蒸汽直接加热和间接换热的选择
蒸汽换热器的选型计算
蒸汽换热器的选型计算
1.确定工艺参数：首先需要明确工艺流体的性质和参数，包括蒸汽的
流量、温度和压力，以及被加热介质（如水、油等）的流量、温度和压力。
2.确定热负荷：根据工艺参数，计算蒸汽与被加热介质之间的热负荷，即单位时间内传递的热量。
热负荷通常使用功率单位表示，如千瓦（kW）。
3.确定换热系数：根据蒸汽和被加热介质的性质，确定蒸汽换热器的
换热系数。
换热系数是蒸汽换热器设计的重要参数，可以通过经验公式或
理论计算得到。
4.选择换热器型号：根据热负荷和换热系数，选择合适的蒸汽换热器
型号。
一般来说，蒸汽换热器可以分为壳管式、板式和管式等几种类型，
每种类型有不同的优缺点，需要根据具体情况进行选择。
5.计算换热面积：根据热负荷和换热系数，计算蒸汽换热器所需的换
热面积。
换热面积是换热器设计的关键参数，它决定了换热器的尺寸和热
效率。
6.设计换热器尺寸：根据换热面积计算结果，确定蒸汽换热器的尺寸。
换热器尺寸包括换热面积、管道/板片的数量和布置方式等。
7.考虑额外因素：除了上述基本步骤外，还需要考虑一些额外的因素，如换热器的材质、维护和清洁方式、压降限制等。
需要注意的是，蒸汽换热器的选型计算是一个复杂的过程，需要考虑
多个因素并进行详细的计算和分析。
对于一些复杂的工艺流程，可能需要
采用模拟计算或实验验证的方法来进行选型。
最后，选择合适的蒸汽换热器是确保工艺过程正常运行和提高能源利用率的重要环节，应根据实际情况和专业知识进行综合分析和决策。
油罐加热
1 直接加热式、热水加热和蒸汽加热分析比较烟气直接加热为最佳加热方式。
原因如下:传热温差最大,是蒸汽与热水的数倍;系统结构最为简单，只需2根烟管沿油罐折返一次,而不论是蒸汽加热还是热水加热,为了节约钢材,选用小直径换热管,这样布置必将并排布置许多管子,进出口都需要连接管箱,另外,热水或蒸汽放热后还需要返回加热炉加热,由于热水和蒸汽循环流动,需要布置水泵,高温下,系统的压力达到几个兆帕,容易爆管引起事故,锅炉中布置热水或蒸汽换热器,使烟气阻力增大,容易使锅炉冒正压熄火。
另外,目前一些机构过分鼓吹热管加热效果,使得目前有些单井油罐盲目采用热管加热。
其实则不然,热管加热属于间接加热系统,在热管的蒸发段吸收锅炉的热量,使工质蒸发,蒸汽流向冷凝段,在这里由于受到原油冷却使蒸汽凝成液体,靠重力或毛细力流回蒸发段,如此循环不已。
可见,热管加热涉及两台换热器,蒸发段布置在锅炉中,凝结段布置在油罐中,整个传热过程包括烟气与蒸发段外表面换热,原油与凝结段外表面换热,众所周知烟气和原油传热性能较差,因此需要大量的热管才能完成传热任务,所以钢耗较大。
另外,热管维护相当繁琐,容易发生烧干现象。
总之，提高热水和蒸汽温度,能大幅度降低单井油罐间接加热装置钢耗;同样温度下,蒸汽和热水间接加热装置钢耗随换热管直径的增大而增大;蒸汽加热优于热水加热,尤其在工质温度较低时,优越性更为明显;烟气直接加热结构简单,传热温差大,钢耗小,是单井原油储灌最佳加热方式。
2 加热储罐2.1 火烧心贮油罐对于某些区块的油井,在生产原油时,伴生气很少,甚至没有伴生气,水套加热炉就不能使用。
为此,设计了一种贮油罐,中心有加热管道,罐外有原油燃烧室,人工用铁锨把原油加入燃烧室,加热贮油罐中的原油。
此法原油燃烧不完全,效率低,污染环境,但在没有电、没有天然气的边远油井上,仍然使用这种装置。
2.2 电热管加热贮罐在有供电条件的油井上采用此法。
此法可在现有贮罐上改造。
加热源的分类
一）蒸汽蒸汽是一种清洁、安全和廉价的热源，主要用于间接换热的设备中。
经过换热设备进行传导传热，放出显热后成冷凝水排出。
蒸汽压力高时换出的空气温度就高，干燥工艺条件决定所需的压力与蒸汽量。
如果工厂有0.6～0.8MPa的蒸汽，就可以通过换热器将干燥介质（空气、氮气或其它气体）加热至150～160℃。
理论上，离开换热器干燥介质温度大约低于蒸汽温度5～7℃。
（二）热水如果热水的温度达到90～130℃，则可以为认为它有一定的利用价值。
