除蒸汽和冷凝水系
13、统手册式中: Tx = 某负荷系数“x”下二次侧流体的入口温度；T1 = 满负荷下二次侧流体的入口温度； T2 = 满负荷下二次侧流体的出口温度； x = 负荷系数 （0-1）。公式13.2.3式中:TDC = 2.045；T2 = 80；T1 = 38；TS = 蒸汽温度()。公式2.8.1最低负荷状态由公式13.2.3:换热器换热量降为176 kW时，蒸汽的温度降为120，对应的压力为1.0 bar g。冷凝水管道内的压力为0.5 bar g，因此通过疏水阀的压差为1.0 bar g - 0.5 bar g = 0.5 bar。176kW的换热量时蒸汽的流量(ms(min)是多少？最低负荷
14、时的蒸汽流量取决于蒸汽的压力，1.0 bar g压力饱和蒸汽的蒸发焓为2201.1 kJ/kg。由于已经确定换热器不会发生失流，因此选择浮球式疏水阀是合适的。现在需要选择合适口径的疏水阀以满足：a) 满负荷时，在3.4 bar g-0.5 bar g=2.9 bar的压差下排放498kg/h的冷凝水。b) 最低负荷时，在1.0 bar g-0.5 bar g=0.5 bar的压差下排放288kg/h的冷凝水。从浮球式疏水阀的排量图13.4.1中可以看出，DN25 (1”) FT14-4.5浮球式疏水阀能够同时满足两种工况下的排水要求，可使用于该换热器。当然，如果最低负荷低于失流负荷时，就必须选
15、择选择泵阀组合。在13.8节预防失流的实用方法中详细的讨论了选择疏水装置的方法。T(0.6) = (T2 - T1) (1 - x) + T1T(0.6) = (80 - 10) (1 - 0.6) + 10T(0.6) = 70 x 0.4 + 10T(0.6) = 38Ts =(T2 x TDC) - T1TDC - 1例如最低负荷为60%的满负荷，对应的负荷系数为0.6Ts = (802.045) - 382.045 -1Ts = 125.6 1.045最小负荷时的蒸汽温度 (Ts) = 120蒸汽流量 (kg/h) = 负荷 kW x 3600运行压力下的潜热hfgms = 1763600 kg/h2201.1最小负荷下的蒸汽流量 (ms) = 288 kg/h923疏水阀选型举例13.4.8章节13.4第13章 冷凝水的排除蒸汽和冷凝水系统手册冷凝水 (kg/h)压差 (bar)最小负荷时的P
