加热及传热过程的安全分析.ppt

19 9、加热及传热过程的安全分析、加热及传热过程的安全分析29.1 化工生产中传热过程危险性分析v化学工业与传热§创造并维持化学反应需要的温度条件•合成氨：470-520度•氨氧化法制备硝酸：800度•涉及到的两个过程：吸热与放热§创造并维持单元操作过程需要的条件•蒸发、结晶、蒸馏、干燥等过程需要热量的传入或输出§热能综合与回收•传热回收，综合利用§隔热与限热•减小能量的损失，维持系统温度，利于安全3v传热过程安全分析：§加热过程：明确规定和严格控制升温上限和升温速度§放热过程：抑制反应速度，加设冷却装置和紧急放料装置v加热介质与方法§蒸汽或热水§载热体加热§电加热v加热过程危险性分析§蒸汽或热水§载热体加热§电加热49.2 工业传热过程机理与传热安全分析•9.2.1 传热过程机理分析5对流传热：对流传热：流动的流体与外界的传热流动的流体与外界的传热静止流体与外界的传热静止流体与外界的传热强制对流自然对流对流传热系数，W/m2K 边界层是对流传热边界层是对流传热的主要热阻所在的主要热阻所在ttwQ6v化工生产中的热交换热流体冷流体目的不同加热剂：水蒸汽、热水、油冷流体：冷水、空气、盐水7分类分类 9.2.2 典型换热过程安全分析8间壁式换热器间壁式换热器9101112列管式换热器列管式换热器13三个串联传热环节：     热流体侧的对流传热     间壁的导热     冷流体侧的对流传热9.3 传热过程热平衡分析14总传热系数，单位W/m2K 15------称为总传热热阻Q的计算的计算16K的计算的计算（（1）查经验数据：）查经验数据：P156表表9-1（（2）现场测定）现场测定（（3）公式计算）公式计算17考虑到实际传热时间壁两侧还有污垢热阻，则上式变为：189.4 工业加热载体与冷却剂v9.4.1 加热剂与加热方法v(1)水蒸汽§最常用的加热剂，通常为饱和蒸汽§优点：•潜热大，消耗少•给定压力下，冷凝温度恒定•给热系数大，可在低温差下操作•价廉，无毒无失火危险§缺点：•温度高时，压力较大–100 oC：0.1Mpa–200 oC：1.56Mpa19v水蒸汽加热方法：§直接加热：鼓泡器§间接加热：排除器与疏水阀的应用20v(2)热水v一般用于100 oC以下，需高温时，高压热水v优点：§得用二次热源，节约能量v缺点：§给热系数低§不稳定21v（３）高温有机物：400 oCv（４）无机熔盐：550 oCv（３）其他：§液体金属：300-800 oC§烟道气：1100 oC§电：3000 oC22v9.4.2 冷却剂和冷却过程v水：通常10-30 oC，地下水4-15 oC§循环水的使用v空气：v冷冻盐水:v制冷剂：氨、氟里昂239.5 换热器安全技术v9.5.1 按换热器的用途分类§加热器§预热器§过热器§蒸发器§再沸器§冷却器§冷凝器24v9.5.2 按换热器传热面形状和结构分类§管式换热器§板式换热器§特殊形式换热器25v9.5.3 按换热器所用材料分类§金属材料换热器§非金属材料换热器269.5.4 换热器结构与性能特点换热器结构与性能特点列管式换热器（管壳式换热器）列管式换热器（管壳式换热器）构造构造272829温差在温差在50℃以上时以上时，要考虑温度补偿问题，要考虑温度补偿问题30温度补偿问题：换热器两端管板和壳体是连为一体的。

换热器两端管板和壳体是连为一体的其特点是结构简单、制造成本低，适用于壳体和管束温差小、管外物料比其特点是结构简单、制造成本低，适用于壳体和管束温差小、管外物料比较清洁、不易结垢的场合较清洁、不易结垢的场合当壳体和管子之间的温差较大当壳体和管子之间的温差较大(60~70℃ )且壳体承受压力不太高时，可采且壳体承受压力不太高时，可采用补偿圈（又称膨胀节）用补偿圈（又称膨胀节）补偿圈补偿补偿圈补偿-----固定管板式换热器固定管板式换热器31温度补偿问题：浮头补偿浮头补偿------浮头式换热器浮头式换热器U型管补偿型管补偿------U型管式换热器型管式换热器一端管板用法兰与壳体连接固定，另一端在壳体中自由伸缩，整个管束可一端管板用法兰与壳体连接固定，另一端在壳体中自由伸缩，整个管束可以由壳体中拆卸出来以由壳体中拆卸出来适用于壳体与管束间温差大且需经常进行管内外清洗的场合适用于壳体与管束间温差大且需经常进行管内外清洗的场合用于壳体与管子间温差大的场合，但管内清洗比较困难用于壳体与管子间温差大的场合，但管内清洗比较困难 32选用、设计原则33设计方法及步骤：设计方法及步骤：34 强化管式换热器：强化管式换热器：        翅片管式------横向传热面积大，传热效率高，总传热系数为光管的四至八倍。

其它类型的换热器其它类型的换热器3536板式换热器板式换热器板式换热器是由一组波纹金属板组成板式换热器是由一组波纹金属板组成,板上有板上有孔孔,供传热的两种流体通过供传热的两种流体通过.金属板片安装在一金属板片安装在一个侧面有固定板和活动压紧板的框架内个侧面有固定板和活动压紧板的框架内,并用并用夹紧螺栓夹紧夹紧螺栓夹紧.板式换热器作为一种新型、高效、节能的换板式换热器作为一种新型、高效、节能的换热设备已越来越在众多领域广泛应用热设备已越来越在众多领域广泛应用,并且有并且有逐步取代其它类型之趋势逐步取代其它类型之趋势. 37螺旋板换热器：螺旋板换热器：▲传热效率高传热效率高　　传热效率为列管式换热器的　　传热效率为列管式换热器的1~3倍倍▲▲阻力小阻力小　　以较低的压力损失，处理大容量蒸气或气体；　　以较低的压力损失，处理大容量蒸气或气体；有自清刷能力，因其介质呈螺旋形流动，污垢不有自清刷能力，因其介质呈螺旋形流动，污垢不易沉积；清洗容易，可用蒸气或碱液冲洗，简单易沉积；清洗容易，可用蒸气或碱液冲洗，简单易行，适合安装清洗装置；介质走单通道，允许易行，适合安装清洗装置；介质走单通道，允许流速比其它换热器高。

流速比其它换热器高38冷入冷入冷出冷出热入热入热出热出39冷入冷入冷出冷出热入热入热出热出4041v9.5.5 换热器安全运行分析42传热过程的强化传热过程的强化用用较较少少的的传传热热面面积积或或较较小小的的设设备备完完成成同同样样的的传传热热任任务务（（设设计计）），，或或力力求求使使换换热热设设备备在在单单位位时间、单位面积传递的热量尽可能地大时间、单位面积传递的热量尽可能地大。