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标题: 热交换钢管“出汗” [打印本页]
作者: 冷水黄金    时间: 2014-1-12 10:37
标题: 热交换钢管“出汗”
本帖最后由 冷水黄金 于 2014-1-12 10:38 编辑
; `# f" C+ V) {( D- t0 b; @; ~# M1 v; ~" c4 X2 U% [8 X$ ~
中间热交换管壁厚约6mm左右，低碳钢，牌号不明。
  i2 T: f* z# [) x( h中间热风是天然气燃烧热风通道。1 Y  F, k, r* h9 b
当温度达到300度时，热交换管内壁四周像人出汗一样有水珠，并且从有水段开始就这样（是工人讲的，我去迟了，只看到水印），然后汇集到下面和下中雨差不多。
! S6 D6 p) ]3 u8 h. R  t) ]
/ k  N5 r2 y1 l! O而在此热交换器前段几米远，也有一段简单的水箱式热交换器(仅一根大管子从水箱中间穿过)，并无“出汗”现象。/ J( u- y4 [; z# g$ c5 z

. i( p. M, f6 `* h% R$ g6 _  i" U% s[attach]309164[/attach]
4 s) a, h6 x. M- q2 F' e4 `( a
作者: 子子61961    时间: 2014-1-12 10:51
本帖最后由 子子61961 于 2014-1-12 11:53 编辑 2 a2 b9 s: V0 }' P, I; q
" o" y& K& C& N" P4 I: b$ Q
貌似是典型的化工计算问题。/ b0 e/ X, R  N9 J! n5 R
有一些条件还想确认一下。
: R) ]% a# v9 ~5 X  V1. 300度指的是入口温度也就是图中上面的入口温度是吧 。
  Y4 L9 o' |6 j0 g! F( ?7 ]2. 想知道下面的燃气出口温度降到了多少度。! d" a( t( ^0 y" B( P
3. 燃气里是否含有水蒸气，水蒸气含量和气体压力，可以反算出露点。2 P% g' k" X. U& t' e
4. 管内流速多少，流速过快的话，上下有压力差也会有一些影响。3 j2 i3 j; p+ Z6 \/ i

9 Z, f% Q' g8 a6 h' u* Z3 y$ Z* @4 q; U, [! \- h
ps：没计算不知道露点会不会那么高，大侠确定不是管子漏水了？估计没漏，漏的话你去看的时候也能看到。
作者: 冷水黄金    时间: 2014-1-12 12:09
请老鹰帮忙把这个帖子移到热交换器或机械设计版吧
作者: 子子61961    时间: 2014-1-12 12:50
谢大侠搜索点评提供数据。
& _. Z4 c* Z$ N# N% Q3 ~俺把2003年买的《化工原理》教材给翻出来了。; w+ r  V9 u8 s+ X8 a
在 干燥 那一章仔细研读了一下。$ |) r/ C5 `$ C* b* z

! }7 M8 P. @" r水汽体积比18%，近似认为水蒸气分压为18%。（这一行还需要推敲）
  g3 Y7 z3 |$ ]3 c+ g9 Z大气压101325Pa，微负压，认为是100000，则水蒸气分压为18000Pa
, z6 v% J- K/ n* O) k7 Q. q百度查 饱和水蒸气表，露点近似为58度。. H& \5 r% a( e, ?+ g

