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| 品牌 | 擎雷 | 传热方式 | 间壁式换热器 |
|---|---|---|---|
| 应用领域 | 化工 |
热量不会无缘无故从一处走到另一处。它自发地从温度高的一侧流向温度低的一侧,两侧的温度差就是推开这股流动的力。温差大,单位时间里能送过去的热量就多;温差一缩,同样的换热面能办的事也跟着变少。因此了解一台循环水缠绕螺旋管冷凝器能干什么,可以从温度上先看个大概:介质侧要把什么温度的气体凝成液体,冷却侧的水又有多少温度可用,两头之间的差距够不够把该带走的热量带走。温度范围这一项,说的就是这些温度可以活动的那个区间。
说温度范围,容易只想到一个数。实际上一台冷凝器身上有多组温度同时存在。介质侧有进气温度、沿程逐渐下降的温度、凝成液体后的出口温度;冷却侧有进水温与出水温。两侧的温度沿着换热面一路变化,不是两个定点。缠绕结构把很长的流程绕进很小的体积,温度在层间沿着流道连续改变,靠近进出口的两端差得比较明显,中间一段则相对平缓。把这些温度按位置排开,看到的是两条曲线,而不是几个孤立的数字。设计给的温度范围,管的正是这两条曲线的起点与终点,以及它们在什么区间内浮动。
两头温度差多少,不能拿进口减进口、出口减出口直接相减。两侧温度沿换热面都在变,只有把沿程各点上的温差综合起来,才得到一个等效的差值,这个折算结果就是对数平均温差。它的用处在于把一条变化的曲线合成一个能参与计算的数。冷凝段与冷却段的情形并不一样:介质处在相变过程中时温度变化不大,热量主要靠相变送出,这一段的有效温差与后段液相降温阶段的取值不在一个量级。把两段混在一起取一个平均值,等于把两件事压成一件,算出来的面积会偏。

循环水的温度不是一个恒定值,它由冷却塔与水处理系统一路带过来。塔的能力取决于当时空气的湿球温度,气温与湿度一起走高时,水温便压不下来;气温一落,同样的塔能把水降得更低。于是同一台冷凝器,在一年里的不同月份,能拿到的冷却水温并不相同。温度范围里因此要为冷却侧划出一个区间,而不是只写一个数值;夏季余量吃紧时,出口温度先失守,情形往往从这里开始。
冷凝的发生有一个前提:温度要低到该介质在当前压力下对应的饱和温度以下。压力与饱和温度是绑在一起的,压力低,饱和温度跟着低;压力高,同一个介质在更高的温度上才开始凝结。吸收、浓缩这类环节常跑在负压状态下,设备内部的绝对压力低于外界,此时要凝出的温度也随之降低,冷却侧需要提供的温度就要更低。温度范围与压力档位因此不能分开来定,两者写在一处才有意义。
温度往上走,材料的强度会衰减,这是设计阶段就要计入的一条。对不锈钢一类材料来说,侵蚀的强弱也会随温度增强:同一浓度下,温度偏高时介质的活动能力更强,金属表面那层靠自身生成的保护膜更难维持。介质里若夹带氯离子,温度一高,膜在薄弱处被撕开的机会更多,裂纹多在焊缝与缝隙这些应力集中的位置发展,也就是常说的应力腐蚀开裂。密封与垫片这一头同样有温度上限,超出之后材料会变软、失去压紧力。温度范围的上限,实际是这几处当中先触到限制的那一个在说话。
温度范围里还藏着一项容易被忽略的内容:温度允许变化的快慢。管束与壳体的材料、壁厚与所处温度不同,受热后的伸缩量并不一致;温度移动得快,两者来不及协调,连接部位就要替这个差异承担额外的力。这些力反复出现,会在焊缝与管口附近积累,也就是热应力。开车升温、停车降温与负荷切换时的温度变化速率,因此要写进规程,按段进行,让温度沿平缓的曲线走。范围写的是能到多高多低,速率写的是多久能到,两件事都要交代。
循环水在系统里反复使用,随蒸发浓缩,钙、镁与硅酸盐类组分逐月富集,而它们在水中能容下多少,跟温度有直接关系。有的盐类温度升高时溶解度反而下降,容易在温度偏高的壁面上析出;也有组分在温度偏低的部位更容易结晶。温度范围划得不准,壁面就会长期停在一个容易析出的位置上。附着上去的沉积物又薄又硬,形成的污垢热阻比管壁本身大得多,传热的功夫被它一点点吃掉,温度读数也随之偏移。

温度是个可以量出来的量,前提是测量这一层可信。测温元件的套管与壁面接触不良,读出的数值就偏低或者滞后;取压管落在死区或者被凝液堵住,压力指示跟着失真,而压力又牵着饱和温度,于是温度也说不准。核对的做法不复杂:在进气、凝液出口与两侧冷却水进出这几处各设一个测温点,把数据按班次记进同一本台账,连成趋势;把读数与当初立下的温度范围放在一处对照,看曲线的两端有没有被顶到。判断换热能力时,把传热系数与两侧温差放在一起看,单看某一项容易走偏。
温度范围不是一个孤零零的数值,它是介质温度、冷却水温、压力对应的饱和温度、材料与密封的允许温度、结垢倾向明显的温度这几条叠在一起的结果。把范围定得宽松,面积与水量要跟着增加;定得过紧,运行中稍有偏移就顶到边界。更实在的做法,是把这几条按条件写清楚,注明哪几处波动较明显,再让设计参数与运行规程围绕它收紧。设备投起来之后,两侧进出口温度与温差、压力与压差、流量与排液排气情况按班次记录,与当初的范围对照,温度是从哪一头先偏出去的,台账会先给答案。
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