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水蒸气的密度,饱和气压与温度的关系_饱和水蒸气压计算公式,看懂的赶紧来

互联网 2021-04-12 21:44:48

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饱和是一种动态平衡态,在该状态下,气相中的水汽浓度或密度保持恒定。在整个湿度的换算过程中,对于饱和水蒸气压公式的

选取显得尤为重要,因此下面介绍几种常用的。

(1)克拉柏龙-克劳修斯方程

    该方程是以理论概念为基础的,表示物质相平衡的关系式,它把饱和蒸汽压随温度的变化、容积的变化和过程的热效应三者联系

起来。方程如下: 

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    T-为循环的温度;dT-为循环的温差;L-为热量,这里为汽化潜热(相变热);ν-为饱和蒸汽的比容;ν^-为液体的比容;e-为饱和

蒸汽压。

    这就是著名的克拉柏龙-克劳修斯方程。该方程不但适用于水的汽化,也适用于冰的升华。当用于升华时,L为升华潜热。

(2)卡末林-昂尼斯方程

    实际的蒸汽和理想气体不同,原因在于气体分子本身具有体积,分子间存在吸引力。卡末林 - 昂尼斯气体状态方程考虑了这种

力的影响。卡末林-昂尼斯于1901年提出了状态方程的维里表达式(e表示水汽压)。

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    这些维里系数都可以通过实验测定,其中的第二和第三维里系数都已经有了普遍的计算公式。例如接近大气压力,温度在150K

到400K时,第二维里系数计算公式:

1063d9c73866947a94bd27a2456d31e5.png

一般在我们所讨论的温度范围内,第四维里系数可以不予考虑。

(3)Goff-Grattch 饱和水汽压公式

    从1947年起,世界气象组织就推荐使用 Goff-Grattch 的水汽压方程。该方程是以后多年世界公认的最准确的公式。它包括两

个公式,一个用于液 - 汽平衡,另一个用于固 - 汽平衡。

对于水平面上的饱和水汽压

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式中,T0为水三项点温度 273.16 K

对于冰面上的饱和水汽压

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以上两式为 1966 年世界气象组织发布的国际气象用表所采用。

(4)Wexler-Greenspan 水汽压公式

    1971年,美国国家标准局的 Wexler 和 Greenspan 根据 25 ~ 100 ℃范围水面上饱和水汽压的精确测量数据,以克拉柏龙

一克劳修斯方程为基础,结合卡末林 - 昂尼斯方程,经过简单的数学运算并参照试验数据作了部分修正,导出了 0 ~ 100 ℃ 范

围内水面上的饱和水汽压的计算公式,该式的计算值与实验值基本符合。

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式中常数项的个数 n 一般取 4 ~ 8 ,例如 n 为 4 时,各项系数为:

C 0 =-0.60436117 × 10 4 、 C 1 =0.1893292601 × 10 2 、 C 2 =-0.28244925 × 10 -1 、 C 3 =0.17250331 × 10 -4

、 C 4 =0.2858487 × 10

    由于冰面上的饱和水汽压试验数据较少, Wexler 类似 0 ~ 100 ℃ 范围内水面上的饱和水汽压的计算公式,使用了 Guildner

等人的三相点蒸气压试验数据,导出了冰面上的饱和水汽压公式,类似于上式,不再列出。

(5)饱和水汽压的简化公式

    上述的饱和水汽压公式均比较繁杂,为了适应大多数工程实践需要,特别是利于计算机、微处理器编程需要,总结了一组简化饱

和水汽压公式

对于水面饱和水汽压

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对于冰面饱和水汽压

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上式与 Goff-Gratch 和 Wexler 公式的最大相对偏差小于 0.2% 。

    以上五个求饱和水蒸气压值的公式很具有代表性,与此相关的公式也基本通过它们得来,包括 Michell 公司和 Thunder 公司。

在这里介绍一下 Michell 公司和 Thunder 公司在程序中所使用的饱和水蒸汽压以及露点温度和增强因子等几个重要参量的计算公

式。

(6)Michell Instruments Ltd 中使用的饱和水汽压计算公式

    通过查阅资料知 Michell 公司计算饱和水蒸气压的计算公式,一组是简化的,一组是复杂的。

    简化公式如下(饱和水蒸气压的单位:Pa):

   在水面上:

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   其中温度范围是:-45 ℃ ~+60 ℃ ;不确定度小于 ±0.6% ;置信空间在 95% 。

