第十四章 热偏差和壁温计算
换热管内壁温计算公式
换热管内壁温计算公式换热管是一种常见的热交换设备，广泛应用于化工、石油、电力、冶金等工业领域。
在换热管内部，流体通过管道流动，从而实现热量的传递。
为了有效地设计和运行换热管，需要准确地计算管壁的温度，以确保热量的传递效率和设备的安全运行。
本文将介绍换热管内壁温的计算公式及其应用。
换热管内壁温的计算公式可以通过传热学的基本原理推导得出。
在换热管内部，流体通过管道流动，与管壁发生热量交换。
根据传热学的热传导定律，可以得出换热管内壁温的计算公式如下：\[ T_w = T_f + \frac{q \cdot r}{2 \cdot \pi \cdot k} \]其中，\( T_w \) 为换热管内壁温度，单位为摄氏度；\( T_f \) 为流体的温度，单位为摄氏度；\( q \) 为单位长度内的热量传递率，单位为瓦特/米；\( r \) 为换热管的半径，单位为米；\( k \) 为换热管材料的导热系数，单位为瓦特/(米·摄氏度)。
换热管内壁温的计算公式可以通过上述公式快速计算得出。
在实际工程中，需要根据具体的参数和条件来确定流体的温度、热量传递率和换热管的半径及材料的导热系数。
通过这些参数的输入，可以得出换热管内壁温的数值，从而进行设备的设计和运行。
换热管内壁温的计算公式在工程实践中具有重要的应用价值。
首先，通过计算换热管内壁温，可以评估换热效率和热量传递的情况。
在设计换热设备时，需要根据换热管内壁温的计算结果来确定管道的尺寸和材料，以确保设备的性能和安全运行。
其次，在换热设备的运行过程中，可以通过监测换热管内壁温来判断设备的工作状态和性能变化，及时进行维护和调整。
除了上述的基本计算公式，换热管内壁温的计算还可以考虑更多的实际因素。
例如，流体的流动状态、换热管的表面处理、管道的热传导和对流传热等因素都会对换热管内壁温的计算产生影响。
因此，在实际工程中，需要综合考虑这些因素，并结合实际情况进行修正和调整，以得出更加准确的换热管内壁温计算结果。
过热器运行问题-热偏差及壁温计算
第二节 过热器壁温计算锅炉过热器、再热器爆管是造成火电机组非正常停机的重要原因之一，严重影响了火电机组的安全、经济运行，而且过热器、再热器管的失效在大型电站中具有一定的普遍性。
过热器的失效类型主要有短期超温、长期超温、氧化减薄、高温腐蚀等，诸多失效形式均与过热器壁温状况有着直接或间接的关系。
对于工作在高温状态下的过热器、再热器而言，控制其管壁超温是运行中的首要任务。
一、温度计算公式过热器和再热器受热面管子能长期安全工作的首要条件是管壁温度不能超过金属最高允许温度。
过热器和再热器管壁平均温度的计算公式为：max q t t t gz g b μ+∆+=β()⎥⎦⎤⎢⎣⎡++λβδα112 式中 b t —管壁平均温度，ºC ；gz t —管内工质的温度，ºC ；gz t ∆—考虑管间工质温度偏离平均值的偏差，ºC ；μ—热量均流系数；β—管子外径与内径之比；m ax q —热负荷最大管排的管外最大热流密度，kw/m 2；2α—管子内壁与工质间的放热系数，kw/m 2.ºC ；δ—管壁厚度，m ；λ—管壁金属的导热系数，kw/m..ºC 。
二、壁温影响因素(1)工质温度：过热器和再热器任何部位的管壁超温都会威胁到整台机组的安全，为了使整台机组的过热器、再热器壁温不超温，运行中整体汽温的保持是非常重要的。
除此之外，各平列出口的工质温度差别越小对过热器、再热器的壁温安全越有利；(2)热偏差：壁温最高的位置是热偏差最大的位置。
当过热器、再热器温度处于正常水平时，但整个区域存在诸多不均匀因素，也会造成过热器、再热器局部壁温过高，影响过热器、再热器的安全性；第二节 过热器热偏差一、热偏差概念从上式可，管内工质温度和受热面热负荷越高，管壁温度越高；工质放热系数越高，管壁温度越低。
由于过热器和再热器中工质的温度高，受热面的热负荷高，而蒸汽的放热系数较小，因此过热器和再热器是锅炉受热面中金属工作温度最高、工作条件最差的受热面，管壁温度接近管子钢材的最高允许温度，必须避免个别管子由于设计不良或运行不当而超温损坏。
