估计蒸汽耗量的方法

式中:Q = 热量 (kJ)；m = 物质的质量 (kg)；c p = 物质的比热 (kJ /(kg·℃))；∆T = 物质的上升温度 (℃)。

估计蒸汽耗量的方法蒸汽系统的优化设计很大程度上取决于是否能精确估计蒸汽的用量。

这样才可以计算蒸汽的管道口径和各种附件的口径如控制阀、疏水阀等，以达到最佳的效果。

确定工厂的蒸汽负荷可以有不同的方法：计算 - 使用传热公式可以分析设备的热输出，可以估计蒸汽的耗量。

虽然传热的计算不是非常精确（同时可能有很多未知的变量），但可以使用从相类似应用得出的经验数据。

使用这种方法得到的数据对大多数应用来说的精度已经足够。

计量 - 蒸汽的耗量可以使用流量测试设备直接测量。

这对于现有的设备可以得到足够精确的数据。

但对于尚处于设计阶段或没投入使用的的设备来说，这种方法意义不大。

额定热功率 - 额定热功率（或设计额定值）通常标志在工厂各个设备的铭牌上，该数据由设备制造商提供。

这些额定值通常以kW表示的热量输出，以kg/h表示的蒸汽耗量取决于使用的蒸汽压力。

任何参数的变化都会改变预期的热量输出，这意味着额定热功率或设计额定值和连接设备的负荷（蒸汽耗量）将不会相同。

制造商标出的额定值是一种理想能力的表示，没必要和连接设备的负荷相等同。

计算在大多数情况，蒸汽中的热量用来做两件事：使产品温度改变，也就是说提供“加热”部分。

来维持产品的温度（由于自然的热量损失或设计的热量损失），也就是说提供“热量损失”部分。

在任何加热制程中，由于产品温度的上升，“加热”部分将减少，并且加热盘管和产品之间的温差减小。

但是，因为产品温度的上升热量损失部分将会增加，更多的热量将从容器或管道损失到环境中。

任何时候需要的总热量是两部分之和。

计算加热物质所需热量的公式（公式2.1.4）可以适用于绝大多数的传热制程。

此公式的原始形式可以用来计算整个制程需要的总热量。

但是，这种形式没有考虑传热率。

为了确定传热量，将各种形式的换热应用分成两大类：没有流动的应用 - 被加热的产品质量恒定、在一定的容器内单批加热。

流动形式的应用 - 被加热的流体连续地通过换热表面 。

没用流动的应用在没有流动的应用中，被加热流体在一定的容器内单批加热。

容器内的蒸汽盘管或环绕容器的蒸汽夹套构成加热面。

这种典型的应用实例如图2.6.1所示的热水储存式换热器或大型的储油罐 - 黏性的油在泵送前必须加热降低黏度。

有些制程是用来加热固体，典型的实例如轮胎压机、洗衣房烫机、硫化机和高压灭菌器。

在有些非流动的应用中加热时间不重要且可以忽略，但对有些应用例如水箱和硫化机，加热时间不仅很重要而且对制程非常关键。

w w w.b z.c om图2.6.1 热水储存式换热器-没有流动的应用蒸汽热水储存式换热器式中:Q = 平均换热功率 (kW (kJ /s))；m = 流体质量 (kg)；c p = 产品的比热 (kJ /(kg·℃))；∆T = 流体的温度上升 (℃)；t = 加热制程的时间 (s)。

例 2.6.1计算非流动型应用的平均换热功率将一定质量的油在10min（600s）内从温度35℃加热到120℃。

油的体积为35L，在该温度范围内比重为0.9，比热为1.9 kJ/(kg·℃)。

确定所需的换热功率：在标准温度和压力 (STP)下水的密度为1 000 kg/m 3。

考虑两个非流动加热制程，它们需要的加热量是相同的，但加热时间不同。

虽然总的换热量相同，但换热功率不同。

对于这种应用平均换热功率可以用公式2.6.1表示：油的密度ρo = 0.9×1000ρo = 900 kg/m 3因1000L = 1 m 3，ρo = 900 kg/m 3因此油的质量 = 0.9×35 = 31.5 kgQ =31.5kg×1.9kJ/(kg·℃)×(120-35)℃ 600sQ = 8.48 kJ/s(8.48kW)w w w.b zf .式中：Q = 热量 (kJ)；m s = 蒸汽质量 (kg)；h fg = 蒸汽的蒸发比焓 (kJ/kg)。

因此，蒸汽的消耗率可以由公式2.6.3确定结合换热功率，反之也然：公式2.6.1可以应用于被加热介质是固体、液体或者气体的使用场合，但没有考虑相变产生的热量。

对于给定质量的蒸汽所提供的热量可以用公式2.6.2表示：在这里如故假定热量传递的效率为100%，那么蒸汽提供的热量必须和被加热介质需要的热量相等。

这样可以产生一个热量平衡公式：一次侧 = Q = 二次侧例 2.6.2一个油箱中装有400 kg的煤油，在20min内从10℃加热到40℃，使用4 bar g 的蒸汽。

在该温度范围内煤油的比热为2.0 kJ/(kg·℃)， 4.0 bar g下饱和蒸汽的蒸发比焓为 2108.1 kJ/kg。

油箱保温良好，热量损失可以忽略不计。

确定蒸汽流率： Q =400 kg×2.0 kJ/(kg·℃)×(40-10)℃1200sQ = 20kJ/s 因此： m s =20 kJ/s2108.1 kJ/kg m s = 0.0095 kg/sm s = 34.2 kg/h在有些非流动型应用中，单批制程的加热时间不关键，可以接受更长的加热时间，这样可以减少蒸汽的瞬时耗量并减小所需设备的尺寸。