   在冰面上:

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   其中温度范围是:-65 ℃ ~+0.01 ℃ ;不确定度小于 ± 1.0% ;置信空间在 95% 。

   另一组复杂公式如下所示:

    在水面上:

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    在冰面上:

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    该组公式也相应的给出了不确定度,在水面上温度范围从 0℃ ~100℃ , 饱和水蒸气压的不确定小于0.1% ,而对于过冷水

即 -50℃ ~0℃ 不确定度为0.6% ;在冰面上 温度范围从-100℃ ~0.01℃ , 饱和水蒸气压的不确定小于1% ;上述两公式的置

信空间都在95%。

    资料中给出的露点计算公式是将求饱和水蒸气压简化公式中的温度值反推,公式如下:

    在水面上:

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    在-45℃ ~+60℃ 温度范围内,露点值 td 的不确定度为 ±0.04℃ 。

    在冰面上:

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    在-65℃~+0.01℃ 温度范围内,霜点值 td 的不确定度为±0.08℃ 。

    在增强因子的计算中, Michell 也给出了两个公式,条件主要是由环境的压力值来确定的,公式如下:

    若压力 P 在 3kPa ~ 110kpa 间:

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    该公式在 -50 ℃ ~+60 ℃ 内计算出的 f 值的不确定度在 ± 0.08% 内。

    若压力 P 在一标准大气压至 2MPa :

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    其中, 39df9d8d5f7f17185776ff009917d433.png29f25ecc7a66078941f1c00af989cd04.png,A i 和 B i 的值如下表:

过冷水 -50 ℃ ~0 ℃

水面上 0 ℃ ~100 ℃

冰面上 -100 ℃ ~0 ℃

A1

3.62183 × 10 -4

3.53624 × 10 -4

3.64449 × 10 -4

A2

2.60553 × 10 -5

2.93228 × 10 -5

2.93631 × 10 -5

A3

3.86501 × 10 -7

2.61474 × 10 -7

4.88635× 10 -7

A4

3.82449 × 10 -9

8.57358 × 10 -9

4.36543 × 10 -9

B1

-10.7604

-10.7588

-10.7271

B2

6.39725 × 10 -2

6.32529 × 10 -2

7.61989 × 10 -2

B3

-2.63416 × 10 -4

-2.53591 × 10 -4

-1.74771 × 10 -4

B4

1.67254 × 10 -6

6.33784 × 10 -7

2.46721 × 10 -6

    以上主要是 Michell 公司编制的湿度计算软件中采用的几个关键参数的计算公式。

(7)HumiCalc 中使用的饱和水汽压公式

    Thunder公司分别给出了在 68 温标和 90 温标下的计算公式,由于现在涉及到温度的计算都采用 90 温标,因此本文中所提

到的公式没有特殊说明都是采用 90 温标。饱和水蒸气压的计算公式如下:

在水面上:

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, T 的单位为 K :温度范围 t :0℃ ~100℃

系数 g 值列表如下

g 0

g 1

g 2

g 3

g 4

g 5

g 6

g 7

-2836.5744

-6028.076559

19.54263612

-0.02737830188

1.6261698 × 10 -5

7.0229056 × 10 -10

-1.8680009

× 10 -13

2.7150305

在冰面上:

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, T 的单位为 K :温度范围 t :-100 ℃ ~0 ℃

系数 k 值列表如下

k 0

k 1

k 2

k 3

k 4

k 5

-5886.6426

22.32870244

0.0139387003

-3.4262402 × 10 -5

2.7040955 × 10 -8

-0.67063522

   Thunder 公司的饱和水蒸气的计算公式是根据 Wexler-Greenspan 水汽压公式来的,只是方程中所用的系数值 g 和 k 取

得更加精确,所查阅的 Thunder 公司资料中没有指出其公式计算出的不确定度,但我们同 Michell 公司的公式以及相应的其它同

类计算公式比对从数据上可以看出值是比较接近的,说明该公式精度是很高的,只是公式的表达方式不同。

Thunder 公司的露点和霜点的计算公式,如下:

在水面上(露点计算公式):

