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標題: 熱交換鋼管“出汗” [打印本頁]
作者: 冷水黃金    時間: 2014-1-12 10:37
標題: 熱交換鋼管“出汗”
本帖最后由 冷水黃金 于 2014-1-12 10:38 編輯
: Q! [8 X$ j7 G# l) O  j- R! O6 u! b* [3 v
中間熱交換管壁厚約6mm左右，低碳鋼，牌號不明。
( K3 z, s5 q' `8 i2 c% S中間熱風是天然氣燃燒熱風通道。
( G# a  |' {8 m4 ~/ R) t; c- o9 r; o當溫度達到300度時，熱交換管內壁四周像人出汗一樣有水珠，并且從有水段開始就這樣（是工人講的，我去遲了，只看到水?。?，然后匯集到下面和下中雨差不多。1 F1 M( N; `& r
% |5 r! B1 I& V) r
而在此熱交換器前段幾米遠，也有一段簡單的水箱式熱交換器(僅一根大管子從水箱中間穿過)，并無“出汗”現象。
" S- K% a2 G9 C8 x5 m& n# f/ L! v# j3 |, j8 H2 R% V) u- ~
[attach]309164[/attach]
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作者: 子子61961    時間: 2014-1-12 10:51
本帖最后由 子子61961 于 2014-1-12 11:53 編輯
; a, a8 h+ @/ a. A8 K4 H! I4 X" W/ ~  x5 [
貌似是典型的化工計算問題。1 e; T& z! J: P1 S1 P1 d( l5 O/ `5 L
有一些條件還想確認一下。
8 O$ M3 h6 ^+ J  Y& ~& ?2 F1. 300度指的是入口溫度也就是圖中上面的入口溫度是吧 。  W# ^- S0 v* {$ M; `
2. 想知道下面的燃氣出口溫度降到了多少度。
; j6 _: \1 s; L4 T# v3. 燃氣里是否含有水蒸氣，水蒸氣含量和氣體壓力，可以反算出露點。& d/ }6 M' \* |( b0 C8 V
4. 管內流速多少，流速過快的話，上下有壓力差也會有一些影響。: N1 y' Y8 m) Z8 Y0 J7 i$ r3 {

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ps：沒計算不知道露點會不會那么高，大俠確定不是管子漏水了？估計沒漏，漏的話你去看的時候也能看到。
作者: 冷水黃金    時間: 2014-1-12 12:09
請老鷹幫忙把這個帖子移到熱交換器或機械設計版吧
作者: 子子61961    時間: 2014-1-12 12:50
謝大俠搜索點評提供數據。# ^, \3 a  \9 v. ?7 {; w4 _
俺把2003年買的《化工原理》教材給翻出來了。+ ^; N# K8 H) f6 X. M1 z
在 干燥 那一章仔細研讀了一下。3 Z! }# ]  L2 U6 K

( d& }- z# G. `水汽體積比18%，近似認為水蒸氣分壓為18%。（這一行還需要推敲）
, f! i3 M8 ?/ _& l大氣壓101325Pa，微負壓，認為是100000，則水蒸氣分壓為18000Pa7 d% p3 }, x6 L/ R3 R+ s
百度查 飽和水蒸氣表，露點近似為58度。
) H2 I9 S' |0 ^2 s. D  Y$ Y
. f" j+ w* _2 B( P大俠說冷卻水溫度為10度左右。應該是下端進口溫度，( M* X: s7 X, M2 P, K% v
此處靠近管壁的地方氣體溫度較低（當然與流速有關），- x. T: T8 \4 A1 j8 W
如果此處氣體溫度低于58度，就會出現凝結現象。+ q9 K$ v6 x; B) S* G3 S" b5 O
7 w2 _+ a4 M6 p
可否問一下大俠管徑多少。氣體部分貌似是環形區域，內徑多少外徑幾何。. Q) Y6 k/ S1 X7 ~. Z