主要可以用于操作温度较低的某些干燥物料，如含有溶剂的干燥或作为预热的辅助性热源，通过换热的形式能使干燥介质达到50～90℃的温度。
（三）电电能主要用于小型干燥器或要求控制标准很高的场合。
电能通过电热管转换成热能，用以加热干燥介质。
电能是高档能源，无任何污染问题，可以单独作为一种热源，也可以与其它换热设备一起作为二级加热设备。
但使用电加热器时注意热空气的出口温度最好不要超过350℃，否则可能会烧坏电热管，电线的结点处也容易熔断。
另外，在停机时一定要使电加热器的出口温度降至100℃以下时才能关掉风机，以免烧坏设备。
（四）煤炭煤炭是比较廉价的燃料，煤燃烧产生的烟道气可以采用换热的方法加热换热介质，也可以经过除尘后直接用烟道气进行干燥。
但对杂质含量要求严格的物料或精细化工产品一般不采取煤直燃的方法。
煤烟道气能达到很高的温度，用在某些建筑材料的干燥上可以达到降低能源消耗的目的。
（五）燃油燃油既可以直接燃烧产生烟道气又可以间接换热，燃油的燃烧要用专用的烧嘴，不同的燃油要配不同的烧嘴。
一般情况下，用于低粘度燃油的烧嘴结构较简单，价格也不贵。
粘度高的燃油烧嘴结构比较复杂，价格较昂贵。
（六）可燃气体煤气、天燃气、液化气以及其它可燃性化学气体均可以作为干燥的热源，这类气体具有相当高的热值，它们的主要优点是燃烧的产物可以直接用做干燥介质，并可以达到很高的温度（通常可以达到300～800℃）。
在气体燃烧时，通常也需要特制烧嘴对气体分散，使之燃烧更加完全。
蒸汽直接加热和间接加热的优缺点
蒸汽直接和间接加热的优缺点以蒸汽为热源将水加热，在采暖、空调、生活热水选何种换热器是整体设计的一项重要内容。
笔者认为必须满足以下三个条件：1.加热速度快，热效率高。
2.操作简单，少维修，低运行成本。
3.综合造价低，占地小，配套设备少。
用蒸汽作热源加热水基本有两种方法：1.间接加热―蒸汽与水为两个独立系统，通过金属表面热能从高品位向低品位传导。
2.直接加热―蒸汽与水直接混合，将水加热。
其中直接加热和间接加热的优缺点有热效率―间接一级换热一般不超过80%。
直接接近100%。
水质―间接有水质要求，易结垢。
直接对水质无要求，不怕结垢。
冷凝水―间接一级换热超过100℃，常压易汽化，浪费能源，可回收冷凝水。
直接一般低于70℃可直接用水泵送进锅炉。
温度―间接可调节，不可等温换热。
直接奔迪：可调温，可等温换热，并可储能。
储存式―间接上下温差大，有死水区。
直接奔迪上下无温差，因蒸汽推动无死水区。
压力―间接蒸汽压力对水系统无影响。
蒸汽压力小于0.2MPa易产生与冷凝水冲击噪音。
直接蒸汽压力对水系统有一定影响。
除氧―间接加热温度低于102℃，流速高于0.2m/s无法除氧。
直接奔迪流速低于0.1-0.2m/s，汽水自动分离，自动除氧，其他无此功能。
维修―间接必须定期检修。
直接几乎不用维修。
附属设备―间接洗澡必须有冷凝水回水管道，采暖及空调必须加补水泵，高位或低位膨胀水箱，软水器。
直接洗澡不用回水管，采暖与空调取消补水泵，高位或低位膨胀水箱。
目前世界各国都在研究蒸汽直接换热设备。
过去，蒸汽直接加热，因噪音、压力、流量、温度不易控制，而普通采用间接换热。
90年代随着人们对热能利用率要求提高，对蒸汽直接加热有了新的认识。
科学的日益发展，技术的不断进步，使直接换热设备更加完善。
我国是目前世界上能源利用率较低的国家。
热能利用率高低显示了一个设计人员的水平。
高品质的蓝图定有高的热效率，低的运行成本。
瑞克阀门工业（苏州）有限公司为您提供更多更好的选择。
蒸汽换热器设备选型
蒸汽换热器设备选型以蒸汽为热源将水加热，在采暖、空调、生活热水选何种换热器是整体设计的一项重要内容。
笔者认为必须满足以下三个条件：1.加热速度快，热效率高。
2.操作简单，少维修，低运行成本。
3.综合造价低，占地小，配套设备少。
用蒸汽作热源加热水基本有两种方法：1.间接加热――蒸汽与水为两个独立系统，通过金属表面热能从高品位向低品位传导。
2.直接加热――蒸汽与水直接混合，将水加热。
间接换热器的特性：间接加热必须具备两个条件才能进行热能的位移。