4 D( U% y2 _5 [  o5 @大侠说冷却水温度为10度左右。应该是下端进口温度，7 ~% m0 N/ J# U+ O8 C
此处靠近管壁的地方气体温度较低（当然与流速有关），
4 o, g5 }. C+ D" U如果此处气体温度低于58度，就会出现凝结现象。' C/ h! {: g1 m) r, R
  R5 g- ~' J6 N0 Z: z/ X- e
可否问一下大侠管径多少。气体部分貌似是环形区域，内径多少外径几何。$ v- W$ d4 _8 P8 v
( P9 {6 W! I2 v' V8 U. e
-------------------------------------------------------------------------------------------: P" l, P- K* T& Q! [1 Q* Z, }) W
在之前的换热器没有结露，估计是因为气体温度较高，大于600度，! n% @/ p: B. F) y
提供了足够的热量，超过了结露的蒸发潜热，把结露的部分又给蒸发了，
! X& o; D  w) `9 e0 I9 q0 j, q或是气体温度过高，换热器的气体一侧壁面温度较高，也就不会结露了。- C, e' e9 B# r8 i& a
# B3 b# W5 p" U9 k) R/ v, {
简单分析如上。其实心里没底，十五年前学过的东西，一直没使用过。! c5 K& K# I* n8 _9 F
楼主大侠也可以在其他化工网站上确认一下，注意是化工而不是化学。
作者: huhaofei    时间: 2014-1-12 20:56
正常现象了，看大侠解析，学习学习，感谢楼主抛出问题
作者: luyupei    时间: 2014-1-13 08:55
建议将冷却水温调到15度以上，最后在25度
作者: yantouchang    时间: 2014-1-13 10:04
子子61961 发表于 2014-1-12 12:50 - G. D, H9 ?) q9 u/ ?
谢大侠搜索点评提供数据。
% L! Q" x# _( |! H( J0 q俺把2003年买的《化工原理》教材给翻出来了。
, Q. m9 a% Y6 a* N2 K: D+ e在 干燥 那一章仔细研读了一下。 ...

& z2 s5 ~) `- `4 t7 f$ ~4 z3 \准确计算需要知道：
3 P( ^: z/ w& b% x干湿球温度计中干球温度和湿球温度值.3 b. i) V/ d- \. a, }
根据所读两个温度值查相对湿度对照表得相对湿度.
5 b1 b9 t$ J9 p根据干球温度查水的饱和蒸汽压表,得干球温度下水的饱和蒸汽压值.6 H& q2 H) b: m  j- M: R: b/ x7 ?+ x7 J
用所查得干球温度下的水的饱和蒸汽压乘以相对湿度,得空气中水汽的分压.
, d1 A" ^* r6 r% I- I4 H2 R: M4 w再根据空气中水汽分压查水的饱和蒸汽压表,该分压对应的温度就是露点.即水的结露
7 T; c; n. n- m% o* l$ T4 z$ q4 \8 j* A& \3 f" @. V
我根据重庆的年平均值相对湿度结合这个季节大概计算了一下，露点在12-13度之间，其实很简单LZ用温度计测试一下当时管壁的温度就可以大概知道，
6 ]% g% n( ^; R1 M  x: ?. D
6 y, D& B# s! v! i/ `解决的办法：调节循环水冷却水的的进水量。
作者: 子子61961    时间: 2014-1-13 11:07
yantouchang 发表于 2014-1-13 11:04 " A, ^8 ~& Z) o- J) d) f
准确计算需要知道：
4 [9 T3 C: B" x9 ^+ r% v5 S干湿球温度计中干球温度和湿球温度值.
" ?6 M/ M6 o' f# B8 M$ h5 D2 Y根据所读两个温度值查相对湿度对照表得相对湿 ...
准确计算需要知道：( D- P" s  w0 a, T  l) ?
干湿球温度计中干球温度和湿球温度值.1 Z8 l5 l. H% a6 L# |4 G- W7 i8 i
根据所读两个温度值查相对湿度对照表得相对湿度.3 J" o* r( P( ]  u
根据干球温度查水的饱和蒸汽压表,得干球温度下水的饱和蒸汽压值.
) U" {( {1 ~6 k# D用所查得干球温度下的水的饱和蒸汽压乘以相对湿度,得空气中水汽的分压.
1 F5 S4 A" z( f: `& A, m& J再根据空气中水汽分压查水的饱和蒸汽压表,该分压对应的温度就是露点.即水的结露  }- S; X5 f; [4 _