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c 和 d 系数列表值:

c 0

c 1

c 2

c 3

d 0

d 1

d 2

d 3

207.98233

-20.156028

0.46778925

-9.2288067 × 10 -6

1

-0.13319669

5.6577518 × 10 -3

-7.5172865 × 10 -5

在冰面上(霜点计算公式):

c1d801688025a3bc0a02bb923a861810.png

c 和 d 系数列表值:

c 0

c 1

c 2

d 0

d 1

d 2

d 3

212.57969

-10.264612

0.14354796

1

-8.2871619 × 10 -2

2.3540411 × 10 -3

-2.436395 × 10 -5

    对增强因子的计算,Thunder 公司只给出了一种公式,格式上看同 Michell 公司给出的公式例同(压力 P 在一标准大气压

至2MPa 间的),只是在 Ai 和 Bi 的取值稍有不同,公式如下:

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其中,Ai 和 Bi 的值如下表:

系数

过冷水 -50 ℃ ~0 ℃

水面上 0 ℃ ~100 ℃

冰面上 -100 ℃ ~-50 ℃

冰面上 -50 ℃ ~0 ℃

A1

3.62183 × 10 -4

3.53624 × 10 -4

9.8830022 × 10 -4

3.61345 × 10 -4

A2

2.6061244 × 10 -5

2.9328363 × 10 -5

5.7429701 × 10 -5

2.9471685 × 10 -5

A3

3.8667770 × 10 -7

2.6168979 × 10 -7

8.9023096× 10 -7

5.2191167 × 10 -7

A4

3.82449 × 10 -9

8.5813609 × 10 -9

6.2038841 × 10 -9

5.0194210 × 10 -9

B1

-10.7604

-10.7588

-10.415113

-10.7401

B2

6.3987441 × 10 -2

6.3268134 × 10 -2

9.1177156 × 10 -2

7.3698447 × 10 -2

B3

-2.6351566 × 10 -4

-2.5368934 × 10 -4

5.1128274 × 10 -5

-2.6890021 × 10 -4

B4

1.6725084 × 10 -6

6.3405286 × 10 -7

3.5499292 × 10 -6

1.5395086 × 10 -6

    综上所述,从各公式的系数取值上看Thunder公司所给出的划分得更细,而且保留的位数也较多,如在计算增强因子的公式中,

两者的计算公式完全相同只是系数取值稍有不同;在露点计算公式上 Thunder 公司的公式较为复杂,但从结果比对上看准确度和精度

是很高的。总的看来尽管两公司在湿度软件的个别计算公式有所差异,但最后计算的结果带来的误差很小,比较而言 Thunder 公司的

在公式选择以及使用上更优于 Michell ,具体的环境中可以根据具体的要求来选择公式。

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内容简介:

本书针对催化裂化装置关键设备近年来发生的典型故障进行分析总结归纳,包括大机组、内构件、衬里、结焦、膨胀节、三级旋风分离器(三旋)、滑阀、取热器、脱硫塔等9类关键设备100多起不同类型的典型故障,介绍了故障经过、原因分析及对策。同时,分析了典型故障中涉及设计、制造、检维修和维护操作等设备全过程管理关键影响因素,并按照设备完整性管理思路提出了针对性的解决措施。

本书可供从事催化裂化装置工程技术人员使用,也可供从事设计、制造、采购和检维修管理的技术人员及管理人员参考。

作者简介:

张可伟,长期从事催化裂化一线实践工作,多次参与催化裂化大修和改造项目。王建军,中国石化集团公司高级专家,长期从事炼化设备管理工作。易轶虎,从事石油石化领域中高层专业技术人才培训。