从传热公式Q＝KF△T可以看出：1.传导必须有温差，即△T≠0.不能等温换热，一般情况要求△T≥20℃，否则温差越小，换热面积越大。
2.K值。
一种金属的传热系统K值为恒定值。
如果金属表面生成0.1㎜厚水垢，K值相应减少几倍，换热面也相应减少几倍，在采暖、空调系统中用软水就是这个道理。
因蒸汽与水是两个各自独立的系统，压力相互间不会影响。
蒸汽换热应采用二级换热：第一级为汽－水换热（利用潜热）；第二级为水－水换热（利用显热）。
在饱和蒸汽中，因潜热大于显热6－10倍，因工程造价原因，一般采用汽――水一级换热。
间接换热器种类及特点：一、列管式换热器。
采用层流传热，一级换热热效率不超过80％，冷凝水温度高，超过100℃，易汽化，蒸汽压力低于0.2MPa时，易产生蒸汽与水的冲击噪音，且有储存热水功能，水温上热下冷。
份量重，易结垢。
因检修需要一定抽管距离，且占地面积大，价格高，基本为淘汰产品。
二、螺旋板式换热器。
采用层流传热，有两种不同材质：一种为碳钢，一种为不锈钢。
热效率不超过80％，一次性使用无法维修。
比列管式占地相对小，易结垢，造价低，冷凝水温度超过100℃.易汽化，蒸汽压力小于0.2MPa时，冷凝水与蒸汽产生汽水冲击噪声，因价格低廉不普遍被采用。
三、波纹管式换热器。
采用振动和层流混合传热，一级换热热效率不超过80％，占地小，易结垢，冷凝温度超过100℃，易汽化，蒸汽压力小于0.2MPa时，水与蒸汽产生冲击噪声，因占小，90年代初为流行产品。
乳品加工手册 6-1 热交换
用于酸奶生产的牛乳在进入发酵罐之前预热至 40-45℃，在罐中进行接种， 热水作为加热介质。
牛乳也可以在加入其它成份前预热，如一些不同乳基产品所需的巧克力粉、 糖、脂肪等。
乳品加工手册 / 第 6 章第 1 节
75
为了防止热处理后需氧芽孢菌在牛乳中繁殖，牛乳必须迅速冷却到4℃或4℃ 以下，且不能与未处理的牛乳混合。许多专家认为，预杀菌对某些芽孢菌有 积极的作用。此种热处理能引起许多芽孢恢复到营养体状态，这意味着，牛 乳在后续的巴氏杀菌过程中，这些芽孢将被破坏。
预杀菌只是在特殊情况下采用，实际上，牛乳在到达乳品厂24小时之内应全 部进行巴氏杀菌。
除了致病微生物，乳中还含有能够破坏不同乳制品的风味和缩短其保质期的 其他物质和其他类微生物。因此，热处理的第二个目的就要最大程度地破坏
74
非常幸运的是牛乳中的大多数 致病菌都不能形成芽孢。
乳品加工手册 / 第 6 章第 1 节
时间
2.5h 2h 1h
30min 20min
10min
5min
2min
某些微生物的致死曲线
所以用另一种酶，过氧化氢酶来检查稀奶油的巴氏杀菌效果(过氧化氢酶试验)。 产品被加热至80℃以上，保持5秒，这种更加强烈的热处理足以钝化过氧化氢 酶。试验结果一定是阴性—即在产品中不能检出活性的过氧化氢酶，如图6.1.2。
磷酸酶试验同样不能用于酸化制品的检测，所以加热温度的控制决定于过氧 化氢酶。牛乳要制成发酵乳制品，通常要经过强烈的热处理，以使乳清蛋白 凝结，从而提高它的水合性（防止乳清析出）。
换热器的工作原理
换热器的工作原理换热器是一种用于传递热量的设备，它的工作原理是利用流体之间的热交换实现热量的传递。
换热器广泛应用于工业生产、能源系统、空调系统等领域，起到了重要的热能转移作用。
换热器的工作原理可以简单描述为热量传导和对流传热的过程。
下面将详细介绍换热器的工作原理。
1. 热量传导：换热器中的热量传导是指热量通过固体壁板的传递。
换热器通常由两个流体流经相邻的金属壁板，热量从一个流体通过壁板传递给另一个流体。
这种热量传导是通过壁板的份子振动和碰撞实现的。
壁板通常是由导热性能较好的金属材料制成，如铜、铝、不锈钢等。
2. 对流传热：对流传热是指热量通过流体的传递。
换热器中的两个流体在壁板两侧形成为了对流层，热量通过对流层的传递完成热交换。
对流传热受到流体的流速、流体性质以及壁板的热传导性能等因素的影响。
换热器的工作原理可以分为两种类型：直接传热和间接传热。
1. 直接传热：直接传热是指两个流体直接接触并交换热量。
例如，水和蒸汽在换热器中直接接触并交换热量。
这种方式通常适合于两个流体之间温度差较小的情况。
