1、9 9、加熱及傳熱過程的平安分析、加熱及傳熱過程的平安分析9.1 化工消費(fèi)中傳熱過程危險(xiǎn)性分析 化學(xué)學(xué)工業(yè)與傳熱業(yè)與傳熱 發(fā)發(fā)明并維并維持化學(xué)學(xué)反響響需求的溫溫度條條件 合成氨氨：470-520度 氨氧氨氧化法制備備硝酸：800度 涉及到的兩個過兩個過程：吸熱與熱與放熱熱 發(fā)發(fā)明并維并維持單單元操作過過程需求的條條件 蒸發(fā)發(fā)、結(jié)結(jié)晶、蒸餾餾、枯燥等過過程需求熱熱量的傳傳入或輸輸出 熱熱能綜綜合與與回收 傳熱傳熱回收，綜綜合利用 隔熱與熱與限熱熱 減減小能量的損損失，維維持系統(tǒng)溫統(tǒng)溫度，利于平安 傳熱過傳熱過程平安分析： 加熱過熱過程：明確規(guī)規(guī)定和嚴(yán)厲嚴(yán)厲控制升溫溫上限和升溫溫速度 放熱過熱過程

2、：抑制反響響速度，加設(shè)設(shè)冷卻安裝和緊緊急放料安裝 加熱熱介質(zhì)與質(zhì)與方法 蒸汽或熱熱水 載熱載熱體加熱熱 電電加熱熱 加熱過熱過程危險(xiǎn)險(xiǎn)性分析 蒸汽或熱熱水 載熱載熱體加熱熱 電電加熱熱 輻輻射射傳傳熱熱：對對流流傳傳熱熱：導(dǎo)導(dǎo)熱熱）熱熱傳傳導(dǎo)導(dǎo)：( 電熱爐燒水靠靠電電磁磁波波傳傳熱熱無無物物質(zhì)質(zhì)的的宏宏觀觀位位移移運(yùn)運(yùn)動動，傳傳熱熱靠靠分分子子的的無無規(guī)規(guī)則則熱熱流流流流動動）內(nèi)內(nèi)部部，之之間間和和物物質(zhì)質(zhì)（靜靜止止或或?qū)訉影l(fā)發(fā)生生在在相相互互接接觸觸的的物物質(zhì)質(zhì)體體有有宏宏觀觀位位移移發(fā)發(fā)生生在在流流體體內(nèi)內(nèi)部部，且且流流強(qiáng)強(qiáng)制制對對流流自自然然對對流流 9.2 工業(yè)傳熱過程機(jī)理與傳熱平安分

3、析 9.2.1 傳熱過程機(jī)理分析 牛頓冷卻定律： 21ttAQ 對流傳熱：對流傳熱：流動的流體與外界的傳熱流動的流體與外界的傳熱靜止流體與外界的傳熱靜止流體與外界的傳熱1t2tQQ 電熱爐燒水強(qiáng)迫對流自然對流對流傳熱系數(shù)，W/m2K 邊境層是對流傳熱邊境層是對流傳熱的主要熱阻所在。的主要熱阻所在。ttwQ 化工消費(fèi)費(fèi)中的熱熱交換換熱流體冷流體目的不同加熱劑：水蒸汽、熱水、油冷流體：冷水、空氣、鹽水蓄熱式間壁式直接接觸式T t 間壁式 熱流體 蓄熱式 t T 直接接觸式 冷流體分類分類 9.2.2 典型換熱過程平安分析 夾夾套套式式列列管管式式套套管管式式 t1T1 T2 t2 套管式 T1 T

4、2 夾套式 t1T1 T2 t2 列管式間壁式換熱器間壁式換熱器管程數(shù)：單管程、雙管程、多管程殼程數(shù)：單殼程、雙殼程、多殼程 t1T1 T2 t2 單管程、單殼程 t1T2 T1 t2 雙管程列管式 t1T2 T1 t2 雙管程、雙殼程列管式換熱器列管式換熱器 T Tw tw t T1T2t1t2三個串聯(lián)傳熱環(huán)節(jié)： 熱流體側(cè)的對流傳熱 間壁的導(dǎo)熱 冷流體側(cè)的對流傳熱9.3 傳熱過程熱平衡分析dAKtTdAdAbdAtTdAttdAbtTdATTdQxmwmwww1111122112211 總總熱熱阻阻總總推推動動力力 式中 A 可取 A1、Am、A2等。mxtKAtdAKQ 出出進(jìn)進(jìn)-總傳熱速

