Скорость прогрева пара в паропроводах разных типов

Скорость прогрева пара

При прогреве стенки трубы необходимо соблюдать скорость прогрева, которая устанавливается соответствующими графиками. Она зависит от диаметра трубы, толщины стенки, металла, из которого изготовлена труба, начальной температуры. Скорость должна быть установлена в производственной инструкции по обслуживанию паропровода и доводиться до персонала при проведении инструктажа.

В общем случае паровое отопление используется для:

• Изменения температуры продукта или жидкости;
• Поддержания температуры продукта или жидкости.

Преимуществом пара является большое количество тепловой энергии, которое может быть передано. Энергия, выделяемая при конденсации пара в воду, находится в диапазоне 2000-2250 кДж/кг (в зависимости от давления) - по сравнению с водой 80-120 кДж/кг (при разнице температур 20-30 °C). Подробнее о теплоизоляции паропровода - зачем, как и какие материалы используются, читайте в статье на нашем сайте.

Изменение температуры продукта - Нагрев продукта паром

Количество тепла, необходимое для повышения температуры вещества, может быть выражено следующим образом:

Q = m cp dT (1), где:

Q = количество энергии или тепла (кДж);
m = масса вещества (кг);
cp = удельная теплоемкость вещества (кДж/кг ºС );
dT = повышение температуры вещества (ºС).

Это уравнение может быть использовано для определения общего количества тепловой энергии для всего процесса, но оно не учитывает скорость теплопередачи, которая составляет:

• Количество тепловой энергии, передаваемой в единицу времени.

В случаях непрерывного типа нагревается фиксированная масса или одна партия продукта. В проточном типе продукт или жидкость нагреваются, когда они постоянно протекают по поверхности теплопередачи.

Непрерывный или периодический нагрев

При непрерывном нагреве технологическая жидкость хранится в виде одной партии в резервуаре или емкости. Паровой змеевик или паровая рубашка нагревают жидкость от низкой до высокой температуры. О том, как правильно установить конденсатоотводчик на паропровод читайте в этой статье.

Средняя скорость теплопередачи рассчитывается следующим образом:
P = m cp dT / t (2), где:

P = средняя скорость теплопередачи или мощность (кВт (кДж/с));
m = масса продукта (кг);
cp = удельная теплоемкость продукта (кДж/кг°С);
dT = Изменение температуры жидкости (oc);
t = общее время, в течение которого происходит процесс нагрева (секунды).

Пример - Время, необходимое для нагрева воды с прямым впрыском пара

Время, необходимое для нагрева 75 кг воды (cp = 4,2 кДж/кг°C) от температуры 20°C до 75°C с помощью пара, полученного из котла мощностью 200 кВт (кДж/с), можно рассчитать путем преобразования уравнения. от 2 до
t = m cp dT / P
= (75 кг) (4,2 кДж/кг°C) ((75 °C) - (20 °C)) / (200 кДж/с)
= 86 с.

Обратите внимание! - когда пар впрыскивается непосредственно в воду, весь пар конденсируется в воду, и вся энергия пара передается мгновенно.

При нагреве через теплообменник - имеет значение коэффициент теплопередачи и разница температур между паром и нагретой жидкостью. Повышение давления пара повышает температуру - и увеличивает теплопередачу. Время нагрева сокращается.
Общий расход пара может увеличиться  из - за более высоких теплопотерь, или уменьшиться из-за более короткого времени нагрева, в зависимости от конфигурации фактической системы.

Проточные или Непрерывные процессы нагрева

В теплообменниках продукт или поток жидкости непрерывно нагреваются.
Преимуществом пара является однородная температура поверхности нагрева, поскольку температура на поверхностях нагрева зависит от давления пара.

Средняя теплопередача может быть выражена как:

P = cp dT m / t (3), где:

P = средняя скорость теплопередачи (кВт (кДж/с));
m / t = массовый расход продукта (кг/с);
cp = удельная теплоемкость продукта (кДж/кг°С);
dT = изменение температуры жидкости (ºС).

Расчет количества пара

Если мы знаем скорость теплопередачи - количество пара можно рассчитать:

ms = P / he (4), где:

ms = масса пара (кг/с);
P = расчетная теплопередача (кВт);
he = энергия испарения пара (кДж/кг).

Энергию испарения при различных давлениях пара можно найти в Таблице пара с единицами СИ.

Пример - Периодическое нагревание паром

Количество воды нагревается паром 5 бар (6 бар абс) при температуре от 35 °C до 100 °C в течение 20 минут (1200 секунд). Масса воды составляет 50 кг, а удельная теплоемкость воды составляет 4,19 кДж/кг.oc.

Скорость теплопередачи:
P = (50 кг) (4,19 кДж/кг °C) ((100 °C) - (35 °C)) / (1200 с)
= 11,35 кВт

 Количество пара:
ms = (11,35 кВт) / (2085 кДж/кг)
= 0,0055 кг/с
= 19,6 кг/ч

Пример - Непрерывный нагрев паром

Вода, текущая с постоянной скоростью 3 л/с, нагревается от 10 °C до 60 °C паром при давлении 8 бар (9 бар абс).

Расход теплового потока может быть выражен как:
P = (4,19 кДж/кг.°C) ((60 °C) - (10 °C)) (3 л/с) (1 кг/л)
= 628,5 кВт

Расход пара может быть выражен как:
ms = (628,5 кВт) / (2030 кДж/кг)
= 0,31 кг/с
= 1115 кг/ч

Вывод:

Давление на выходе пара, полученное традиционным методом расчета, несколько ниже давления на выходе при рассмотрении изменений параметров состояния пара. Чем выше начальная температура, тем больше отклонение температуры. Когда начальная температура составляет 400 °C, наибольшее отклонение выходного давления составляет 79,8 °C, а коэффициент отклонения достигает 19,95%, что подтверждает, что этот метод расчета в большей степени соответствует реальной ситуации.


Наши специалисты проконсультируют Вас, сделают расчет и подберут оптимальное паровое и пароконденсатное оборудование исходя из Ваших параметров.