直接传热的优点是传热效率高，但由于两个流体直接接触，可能存在污染、腐蚀等问题。
2. 间接传热：间接传热是指两个流体通过壁板进行热量传递，彼此之间不直接接触。
例如，热水通过管道流经换热器的壁板，与空气进行热量交换。
这种方式通常适合于两个流体之间温度差较大的情况。
间接传热的优点是能够避免两个流体之间的混合和污染。
换热器的性能评价指标主要包括传热系数、压降和换热面积。
1. 传热系数：传热系数是指单位面积上的热量传递量。
传热系数越大，换热器的传热效率越高。
传热系数受到流体性质、流速、壁板材料等因素的影响。
2. 压降：压降是指流体通过换热器时的压力损失。
压降越小，流体通过换热器的阻力越小，能耗也就越低。
压降受到流速、管道长度、管道直径等因素的影响。
3. 换热面积：换热面积是指用于热量传递的有效面积。
换热面积越大，热量传递的面积也就越大，传热效率也会提高。
换热器的分类
换热器的分类换热器的分类换热器是化工,石油,动力,食品及其它许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位.在化工生产中换热器可作为加热器,冷却器,冷凝器,蒸发器和再沸器等,应用更加广泛. 换热器是指两种不同温度的流体进行热量交换的设备。
换热器作为传热设备被广泛用于耗能用量大的领域。
随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。
适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下：1.根据冷,热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类,即间壁式,混合式和蓄热式.在三类换热器中,间壁式换热器应用最多,：1.1间壁式换热器的类型1.1.1 夹套式换热器这种换热器是在容器外壁安装夹套制成,结构简单;但其加热面受容器壁面限制,传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均匀,可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时,亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施,以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足,也可在釜内部安装蛇管. 夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却.1.1.2沉浸式蛇管换热器这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状,并沉浸在容器内的液体中.蛇管换热器的优点是结构简单,能承受高压,可用耐腐蚀材料制造;其缺点是容器内液体湍动程度低,管外给热系数小.为提高传热系数,容器内可安装搅拌器.1.1.3 喷淋式换热器这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动,冷却水从上方喷淋装置均匀淋下,故也称喷淋式冷却器.喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜,管外给热系数较沉浸式增大很多.另外,这种换热器大多放置在空气流通之处,冷却水的蒸发亦带走一部分热量,可起到降低冷却水温度,增大传热推动力的作用.因此,和沉浸式相比,喷淋式换热器的传热效果大有改善.1.1.4套管式换热器套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管,并由U形弯头连接而成.在这种换热器中,一种流体走管内,另一种流体走环隙,两者皆可得到较高的流速,故传热系数较大.另外,在套管换热器中,两种流体可为纯逆流,对数平均推动力较大. 套管换热器结构简单,能承受高压,应用亦方便(可根据需要增减管段数目). 