利用蒸汽冷凝来加热工艺介质的加热器,在工业生产中十分常见。蒸汽冷凝的传热有两个过程:一是冷凝;二是降温。一般情况下,由于蒸汽冷凝潜热比凝液降温的显热要大得多,所以为简化起见,有时就不考虑显热部分的热量。常用的控制方案有两种。
1.控制载热体蒸汽的流量
以蒸汽(一般为饱和蒸汽)为载热体的加热设备,在化学工业中普遍使用。优点是:蒸汽在冷凝时能放出大量的潜热、加热均匀和蒸汽输送方便。例如最简单的直接蒸汽加热器、蒸汽鼓泡加热器和无噪声蒸汽流加热等。但因它们采用直接蒸汽加热,所以不能应用于被加热液体中不允许含水的场合。
当蒸汽压力本身比较稳定时,可采用如图9-16a所示的方案。这是最常见的一种方案,它通过改变加热蒸汽量来稳定被加热介质的出口温度。当阀前蒸汽压力有波动时,可采用如图9-16b所示的温度与蒸汽流量(或压力)的串级控制方案。改变加热蒸汽流量的方案适合于传热面积有裕量的情况。
2.控制换热器的有效换热面积(冷凝液排出)
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图9-16 控制蒸汽流量的控制方案
如果被加热介质的温度很低,蒸汽冷凝很快,压力迅速下降,换热器内就有可能形成负压,使凝液不易排出,聚集起来则使传热面积减少,影响传热效果。待压力升高后才能恢复排液,这就有可能引起出口温度的周期振荡。这时可以采用如图9-17所示的控制冷凝液排出量的控制方案。
该方案实质是控制换热器传热面积的大小,当介质出口温度偏低时,说明传热量太小,可开大阀门,使凝液排出以加大传热面积。该方案有利于凝液的排放,传热变化较平缓,可防止局部过热,但排放控制阀的口径小于蒸汽阀,导致控制反应迟缓,控制器参数不好整定,调节质量不太好。一般在低压蒸汽作热源、介质出口温度又较低、加热器传热面积裕量较大时采用。
图9-17 冷凝液排出控制方案
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