搜索
11.定义1.1闭式给水换热器闭式给水换热器定义为是一种管壳式设备，加热给水或冷凝流经其壳侧管子间的蒸汽或凝结水。闭式给水换热器用于回热蒸汽循环系统以提高热力回收。通过从汽轮机的不同点抽取蒸汽，而用锅炉给水来冷凝该蒸汽。将给水逐级加热，有助于避免对锅炉的热冲击和减少燃料消耗，这就要求将给水转换成蒸汽。由于在抽汽过程中失去的功从显热中导出，例如，无相变，绝大部分潜热在给水加热器中通过从蒸汽到水的相变获得一个净能量。没有给水加热器，潜热就浪费掉了或抛入冷凝器或冷却塔。因此，给水加热器也有助于减少热力污染。1.2加热器载荷给水加热器载荷包括将净热传递给给水，表示为英热单位/小时。1.3设计最大工作压力用于确定容器结构设计的管侧和壳侧的压力。1.4操作压力壳侧操作压力是对设备进行热力设计时的额定压力。管侧操作压力是锅炉给水泵或凝结泵的出口压力。1.5终端温差（TTD）终端端差是进口蒸汽的饱和温度与给水出口温度之差值，此值可正可负。1.6疏水冷却段端差（DCA）疏水冷却段端差是疏水离开加热器壳侧的温度与进入加热器管侧的给水温度之差值。1.7对数平均温差（LMTD）对数平均温差是“初温差与终温差之差值”与“初温差与终温差之差值的自然对数”的比值。1.8压力降管侧压力降由通过管子的摩擦损失组成，包括管箱和弯角损失，不包括静压损失。1.9传热系数加热器每个区段的传热系数是从蒸汽到给水或从凝结水到给水的平均传热率，表示为英热单位/小时·平方英尺-°F。1.10过热蒸汽冷却段（DSH）过热蒸汽冷却段将过热抽汽的一部分显热传递给给水，使给水温度得到提高。1.11凝结段凝结段通过冷凝蒸汽来加热给水。1.12疏水冷却段（DC）疏水冷却段将离开凝结段的疏水的温度降低到饱和温度以下，其热量传递给进入的给水。1.13疏水进入给水加热器的疏水定义为，由压力较高级进入加热器的任何液体或其他地方来的液体，与壳侧的凝结水混合而成。1.14总面积加热器内的管子外表面总面积包括：(a)有效管子表面积；(b)管板内的管子表面积；(c)被淹没的表面积；(d)无效表面积；1.15有效面积有效面积是总表面积的一部分，不包括：(a)管板内的管子表面积；(b)凝结段中被淹没的2面积；和/或(c)壳侧中未暴露在流动的蒸汽或凝结水中的面积。1.16整体防冲腔壳体在U形部分之外的加长部分，该处提供空间让输入的疏水倾泻。2.给水加热器性能2.1加热器性能大家公认，给水加热器不能完全预料诸多运行工况中的每一个工况，因此，加热器按某一特殊工况设计，该工况称为设计工况。加热器设计性能表示加热一定流量给水的能力，以终端温差TTD和疏水冷却段温差DCA表示，如果能适用，应提供如下参数：(a)给水进口和出口温度；(b)疏水出口温度；(c)蒸汽压力和焓；(d)给水压力降；(e)第2.6（c）节所指的壳侧压力降。在评价按本标准制造的闭式抽汽给水加热器的性能时，应遵照最新版本的ASME动力测试规范中针对给水加热器—PTC12.1的程序，2.1.1要求需方提供的最低限度的数据(a)项目、加热器或级数安装：（卧式、倒立置式、正立置式）布置：（单流或多流）空间限制：（总长或加上抽芯所需空间的总长）(b)管侧给水流量磅/小时给水终端温差°F给水温度—进口°F给水焓—进口英热单位/磅给水温度—出口°F给水焓—出口英热单位/磅给水流速—在°F时最大英尺/秒给水压力降—最大帕斯卡给水连接尺寸—内径英尺操作压力（绝压）帕斯卡设计压力（表压）帕斯卡设计温度°F最小设计金属温度°F(c)管子材料(d)壳侧抽汽流量磅/小时蒸汽压力（绝压）帕斯卡蒸汽温度—总的°F蒸汽焓英热单位/磅饱和蒸汽温度°F其他来源蒸汽°F来源3流量磅/小时压力（绝压）帕斯卡温度—总的°F焓—总的英热单位/磅进入的疏水来源流量磅/小时温度°F焓英热单位/磅注：若进入的疏水不止一个，应分别列出每一个疏水来源。