【身边的工艺小计算系列001】热水罐顶冷凝器器热负荷计算——最佳100财富

【题目】
假设有这样一种工况，如下图所示：





一个35m3常压热水罐（热水罐尺寸为L6400×W1700×H3200），通过泵打循环，经过其它各种途径（此处略）返回热水罐，反正假设系统中的水温不变，一直保持95℃，热水罐通过补水、溢流控制液位恒定（80%液位）。


罐顶的蒸汽通过换热器E101冷凝，冷凝液回流，尾气直接放空。

【问题】
罐顶冷凝器E101的热负荷怎么计算？？


@arpcd @longkui1990 @tdl522 @罗米 @平沙

有一个“敞开水表面单位蒸发量”计算，单位是：kg/(m2•h)，可以方便根据水温和室温计算出单位面积每小时蒸发质量

可以看看附件的图片，也许有帮助

flying00hs 发表于 2017-3-27 15:04
可以看看附件的图片，也许有帮助

平均下来，每平方米每小时蒸发大概23kg左右

flying00hs 发表于 2017-3-27 15:05
平均下来，每平方米每小时蒸发大概23kg左右

有两个问题：
（1）你这个图片表格出处是哪里？感觉特别不错，第一次见有这样的蒸发量数据。

（2）我这里是95℃，蒸发量应该在40kg/㎡h吧，你看成85℃了

zxc17835 发表于 2017-3-27 15:56
95℃湿度H=3.13kg水/KG干空气
总体积V=6.4*1.7*3.2*0.2=6.96m3
则其中空气1.106kg，水3.462kg

这个问题 的关键是蒸发量是多少，仅仅算气相空间里面的蒸汽量，应该是不准确的。

xilihuagong 发表于 2017-3-27 16:16
有两个问题：
（1）你这个图片表格出处是哪里？感觉特别不错，第一次见有这样的蒸发量数据。

这个敞开式蒸发，进入一个管道里面就破坏了敞开式的环境了。
是不是敞开式可以理解为最大蒸发量。一个无限大的管道就是敞开式了~

工科小愤青 发表于 2017-3-27 16:26
这个敞开式蒸发，进入一个管道里面就破坏了敞开式的环境了。
是不是敞开式可以理解为最大蒸发量。一个无 ...

因为热水储罐的液位稳定的，而且顶部也是放空的，我理解应该属于敞开式的。唯一的区别是这个例子中罐顶没有风速，可能蒸发量没有这么高。

首先溢流口应该有个液封，且高度不应低于换热器的压力降，否则气体都从溢流口走了。
条件不全，简单列一下计算思路
进换热器气体组成：按95度水的饱和蒸气压算，水蒸气分压0.845bara
进换热器气体流量：5m3/h+20%体积的小呼吸
热负荷（不考虑热损失）：流量X组成X焓差（2269.2kj/kg）

这不就是个典型的连续大呼吸计算么？？

300+50=350m3/h的水量同时也是你罐顶的排气量，按95℃的饱和水计算湿空气体积流量就可以了。。你这换热器小不了。

别以为你的罐子液位维持稳定就不呼吸了，你这罐子是典型的连续状态下的大呼吸。人家的大型油罐是先灌满，后抽空，再灌满，再抽空，以年运转周期计算大呼吸，中石油和美国石油都是这么计算的大呼吸，你这嘛，就是连续进，连续出，年周转量350x8000=280万立方米，好大个油罐啊。。

间歇式的油罐呼吸会计算，连续的呼吸反倒不会计算了？？没转过弯来吧。。一小时你的罐子里的水要被倒腾10次，好好想想是不是？？老这么倒腾，罐顶为了维持常压，就只能有这么多的空气吸入呼出咯。。。否则你这罐子就只有两个结果，要么被抽瘪，要么被挤爆。

热工专业对这个类型的热水罐（敞开式热水罐）应该很熟悉，常压热水锅炉上很常见，接近开水的温度时，人家有经验数据，罐顶水的逃逸量大约就是你循环量的一半，单位是kg/h，你这个呢就是350/2=175kg/h，大概齐是这个数，仔细算算是不是（估算值，你自己得好好算算）？这个175kg的水蒸气冷凝潜热就是你换热器的热负荷咯。。

emirateyi 发表于 2017-3-27 16:56
首先溢流口应该有个液封，且高度不应低于换热器的压力降，否则气体都从溢流口走了。
条件不全，简单列一下 ...