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0 U( w+ k; t% X. {5 M在之前的換熱器沒有結露，估計是因為氣體溫度較高，大于600度，
3 i  r0 M4 B. `1 t/ O1 P7 k/ K( M提供了足夠的熱量，超過了結露的蒸發潛熱，把結露的部分又給蒸發了，  Y# e* u+ G, L% l  ?! F+ A( @4 D
或是氣體溫度過高，換熱器的氣體一側壁面溫度較高，也就不會結露了。
- [$ P" ~5 ?& e* I% f& Q& N( D" Q0 ^+ P9 e  t
簡單分析如上。其實心里沒底，十五年前學過的東西，一直沒使用過。
. x9 `4 e& D- M  W8 Y$ J% t樓主大俠也可以在其他化工網站上確認一下，注意是化工而不是化學。
作者: huhaofei    時間: 2014-1-12 20:56
正?，F象了，看大俠解析，學習學習，感謝樓主拋出問題
作者: luyupei    時間: 2014-1-13 08:55
建議將冷卻水溫調到15度以上，最后在25度
作者: yantouchang    時間: 2014-1-13 10:04
子子61961 發表于 2014-1-12 12:50 0 W( D) t0 B7 L
謝大俠搜索點評提供數據。+ p5 z1 {: J7 J; v; |$ D  q
俺把2003年買的《化工原理》教材給翻出來了。8 [% X1 t+ {* |; J% L
在 干燥 那一章仔細研讀了一下。 ...

6 g7 Q0 o& F4 ?" D8 r6 ^準確計算需要知道：
& S0 U$ D/ P- w干濕球溫度計中干球溫度和濕球溫度值.
$ B1 T# J# I' Z% n) P" N6 a根據所讀兩個溫度值查相對濕度對照表得相對濕度.' ~$ Y6 Z' F+ u6 H
根據干球溫度查水的飽和蒸汽壓表,得干球溫度下水的飽和蒸汽壓值.
3 T$ Q! K6 g& c$ f: ~用所查得干球溫度下的水的飽和蒸汽壓乘以相對濕度,得空氣中水汽的分壓.
2 c" e5 Y. i0 K; b. U再根據空氣中水汽分壓查水的飽和蒸汽壓表,該分壓對應的溫度就是露點.即水的結露
8 X: m2 n2 M/ F% j- V( g1 Q
6 K3 }$ e# ^7 K+ i我根據重慶的年平均值相對濕度結合這個季節大概計算了一下，露點在12-13度之間，其實很簡單LZ用溫度計測試一下當時管壁的溫度就可以大概知道，" H# l' k! x+ B7 S