排出的疏水列出疏水将流向的下级蒸汽压力（绝压）帕斯卡流量磅/小时温度°F焓英热单位/磅疏水冷却段端差°F压力降过热蒸汽冷却段—最大帕斯卡疏水冷却段—最大帕斯卡设计压力（表压）帕斯卡设计温度°F最小设计金属温度°F(e)超载或非正常工况列出会引起蒸汽、疏水或给水流量增加（见第2.12节）的除设计工况之外的操作工况。应提供如下数据：操作方式给水进口温度°F给水压力（绝压）帕斯卡给水流量磅/小时抽汽温度°F抽汽焓英热单位/磅抽汽压力（绝压）帕斯卡进入的疏水流量磅/小时进入的疏水焓英热单位/磅超载工况下的压力降：过热段—最大帕斯卡疏冷段—最大帕斯卡管侧—最大帕斯卡(f)壳侧安全阀出口连接端的最大背压（表压）帕斯卡2.2污垢阻力推荐管侧表面污垢阻力为0.0002，并修正为外表面有效面积。在过热段和疏冷段管子外表面还应加上0.0003的附加污垢阻力。这些最小值适合于所有材料。2.3终端温差无过热段的加热器，建议其终端温差不应小于2°F。42.4疏水冷却段端差内置式疏水冷却段的性能，取决于诸多因素，如加热器方位、给水温升、疏水冷却程度、疏水量和被冷却的凝结水的再热。经验告之，能保证的最接近的端差（疏水温度－给水进口温度）是10°F，设计加热器时，建议端差不应小于此值。要求疏水冷却段端差较小时，应采用外置式疏水冷却器。2.5管侧流速正常满负荷工况，在平均温度（进口和出口温度的算术平均值）时，管内给水流速不得超过表Ⅰ的值。表Ⅰ管侧最大流速管子材料给水流速-Vt（英尺/秒）不锈钢，70-30镍铜10.0镍铜（70-30，80-20，90-10）9.0海军铜和紫铜8.5碳钢8.0在60°F时，对应的给水温度可由下列公式算出：V60°F=Vt×tF60V60°F=在60°F时的给水温度（英尺/秒）Vt=在平均温度（进口和出口温度的算术平均值）的给水温度（英尺/秒）t=对正常满负荷工况，在平均温度时饱和水的比容（英尺3/磅）60°F=在60°F时饱和水的比容（英尺3/磅）图1示出了比容和平均操作温度之间的关系。插入图1图1平均给水操作温度°F，给水比容之比5当根据管子材料从表Ⅰ所选给水流速达到最大值时，在60°F时的设计给水流速可直接从图2中查得。插入图2平均给水操作温度°F60°F时设计给水流速图22.6壳侧压降对于设计操作工况，加热器壳侧压降应受如下限制：(a)总压降不得超过加热器级间压差的30%。(b)每一段的压降不得超过5帕斯卡。(c)当管路损失和静压头在级间压差中占很大份额时，用户有必要指定一个比(a)和(b)更低的压力损失。2.7管侧压降下面一种方法，确定管侧压降的来源，包括水室进、出口接管（压力损失计算了摩擦、接管、管子进口、出口和转角处）。这种方法仅考虑管子伸出管板之外的U-形管（管子胀接或角焊缝焊接）布置和管子与管板边缘小圆弧过渡、焊接连接的布置。由于许多标准都有各自的厚度公差标准，因此，在计算管侧压降时，本标准也提供了一种确定公称内径的方法。这种方法6仅适用于湍流摩擦系数的清洁、光滑管子。下述管侧压降计算方法，是提供给用户/A&E在对其计划购买的设备评估时，校核压力损失一种简便方法。应该知道，应根据计算厚度做最终的热力和液压试验计算。管子内部：△PT=dLAwfCt27)(10396.1式中：f=0.0014+0.125(RE)-32RE=tAwd201389.0接管损失：△PNI=29)(10195.3NAwC△PNO=29)(10034.2NAwC接管入口、出口和转角处的损失：△PE=2)(10896.229NAwKCtt定义：△PT=管子压力损失，帕斯卡△PNI=水室进口管压力损失，帕斯卡△PNO=水室出口管压力损失，帕斯卡△PE=管子进口、出口和转角处压力损失，帕斯卡w=给水流量，（磅/小时）L=管子总长（英尺）At=每程管子的流通面积（英寸2）d=管子公称内径（英寸）对于最小壁厚的管子：公称内径=管子公称外径－2×（最小壁厚＋1/2壁厚偏差）对于平均壁厚的管子：公称内径=管子公称外径－2×（平均壁厚）C=在平均操作温度下的密度修正系数。