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1、9 9、加热及传热过程的安全分析、加热及传热过程的安全分析1加热及传热过程的安全分析9.1 化工生产中传热过程危险性分析化学工业与传热化学工业与传热创造并维持化学反应需要的温度条件创造并维持化学反应需要的温度条件合成氨：合成氨：470-520度度氨氧化法制备硝酸：氨氧化法制备硝酸：800度度涉及到的两个过程：吸热与放热涉及到的两个过程：吸热与放热创造并维持单元操作过程需要的条件创造并维持单元操作过程需要的条件蒸发、结晶、蒸馏、干燥等过程需要热量的传入或输出蒸发、结晶、蒸馏、干燥等过程需要热量的传入或输出热能综合与回收热能综合与回收传热回收，综合利用传热回收，综合利用隔热与限热隔热与限热减小能量
2、的损失，维持系统温度，利于安全减小能量的损失，维持系统温度，利于安全2加热及传热过程的安全分析传热过程安全分析：传热过程安全分析：加热过程：明确规定和严格控制升温上限和升温速度加热过程：明确规定和严格控制升温上限和升温速度放热过程：抑制反应速度，加设冷却装置和紧急放料装置放热过程：抑制反应速度，加设冷却装置和紧急放料装置加热介质与方法加热介质与方法蒸汽或热水蒸汽或热水载热体加热载热体加热电加热电加热加热过程危险性分析加热过程危险性分析蒸汽或热水蒸汽或热水载热体加热载热体加热电加热电加热3加热及传热过程的安全分析9.2 工业传热过程机理与传热安全分析9.2.1 传热过程机理分析4加热及传热过程的
3、安全分析对流传热：对流传热：流动的流体与外界的传热流动的流体与外界的传热静止流体与外界的传热静止流体与外界的传热强制对流自然对流对流传热系数，W/m2K边界层是对流传热边界层是对流传热的主要热阻所在。的主要热阻所在。ttwQ5加热及传热过程的安全分析化工生产中的热交换化工生产中的热交换热流体冷流体目的不同加热剂：水蒸汽、热水、油冷流体：冷水、空气、盐水6加热及传热过程的安全分析分类分类 9.2.2 典型换热过程安全分析7加热及传热过程的安全分析间壁式换热器间壁式换热器8加热及传热过程的安全分析9加热及传热过程的安全分析10加热及传热过程的安全分析11加热及传热过程的安全分析列管式换热器列管式换
4、热器12加热及传热过程的安全分析三个串联传热环节： 热流体侧的对流传热 间壁的导热 冷流体侧的对流传热9.3 传热过程热平衡分析13加热及传热过程的安全分析总传热系数，单位W/m2K 14加热及传热过程的安全分析-称为总传热热阻Q的计算的计算15加热及传热过程的安全分析K的计算的计算（1）查经验数据：）查经验数据：P156表表9-1（2）现场测定）现场测定（3）公式计算）公式计算16加热及传热过程的安全分析考虑到实际传热时间壁两侧还有污垢热阻，则上式变为：17加热及传热过程的安全分析9.4 工业加热载体与冷却剂9.4.1 加热剂与加热方法加热剂与加热方法(1)水蒸汽水蒸汽最常用的加热剂，通常为
5、饱和蒸汽最常用的加热剂，通常为饱和蒸汽优点：优点：潜热大，消耗少潜热大，消耗少给定压力下，冷凝温度恒定给定压力下，冷凝温度恒定给热系数大，可在低温差下操作给热系数大，可在低温差下操作价廉，无毒无失火危险价廉，无毒无失火危险缺点：缺点：温度高时，压力较大温度高时，压力较大100 oC：0.1Mpa200 oC：1.56Mpa18加热及传热过程的安全分析水蒸汽加热方法：水蒸汽加热方法：直接加热：鼓泡器直接加热：鼓泡器间接加热：排除器与疏水阀的应用间接加热：排除器与疏水阀的应用19加热及传热过程的安全分析(2)热水热水一般用于一般用于100 oC以下，需高温时，高压热水以下，需高温时，高压热水优点：
6、优点：得用二次热源，节约能量得用二次热源，节约能量缺点：缺点：给热系数低给热系数低不稳定不稳定20加热及传热过程的安全分析（）高温有机物：（）高温有机物：400 oC（）无机熔盐：（）无机熔盐：550 oC（）其他：（）其他：液体金属：液体金属：300-800 oC烟道气：烟道气：1100 oC电：电：3000 oC21加热及传热过程的安全分析9.4.2 冷却剂和冷却过程冷却剂和冷却过程水：通常水：通常10-30 oC，地下水，地下水4-15 oC循环水的使用循环水的使用空气：空气：冷冻盐水冷冻盐水:制冷剂：氨、氟里昂制冷剂：氨、氟里昂22加热及传热过程的安全分析9.5 换热器安全技术9.5.
