蒸汽工程原理与传热

打开和闭箱用于大量过程应用：

锅炉饲料
锅炉给水箱是任何蒸汽产生系统的核心。它提供了一个蓄回冷凝水和经过处理的补充水的水库，供锅炉使用。

加热水的一个原因是减少进入锅炉的氧气，(理论上)在100°C时氧气浓度为0ppm。锅炉给水箱正常工作在80°C至90°C之间。

热水箱
在工业中，许多过程都需要热水。它经常在简单的、开或闭的容器中加热，使用蒸汽作为加热介质。操作温度可以在40°C到85°C之间，取决于应用程序。

脱脂坦克
脱脂是在加工后和产品的最终组装之前从金属表面除去润滑脂和冷却油的沉积物的过程。在脱脂罐中，将材料浸入溶液中，该溶液通过线圈加热至90℃和95℃的温度。

金属治疗坦克
金属处理槽，有时被称为大桶，用于许多不同的工艺:

• 去除比例或锈蚀。
• 在表面涂上金属涂层

处理温度一般在70°C到85°C之间。

储油罐
储油罐需要储存在环境温度下不能抽运的油，例如锅炉的重燃料油。在环境温度下，稠油非常粘稠，必须加热到30°C - 40°C，以降低其粘度，使其能够被泵送。这意味着所有的重油储罐都需要配备加热设备，以方便抽油。

用于加工工业的加热罐
许多过程工业使用加热罐，见表2.9.1。

在一些应用中，处理流体可以实现其工作温度，并且唯一的热量要求可能是由于壁的固体表面的损耗和/或来自液体表面的损失。

该模块将处理确定坦克的能量要求的计算：以下两个模块（2.10和2.11）将处理如何提供该能量。

当确定罐或工艺流体的桶的热量要求时，总热量要求可以包括一些或全部多个关键组件：

1. 将工艺流体温度从低温提高到其工作温度所需的热量。
2. 将血管材料从寒冷升至其工作温度所需的热量。
3. 热量从容器的固体表面流失到大气中。
4. 液体表面的热量暴露在大气中。
5. 浸入工艺流体的任何冷物体所吸收的热量。

然而，在许多应用程序中，只有上面的一些组件是重要的。例如，在一个完全封闭、绝缘良好的散装油储罐的情况下，总热量需求可能几乎全部由提高流体温度所需的热量构成。

第1项和第2项是提高液体和容器材料的温度所需要的能量，第5项是浸入工艺流体的任何冷物品所吸收的热量，可以通过使用公式2.6.1得到。一般来说，数据是可以精确定义的，因此热量需求的计算是直接和精确的。

项目3和4，可以通过使用等式2.5.3来确定来自容器和液体表面的热损失。

然而，热损失的计算要复杂得多，通常必须依赖经验数据或基于几个假设的表格。由此可见，热损失的计算不太准确。

从容器固体表面到大气的热量损失

只有在表面和周围空气之间存在温差时，热量才会被传递。

图2.9.1提供了一些典型的整体传热系数，用于从裸钢平面到环境空气的热传递。如果罐的底部没有暴露在环境空气中，但在地面上定位平坦，通常需要考虑热量损失的这种成分可以忽略不计，并且可以安全地忽略。

• 绝缘长度为25mm时，U值需乘以0.2
• 对于50mm的绝缘，U值需乘以0.1

图2.9.1中提供的整体传热系数仅适用于“静止空气”条件。

表2.9.2显示了在考虑空气速度时需要应用于这些值的乘法因子。然而，如果表面绝缘良好，即使在暴露条件下，空气速度也不可能增加超过10%的热损失。

Velocities of less than 1 m/s can be considered as sheltered conditions, whilst 5 m/s may be thought of as a gentle breeze (about 3 on the Beaufort scale), 10 m/s a fresh breeze (Beaufort 5), and 16 m/s a moderate gale (Beaufort 7).

