关于蒸汽压力的讨论

这篇帖子讨论氛围很好,论坛就应该这样!所以对个别发言予以奖励.
我来说两句发表一下个人意见.首先单就楼主的问题不扩大范围进行阐述:楼主只是提及水蒸气流量等工艺参数不变(这就包括被加热介质所有参数都不变,使用设备不变等),仅仅压力由5公斤提高到7公斤,这就可以援引zpgong在13楼的例子,但例子也不是很符合实际生产的,其中在Q'与Q比值关系式中,必须更换热源对整个热交换的传热系数K视为恒定,另外即使是液态的物料也会因为出口温度不同,其计算应用的定压比热也应略有变化,不过整体来说,例子还是能说明楼主一些问题的.
其实,楼主这个工艺变化,一般考虑更多的是因为压力提高,为了达到原有工艺指标,需要考虑因为进出口温度不同(此时不考虑过冷带来出口温度设计误差,出口温度视为凝点)给设备带来的影响,至于楼主提及考虑热焓,那是必须的,其他需要考虑的因素就象zpgong所说的,具体到设备,还需要根据热源的变化考虑设备是否依然适用等，这些都需要再校核的.

原帖由 rorbt 于 2007-12-1 23:20 发表
原来使用压力为5公斤的蒸汽作为加热器的热源，蒸汽用量为10吨。现蒸汽压力提高为7公斤，其他工艺条件不变，蒸汽用量如何考虑？是否应该比较一下两种蒸汽的焓值？

由于我用词不当，使zpgong觉得低视了他的专业，抱歉。

因为我们要讨论的是楼主的问题，引用楼主的问题如上。
很明显：“其他工艺条件不变，蒸汽用量如何考虑？”这句话的意思很清楚，就是问：在保持其他所有工艺条件不变的情况下，改变蒸汽压力后蒸汽流量应该怎样变化。

对于工艺来说，其他工艺条件强调的是工艺介质（被加热介质）的条件，应该不是蒸汽在加热了介质后的条件。把问题用数学描述一下：
加热器：
进口物料流量F1，进口温度t1，出口温度t2；
原工况条件下，蒸汽压力0.5Mpa（由于没有提到蒸汽的温度，无法判断过热程度），流量F2；

现在工况条件，蒸汽压力1.0Mpa（蒸汽的温度，焓等也会相应变化，由于没有详细数据无法判断），在进口物料流量，进口物料温度和物料出口温度保持恒定的情况下，求此时蒸汽的流量F2‘。

我对于zpgong的专业技术没有任何偏见和怀疑，但是人有时容易受自己经验的影响，走到误区。
也许是我走到误区，也许是别人，所以讨论才重要，请大家继续。

[ 本帖最后由 dafugege 于 2007-12-4 11:11 编辑 ]

我觉得zpgong说的是操作性的问题，表达了热源变化之后对整个工艺流程参数造成的变化，比如，精馏塔的回流比等。而dafugege说的是设计型的计算，是说明热源变化之后应该采取什么措施来达到原来的工艺要求。各有道理。是互补的。

同意四楼的说法

原帖由 dafugege 于 2007-12-4 11:05 发表
对于工艺来说，其他工艺条件强调的是工艺介质（被加热介质）的条件，应该不是蒸汽在加热了介质后的条件。把问题用数学描述一下：
加热器：
进口物料流量F1，进口温度t1，出口温度t2；
原工况条件下，蒸汽压力0.5Mpa（由于没有提到蒸汽的温度，无法判断过热程度），流量F2；
现在工况条件，蒸汽压力1.0Mpa（蒸汽的温度，焓等也会相应变化，由于没有详细数据无法判断），在进口物料流量，进口物料温度和物料出口温度保持恒定的情况下，求此时蒸汽的流量F2‘。

这位朋友，我已经说了，在蒸汽压力变化的条件下，你是无法维持被加热介质的流量、出口温度这两个变量同时不变的，那道例题不也说明了这点了么？

做个现实点儿的假设，典型的操作问题：

你是个操作工，现在的加热器的进口物料流量F1，进口温度t1，出口温度t2；蒸汽压力0.5Mpa，流量F2；

现操作一切正常，突然由于某种特殊的原因，蒸汽压力突然升高到0.7MPa，F1不变，t1不变（一直操作得好好的，都转自动了。流量、进口温度不会变。），此时你能保证被加热介质的温度t2不变吗？