5、率方程平均傳熱溫差總傳熱系數(shù)，單位W/m2K T Tw tw t T1T2t1t2T Tw tw t mtKAQ 無相變時：1221ttcqTTcqQpccphh有相變時：qrQ T1T2t1t2-稱為總傳熱熱阻KA1Q的計(jì)算的計(jì)算T Tw tw t 以冷、熱流體均為等溫變化為例。221122111111AAbAtTAttAbtTATTQmwmwww T1T2t1t2TtTtT Tw tw t K的計(jì)算的計(jì)算1查閱歷數(shù)據(jù)：查閱歷數(shù)據(jù)：P156表表9-12現(xiàn)場測定現(xiàn)場測定3公式計(jì)算公式計(jì)算21111bK2211111RabRaKT Tw tw t 思索到實(shí)踐傳熱時間壁兩側(cè)還有污垢熱阻，那么上式變

6、為：9.4 工業(yè)加熱載體與冷卻劑 9.4.1 加熱劑與熱劑與加熱熱方法 (1)水蒸汽 最常用的加熱劑熱劑，通常為飽為飽和蒸汽 優(yōu)優(yōu)點(diǎn)： 潛熱熱大，耗費(fèi)費(fèi)少 給給定壓壓力下，冷凝溫溫度恒定 給熱給熱系數(shù)數(shù)大，可在低溫溫差下操作 價廉，無毒無失火危險(xiǎn)險(xiǎn) 缺陷： 溫溫度高時時，壓壓力較較大 100 oC：0.1Mpa 200 oC：1.56Mpa 水蒸汽加熱熱方法： 直接加熱熱：鼓泡器 間間接加熱熱：排除器與與疏水閥閥的運(yùn)運(yùn)用 (2)熱熱水 普通用于100 oC以下，需高溫時溫時，高壓熱壓熱水 優(yōu)優(yōu)點(diǎn)： 得用二次熱熱源，節(jié)約節(jié)約能量 缺陷： 給熱給熱系數(shù)數(shù)低 不穩(wěn)穩(wěn)定 高溫溫有機(jī)物：400 oC 無

7、機(jī)熔鹽鹽：550 oC 其他： 液體金屬屬：300-800 oC 煙道氣氣：1100 oC 電電：3000 oC 9.4.2 冷卻劑劑和冷卻過過程 水：通常10-30 oC，地下水4-15 oC 循環(huán)環(huán)水的運(yùn)運(yùn)用 空氣氣： 冷凍鹽凍鹽水: 制冷劑劑：氨氨、氟氟里昂昂9.5 換熱器平安技術(shù) 9.5.1 按換熱換熱器的用途分類類 加熱熱器 預(yù)熱預(yù)熱器 過熱過熱器 蒸發(fā)發(fā)器 再沸器 冷卻器 冷凝器 9.5.2 按換熱換熱器傳熱傳熱面外形和構(gòu)構(gòu)造分類類 管式換熱換熱器 板式換熱換熱器 特殊方式換熱換熱器 9.5.3 按換熱換熱器所用資資料分類類 金屬資屬資料換熱換熱器 非金屬資屬資料換熱換熱器9.5.

8、4 9.5.4 換熱換熱器器構(gòu)構(gòu)造造與與性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)殼體、管板、管束、頂蓋（封頭） 、擋板 縱縱向向橫橫向向列管式換熱器管殼式換熱器列管式換熱器管殼式換熱器構(gòu)造構(gòu)造殼體、管板、管束、頂蓋（封頭） 、擋板 縱縱向向橫橫向向溫度補(bǔ)償問題： T1 t0（環(huán)境） Tw T t1 t2 T2 列管式 t tw 溫差在溫差在50以上時，要思索溫度補(bǔ)償問題以上時，要思索溫度補(bǔ)償問題溫度補(bǔ)償問題：換熱器兩端管板和殼體是連為一體的。換熱器兩端管板和殼體是連為一體的。其特點(diǎn)是構(gòu)造簡單、制造本錢低，適用于殼體和管束溫其特點(diǎn)是構(gòu)造簡單、制造本錢低，適用于殼體和管束溫差小、管外物料比較清潔、不易結(jié)垢的場所。差小、管

