Конденсатная нагрузка систем парового отопления

Оценка конденсатной нагрузки паровых отопительных приборов для подбора возвратных трубопроводов.

steamcondensateloadheatingКалькулятор

Обзор

В системах с паровым обогревом нагрузка конденсата представляет собой массу пара, которую необходимо подать (и последовательно сконденсировать) для удовлетворения потребности в процессном нагреве. На практике возникают два основных сценария:

Передача тепла через поверхность — пар конденсируется на одной стороне теплообменника, передавая энергию жидкости или газу на другой стороне.
Нагрев партии материала — энергия пара повышает температуру продукта от начального состояния до целевого состояния.

В обоих случаях требуемая нагрузка конденсата определяется делением общего теплового запроса на скрытую теплоту пара.

Ключевые формулы

Передача тепла через площадь

$Q = U \cdot A \cdot \Delta t$

Общее количество тепла, передаваемого через поверхность площадью $A$ , с общим коэффициентом теплопередачи $U$ и средней разностью температур $\Delta t$ между паром и вторичной средой.

Нагрев материала (партии)

$Q = m \cdot c_p \cdot (t_2 - t_1)$

Общее количество тепла, необходимое для нагрева массы $m$ материала (с удельной теплоёмкостью $c_p$ ) от температуры $t_1$ до $t_2$ .

Нагрузка конденсата

После того как известны общее количество тепла $Q$ и время процесса $h$ , тепловая мощность и массовый расход конденсата определяются напрямую:

$\dot{Q} = \frac{Q}{h}$

$\dot{m}_{cond} = \frac{\dot{Q}}{L}$

где $L$ — скрытая теплота конденсации для давления пара, а $h$ — доступное время нагрева.

Переменные

Символ	Описание	Единица
$Q$	Quantity of heat transferred	kJ
$\dot{Q}$	Heat rate	kW
$U$	Overall heat transfer coefficient	W/(m²·K)
$A$	Heat transfer area	m²
$\Delta t$	Temperature difference (steam to secondary fluid)	K
$m$	Mass of heated material	kg
$c_p$	Specific heat of material	kJ/(kg·K)
$t_1$	Initial material temperature	°C
$t_2$	Final material temperature	°C
$h$	Available heating time	s
$L$	Latent heat of steam condensation	kJ/kg
$\dot{m}_{cond}$	Condensate load (steam mass flow)	kg/s

Справочные данные

Скрытая теплота насыщенного пара

9 строк

Скрытая теплота конденсации уменьшается с ростом давления пара.
Избыточное давление (bar)	Температура насыщения (°C)	Скрытая теплота (kJ/kg)
0	100	2257
1	120	2201
2	134	2163
3	144	2133
5	159	2085
7	170	2048
10	184	2000
14	198	1952
20	216	1890

Источник: engineeringtoolbox.com

Типичные значения общих коэффициентов теплопередачи (U)

6 строк

U-значения сильно зависят от загрязнения, скорости и свойств жидкости.
Application	U мин (W/(m²·K))	U макс (W/(m²·K))
Пар в воду (кожухотрубный)	800	1500
Пар в воздух (змеевик с оребрением)	25	50
Пар в масло (кожухотрубный)	100	350
Пар в технологическую жидкость (пластинчатый теплообменник)	1500	4000
Пар в газ (рубашечный сосуд)	10	30
Пар в вязкую жидкость (змеевик в баке)	100	300

Источник: engineeringtoolbox.com

Калькулятор

Конденсатная нагрузка от поверхностного нагрева

Конденсатная нагрузка — нагрев на основе площади

Коэффициент теплопередачи(W/(m²·K))

Площадь теплопередачи(m²)

Разность температур(K)

Скрытая теплота пара(kJ/kg)

Конденсатная нагрузка от партионного нагрева

Конденсатная нагрузка — нагрев материала

Масса материала(kg)

Удельная теплоёмкость(kJ/(kg·K))

Начальная температура(°C)

Конечная температура(°C)

Доступное время(s)

Скрытая теплота пара(kJ/kg)

Преобразователь единиц

Преобразователь единиц конденсатной нагрузки пара

Конденсатная нагрузка(kg/h)

Тепловая мощность(kW)

Скрытая теплота(kJ/kg)

Площадь теплообмена(m2)

Восстановленные оригинальные таблицы из источника

Следующие таблицы восстановлены с оригинальной страницы источника для сохранения полных справочных данных.

Инженерные заметки

Пусковые нагрузки преобладают. Нагрев холодного оборудования и трубопроводов от окружающей температуры до рабочей может потребовать в несколько раз больше, чем стационарный расход конденсата. Соответственно рассчитывайте размеры паровых магистралей и конденсатоотводчиков.
Паровой удар. Когда конденсат высокого давления сбрасывается в сосуд с более низким давлением, часть его мгновенно испаряется. Утилизация этого пара может предварительно нагреть питательную воду и снизить общую нагрузку на котел.
Воздух и неконденсирующиеся газы. Даже небольшие концентрации воздуха значительно снижают эффективный коэффициент теплопередачи U. Установите воздушные клапаны на поверхностях, нагреваемых паром, и обеспечьте правильный размер клапанов при пуске.
Факторы загрязнения. Коэффициенты U в таблице выше представляют чистые условия. Добавьте сопротивления загрязнения (обычно 0,0001–0,0003 м²·К/Вт на поверхность) при расчете размеров теплообменников для длительных межсервисных интервалов.
Размер конденсатоотводчиков. Конденсатоотводчики должны быть рассчитаны как минимум на максимальную конденсатную нагрузку, включая пусковые запасы, обычно в 1,5–3 раза превышающую нормальную рабочую нагрузку.
Зависимость скрытой теплоты от давления. Всегда используйте скрытую теплоту, соответствующую фактическому давлению подачи. При более высоких давлениях скрытая теплота уменьшается, поэтому для той же тепловой нагрузки требуется больший массовый расход пара.

Ссылки

Оригинальный источник — Engineering ToolBox

Источник: engineeringtoolbox.com