目 录

第1章烟机故障分析及对策

1.1烟机典型故障分析

1.1.1现状分析

1.1.2影响烟机可靠运行的因素

1.2烟机典型故障对策

1.2.1从源头抓好设计

1.2.2控制制造关键环节

1.2.3严格把关检修安装与质量控制重要环节

1.2.4提升机组运行管理水平

1.2.5完善自动化信息化管理

1.2.6采取新技术提高机组效率

1.2.7采取新技术防止高温烟道法兰泄漏

1.3烟机典型故障案例

案例1烟机因结垢振动大经调整后好转

案例2设计缺陷导致叶片断裂而停机

案例3三旋单管堵导致烟机结垢严重而停机

案例4三旋效果差导致烟机结垢严重频繁停机

案例5轴颈结垢摩擦振动大而停机

案例6再生器旋分失效造成烟机停机

案例7两级轮盘之间易结垢造成频繁停机

案例8烟机结垢并在线除垢

案例9叶片铸造缺陷断裂造成停机

案例10叶片熔铸修复后断裂造成停机

案例11叶片原始制造缺陷断裂造成停机

案例12叶片疲劳断裂造成烟机停机

案例13高温螺栓断裂造成烟机停机

案例14仪表问题超速造成动叶断裂

案例15入口蝶阀未立即关闭超速造成飞车

案例16烟机整体刚度下降致使壳体变形严重

案例17烟机出入口法兰频繁泄漏

案例18静叶改造缺陷导致烟机效率低

第2章内构件典型故障分析及对策

2.1内构件典型故障分析

2.1.1现状分析

2.1.2影响因素

2.2内构件典型故障对策

2.2.1从源头抓好设计细节

2.2.2控制制造和安装检修关键环节

2.2.3提升运行维护水平

2.3内构件典型故障案例

案例19旋分器料腿穿孔跑剂造成装置停工

案例20旋分器料腿母材开裂造成装置停工

案例21旋分器料腿焊缝开裂造成装置停工

案例22旋分器料腿断裂造成装置停工

案例23旋分器料腿翼阀折翼板脱落造成装置停工

案例24主风分布管因制造缺陷泄漏造成装置停工

案例25主风分布管因操作超温致断裂造成装置停工

案例26松动风盘管因焊缝缺陷致断裂造成装置停工

案例27再生立管连接处断裂被迫停工

案例28粗旋料腿全部磨穿造成装置停工

案例29松动风设计缺陷致提升管壁被磨穿造成

装置停工

案例30人孔的保温筒脱落堵塞造成装置停工

案例31待生立管与汽提段锥体相连接处沿焊缝

整体断裂

案例32沉降器翼阀严重磨损造成装置停工

案例33防焦蒸汽喷嘴设计缺陷致冲刷穿孔造成

装置停工

案例34汽提段环形挡板整体断裂脱落造成装置停工

案例35主风分布管磨损穿孔造成装置停工

案例36器壁磨穿造成装置停工

第3章衬里脱落分析及对策

3.1衬里典型故障分析

3.1.1现状分析

3.1.2影响因素

3.2衬里典型故障对策

3.2.1优化结构设计

3.2.2精心选材和检修施工

3.2.3精心操作

3.2.4抢修措施

3.3衬里典型故障案例

案例37再生器衬里大面积贯穿性裂纹造成装置停工

案例38再生器出现大面积超温现象造成装置停工

案例39两器新浇筑衬里粉化脱落造成装置停工

例40旋分器衬里脱落造成装置停工

案例41旋分器衬里开裂造成装置停工

案例42原料油进入再生器超温导致衬里脱落造成

装置停工

案例43超温导致衬里脱落造成装置停工

案例44再生斜管龟甲网脱落造成装置停工

案例45再生斜管贯穿性裂纹造成装置停工

案例46再生斜管衬里脱落造成装置停工

案例47外取热器斜管衬里脱落造成装置停工

案例48提升管快分变径段龟甲网脱开造成装置停工

案例49沉降器旋分衬里向内卷翻造成装置停工

案例50沉降器衬里脱落严重造成装置停工

案例51待生分配管衬里堵塞造成装置停工

案例52沉降器过渡段及再生器器壁穿孔造成装置停工

案例53再生器筒体焊缝开裂

案例54大油气管线变径段衬里交接处穿孔造成

装置停工

第4章结焦问题分析及对策

4.1结焦问题分析

4.1.1现状分析

4.1.2影响因素

4.2结焦典型故障对策

4.2.1清焦方法

4.2.2粗旋软连接改为直联

4.2.3旋风分离器防焦导流片技术

4.2.4应用新型VQS结构解决结焦

 4.2.5粗旋料腿增设溢流斗

4.3结焦问题的典型案例

 案例55沉降器翼阀结焦堵塞造成装置停工

 案例56沉降器顶部及油气管线结焦造成装置停工

 案例57粗旋和顶旋“软连接”处结焦严重

 案例58升气管外壁焦块脱落造成停工

 案例59两次非停导致结焦严重