9、外物料比較清潔、不易結(jié)垢的場所。當(dāng)殼體和管子之間的溫差較大當(dāng)殼體和管子之間的溫差較大(6070 )且殼體接受壓且殼體接受壓力不太高時，可采用補(bǔ)償圈又稱膨脹節(jié)。力不太高時，可采用補(bǔ)償圈又稱膨脹節(jié)。補(bǔ)償圈補(bǔ)償補(bǔ)償圈補(bǔ)償-固定管板式換熱器固定管板式換熱器溫度補(bǔ)償問題：浮頭補(bǔ)償浮頭補(bǔ)償-浮頭式換熱器浮頭式換熱器U型管補(bǔ)償型管補(bǔ)償-U型管式換熱器型管式換熱器一端管板用法蘭與殼體銜接固定，另一端在殼體中自在一端管板用法蘭與殼體銜接固定，另一端在殼體中自在伸縮，整個管束可以由殼體中裝配出來。伸縮，整個管束可以由殼體中裝配出來。適用于殼體與管束間溫差大且需經(jīng)常進(jìn)展管內(nèi)外清洗的適用于殼體與管束間溫差大且需經(jīng)常進(jìn)

10、展管內(nèi)外清洗的場所。場所。用于殼體與管子間溫差大的場所，但管內(nèi)清洗比較困難。用于殼體與管子間溫差大的場所，但管內(nèi)清洗比較困難。 已知：已知：換熱任務(wù)（一種流體的進(jìn)、出口溫度、流量）設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)內(nèi)容： 冷卻劑或加熱劑的選定： 冷、熱流體的走向： 管徑、管長、管數(shù)常用的冷卻劑有：水、空氣、液氨等常用的加熱劑有：水蒸汽、熱空氣、煙道氣、熱油、聯(lián)苯混合物等一般原則：不潔凈的或易結(jié)垢的流體-腐蝕性流體-壓力高的-溫度遠(yuǎn)高于環(huán)境的或遠(yuǎn)低于環(huán)境的流體-蒸汽-粘度大的或流量較小的流體-易于清洗側(cè)管程管程管程殼程（便于排放冷凝液及不凝性氣體）殼程選用、設(shè)計(jì)原那么根據(jù)換熱任務(wù)，選定一些參數(shù)，如流速、K 等試算

11、A初選換熱器型號及規(guī)格校核 K、A設(shè)計(jì)方法及步驟：設(shè)計(jì)方法及步驟： 強(qiáng)化管式換熱器：強(qiáng)化管式換熱器： 翅片管式翅片管式-橫向傳熱面積大，傳熱效率高，總傳熱系數(shù)橫向傳熱面積大，傳熱效率高，總傳熱系數(shù)為光管的四至八倍。為光管的四至八倍。其它類型的換熱器其它類型的換熱器板式換熱器板式換熱器板式換熱器是由一組波紋金屬板板式換熱器是由一組波紋金屬板組成組成,板上有孔板上有孔,供傳熱的兩種流體供傳熱的兩種流體經(jīng)過經(jīng)過.金屬板片安裝在一個側(cè)面有金屬板片安裝在一個側(cè)面有固定板和活動壓緊板的框架內(nèi)固定板和活動壓緊板的框架內(nèi),并并用夾緊螺栓夾緊用夾緊螺栓夾緊.板式換熱器作為一種新型、高效、板式換熱器作為一種新型、

12、高效、節(jié)能的換熱設(shè)備已越來越在眾多節(jié)能的換熱設(shè)備已越來越在眾多領(lǐng)域廣泛運(yùn)用領(lǐng)域廣泛運(yùn)用,并且有逐漸取代其并且有逐漸取代其它類型之趨勢它類型之趨勢. 螺旋板換熱器：螺旋板換熱器：傳熱效率高傳熱效率為列管式換熱器的13倍阻力小以較低的壓力損失，處置大容量蒸氣或氣體；有自清刷才干，因其介質(zhì)呈螺旋形流動，污垢不易堆積；清洗容易，可用蒸氣或堿液沖洗，簡單易行，適宜安裝清洗安裝；介質(zhì)走單通道，允許流速比其它換熱器高。冷入冷入冷出冷出熱入熱入熱出熱出冷入冷入冷出冷出熱入熱入熱出熱出 9.5.5 換熱換熱器平安運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)分析mtKAQ （1） 采用逆流流動（2） 提高加熱劑溫度或降低冷卻劑溫度，但這種方法將受到工藝條件的限制。1 提高mt -程度有限，一般不可隨意改變2、增大 A