第十四章 热偏差和壁温计算
3.结构不均： • 管径、管子长度、内部粗糙度。 ★主要因素为流量不均和吸热不均 二、过热器热偏差计算：了解 三、减轻热偏差的措施 • 过热器和再热器出口段管子几乎在极限温度下 工作，许可的偏差不应超过总吸热量的15%； • 由于结构和运行原因，受热面热偏差总是存在， 故要在结构布置和运行调整中采取措施减轻影 响。
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第四节 受热面壁温计算（了解）
一、均匀受热管的壁温计算 二、不均匀受热管的壁温计算 ★对比均匀受热管，不均匀受热管壁温计算要考虑的影响 有哪些？ 1.吸热不均使并列管的热流密度存在偏差； 2.吸热不均、流量不均和结构不均，使并列管之间的工质 温度以及传热系数存在偏差； 3.因受热程度不同，管子周界各点存在热流密度不均； • 例如水冷壁一面受热、对流受热面正面大于背面。
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1.受热面分级 （分段串联）：
偏差管和平均管出口工质焓差
i 2 d i 20 1 i 0
• 减小受热面整组焓增，即使偏差系数大，偏差管的焓增值也 不会过大；中间混合可减轻影响。图14-4 2.工质流程左右交叉：图14-5 3.合理的联箱与受热面ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ子连接方式。图14-2、3 4.减少炉膛出口烟温、烟速的左右偏差。 5.沿烟道宽度方向两侧和中间分级布置受热面。图14-1 6.烟道的受热面布置要尽量使烟气通流截面分布均匀，防止因 局部流通截面偏大而形成烟气走廊，造成吸热不均。 7.及时吹灰，防止或减少因受热面结渣、积灰引起的吸热不均； 8.屏式过热器采取结构措施减轻热偏差。
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换热器壁温计算(按GBT151-2014)
℃ Байду номын сангаас•K/w×
893
冷流体给热系数 w/㎡•℃
18.3
计算结果
169
冷流体平均温度 ℃
160.5465476 冷流体侧壁温 ℃
一般情况下换热管壁平均温度
侧壁温计算（参考GB/T151-2014）20160812编制
物料为气体 工艺参数
185
热流体进口温度 ℃
145
热流体出口温度 ℃
191.2 0.0002
194.2558828 热流体侧壁温 ℃
94.35422545 冷流体侧壁温 ℃
177.4
一般情况下换热管壁平均温度
90 80.88 0.0003
2486
81.125 81.82781442
88.091
热流体进口温度 ℃ 冷流体进口温度 ℃ 热流体污垢系数 ㎡•K/w× 10^4 传热系数 w/㎡•K 热流体给热系数 w/㎡•℃ 平均温差 ℃
热流体平均温度 ℃
热流体侧壁温 ℃
换热器管侧壁温计算（参考GB/
物料为液体 工艺参数
145
热流体出口温度 ℃
180 0.0002
350
冷流体出口温度
冷流体污垢系数 10^4
冷流体进口温度 ℃
热流体污垢系数 ㎡•K/w× 10^4
传热系数 w/㎡•K
81.37 0.0004
36
冷流体出口温度
冷流体污垢系数 10^4
℃ ㎡•K/w×
1024
热流体给热系数 w/㎡•℃
44
冷流体给热系数 w/㎡•℃
平均温差 ℃
27.8
计算结果
186.72
热流体平均温度 ℃
117.5
冷流体平均温度 ℃
锅炉整体热力计算和壁温计算
一、锅炉整体热力计算1 计算方法本报告根据原苏联73年颁布的适合于大容量《电站锅炉机组热力计算标准方法》，进行了锅炉机组的热力计算和中温再热器及低温过热器出口垂直段管壁金属温度计算，计算报告中所选取的有关计算参数和计算式均出自该标准的相应章节。
对所基于的计算方法的主要内容简述如下。