对于散装储油罐，可采用表2.9.3中所引用的整体传热系数。

水箱:从水面到大气的热量损失

图2.9.2将来自水面的热量损失与空气速度和表面温度相关。在该图表中，“静止”空气被认为具有1米/秒的速度，遮住位置的罐子户外考虑大约4米/秒的速度，同时在室外的暴露位置的罐中被认为是约8米/秒的速度。

该图以W/m²而不是W/m²°C的总传热系数为单位提供热损失。这意味着这个数值必须乘以表面面积来提供传热速率，因为已经考虑了水和空气的温差。

如图2.9.2所示，水面的热损失不会显着受到空气湿度的显着影响。在实践中可能遇到的全系列湿度被曲线的厚度覆盖。然而，该图考虑了空气温度为15.6°C和55％空气湿度的热损失。这些条件可以从Spirax Sarco网站上的工程支持中心计算。

为了从图表中确定热损失，必须从最高刻度中选择水面温度。一条线应该垂直向下投影到(粗体)热损失曲线。
对于室内坦克，一条线应从交叉口水平投射到左侧标尺。

对于室外储罐，一条水平线应该向左或向右投影，直到它与需要的位置相交，或遮蔽或暴露。垂直向下的投影将揭示底部刻度上的热损失。

在大多数情况下，液体表面的热损失可能是最重要的热损失因素。在实际情况下，可以通过在液体表面覆盖一层聚苯乙烯球来限制热损失，它提供了一个绝缘“毯”。如图2.9.2所示，当储罐位于外部暴露位置时，任何减少热损失的解决方案都变得更加重要

2.9.1例子

对于图2.9.3所示的罐，确定：

第1部分。启动时所需的平均传热速率。

第2部分。运行过程中所需的最大传热速率。

• 坦克是解开和打开的，位于工厂内的混凝土地板上。
  它长3米，宽度为3米，高2米高。
  罐体总表面积= 24 m²(不含底座)。
  储罐/空气的传热系数U1 = 11 W/m²°C。
  2/3的弱酸溶液(cp = 3.9 kJ/kg°C)，其密度与水(1 000 kg/m³)相同。
• 罐是由15毫米轻度钢板制成的。（密度= 7 850 kg /m³，cp = 0.5 kJ / kg°C）
• 当需要在2小时内将溶液从最低环境温度(8°C)提高到60°C，并在白天保持该温度时，该罐可隔天使用。
• 当罐达到温度时，每20分钟将浸渍500kg钢制品，而不会溢出罐。（CP = 0.5 kJ / kg°C

第1部分-确定q̇M(启动)期间所需的平均传热速率

第1.2部分加热罐材料Q̇m（罐）

第1.3部分罐侧热损失Q̇M (sides)

部分1.4液体表面的热损失q̇m（表面）

第1.5部分平均传热要求q̇m（启动）

第2部分-确定运行负荷，即运行Q̇(运行)期间所需的最大传热率

在工作条件下，液体和罐(A1和A2, 2.9.6页)已经达到工作温度，因此加热组件= 0。

在操作条件下，从液体和罐(A3和A4)的热损失将更大。这是因为液体和罐体的温度与周围环境之间存在较大的差异。

将物品浸入液体中显然是该过程的目标，因此必须计算热负荷并将热损失加到运行负荷中。

第2.1部分油箱两侧的热损失

第2.2部分液体表面热损失Q̇(surface)

第2.3部分加热浸入罐中的钢制品Q̇（制品）

第2.4部分总平均传热要求Q̇（表面）（运行负载）

注意，运行能量需求(59kw)明显低于启动能量需求(367kw)。这是典型的情况，如果可能，启动期可能会延长。

这将有降低最大能量流量的效果，并具有对锅炉的调平需求和减少对温度控制系统的需求的好处。

对于要连续运行的罐，通常只需要计算操作要求即第2部分计算。