答:流體通過壁面的傳熱過程是一個較為復雜的過程,影響傳熱量的因素很多。實驗表明,每小時的傳熱量Q(也叫熱負荷)與冷、熱流體的溫度差△t(℃)成正比,與傳熱面積F(m2)的大小成正比,寫成公式則為
Q=3600KF△t(kJ/h)
式中的系數K叫傳熱系數,表示當壁面兩側流體溫差為1℃時通過單位面積的傳熱能力,其單位是w/(m2℃)。傳熱系數反映了除傳熱面積F和溫差△t以外所有影響傳熱各種因素。顯然,傳熱系數K值越大,表示傳熱能力越強。反之則弱。
對空分裝置中設置的各種換熱器,其傳熱面積已是確定不變的。但是,如果在使用中因發生泄漏而堵掉板式換熱器的一部分通道或管式換熱器的一部分列管(或盤管),則傳熱面積要減少,會使傳熱量減少。不過設計換熱器時,其傳熱面積都留有一定的裕量,若減少不多,對空分裝置的正常運轉影響不大。
根據制氧生產工藝的要求,換熱器的傳熱溫差在正常情況下也是不變的。偏離設計工況運行時則會有所變化。例如上、下塔的壓力波動,液氧液面的波動,液氧、液氮純度的變化均會影響主冷凝蒸發器的傳熱溫差,影響其熱負荷。影響大小視傳熱溫差偏離設計值的多少而定。
傳熱系數K值的大小與壁面兩邊流體與壁面的對流換熱的強弱、通過壁的導熱能力的強弱有關。對流換熱的強弱與流體的性質、流體的運動情況有關。例如流速越高,流體分子互相摻混得越厲害,對流換熱就越強烈。因此,提高流體的流速可使傳熱系數K值增大。但是提高流速會使流動阻力增大,輸送流體的能耗增加,所以不能片面強調提高流速。通過壁的導熱能力的強弱不僅與壁的材質、厚度有關,還與壁的污染情況有關。如果壁面上積有較厚的污垢,它的導熱能力比金屬要小得多,將使傳熱減弱,傳熱系數K值就會減小,生產過程中應注意保持傳熱壁面的清潔。由此可見,在不同的條件下,傳熱系數有不同的數值,可以通過理論計算或參照類似設備的實測結果確定。
空分設備中各種換熱器的傳熱系數大致范圍如表26所示。
表26各種換熱器的傳熱系數K的概算值
型 式
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流 體
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K/W(m-2·℃-1)
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熱
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冷
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|||
蓄冷器
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卵石
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空氣
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氧、氮
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13
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鋁盤
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29
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盤管式
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蓄冷器內
|
空氣
|
氧、氮
|
29
|
熱交換器
|
空氣
|
氧、氮
|
105~163
|
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輔助冷凝器
|
氮氣冷凝
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液氧蒸發
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350
|
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列 管 式
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氣
|
氣
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35~80
|
|
氣
|
水
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60~290
|
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冷凝蒸發器
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長管式
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氮氣冷凝
|
液氧蒸發
|
815~930
|
短管式
|
氮氣冷凝
|
液氧蒸發
|
580~770
|
|
板式
|
氮氣冷凝
|
液氧蒸發
|
800
|
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板翅式
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可逆式換熱器
|
空氣
|
氧、氮
|
60~80
|
過冷器
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液空
|
氮
|
115
|
|
液氮
|
氮
|
85
|
||
液氧
|
氮
|
57
|
||
液化器
|
液空
|
氧、氮
|
150
|