锅炉的整体热力计算为一典型的校核热力计算，各个受热面及锅炉整体的热力计算均需经过反复迭代和校核过程，全部热力计算过程通过计算机FORTRAN5.0高级语言编程计算完成。
管壁温度计算分别通过EXCEL 和FORTRAN5.0完成。
1．1锅炉炉膛热力计算所采用的计算炉膛出口烟气温度的关联式为：式中，M —考虑燃烧条件的影响，与炉内火焰最高温度点的位置密切相关，因此，取决于燃烧器的布置形式，运行的方式和燃烧的煤种； T ll —燃煤的理论燃烧温度，K ； Bj —锅炉的计算燃煤量；kg/h 。
1．2锅炉对流受热面传热计算的基本方程为传热方程与热平衡方程除炉膛以外的其它受热面的热力校核计算均基于传热方程和工质及烟气侧的热量平衡方程。
计算对流受热面的传热量Q c 的传热方程式为：式中，CV B T F M T cpjj a ︒--+ψ⨯=2731)1067.5(6.031111111"11ϕϑKgKJ Bjt KH Q c /∆=H —受热面面积；⊿t —冷、热流体间的温压， 热平衡方程为：既：烟气放出的热量等于蒸汽、水或空气吸收的热量。
烟气侧放热量为：工质吸热量按下列各式分别计算。
a ．屏式过热器及对流过热器，扣除来自炉膛的辐射吸热量Q fb ．布置在尾部烟道中的过热器、再热器、省煤器及直流锅炉的过渡区，按下式计算：2 计算煤种与工况2.1 计算煤质表1 设计煤质数据表(应用基)2.2 计算工况本报告根据委托合同书的计算要求，分别计算了两种不同的工况。
计算工况一 —— 设计工况计算（100％负荷）根据表1中的设计煤质数据，各设计和运行参数均按《标准》推荐的数据选取。
锅炉受热面金属壁温计算-PPT精品
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壁温计算基本公式的推导
• 鳍根温度也是圆管上相应位置的温度，根据前 述圆管外壁温度计算方法确定，即：
7
壁温计算基本公式的推导
2. 圆管沿圆周不均匀受热时的管壁温度
求解圆管中各点温度可以用传热学中的导热方程来
解。忽略沿管子长度的导热，问题简化为二维的拉 普拉斯方程：
2t r2
1 rrt r12
2t
2
0
边界条件为：
r
dw 2
,
t r
q
r
dn 2
,
t r
2
t tgz
8
壁温计算基本公式的推导
锅炉受热面金属壁温计算
教师：刘银河 日期：2019-5
1
主要内容
1. 进行壁温计算的必要性 2. 壁温计算基本公式的推导 3. 壁温校核点工质温度的计算 4. 壁温校核点最大热负荷计算
2
一、管壁温度
所有受热管壁温度必须低于安全极限。
（1）高温持久强度：反映了金属材料在高温下长期 使用直至断裂时的强度和塑性性能，有一个极限允许 温度。平均tb应满足钢材的高温持久强度要求。 （2）抗氧化温度：氧化速度主要取决于温度， tw小 于快速氧化温度（强度计算中用附加壁厚考虑）。 （3）热应力和热疲劳：限制壁温波动。
壁温计算基本公式的推导
又有，管子内壁温度与工质温度之差为：t2
qn
2
qw 2
于是，管子沿厚度方向平均温度为：
锅炉管内传热及壁温工况
14.1锅炉受热面管壁温度校核计算基础
保持正常壁温工况的三个条件： • 保证金属材料的机械强度； • 限制因为温度过高在表面形成氧化皮； • 不允许出现壁温持久波动 需要得到的温度： • 管内外壁温的平均温度 ，确定材料的持久强度的需用应力； • 校核管外壁温度，过高则会产生氧化皮； • 壁温波动引起的疲劳寿命； • 相邻管之间的温差不大于50℃-保证热应力不会过大造成焊
壁温的影响因素
提高管内放热系数高，管子向火面o 点的温度和鳍片顶端d点温度都降低， 但是o点温度降低得更多；
提高热负荷，管子向火面o点的温度 和鳍片顶端d点温度都升高，但是鳍 片端部d点的温度升高更多，温度更 高。
增加鳍片高度，鳍片端部d点的温度 增加。
因此壁温与热负荷，鳍片结构，材 料，以及管内放热都有关系，需要 校核向火面o和鳍片端点d点的温度。
校核的目的
1、管壁温度校核要求管壁温度低于材 料强度允许的温度；