（见图3a）f=摩擦系数AN=给水接管面积（英寸2）注：锥形接管用平均面积。Kt=由于管子布置引起的损失修正系数（见图3b）N=管程数RE=雷诺数μ=粘度（厘泊）注：所列常数包含5%的安全系数。7插入图3a平均给水操作温度密度修正系数图3a2.8接管尺寸本标准推荐管路尺寸以管子的内直径为基准，因而在正常满负荷运行工况下不应超过下面所列速度。为满足下表所列最大流速，如果加热器的管路采用了标准变径管，变径管应置于连接件距闭式给水加热器外表面10倍于较大直径的地方。对于给水进口接管，可采用一个7°锥角的过渡短节，或者采用整体进口连接件代替变径管。布管不当，会引起过度磨损，用户在进8行总体系统设计时应考虑这一情况。(a)给水接管—60°F时，10英尺/秒（对于碳钢管制的加热器见3.6节）。(b)凝结水疏水出口接管：被过度冷却的疏水—在操作温度时，4英尺/秒饱和的疏水—1）加热器内水位受控制时—在操作温度时，4英尺/秒2）加热器内水位不受控制时—在操作温度时，2英尺/秒(c)疏水进口接管：1）扩容液体—2G=4000G=质量流速，磅/秒•英尺2ρ=混合物密度，磅/英尺3（实际工况下，小时（蒸汽）英尺小时（液体）英尺小时（混合物）磅///33）2）扩容器来的蒸汽—2G=1000(最大线速度150英尺/秒)G=质量流速，磅/秒•英尺2ρ=蒸汽密度，磅/英尺33）扩容器来的液体—在操作温度时，4英尺/秒(d)蒸汽进口接管—2250（帕斯卡（表压））V英尺/秒2.9蒸汽接管位置和蒸汽分配拱形区纯凝结式加热器同二段式（有内置式疏水冷却段）加热器的直径，很大程度上取决于蒸汽接管的位置和壳体内蒸汽分布拱形区的组合尺寸。在最大流量工况时，沿加热器轴向方向的最大流速不应大于2.8（d）条给定的蒸汽进口接管的流速。拱形区被定义为：接管在壳体内部的连接点与进汽冲击板之间的锥形弓形区。蒸汽离开拱形区的流速应不大于拱形区的流速，但不管怎样，接管焊接点与进汽冲击板之间的距离不得小于1/4倍接管内直径。接管下方应设置一块冲击板，管束上防冲板的尺寸，自接管与壳体内相接处的发散角最小应为45°。2.9.1单接管加热器蒸汽接管应位于管束热力中心线上。热力中心线是在沿管束两个方向蒸汽流量（或负载）相等的点上。如图4所示，来自接管的蒸汽分成两路，可使每个拱形区面积只占接管截面的1/2，壳体直径最小。蒸汽接管位于其他地方，均需增加壳体的直径。2.9.2多接管加热器接管沿加热器长度方向分布的理想位置，是在接管向管束段提供蒸汽的各自热力中心线9上。这在实际操作中往往达不到，因而就需要加大壳体直径。为防进入管束的阻力过大，接管间的距离不得小于图5中给定的最小尺寸。若接管靠得过近，应考虑接管偏置，这样就使得沿壳体长度方向上的防冲板相互错开了。2.10疏水接管无疏水冷却段的加热器，其疏水出口接管的位置应按分两路进入接管的原则设置。确定流动中心线，应考虑疏水进入加热器的位置和流速，以及流出管束的凝结水的不均匀分布。如果疏水接管不在流动中心线上，应相应增加疏水面积，以使疏水区域内任一点的流速不超过疏水接管内的流速。2.11给水加热器的控制2.11.1总的控制要求应认真考虑连接液位控制器和玻璃液位计之间的平衡管的位置，以免出现假水位。由于涉及到给水加热器内部结构，在与制造厂协商之前不应作变更。对卧式加热器，平衡连接管必须位于或近似地位于同一垂直平面内，这就不会产生压差。设有内置式疏水冷却段的加热器，在疏水冷却段进口或附近必须设有液位控制器平衡连接管。对立式加热器，液位控制器平衡连接管必须横跨控制液位线。允许的液位上升量取决于加热器的内部结构。制造厂应在其图上注明不会严重影响加热器性能的凝结水位的最大上升量。用户在安装高水位报警器时，应按这些资料的指导。即便是几台加热器并联运行，每个加热器也应单独设有液位控制器。所选液位控制器必须是，在稳定工况下能够维持加热器内的凝结水位，使水位在制造厂标明的水位正或负限度范围内。对于玻璃管水位计、水位