如果你不加大被加热介质的流量F1，你就是神仙也不可能保持这个t2不变。

因为加热器的面积是固定的，改变了加热器的传热温差Δt，注定要变化一些参数，怎么可能像你所言的啥都不变的情况下去讨论蒸汽流量的变化呢？？

对于这个换热器和加热介质的蒸汽2、被加热介质1，任何时候都有：

Q=K.S.Δt=W1.Cp1.(t2-t1)=W2.r

这是个恒等式，静止地、孤立地扔掉K.S.Δt而只考虑后头一个等式，要出大问题的。

建议这位朋友好好地把这个等式自己比划一下，琢磨一下，都是很简单的基本概念。没想到楼主一句“条件不变”惹出了这么多的事情，呵呵。

[ 本帖最后由 zpgong 于 2007-12-5 11:19 编辑 ]

原帖由 hualongxu 于 2007-12-4 10:40 发表
其中在Q'与Q比值关系式中,必须更换热源对整个热交换的传热系数K视为恒定,另外即使是液态的物料也会因为出口温度不同,其计算应用的定压比热也应略有变化,

斑竹这段话说到点子上了，例题中的那个例子是教科书上的，为了方便学生计算，所以做了限制性假设。但这种假设应该说和生产实际情况还是很符合的。

本人从事油气行业，很多油气田使用的换热器有时也用到蒸汽，蒸汽锅炉出来的蒸汽有时一到夜班，工人都迷迷糊糊，蒸汽压力都会波动，很多时候就是值班室一个电话：“蒸汽压力低了。”，他一觉醒来几铲子煤一加，又睡觉去了，此时就会出现楼主所言的蒸汽压力变化，而对比这个实际生产中常常产生的情况，原来的领导纠着我非要我从技术角度上对这种情况可能造成的影响做一个基本的判断，为此我手里收集了类似的加热器的现场数据不下20组以上，包括被加热介质的温度变化所带来的物性数据的变化，因为K的变化是必须考虑的，实际核算下来的结果是，蒸汽压力变化后的K一般都会变大(至于被加热介质的温度变化所带来的物性数据的变化，那影响更小)，但变大的幅度很小，一般均小于5%，几乎可以忽略不计，Q＝KSΔt这个等式中，如果要考虑这5%，那被加热介质的温度还会增加，但对比起Δt的增加，那是很小的了，因为一般的加热器的Δt都在30～50℃之间，所以Δt的影响是最主要的。

咱们还是回到能够清晰表达的数学上来吧：
进口物料流量F1，进口温度t1，出口温度t2，平均热容C1；
蒸汽压力0.5Mpa，流量F2，进口温度T1，出口温度T2，平均热容C2（不考虑相变）；
换热器的换热面积A不变，传热系数K不考虑变化，传热温差tm与t2,t1,T1,T2有关。

能量守恒（不考虑散热）：F1*C1*（t2-t1）=F2*C2*(T1-T2)
传热方程：F1*C1*（t2-t1）=A*K*tm

从上面的方程可以看出，如果想要保持F1，t1，t2不变，从上面两个方程中只有两个变量：F2，T2。自由度为0，有且仅有一个解。实际意义就是：任意给定一组T1，C2（和蒸汽压力有关）都可以解出一个F2，T2，保持F1，t1，t2不变。

请问我的分析有道理吗？

原帖由 dafugege 于 2007-12-5 11:48 发表
咱们还是回到能够清晰表达的数学上来吧：
传热方程：F1*C1*（t2-t1）=A*K*tm

总算能拿出详细的数学表达式了，看看这个传热方程：F1*C1*（t2-t1）=A*K*tm，

Δtm＝[(T2－t2)－(T1－t1)]/ln[(T2－t2)/(T1－t1)]，这个表达式是假设的逆流换热，实际上的饱和蒸汽加热，T2和T1是相等的，这都不要紧，无论是逆流还是顺流，也无论是饱和蒸汽还是过热蒸汽，只要蒸汽条件发生了变化，那么Δtm＝[(T2－t2)－(T1－t1)]/ln[(T2－t2)/(T1－t1)]这个表达式中所反映出的信息是Δtm肯定要发生变化！