 案例60流化不稳定使结焦严重致装置停工

 案例61料腿结焦严重导致催化剂跑损

第5章膨胀节典型故障分析及对策

5.1膨胀节典型故障分析

 5.1.1现状分析

 5.1.2影响因素

5.2膨胀节典型故障对策

 5.2.1从源头抓结构优化和制造质量

 5.2.2从材料上选择耐蚀及耐高温性能均优异的金属材料

 5.2.3利用检修机会提升膨胀节管系可靠性

 5.2.4提升运行管理水平

5.3膨胀节典型故障案例

 案例62反应油气膨胀节开工时泄漏造成装置停工

 案例63汽油循环斜管膨胀节开工后泄漏造成装置停工

 案例64三旋出口烟道膨胀节泄漏造成装置停工

 案例65烟机入口管线膨胀节泄漏造成停工

 案例66三旋至烟气轮机入口立管膨胀节泄漏

 案例67三旋出口膨胀节运行初期开裂泄漏

 案例68催化焚烧炉出口膨胀节穿孔泄漏

 案例69因包套受限致使膨胀节连续开裂泄漏

 案例70膨胀节筋板与筒体焊缝开裂泄漏

 案例71膨胀节两侧铰链的焊点脱开造成装置停工

 案例72三旋出口膨胀节短节与管道焊缝开裂造成装置停工

第6章三旋典型失效分析及对策

6.1三旋典型失效分析

 6.1.1现状分析

 6.1.2影响因素

6.2三旋典型失效对策

 6.2.1采取改变单管数量等局部改造

 6.2.2改造开孔排尘结构

 6.2.3改造大三旋

 6.2.4加强工艺操作及原料管理,严禁三旋超

负荷运行

6.3三旋典型失效案例

 案例73三旋效果差导致烟机结垢严重频繁停机

 案例74单管排尘口改造解决三旋单管堵问题

 案例75改变单管数量解决三旋PSC-Ⅱ单管堵问题

 案例76更换BSX 型三旋解决PST单管堵问题

第7章滑阀典型故障分析及对策

7.1滑阀典型故障分析

 7.1.1现状分析

 7.1.2影响因素

7.2滑阀典型故障对策

   7.2.1增强阀板厚度和螺栓直径等提高设备可靠性

   7.2.2滑阀螺栓每周期全部更新

   7.2.3控制好反吹蒸汽和确认导轨用材等因素来

提高设备耐冲刷能力

   7.2.4填料增加耐磨强度来防治滑阀泄漏

7.3滑阀典型故障案例

   案例77双动滑阀南侧导轨螺栓断裂造成装置停工

   案例78双动滑阀导轨座圈螺栓断裂造成装置停工

   案例79双动滑阀导轨螺栓断裂导轨脱落

   案例80高温烟气的高速冲刷磨损螺栓整圈断裂

   案例81再生滑阀阀杆端部冲刷严重造成装置停工

   案例82待生滑阀因操作不及时导致结垢卡涩严重

   案例83再生滑阀填料频繁泄漏

   案例84半再生滑阀盘根泄漏注胶堵漏

  案例85待生滑阀阀盖密封面泄漏造成装置停工

第8章外取热典型故障分析及对策

8.1取热器典型故障分析

   8.1.1现状分析

   8.1.2影响因素

8.2取热器典型故障对策

   8.2.1优化结构设计

   8.2.2加强制造和检修质量

   8.2.3提高运行管理水平

8.3取热器典型故障案例

   案例86外取热翅片管开裂造成装置停工

   案例87再生器蒸汽取热盘管穿孔造成装置停工

   案例88外取热器热负荷局部偏高频繁爆管

   案例89取热器焊缝缺陷泄漏造成装置停工

   案例90外取热器焊缝砂眼导致泄漏

   案例91外取热器联箱焊缝缺陷导致频繁泄漏

   案例92外取热器管壁受冲刷磨损泄漏

   案例93外取热器管壁受冲刷磨损泄漏导致负荷下降

   案例94外取热器内部流化突然死床

第9章脱硫系统典型故障分析及对策

9.1脱硫塔典型故障分析

   9.1.1现状分析

   9.1.2影响因素

9.2脱硫塔典型故障对策

   9.2.1优化设计

   9.2.2选材改进或升级

   9.2.3控制制造和检修质量

   9.2.4优化并抓好工艺参数操作

9.3脱硫塔典型故障案例

   案例95脱硫塔修补处过渡层腐蚀穿孔造成装置停工

   案例96脱硫塔壁变径处焊缝腐蚀穿孔造成装置停工

   案例97烟囱内部器壁焊缝处腐蚀严重

   案例98综合塔变径段内壁焊缝处腐蚀严重

   案例99脱硫塔内衬脱落造成装置停工

   案例100脱硫塔底循环泵叶轮冲蚀严重造成装置停工

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