8 ~8 l+ k. t2 f1 y) z$ T" d解決的辦法：調節循環水冷卻水的的進水量。
作者: 子子61961    時間: 2014-1-13 11:07
yantouchang 發表于 2014-1-13 11:04
. N. ]- s0 ~5 c7 _* I/ j! J% |) Q準確計算需要知道：
+ y+ t! m& I% t. g; ~干濕球溫度計中干球溫度和濕球溫度值.
+ I# W+ u: n1 N1 s+ s8 a1 k, A根據所讀兩個溫度值查相對濕度對照表得相對濕 ...
準確計算需要知道：
2 q; X! ~  ?. \, }. L/ M干濕球溫度計中干球溫度和濕球溫度值.
% z3 X( j# c. R. A) a4 W/ v' l根據所讀兩個溫度值查相對濕度對照表得相對濕度.
, D) Y/ L: X; T" C根據干球溫度查水的飽和蒸汽壓表,得干球溫度下水的飽和蒸汽壓值.
3 V( r" X; z# X6 R用所查得干球溫度下的水的飽和蒸汽壓乘以相對濕度,得空氣中水汽的分壓.* L1 e5 _, U+ I# f- ?
再根據空氣中水汽分壓查水的飽和蒸汽壓表,該分壓對應的溫度就是露點.即水的結露( J6 v# q: ~. V! A# o5 k$ p. _8 s% n
; {0 b6 q+ n7 W8 {/ [2 d
我根據重慶的年平均值相對濕度結合這個季節大概計算了一下，露點在12-13度之間，其實很簡單LZ用溫度計測試一下當時管壁的溫度就可以大概知道，/ g2 {% M$ F( |/ J( n$ R
' \# U+ o, `; ]* _3 Q
解決的辦法：調節循環水冷卻水的的進水量。
4 ^! Z, ~8 f/ w" M. g
謝謝回復。大俠是搞化工方面的么。
. C5 ~0 W' O% o+ e! t' }您提到根據干濕球溫度來計算濕度然后水汽的分壓，但是現在現場情況估計是這樣的。
, _" z6 h8 p* v. K( c現在問題是在換熱器內部，而且是高溫200度左右，氣體流速較快，所以無法設置濕球溫度計。! y: x; ~( \) K8 Q  O
所以暫時根據樓主大俠提供的水蒸氣體積分率，來計算水蒸氣分壓。
; j2 d3 a+ c, G% |5 _根據道爾頓分壓定律，體積分率可以近似認為等于其分壓比，所以用總壓強乘以體積分率，可以得到水蒸氣分壓。
- o0 y+ W0 J' t5 t8 b& j另外主要樓主的管道里流動的是天然氣，所以在這里不太適合用一般空氣的濕度，而用水蒸氣分壓來求濕度來求露點的方法。7 L& m4 o5 Y9 x6 M; k
大概是這樣考慮的。/ f! }; w) V, C$ |- K' w

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作者: yantouchang    時間: 2014-1-13 11:39
子子61961 發表于 2014-1-13 11:07
% D! V  L; A4 @& \0 C8 R1 N0 x謝謝回復。大俠是搞化工方面的么。7 a* u1 n9 @  t- |, Q
您提到根據干濕球溫度來計算濕度然后水汽的分壓，但是現在現場情況 ...
6 V9 j) l  _4 J1 x8 |9 j
謝謝大俠教誨，我是做化機的，工作兩年多，還是個菜鳥，希望大俠不要介意。. R$ }0 |  P) b. f5 z
我看到冷卻水靠近殼層，因為之前有碰到過外壁凝結水滴，就理解為換熱器外壁凝結水滴，
% P$ X3 [$ `0 O2 a9 N! t1 Q, ~管束內部凝結水滴，我的計算錯誤。' E# W9 U8 V8 T" C
作者: 子子61961    時間: 2014-1-13 11:50
yantouchang 發表于 2014-1-13 12:39
# M2 _* e" C. u$ D/ E+ {0 {9 a謝謝大俠教誨，我是做化機的，工作兩年多，還是個菜鳥，希望大俠不要介意。
* e$ h1 ~: s5 v我看到冷卻水靠近殼層，因為 ...
1 Q+ q5 L' q0 E; M  s: H
工作辛苦了。我以前是學化工的。干了兩年化工就不做了。
1 r8 ]6 n1 J8 D' N2 U1 ^/ M$ F3 A濕球和露點這一塊兒內容，我在大學時沒怎么學好，后來工作中用到了自己復習的。
# ~. g- z# R  w9 I感覺化工機械比單純的機械還要難一些，受力分析和金屬材料同樣要考慮，還要考慮物性相變傳熱傳質等等。, ~/ m: n0 `: I- ?0 }6 s" A
加油吧，謝謝回復。- @0 Z& I  a2 Y  I1 \. Y5 P
作者: yantouchang    時間: 2014-1-13 12:05
子子61961 發表于 2014-1-13 11:50 : M. M, z5 O0 Y+ U. _
工作辛苦了。我以前是學化工的。干了兩年化工就不做了。2 p# r$ c" s/ K5 @; N
濕球和露點這一塊兒內容，我在大學時沒怎么學好 ...
+ q; L1 P' R0 I! f+ {
細想了一下，這個問題確實不簡單。
+ S5 L/ {7 E* s, e" n3 M( A8 Q管層溫度300°水能以液態存在，壓力在80bar以上了。
; g# c% [2 Q' X& X: P: B化工原理還得回去好好看看。
. S( g4 k9 B' O7 k7 H8 F2 F
作者: 子子61961    時間: 2014-1-13 13:14
yantouchang 發表于 2014-1-13 13:05
. o, K* _% T! ~7 p# X) J1 E: A細想了一下，這個問題確實不簡單。
/ {0 x/ Y" e6 i管層溫度300°水能以液態存在，壓力在80bar以上了。; b  S3 U0 g  {. u% |
化工原理還得回 ...

