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34.3安全长度比

日期：2022-01-11 01:24:15点击：319

34.3安全长度比
长度比除了影响热管换热器的经济性之外，还对管内蒸汽温度及管内压力有重要的影响。有两种情况需特别注意长度比的选取：
(1) 当热流体入口温度较高的时候，应该保证热管的实际工作温度不高于许用蒸汽温度

。
(2) 当热流体入口温度较低的时候，为了防止露点腐蚀，应该保证热管的实际工作温度不低于某一安全温度

。
长度比与管内蒸汽温度的关系可以很简单地从加热段和冷却段的热平衡推出：
从加热段加入的热量：

从冷却段放出的热量：

式中,

为加热段和冷却段的传热系数

为加热段和冷却段的传热面积

为加热段和冷却段管外流体的温度。

因

式(3. 4. 9)中的各物理量有如下关系：

式(3.4.9)中的

若以许用蒸汽温度

代替，相应的长度比即为热管的安全长度比,

下面，举例讨论式(3.4. 10)的应用。
(1)对热流体入口温度较高的情况，所选择的长度比

应小于安全长度比

，举例如下。

例3.4.1 一台气-气型热管换热器，换热器从烟气中吸收热量，用以加热空气。热管的烟气侧和空气侧都采用翅片管，经初步核算，加热段和冷却段的传热系数分别为

300 W/(m² •℃)，

400 W/(m² •℃)。在烟气入口处的第一排管，烟气温度

350 ℃空气出口温度

，为了保证热管安全工作，希望管内蒸汽温度不超过许用蒸汽温度

。试计算其安全长度比°
解由式(3.4.10)

为了安全，建议选取

选取较长的冷却段，以保证管内的蒸汽温度不超过许用温度。由式(3.4.9)得

没有超过许用温度

(2)对热流体入口温度较低的情况,所选择的长度比

.应大于安全长度比［

］,举例如下。
例3.4.2与例3. 4. 1相同，只是烟气入口温度变为170℃，出口温度变为130℃空气入口温度为20℃，出口温度为70 °C,为了避免露点腐蚀，许用蒸汽温度［

］ = 110 ℃试计算其安全长度比。
解对于逆流换热，可只计算烟气出口排管。由式(3.4. 10)

应取L_S＞［L_S］,可选L_S=6. 5,即选取烟气侧的管长远远大于空气侧的管长。
另一改进方案：调节烟气侧和空气侧的翅片管结构和质量流速，使

= 400 W/

=250 W/

,则长度比为

可选

,由式(3.4.9')得

在露点温度以上。
例3.4.3试确定一台气-液型热管换热器的长度比，换热器从烟气中吸收热量，用以加热锅炉给水。热管的烟气侧采用翅片管，经初步核算，加热段和冷却段的传热系数分别为

。已知烟气入口温度

,出口温度

，水的入口温度为50℃，出口温度为80℃。为了避免热管露点腐蚀, 要求管内蒸汽温度不低于许用温度［

］=100 ℃。试计算其安全长度比。
解对于逆流换热，在烟气出口排管,最容易遭到露点腐蚀，由式(3. 4. 10)

此长度比过大，为了缩小长度比，可以尽量减小水的流速，使水侧的传热系数降至

；同时，增大烟气侧的翅片密度，使

,则安全长度比变为

这时，加热段的长度可选取为冷却段的3.5倍。由式（3. 4. 9，）得

在露点温度以上，
综上所述，计算或选取长度比的原则是：
① 首先保证安全长度比，使热管既避开管内高温带来的强度风险，又避开管内低温所产生的露点腐蚀风险。
② 如果给出的温度条件没有安全风险，则应按经济长度比计算和选取。
流通长度比主要用在没有安全风险的情况下,通过流通长度比改变管外换热系数和流动阻力。当需要提高管外换热系数时，可选取较高的质量流速，当需要降低管外的流动阻力时，应选用较低的质量流速。

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