即使t1、t2不变，这个Δtm也是要变的！因为T2变化了，也就是说F1*C1*（t2-t1）=A*K*tm中，根据你的假设，F1、t2、t1三个都不变的话，那么A*K*tm就没法变，A、K都不变，那么Δtm就没法变，但实际情况就是仅从数学上看，Δtm也发生了变化，所以仅看F1*C1*（t2-t1）=A*K*tm这个方程式，F1、t2、t1中的两个至少要变，才能满足Δtm发生变化的可能，这才是真正的要点，事实上如果假定F1不变，那么t2本身就是个变量，假设变量不变化，成了常数，这从数学上说就是不对的。

你可以仔细看看那道例题，是如何计算t2的。

我原本就看过您的例题，应该是标有42的那个例题吧，我刚才又看了一遍，确信我没有误解那个例题。很显然，您的例题中有个前提：蒸汽加热量不变。

蒸汽加热量不变，蒸汽压力下降，当然物料出口温度下降啊，很显然的。

如果蒸汽量增加，是可以保证出口温度不变的。

这个问题我感觉很简单，不知道为什么这么长时间大家都没有达成共识，请您再仔细看看我的上一个贴。

为了更简明，我把您的关于对数温差的表达式也合并在我的公式：
能量守恒（不考虑散热）：F1*C1*（t2-t1）=F2*C2*(T1-T2)
传热方程：F1*C1*（t2-t1）=A*K*[(T2－t2)－(T1－t1)]/ln[(T2－t2)/(T1－t1)]

这是两个独立的方程，如果给定了T1，考虑F2和T2作为变量，显然这个解是唯一的，您说呢？也就是说T1变化的时候，改变F2和T2肯定可以保持其他变量不变。

[ 本帖最后由 dafugege 于 2007-12-5 13:13 编辑 ]

“只要蒸汽条件发生了变化，那么Δtm＝[(T2－t2)－(T1－t1)]/ln[(T2－t2)/(T1－t1)]这个表达式中所反映出的信息是Δtm肯定要发生变化“
这个结论有点仓促，T1，T2同时都在变化，Δtm并不一定会变化的。

原帖由 dafugege 于 2007-12-5 13:11 发表
我原本就看过您的例题，应该是标有42的那个例题吧，我刚才又看了一遍，确信我没有误解那个例题。很显然，您的例题中有个前提：蒸汽加热量不变。

这个例题说了蒸汽加热量不变吗？

题意中给出不变的是水蒸汽潜热不变。

事实上由题意给出的第二个问题，按Q=W料.Cp.(t2-t1)=W蒸汽.R(这里r是汽化潜热，按题意是不变的)，由于料液出口温度由60℃下降到了56℃，那么水蒸汽的消耗量W蒸汽＝W料.Cp.(t2-t1)/R，在t2-t1的差值降低了4℃以后你怎么得出的水蒸汽量不变呢？题意中不变的条件讲了很多，唯一没有说不变的就是水蒸汽耗量，那再增加一个问题，“水蒸汽压力改为150kPa后水蒸汽耗量是多少？”，动笔算算？？

Q=4000x1.9x(60-30)=228,000 kJ/h,W蒸汽＝228,000/2200＝103.6 kg/h

Q'=4000x1.9(56.33-30)=200,108 kJ/h，W'蒸汽＝200,108/2200＝91 kg/h

题意中哪里说了这个水蒸汽消耗量不变呢？？如果有，请你指出，文字或者截图都可以，看题要仔细，朋友。

至于你在楼上所列的数学表达式，建议你用这个例题，你只需把蒸汽压力倒过来(先用0.5MPa蒸汽，随后改用0.7MPa蒸汽，介质特性我在4楼已经给出了)，用相应的温度带入计算料液出口的温度(还是按题意，料液流量不变，料液进口温度还是30℃)，如何？看看咱俩谁说的是对的？至于你的表达式是否符合数学逻辑，用真实的数据按按计算器吧，我也认为这是个很简单的化工原理例题而已，没想到整的那么复杂，这样吧，大家都动手计算一下，按按计算器吧。如果你计算出的传热温差是不变的，我无话可说。