特别是由于套管换热器同时具备传热系数大,传热推动力大及能够承受高压强的优点,在超高压生产过程(例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式.1.1.5管壳式换热器管壳式(又称列管式) 换热器是最典型的间壁式换热器,它在工业上的应用有着悠久的历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位. 管壳式换热器主要有壳体,管束,管板和封头等部分组成,壳体多呈圆形,内部装有平行管束,管束两端固定于管板上.在管壳换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程;一种在管外流动,其行程称为壳程.管束的壁面即为传热面. 为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板.折流档板不仅可防止流体短路,增加流体速度,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加.常用的档板有圆缺形和圆盘形两种,前者应用更为广泛. 流体在管内每通过管束一次称为一个管程,每通过壳体一次称为一个壳程.为提高管内流体的速度,可在两端封头内设置适当隔板,将全部管子平均分隔成若干组.这样,流体可每次只通过部分管子而往返管束多次,称为多管程.同样,为提高管外流速,可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间,称多壳程.在管壳式换热器内,由于管内外流体温度不同,壳体和管束的温度也不同.如两者温差很大, 换热器内部将出现很大的热应力,可能使管子弯曲,断裂或从管板上松脱.因此,当管束和壳体温度差超过50℃时,应采取适当的温差补偿措施,消除或减小热应力.1.2混合式换热器混合式热交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
蒸汽直接加热和间接换热的选择
杭州瓦特节能工程有限公司技术部钟雨雨
在一般的制程应用和加热工艺中，蒸汽加热的方式有两种，一种是直接把蒸汽喷射至被
加热介质中，蒸汽的质量和热量全部融入被加热介质。
而另外一种加热方式是通过换热器
来实现蒸汽对物料介质的间接加热，蒸汽和介质通过金属换热面的两侧，由于温度梯度而
发生热量交换。
1）直接加热
直接加热就是把包含蒸汽显热、潜热等全部的热量注入被加热物料，这种换热对过热蒸汽或饱和蒸汽不敏感，也就是说过热蒸汽对直接加热的应用来说也是适合的。
对于直接加热，蒸汽的压力和温度并不会对加热产生直接的影响，但更小的蒸汽压力
对蒸汽与被加热介质的混合时间和空间要求更小。
这样，当直接加热时，由于汽的全热量都给了被加热物，所以蒸汽压力的高低与节能
没有什么关系。
相对间接加热，直接加热时，蒸汽会接触物料，这对有些应用是不能接受的，尤其是
那些蒸汽被污染或锅炉添加物不能被接受时尤为重要。
直接加热中，在蒸汽没有到达被加热介质液面之前被吸收，会造成一定的能源浪费。
使用瓦特节能的文丘里混合器有助于这种吸收。
2）间接加热法
蒸汽间接加热场合，在加热管（也就是热交换器）内通入蒸汽，被加热物与这些管道
的表面进行接触使蒸汽放出的潜热由被加热物吸收，从而实现加热。
蒸汽释放出潜热后凝
结成凝结水。
这种凝结水再由蒸汽疏水阀排放到大气中去。
一般而言，所谓间接加热就是只能利用蒸汽的潜热。
在间接加热中，蒸汽压力越高，
潜热越少，而饱和水的显热反而增加。
高温的饱和态冷凝水经由疏水阀排放至大气环境状态时，部分冷凝水二次汽化吸收超
出大气压对应的饱和含，造成能源浪费。
就使我们明确了一点，如果在间接加热的时候，
使用了不必要的高压蒸汽，所浪费的热量就相当可观了。
在选择蒸汽压力时，根据热交换器的加热面积（传热面积）和被加热物所需要的加热
温度，可确定他和蒸汽的压力。
因此假设所用的热交换器需要的蒸汽压力是2barg。
如供
给蒸汽压力的高于2barg太多的话，就会浪费许多热量。
这时瓦特PRV2000蒸汽减压阀就
显得必要。
可见对间接加热而言，蒸汽压力降至适用的程度进行供汽，是节能的正确选择。