- Y/ G# N6 N( o$ M: ~我根据重庆的年平均值相对湿度结合这个季节大概计算了一下，露点在12-13度之间，其实很简单LZ用温度计测试一下当时管壁的温度就可以大概知道，" J7 l1 a  y3 O& d3 K

1 q0 T% m& j; Z2 V解决的办法：调节循环水冷却水的的进水量。

( [7 R! j8 ]5 ^$ T% s谢谢回复。大侠是搞化工方面的么。+ a: U! _* I0 M4 H/ V
您提到根据干湿球温度来计算湿度然后水汽的分压，但是现在现场情况估计是这样的。
; @1 S. i$ U6 B' i4 ]& [  P6 \/ w现在问题是在换热器内部，而且是高温200度左右，气体流速较快，所以无法设置湿球温度计。
, p2 H5 Y" c" J& I8 G% _' _所以暂时根据楼主大侠提供的水蒸气体积分率，来计算水蒸气分压。
4 l' t" ]' M' O% K5 z- b& Y4 r根据道尔顿分压定律，体积分率可以近似认为等于其分压比，所以用总压强乘以体积分率，可以得到水蒸气分压。1 |7 X$ d( J" u/ N
另外主要楼主的管道里流动的是天然气，所以在这里不太适合用一般空气的湿度，而用水蒸气分压来求湿度来求露点的方法。
1 U* k. s* l1 m' A大概是这样考虑的。
7 T4 K& O. D# B6 K; Q# n/ E
  B' p5 O6 o- c! L/ e
作者: yantouchang    时间: 2014-1-13 11:39
子子61961 发表于 2014-1-13 11:07 : ^7 P; e$ f8 o" c. D' G0 f
谢谢回复。大侠是搞化工方面的么。
( Z; ]9 \3 |; e* r5 `' u, I& V您提到根据干湿球温度来计算湿度然后水汽的分压，但是现在现场情况 ...

1 J) s0 d6 w( L7 n) v- B& d谢谢大侠教诲，我是做化机的，工作两年多，还是个菜鸟，希望大侠不要介意。( ^8 T; i& V7 r, E: U# n
我看到冷却水靠近壳层，因为之前有碰到过外壁凝结水滴，就理解为换热器外壁凝结水滴，/ ^8 `% B! b( y, w
管束内部凝结水滴，我的计算错误。
& F5 b4 v6 ]* s; p1 W& E
作者: 子子61961    时间: 2014-1-13 11:50
yantouchang 发表于 2014-1-13 12:39 ) T% U: ~$ ?; G
谢谢大侠教诲，我是做化机的，工作两年多，还是个菜鸟，希望大侠不要介意。
! G/ e- [6 x) ~1 z- w( {我看到冷却水靠近壳层，因为 ...

0 E+ ?$ u; d+ V7 n工作辛苦了。我以前是学化工的。干了两年化工就不做了。0 @) f' U# B2 S2 e6 s4 h; }: j
湿球和露点这一块儿内容，我在大学时没怎么学好，后来工作中用到了自己复习的。- E9 Z! C+ I( [- E6 t/ S
感觉化工机械比单纯的机械还要难一些，受力分析和金属材料同样要考虑，还要考虑物性相变传热传质等等。) t# `, q! _; A  L9 r8 @  y( ^
加油吧，谢谢回复。- n) @6 p, E7 V; v: N6 o& W
作者: yantouchang    时间: 2014-1-13 12:05
子子61961 发表于 2014-1-13 11:50
  |( B8 x+ [* Y2 ]: i工作辛苦了。我以前是学化工的。干了两年化工就不做了。
: n/ e: \. ~" z8 P湿球和露点这一块儿内容，我在大学时没怎么学好 ...