式中：Q= 平均换热功率 (kW或kJ /s)；m s = 平均蒸汽消耗率 (kg /s)；h fg = 蒸汽的蒸发比焓 (kJ/kg)。

式中：m s = 平均蒸汽耗量 (kg /s)；h fg = 蒸汽蒸发比焓 (kJ/kg)；Q= 平均换热功率 (kW (kJ/s))；m = 二次侧流体质量 (kg) ；c p = 二次侧流体比热 (kJ/(kg·℃))；∆T = 二次侧温升 (℃)；t = 加热制程时间 (s)。

w w w.b zf w.c流动型应用典型的应用包括管壳式换热器，如图2.6.2所示 (也称为非储存式换热器)，主要用来为加热系统或工业制程提供热水。

其它的应用如空气加热组，蒸汽在其中释放能量连续加热通过的空气。

冷水进口= 产品流率 = 恒定C p = 比热= 恒定因此： Q∝∆Tm T因为流率是单位时间, 公式2.6.1中二次侧流率可表示为：mT图2.6.3给出了在稳定的二次侧流量下换热器内的温度分布。

换热器内的冷凝温度可以认为恒定不变的(T s )，被加热流体从进口温度T 1上升到出口温度T 2。

对于二次侧流量稳定的工况，需要的热负荷 (Q)和产品温升 (∆T)成正比。

使用公式 2.6.1：图2.6.2 非储存式换热器图2.6.3 换热器内的典型温度分布T 2.b .Q = 平均换热功率 (kW)；m = 平均二次侧流率 (kg /s)；c p = 二次侧流体的比热 (kJ/(kg·K))或(kJ/(kg·℃))；∆T = 二次侧流体温度上升 (K或℃)。

对于连续流动的应用其热平衡方程式可表示为：一次侧 = Q = 二次侧它可以表示为m，m是二次侧流体流率（kg/s），公式2.6.1可变为公式2.6.5。

式中：m s = 平均蒸汽耗率 (kg /s)；h fg = 蒸汽蒸发比焓 (kJ/kg)；Q = 平均换热功率 (kW (kJ/s))；m = 二次侧流体流率 (kg /s)；c p = 二次侧流体比热 (kJ/(kg·℃))；∆T = 二次侧流体温度上升 (℃)。

式中：m s = 平均蒸汽耗量 (kg /s)；m = 二次侧流体流率 (kg /s)；c p = 二次侧流体比热 (kJ/(kg·℃))；∆T = 二次侧流体温度 (℃)；h fg = 蒸汽的蒸发比焓 (kJ/kg)。

平均蒸汽耗量相应地蒸汽的平均耗量也可以根据公式2.6.6表示为公式2.6.8。

因为，平均传热量本身需要根据质量流率、比热和温度上升计算所得，因此使用公式2.6.7更加方便。

例 2.6.3使用3 bar g的干燥饱和蒸汽将恒定流率为1.5 l/s的水从10℃加热到60℃。

3 bar g 下蒸汽的蒸发比焓为2133.4 kJ/kg，水的比热为4.19 kJ/(kg·℃)。

式中：.b x w.cm s = 1.5×4.19×(60-10)2133.4m s = 0.1473 kg/s m s= 530 kg/h在启动阶段，进口温度T 1可能比满负荷时的期望的进口温度要低，因此需要更多的热量。

如果暖机时间对制程很重要，选择换热器时需要考虑这部分增加的热量需求。

但是，对于流动型应用的设计计算时，启动负荷通常可以忽略，同时因为启动不会很频繁，其达到设计工况的时间不是很重要，因此 换热器换热面的设计通常根据实际的运行负载进行。

对于流动型应用，从系统向环境的热量损失通常要远远小于非流动型换热设备，可以忽略不计。

但如果热损失很大，当计算换热表面时应该考虑平均热损失（主要是分配管网系统的热损失）。

暖机和热损失部分对于任何加热过程，暖机热损失将随产品温度的上升而不断减少，通过换热盘管的温差也不断减少。

但整体热损失将随着产品和容器设备温度的上升而增加，通过容器或管道向环境的散热损失增加。

任何时候总的热需求为这两部分之和。

如果换热面的选型只是考虑启动的热损失，有可能没有足够的热量提供给制程以达到期望的温度。

如果考虑这两部分的热损失然后选择换热器，则可以满足应用的总热量需求。

有时，例如大型的油储存罐，有必要考虑油储存的温度要低于需要的泵送温度，这可以大大减少从储存罐表面的热损失。

当需要泵送时，需要考虑另外一种加热形式，如安装一个出口换热器，如图2.6.4所示。

换热单元设计嵌入油箱内，并只是对马上需要被泵送的油进行加热，因此，只有在油被泵送时需要热量。

由于整个油箱的温度很低，可以不需要保温。

流出口换热器的大小取决于油箱内油的温度、需要被泵送的温度和泵送流量。

无论何种应用，当需要计算换热面时，首先必须确定总的平均换热功率。

据此，可以确定在满负荷和起动时的热量需求量和蒸汽耗量，然后根据以上两种量之一选择合适的控制阀口径。

确定蒸汽流率1L的水质量为1 kg，因此质量流率为1.5 kg/s图2.6.4 流出口换热器w zf x w.c om。