9、加热及传热过程的安全分析.ppt

1 9 加热及传热过程的安全分析 2 9 1化工生产中传热过程危险性分析 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 3 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加热介质与方法蒸汽或热水载热体加热电加热加热过程危险性分析蒸汽或热水载热体加热电加热 4 9 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 流动的流体与外界的传热 静止流体与外界的传热 强制对流 自然对流 6 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 9 2 2典型换热过程安全分析 8 间壁式换热器 9 10 11 12 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 15 称为总传热热阻 Q的计算 16 K的计算 1 查经验数据 P156表9 1 2 现场测定 3 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 18 9 4工业加热载体与冷却剂 9 4 1加热剂与加热方法 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100oC 0 1Mpa200oC 1 56Mpa 19 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 20 2 热水一般用于100oC以下 需高温时 高压热水优点 得用二次热源 节约能量缺点 给热系数低不稳定 21 高温有机物 400oC 无机熔盐 550oC 其他 液体金属 300 800oC烟道气 1100oC电 3000oC 22 9 4 2冷却剂和冷却过程水 通常10 30oC 地下水4 15oC循环水的使用空气 冷冻盐水 制冷剂 氨 氟里昂 23 9 5换热器安全技术 9 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 24 9 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 25 9 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 26 9 5 4换热器结构与性能特点 列管式换热器 管壳式换热器 构造 27 28 29 温差在50 以上时 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 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 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 可采用补偿圈 又称膨胀节 补偿圈补偿 固定管板式换热器 31 温度补偿问题 浮头补偿 浮头式换热器U型管补偿 U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 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 34 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 35 36 板式换热器 板式换热器是由一组波纹金属板组成 板上有孔 供传热的两种流体通过 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 并用夹紧螺栓夹紧 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 并且有逐步取代其它类型之趋势 37 螺旋板换热器 传热效率高传热效率为列管式换热器的1 3倍 阻力小以较低的压力损失 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 允许流速比其它换热器高 38 冷入 冷出 热入 热出 39 冷入 冷出 热入