2、鳍片端部温度的校核是为了确定合 适的鳍片尺寸，保证鳍片不至于因为温 度过高发生材料发生氧化；
3、校核鳍片的温度分布，防止温差太 大导致膜式水冷壁变形和焊缝开裂。
1、向火面o点温度的计算
计算表明，通过鳍片吸收热量，再通过鳍 根传递给管子的热量对管子最高壁温点的 影响小于4%，所以o点温度的计算可以采 用光管的计算方法，热量分流系数也同样 按照不均匀加热光管的方法确定。
2、鳍端d点温度的计算
• 矩形鳍片部分的求解需做如下假定：①管 内放热系数α2及金属导热系数λ为常数；② 沿管子长度方向无热量传递；③相邻两管 的对称界面无热流通过；④通过背墙保温 材料的散热量忽略不计；⑤鳍片吸收的热 量均匀通过鳍根传递给管子；⑥鳍片的热 负荷q(x)为常数，即不考虑q沿x方向的变化。
锅炉原理14-受热面热偏差 [兼容模式]
![锅炉原理14-受热面热偏差 [兼容模式]](https://img.taocdn.com/s3/m/237eaee67c1cfad6195fa7a3.png)
多管均匀引入、导出：沿联箱长度 静压的变化对流量不均匀的影响进 步减小。 一步减小。
进口集箱 出口集箱
Z行连接管：各平行管进出口两端 压差 p 有很大差异，导致流量不均。
进口集箱
出口集箱
沿联箱长度各点的静压相同，也即各并列管子两端的压 差 p相等，也会产生流量不均。
对于某一偏差管（下脚标d），有：
G
不加装流圈时：
Z 0 v0 or 0 vor 0 Z d vd ord vord
（14-32）
G
下降管屏:
ffr vd
1 v0 2 gh( d 0 ) 1 Z 0 v0 ( w)0 2
(14-34)
G
Z 0v0 1 v0 fr vd Z d vd
pgr pgrd pgr 0 gh( d 0 )
（14-31）
平置或螺旋管圈中，由于本身流动阻力很大，远超过
立置管屏。重位压头在总压降中的作用不能略去。
重位压头、联箱中压力的变化、加速流动损失对流量 的影响。可忽略重位压头，只考虑节流管圈对压降的 影响。
上升管屏，未加装节流圈时，如不考虑联箱中的压力 变化、加速流动损失的影响，流量不均匀系数：
偏差管总压降：
结渣 热负荷分布
pd Z d
p fr –
pac –
( w) d 2 vd ( w) d 2 (v2.d v1.d ) phe.d pgr .d 2
蒸发管中的流动阻力 蒸发管中工质加速引起的压降 联箱中工质的压降 Z——总阻力系数
（14-28）
phe –
采用较高的质量流速 1、通过在管子进口加装节流圈，改变管屏间阻力分配， 实现管内工质流量和热负荷分布的一致 2、通过在管子进口加装节流圈，使强制流动的多值特 性变为单值特性 3、通过在管子进口加装节流圈，扼制管内工质发生脉 动的危险 4、通过在管子进口加装节流圈，减小由管间受热不均 引起的流量不均，进而减小热偏差 减小管屏和管带的宽度 增加中间集箱 减小管组的焓增；消除前段的热偏差 组织好炉内的燃烧 组织燃烧使炉膛负荷分布均匀； 调整燃烧中心防止火焰偏斜； 各燃烧器间风、粉均匀； 燃烧器投、停均匀； 防止炉内结渣、积灰； 控制给水质量，防止结垢、腐蚀等
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第四节 受热面壁温计算（了解）
一、均匀受热管的壁温计算 二、不均匀受热管的壁温计算 ★对比均匀受热管，不均匀受热管壁温计算要考虑的影响 有哪些？ 1.吸热不均使并列管的热流密度存在偏差； 2.吸热不均、流量不均和结构不均，使并列管之间的工质 温度以及传热系数存在偏差； 3.因受热程度不同，管子周界各点存在热流密度不均； • 例如水冷壁一面受热、对流受热面正面大于背面。
第十四章
第一节
受热面热偏差和壁温计算
热偏差的基本概念
一、热偏差概念 热偏差：并列管组中每根管子的工质焓增不同的现象。 热偏差系数：受热面并联管中个别管子工质焓增与 并联管子的平均焓增的比值。
id i0 qd H d id i2 d i1d Gd