顺便说一句，无论是数学计算，还是现场数据，都可以证明的是：该加热器的总传热温差Δtm在水蒸汽介质压力提高以后，是肯定要变大的，即便不是水蒸汽，比如用导热油，也是变大的！数学公式要有物理基础，不能单纯地说哪个不变而另一个不变，事实上这三个方程里，变量可不只三个，因此要想有唯一解，只能做一些假设，对水蒸汽而言，T1在变大的同时，你能指望T2变小？甚或T1变大，而T2不变？数学上说的确如此，可T2、T1是一种介质经过一台换热器后的温度变化，不可能是孤立的，都要通过换热器这台设备产生变化。

[ 本帖最后由 zpgong 于 2007-12-5 15:12 编辑 ]

不知道是我整的复杂还是您整的复杂。

由于您的例题考虑了相变，不在此问题的讨论范围内。所以我不会去计算您的例题。建议您找一个没有相变的换热器例题。

至于您肯定的“该加热器的总传热温差Δtm在水蒸汽介质压力提高以后，是肯定要变大的，即便不是水蒸汽，比如用导热油，也是变大的！”，我不认可。

通过调节流量可以达到Δtm不变，看我的公式就知道了。
这么说吧：Δtm＝[(T2－t2)－(T1－t1)]/ln[(T2－t2)/(T1－t1)]。由于T1改变了，为了不改变Δtm，我从这个公式解出T2，此时的热负荷没有变化（因为被加热介质没有变化），所以根据原来的热负荷，热源（蒸汽）的出入口温度，解出流量，如此就可以保证被加热介质没有变化了。

和您沟通还真是费劲啊，我希望不要出现主观“可以肯定”的说法，任何“可以肯定”的说法都需要依据，因为我们不是依据浅显的公理。

为了最快解决我们的分歧，建议您找一个没有相变的换热器计算例题，大家做做，好吧。

也可以这样，您给出具体数据，（不离开楼主所说的范围）我来计算，保证被加热介质的温度不变化。得到结果后您来挑毛病，挑出毛病我的看法就是错的，好吗？

原帖由 dafugege 于 2007-12-5 15:10 发表
由于您的例题考虑了相变，不在此问题的讨论范围内。所以我不会去计算您的例题。建议您找一个没有相变的换热器例题。

楼主的问题说的就是水蒸汽啊，用其他的只会整的更复杂。

如果你不信我所言的Δtm会发生变化，可以请有现场操作经验的朋友印证一下，或者有空你亲在到现场，找到这么一台加热器，使用蒸汽的，你把水蒸汽压力提高，被加热介质流量不变，你看看是不是其出口温度要增加？要是不增加，呵呵，你再来找我，行么？

顺便补充一句，要是大学里出了这么个例题考试，这道题你肯定算错。当初在现场培训工人化工原理的时候，我就找出过他们自己的运行记录上的数据解析过类似的问题，因为也是领导的交待，对工人也是个交待。要交待就要交待清楚，不能糊里糊涂。

[ 本帖最后由 zpgong 于 2007-12-5 15:17 编辑 ]

原帖由 dafugege 于 2007-12-5 15:13 发表
建议您找一个没有相变的换热器计算例题，大家做做，好吧。

这个容易，就将就这个例题

料液流量4000 kg/h，进口30℃，出口60℃，使用导热油加热，导热油进口250℃，出口225℃，导热油比热2.5 kJ/kg.℃，料液比热1.9 kJ/kg.℃，料液侧给热系数500 W/m2.℃，导热油侧给热系数1000 W/m2.℃，这俩数仍按题意，忽略热阻，现要求计算：

1。在上述给定条件下，导热油流量是多少？
2。由于操作工况变化，导热油站出口导热油温上升到265℃，而导热油流量维持不变，料液流量也不变，请计算料液出口温度和导热油回油温度？

两种工况下给热系数和总传热系数均可认为无变化。

按你所说的，油的流量不变，仅仅是温度变化了，和楼主的问题也差不多，水蒸汽压力提高意味着温度的提高，很像吧？

算算吧？

[ 本帖最后由 zpgong 于 2007-12-5 15:36 编辑 ]