Faktory, které je třeba vzít v úvahu při návrhu plášťových a trubkových výměníků tepla

Existuje mnoho typů zařízení pro výměnu tepla a pro každou konkrétní podmínku přenosu tepla lze pomocí optimalizačního výběru získat nejvhodnější model zařízení. Pokud je tento model zařízení použit v jiných podmínkách, může se výrazně změnit účinek přenosu tepla. Proto je výběr typu výměníku tepla pro konkrétní provozní podmínky důležitým a složitým úkolem. Při návrhu plášťových a trubkových výměníků tepla stojí za zvážení následující faktory.
1. Volba rychlosti proudění
Průtok je důležitou proměnnou v konstrukci výměníku tepla. Zvýšením průtoku se zvýší koeficient prostupu tepla, zatímco pokles tlaku a spotřeba energie se také odpovídajícím způsobem zvýší. Pokud se používá čerpací kapalina, mělo by se uvažovat o spotřebě tlakové ztráty co nejvíce na výměníku tepla spíše než na regulačním ventilu. To se může spoléhat na zvýšení průtoku pro zlepšení účinnosti přenosu tepla.
Použití vyššího průtoku má dvě výhody: za prvé zvyšuje celkový koeficient přenosu tepla, čímž se zmenšuje plocha přenosu tepla; Druhým je snížení možnosti vytváření nečistot na povrchu potrubí. Ale také odpovídajícím způsobem zvyšuje odpor a spotřebu energie, takže pro konečné určení vhodného průtoku je potřeba ekonomické srovnání.
Při volbě rychlosti proudění je navíc třeba vzít v úvahu konstrukční požadavky. Aby se zabránilo vážnému opotřebení zařízení, vypočítaný průtok by neměl překročit maximální povolený empirický průtok.
2. Volba povolení poklesu tlaku
Volba větší tlakové ztráty může zvýšit průtok, čímž se zvýší účinnost přenosu tepla a sníží se plocha přenosu tepla. Výrazný pokles tlaku však také zvyšuje provozní náklady čerpadla. Odpovídající hodnotu tlakové ztráty je třeba určit opakovaným nastavováním velikosti zařízení a optimalizací výpočtů na základě celkových ročních nákladů na výměník tepla.
U většiny zařízení lze zjistit, že tepelný odpor na jedné straně je výrazně vyšší než na straně druhé a tepelný odpor této strany se stává kontrolním tepelným odporem. Tepelný odpor strany pláště může být řízen zvýšením počtu přepážek nebo zmenšením průměru pláště, aby se zvýšila rychlost proudění tekutiny na straně pláště a snížil se tepelný odpor přenosu tepla. Zmenšení rozestupu mezi usměrňovači je však omezené a obecně nemůže být menší než 1/5 průměru pláště nebo 50 mm. Když je tepelný odpor strany trubice kontrolní stranou, spoléhá se na zvýšení zralosti trubky, aby se zvýšila rychlost proudění tekutiny.
Při manipulaci s viskózními materiály, pokud je tekutina v laminárním toku, bude materiál transportován přes stranu pláště. V důsledku tendence turbulentního proudění tekutiny na straně pláště lze dosáhnout vyšší rychlosti přenosu tepla a také lze zlepšit řízení poklesu tlaku.
3. Stanovení kapaliny v procesu pláště a trubek
Především na základě provozního tlaku a teploty kapaliny, dostupné tlakové ztráty, struktury a korozních charakteristik, jakož i výběru požadovaných materiálů zařízení, je zvažována vhodná cesta pro kapalinu. Při výběru lze vzít v úvahu následující faktory:
Mezi tekutiny vhodné pro potrubní proces patří voda, vodní pára nebo vysoce korozivní tekutiny; Toxické tekutiny; Snadno strukturovatelné tekutiny; Vysokoteplotní nebo vysokotlaké provozní kapaliny atd.
Kapalina vhodná pro skořápkový proces je kondenzace vrchního destilátu; Kondenzace a převaření uhlovodíků; Kapalina řízená poklesem tlaku v potrubních armaturách; Kapalina s vysokou viskozitou atd.
Po odstranění výše uvedené situace by se výběr cesty, kterou by se mělo médium vydat, měl zaměřit na zlepšení součinitele prostupu tepla a maximální využití poklesu tlaku. Vzhledem k tomu, že proudění média na straně pláště je náchylné k turbulencím (Re Větší nebo rovno 100), je obecně výhodné propouštět kapaliny s vysokou viskozitou nebo nízkým průtokem, tj. kapaliny s nízkými Reynoldsovými čísly. přes stranu pláště.
Naopak, pokud může tekutina dosáhnout turbulence na straně trubky, je rozumnější uspořádat stranu trubky. Pokud uvažujeme z hlediska poklesu tlaku, je obecně rozumné mít nízké Reynoldsovo číslo pro průchod pláštěm.
4. Stanovení konečné teplosměnné teploty
Konečná teplota výměny tepla je obecně určena potřebami procesu. Když lze zvolit konečnou teplotu výměny tepla, její hodnota má významný dopad na ekonomickou racionalitu výměníku tepla. Když je výstupní teplota horké tekutiny stejná jako teplota studené tekutiny, je účinnost využití tepla nejvyšší, ale efektivní teplotní rozdíl přenosu tepla je nejmenší a plocha přenosu tepla je největší.
Navíc při určování teploty výstupu logistiky není žádoucí mít teplotní přechod, kde je teplota výstupu horké tekutiny nižší než teplota výstupu studené tekutiny.
5. Výběr struktury zařízení
Pro určité procesní podmínky je prvním krokem určení tvaru zařízení, jako je výběr pevné formy trubkovnice nebo formy s plovoucí hlavou. Viz tabulka 1-7 níže
V procesu navrhování výměníků tepla lze celkový cíl zlepšit přenos tepla shrnout jako: zmenšení velikosti výměníku tepla při dané kapacitě přenosu tepla; Zlepšit výkon stávajících výměníků tepla; Snižte teplotní rozdíl proudící pracovní tekutiny; Nebo snižte výkon čerpadla.
Proces přenosu tepla se týká procesu dvou tekutin, které si vyměňují teplo přes stěnu pevného zařízení. Podle režimu přenosu tepla kapaliny ji lze v zásadě rozdělit na dva typy: bezfázovou změnu a fázovou změnu. Výzkum v oblasti zdokonalení technologie přenosu tepla bez procesu změny fáze obecně přijímá odpovídající opatření založená na řízení strany tepelného odporu:
Pokud se používá rozšíření vnitřního nebo vnějšího povrchu trubky; Použití cizích předmětů vložených do trubice; Změňte tvar podpůrných komponent pro svazek; Přidání nemísitelných přísad s nízkým bodem varu a další metody pro zvýšení účinnosti přenosu tepla.