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q0 H 0 i0 i20 i10 G0
3.结构不均： • 管径、管子长度、内部粗糙度。 ★主要因素为流量不均和吸热不均 二、过热器热偏差计算：了解 三、减轻热偏差的措施 • 过热器和再热器出口段管子几乎在极限温度下 工作，许可的偏差不应超过总吸热量的15%； • 由于结构和运行原因，受热面热偏差总是存在， 故要在结构布置和运行调整中采取措施减轻影 响。
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第二节 过热器和再热器的热偏差
一、影响热偏差因素 1.吸热不均 • 沿烟道宽度方向烟气速度和温度不均匀；图14-1 • 受热面污染(结渣或积灰); • 炉内温度场和速度场不均影响。例如炉膛出口烟气残余 旋转影响；
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1.受热面分级 （分段串联）：
偏差管和平均管出口工质焓差
i2d i20 1i0
• 减小受热面整组焓增，即使偏差系数大，偏差管的焓增值也 不会过大；中间混合可减轻影响。图14-4 2.工质流程左右交叉：图14-5 3.合理的联箱与受热面管子连接方式。图14-2、3 4.减少炉膛出口烟温、烟速的左右偏差。 5.沿烟道宽度方向两侧和中间分级布置受热面。图14-1 6.烟道的受热面布置要尽量使烟气通流截面分布均匀，防止因 局部流通截面偏大而形成烟气走廊，造成吸热不均。 7.及时吹灰，防止或减少因受热面结渣、积灰引起的吸热不均； 8.屏式过热器采取结构措施减轻热偏差。
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二、造成热偏差原因 • 吸热不均 • 流量不均 • 结构不均
q H / G
qd H d q0 H 0 qd H d Gd / / q H / G Gd G0 q0 H 0 G0
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(二）流量不均
1.吸热不均引起流量不均； 2.入口节流阻力影响；
三、减少热偏差的措施
• 蒸发管允许的热偏差不超过20-40%； 1.在蒸发管进口加装节流圈；对流量分配的影响见图14-9。 • 节流阻力按照流动多值性、脉动和热偏差中最大阻力选取。 2.采用较高的质量流速； 3.把蒸发受热面分成若干并联管组（管屏）； • 减少吸热不均和流量不均，并装置节流圈或节流阀调节流量。 4.减少管组中的工质焓增，并使工质进行中间混合； 5.组织好炉内燃烧，均匀热负荷； 6.防止管内结垢或腐蚀，避免阻力系数偏差。
三、允许热偏差：管壁金属温度达到该金属材料的最高许 用值时的热偏差。
ir r io
d r
四、热偏差危害： • 过热器、再热器、强制流动锅炉水冷壁管子超温； • 自然循环锅炉发生循环故障。
★锅炉过热器、再热器、水冷壁、省煤器都为并列管组，都 会发生热偏差，但是由于省煤器的温度低，不考虑其偏差 影响，故需要减轻过热器、再热器和水冷壁热偏差。
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第三节 蒸发受热面的热偏差
一、影响因素 （一）吸热不均（热负荷不均）： • 炉膛与燃烧器结构；沿高度和宽度不均。图14-6、7 • 燃料特性； • 配风方式； • 锅炉负荷； • 火焰中心位置； • 水冷壁灰污； • 水冷壁型式； • 水冷壁并列的宽度。
4
2.流量不均 • 与联箱连接方式的不同； 图14-2、14-3 • 并行管重位压头不同；（影响 小可忽略） • 管径、长度和管子阻力系数不 同； • 吸热不均引起流量不均。
Q1＞Q2
Gd G G0
v0 vd
★吸热量大的管子，工质比容大， 管内工质流量小。
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