7、1 按换热器的用途分类按换热器的用途分类加热器加热器预热器预热器过热器过热器蒸发器蒸发器再沸器再沸器冷却器冷却器冷凝器冷凝器23加热及传热过程的安全分析9.5.2 按换热器传热面形状和结构分类按换热器传热面形状和结构分类管式换热器管式换热器板式换热器板式换热器特殊形式换热器特殊形式换热器24加热及传热过程的安全分析9.5.3 按换热器所用材料分类按换热器所用材料分类金属材料换热器金属材料换热器非金属材料换热器非金属材料换热器25加热及传热过程的安全分析9.5.4 9.5.4 换热器器结构与构与性能特点性能特点列管式换热器（管壳式换热器）列管式换热器（管壳式换热器）构造构造26加热及传热过程的安
8、全分析27加热及传热过程的安全分析28加热及传热过程的安全分析温差在温差在50以上时以上时，要考虑温度补偿问题，要考虑温度补偿问题29加热及传热过程的安全分析温度补偿问题：换热器两端管板和壳体是连为一体的。换热器两端管板和壳体是连为一体的。其特点是结构简单、制造成本低，适用于壳体和管束温其特点是结构简单、制造成本低，适用于壳体和管束温差小、管外物料比较清洁、不易结垢的场合。差小、管外物料比较清洁、不易结垢的场合。当壳体和管子之间的温差较大当壳体和管子之间的温差较大(6070 )且壳体承受压且壳体承受压力不太高时，可采用补偿圈（又称膨胀节）。力不太高时，可采用补偿圈（又称膨胀节）。补偿圈补偿补偿
9、圈补偿-固定管板式换热器固定管板式换热器30加热及传热过程的安全分析温度补偿问题：浮头补偿浮头补偿-浮头式换热器浮头式换热器U型管补偿型管补偿-U型管式换热器型管式换热器一端管板用法兰与壳体连接固定，另一端在壳体中自由一端管板用法兰与壳体连接固定，另一端在壳体中自由伸缩，整个管束可以由壳体中拆卸出来。伸缩，整个管束可以由壳体中拆卸出来。适用于壳体与管束间温差大且需经常进行管内外清洗的适用于壳体与管束间温差大且需经常进行管内外清洗的场合。场合。用于壳体与管子间温差大的场合，但管内清洗比较困难。用于壳体与管子间温差大的场合，但管内清洗比较困难。 31加热及传热过程的安全分析选用、设计原则32加热及
10、传热过程的安全分析设计方法及步骤：设计方法及步骤：33加热及传热过程的安全分析 强化管式换热器：强化管式换热器： 翅片管式-横向传热面积大，传热效率高，总传热系数为光管的四至八倍。其它类型的换热器其它类型的换热器34加热及传热过程的安全分析35加热及传热过程的安全分析板式换热器板式换热器板式换热器是由一组波纹金属板板式换热器是由一组波纹金属板组成组成,板上有孔板上有孔,供传热的两种流体供传热的两种流体通过通过.金属板片安装在一个侧面有金属板片安装在一个侧面有固定板和活动压紧板的框架内固定板和活动压紧板的框架内,并并用夹紧螺栓夹紧用夹紧螺栓夹紧.板式换热器作为一种新型、高效、板式换热器作为一种新
11、型、高效、节能的换热设备已越来越在众多节能的换热设备已越来越在众多领域广泛应用领域广泛应用,并且有逐步取代其并且有逐步取代其它类型之趋势它类型之趋势. 36加热及传热过程的安全分析螺旋板换热器：螺旋板换热器：传热效率高传热效率高传热效率为列管式换热器的传热效率为列管式换热器的13倍倍阻力小阻力小以较低的压力损失，处理大容以较低的压力损失，处理大容量蒸气或气体；有自清刷能力，因量蒸气或气体；有自清刷能力，因其介质呈螺旋形流动，污垢不易沉其介质呈螺旋形流动，污垢不易沉积；清洗容易，可用蒸气或碱液冲积；清洗容易，可用蒸气或碱液冲洗，简单易行，适合安装清洗装置；洗，简单易行，适合安装清洗装置；介质走单通道，允许流速比其它换介质走单通道，允许流速比其它换热器高。热器高。37加热及传热过程的安全分析冷入冷入冷出冷出热入热入热出热出38加热及传热过程的安全分析冷入冷入冷出冷出热入热入热出热出39加热及传热过程的安全分析40加热及传热过程的安全分析9.5.5 换热器安全运行分析换热器安全运行分析41加热及传热过程的安全分析传热过程的强化传热过程的强化用用较较少少的的传传热热面面积积或或较较小小的的设设备备完完成成同同样样的的传传热热任任务务（设设计计），或或力求使换热设备在单位时间、单位面积传递的热量尽可能地大。力求使换热设备在单位时间、单位面积传递的热量尽可能地大。42加热及传热过程的安全分析