% C: C! z% v1 B: K- C  H细想了一下，这个问题确实不简单。
# O8 P; _4 q' o3 G& R管层温度300°水能以液态存在，压力在80bar以上了。
3 X3 [4 Q, W. O1 C化工原理还得回去好好看看。
# p' z7 K6 F# _( {
作者: 子子61961    时间: 2014-1-13 13:14
yantouchang 发表于 2014-1-13 13:05 " [( |1 B1 B; G. X; e
细想了一下，这个问题确实不简单。3 _2 e; V! n" l) a: \: G8 [
管层温度300°水能以液态存在，压力在80bar以上了。. ]; }) S  F( o( T* J0 z$ A
化工原理还得回 ...

$ _2 P$ h5 u8 H5 r那个地方，只能说，气流的中心温度为300度，气流到壁面，有一个温度梯度分布，到了壁面，壁面附近的气体边界层的温度估计也就100多度了，然后管壁内部也有温度梯度分布，管壁的两个表面，气体接触处为100度左右，液体接触面为入口水温10度左右，是这样的一个状态。不是一个内外都是300度的状态，而是一个递减的温度梯度分布，有温度梯度也就意味着有热量传递，也就是传热计算中最基本的傅立叶定律。这里可以参考化工原理里传热那章，里面圆筒壁的热传导和对流传导的项目。
6 I( d* X& X$ ~2 r  `. a3 K+ c' ]1 t! B1 R
作者: 子子61961    时间: 2014-1-13 13:55
在教科书里找了一道近似的例题套了一下。温度分布近似为。
3 H5 ]6 C. o/ V# D( o: r4 i气流侧温度递减为258度，管壁温度差为2度，水侧温度差为10度。
' Y/ v$ s9 ]1 P, h: C* S) |2 J% `也就是：气流中心280度，管壁气侧23度，管壁水侧20度，水侧10度。2 h7 k, j* |' ^- g
就算水侧给热系数再大一些，管壁气侧估计在30度附近，管壁附近的薄薄一层气体的温度也就在三十多度。
* z( S; u% L, |7 q; p1 o可以看出管壁附近气体温度低于露点温度58度，所以管壁附近的气体会结露。: s8 c& t$ t" L' M9 F8 x
+ j1 G6 f: H& d3 m) r* d! ^* R
或者说，30度左右的气体，在大气压下能承载的水汽含量为4%左右，
! `9 q+ Q9 {' r5 F; H2 U/ U7 L7 y入口的气体水汽含量为18%，则多余的部分，便以液体的形式流下来了。
. |1 s; T# `# G/ i2 u3 B" Y6 T( D+ b: L2 }. }5 R: O
如果说解决方案，前面有朋友说过提高入口水温，是一个办法。
; q0 x. y5 l0 ]9 r还按照上面的温度差来算，入口水温提高后，管壁气侧的温度也会提高，高于露点的话就不会结露了。
$ U" d2 u6 T9 m5 z" U4 ]提高水温也需要外加能源，如果觉得浪费，不如就在换热器下面加一个盛水的部分，反正压力也不高，就是排水麻烦一些。
作者: 子子61961    时间: 2014-1-13 16:21
又搜了一下天然气含水量。貌似商品天然气已经除水，冷却到-30度也不会结露。% j1 b6 t3 f8 Y/ t# X
不过楼主大侠的工况貌似是天然气燃烧后的气体，那样的话，燃烧后生成的水成分应该较多，应该是这部分水结露了。2 x( u6 H3 v' ~2 Y6 V, m
燃后气体的含水量不容易查到，要不取样测一下也可以知道其水蒸气含量，有助于判断是否结露。
作者: amqq0807    时间: 2014-1-14 10:58
热交换器外壁温度有多高，会不会是因为外壁温度低了空气中的水蒸气冷凝附着在外壁上了。" q0 v$ h  x3 ~4 N) F2 U
因为看你的描述说水温只有8到10度，所以会不会是水的流量过大导致水温上不去，而导致外壁温度过低。
作者: bunyn    时间: 2014-1-14 16:12




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