请教下 ：
         20%体积的小呼吸又怎么理解？

arpcd 发表于 2017-3-27 23:26
这不就是个典型的连续大呼吸计算么？？

300+50=350m3/h的水量同时也是你罐顶的排气量，按95℃的饱和水计 ...

前面应该是300+5 吧。
这样算下来就是 305*（84546/101325）*0.52= 约132kg/h

但是 个人认为，密闭空间气相应该可以维持不变吧，泵自身完成循环就行了，不需要排挤空气。
具体到这个例子，主要是5m3/h 的补水会挤占气相空间，水的循环起扰动作用，水汽比普通蒸发要多。

猪名无 发表于 2017-3-28 09:10
请教下 ：
         20%体积的小呼吸又怎么理解？

液体体积随温度变化可忽略，20%是只考虑气相空间

密度。

arpcd 发表于 2017-3-27 23:26
这不就是个典型的连续大呼吸计算么？？

300+50=350m3/h的水量同时也是你罐顶的排气量，按95℃的饱和水计 ...

谢刀哥指点，我想了想，确实还得按照循环量加补水量来算热负荷。因为这个系统液位不变，没有绕过这个弯道。不过，你这最后一句话又是老油条们的总结吧，很给力。

我看了一下，95℃的饱和蒸汽的比容，还真是1.982m3/kg，果然差不多是2倍的关系。老油条们真有一套~~

不过刀哥确实半夜眼睛模糊了吧，补充水量是5m3，所以总共应该是305m3才是。算下来蒸汽量才154kg/h。

另外，按照3楼给的敞开水表面蒸发量计算，蒸发量达到40×6.4×1.7=435kg/h。

为什么有这样的疑问？因为我在核算这台换热器热负荷的时候，发现换热器用的冷却水设计的是DN100的，流速按照1.6m/s算的话，流量45m3/h，冷却水设计温差是5℃，相当于冷却418kg/h的蒸汽。

所以，感觉上3漏按个蒸发量可以当做一个更大的数值来核算，但是不知道他的出处。咱这按照循环量计算的话，肯定也是满足的。

猪名无 发表于 2017-3-28 11:48
密度。

我知道你想表达密度，但是你这个数值是比容，即密度的倒数。

xilihuagong 发表于 2017-3-28 13:17
我知道你想表达密度，但是你这个数值是比容，即密度的倒数。

哈哈 我的错

xilihuagong 发表于 2017-3-28 13:15
谢刀哥指点，我想了想，确实还得按照循环量加补水量来算热负荷。因为这个系统液位不变，没有绕过这个弯道 ...

按冷却水管道流速估计值计算蒸汽负荷有一定的道理，只是误差过大了。。。

在油气行业这些都是大拿们玩剩下的了，“敞开水表面”你可以把它想象成一个游泳池，很显然你这里加了冷凝器后不可能有如此大的逃逸面积的（你那放空口能和比基尼美女成堆的泳池比嘛，别说成堆，你能堆一个算你狠），所以大拿们在计算了泳池后一般都抛弃了，按连续大呼吸计算你的换热器足矣！

当然了，你按400多的流量算换热器只有好处没坏处，这种地方的换热器，大点大点不是罪，此外循环水管道在设计院一般都很大，你以后要是核算，建议你取0.5-1.0m/s的流速计算，一般就靠谱了，这是点小经验，设计院的弟兄们也是人，也晓得大得小不得的道理，大点不是罪，小了罪过大过天。。。