( f! @) _, [$ M% p" ~那個地方，只能說，氣流的中心溫度為300度，氣流到壁面，有一個溫度梯度分布，到了壁面，壁面附近的氣體邊界層的溫度估計也就100多度了，然后管壁內部也有溫度梯度分布，管壁的兩個表面，氣體接觸處為100度左右，液體接觸面為入口水溫10度左右，是這樣的一個狀態。不是一個內外都是300度的狀態，而是一個遞減的溫度梯度分布，有溫度梯度也就意味著有熱量傳遞，也就是傳熱計算中最基本的傅立葉定律。這里可以參考化工原理里傳熱那章，里面圓筒壁的熱傳導和對流傳導的項目。& L& {7 x) E* U1 F
( B4 @1 ?2 C/ p
作者: 子子61961    時間: 2014-1-13 13:55
在教科書里找了一道近似的例題套了一下。溫度分布近似為。. C6 D7 I4 P$ _( M
氣流側溫度遞減為258度，管壁溫度差為2度，水側溫度差為10度。' a0 F% m( K2 b' e
也就是：氣流中心280度，管壁氣側23度，管壁水側20度，水側10度。
6 q& [( ]. I+ r. }- |$ G  U: ]0 l( [就算水側給熱系數再大一些，管壁氣側估計在30度附近，管壁附近的薄薄一層氣體的溫度也就在三十多度。- s0 R* O! }  c! s  b
可以看出管壁附近氣體溫度低于露點溫度58度，所以管壁附近的氣體會結露。
/ p) f1 @3 w, L' Y1 G* H. _. P. u: F: Y- _* J
或者說，30度左右的氣體，在大氣壓下能承載的水汽含量為4%左右，! _7 m' \9 `# {" A) T' y
入口的氣體水汽含量為18%，則多余的部分，便以液體的形式流下來了。8 L  T; q/ }* V( P2 f! O/ e

9 m: x8 D8 J. |; x" {如果說解決方案，前面有朋友說過提高入口水溫，是一個辦法。
% Y0 w/ n+ [  Y% K+ l8 y# k) S還按照上面的溫度差來算，入口水溫提高后，管壁氣側的溫度也會提高，高于露點的話就不會結露了。! x& y3 z" @9 i
提高水溫也需要外加能源，如果覺得浪費，不如就在換熱器下面加一個盛水的部分，反正壓力也不高，就是排水麻煩一些。
作者: 子子61961    時間: 2014-1-13 16:21
又搜了一下天然氣含水量。貌似商品天然氣已經除水，冷卻到-30度也不會結露。
& p5 n. K0 |  h( D" [不過樓主大俠的工況貌似是天然氣燃燒后的氣體，那樣的話，燃燒后生成的水成分應該較多，應該是這部分水結露了。
: D. _4 w  q: H# b7 y燃后氣體的含水量不容易查到，要不取樣測一下也可以知道其水蒸氣含量，有助于判斷是否結露。
作者: amqq0807    時間: 2014-1-14 10:58
熱交換器外壁溫度有多高，會不會是因為外壁溫度低了空氣中的水蒸氣冷凝附著在外壁上了。
. o# Q* m7 o3 _1 E因為看你的描述說水溫只有8到10度，所以會不會是水的流量過大導致水溫上不去，而導致外壁溫度過低。
作者: bunyn    時間: 2014-1-14 16:12




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