Factori care trebuie luați în considerare în proiectarea schimbătoarelor de căldură cu carcasă și tub

Există multe tipuri de echipamente de schimb de căldură, iar pentru fiecare condiție specifică de transfer de căldură, cel mai potrivit model de echipament poate fi obținut prin selecția de optimizare. Dacă acest model de echipament este utilizat în alte condiții, efectul de transfer de căldură poate fi modificat foarte mult. Prin urmare, selectarea tipului de schimbător de căldură pentru condiții specifice de funcționare este o sarcină importantă și complexă. Următorii factori merită luați în considerare la proiectarea schimbătoarelor de căldură cu carcasă și tub.
1. Selectarea vitezei curgerii
Debitul este o variabilă importantă în proiectarea schimbătorului de căldură. Creșterea debitului crește coeficientul de transfer de căldură, în timp ce căderea de presiune și consumul de energie cresc în mod corespunzător. Dacă se utilizează fluid de pompare, ar trebui să se ia în considerare consumarea căderii de presiune cât mai mult posibil pe schimbătorul de căldură, mai degrabă decât pe supapa de reglare. Acest lucru se poate baza pe creșterea debitului pentru a îmbunătăți eficiența transferului de căldură.
Există două avantaje ale utilizării unui debit mai mare: în primul rând, crește coeficientul general de transfer de căldură, reducând astfel zona de transfer de căldură; Al doilea este reducerea posibilității de a genera murdărie pe suprafața țevii. Dar crește și rezistența și consumul de energie în consecință, așa că este necesară o comparație economică pentru a determina în cele din urmă debitul adecvat.
În plus, atunci când se selectează viteza de curgere, trebuie luate în considerare și cerințele structurale. Pentru a evita uzura severă a echipamentului, debitul calculat nu trebuie să depășească debitul empiric maxim admisibil.
2. Alegerea de a permite căderea presiunii
Alegerea unei cădere de presiune mai mare poate crește debitul, sporind astfel eficiența transferului de căldură și reducând zona de transfer de căldură. Cu toate acestea, căderea semnificativă de presiune crește și costul de funcționare al pompei. Valoarea corespunzătoare a căderii de presiune trebuie determinată prin ajustarea în mod repetat a dimensiunii echipamentului și optimizarea calculelor pe baza costului total anual al schimbătorului de căldură.
În majoritatea dispozitivelor, se poate constata că rezistența termică pe o parte este semnificativ mai mare decât cea pe cealaltă parte, iar rezistența termică a acestei părți devine rezistența termică de control. Rezistența termică a părții carcasei poate fi controlată prin creșterea numărului de plăci deflectoare sau prin reducerea diametrului carcasei pentru a crește viteza de curgere a fluidului pe partea carcasei și a reduce rezistența termică la transferul de căldură. Cu toate acestea, reducerea distanței dintre plăcile deflectoare este limitată și, în general, nu poate fi mai mică de 1/5 din diametrul carcasei sau 50 mm. Când rezistența termică a părții tubului este partea de control, se bazează pe creșterea maturității tubului pentru a crește viteza de curgere a fluidului.
Când aveți de-a face cu materiale vâscoase, dacă fluidul este în flux laminar, materialul va fi transportat prin partea carcasei. Datorită tendinței de curgere a fluidului turbulent în partea carcasei, se poate obține o rată de transfer de căldură mai mare, iar controlul căderii de presiune poate fi, de asemenea, îmbunătățit.
3. Determinarea fluidului în procesul învelișului și tubului
În principal, pe baza presiunii de funcționare și a temperaturii fluidului, a căderii de presiune disponibilă, a structurii și a caracteristicilor de coroziune, precum și pe selecția materialelor necesare pentru echipament, se ia în considerare calea potrivită pentru fluid. La alegere pot fi luați în considerare următorii factori:
Fluidele potrivite pentru procesul de conducte includ apă, vapori de apă sau fluide puternic corozive; Fluide toxice; Fluide ușor de structurat; Fluide de operare la temperatură ridicată sau la presiune înaltă etc.
Fluidul potrivit pentru procesul de coajă este condensarea distilatului superior; Condensarea și refierberea hidrocarburilor; Fluid controlat prin căderea presiunii în fitingurile de țevi; Fluid cu vâscozitate mare etc.
După ce situația de mai sus este eliminată, alegerea căii pe care ar trebui să o urmeze mediul ar trebui să se concentreze pe îmbunătățirea coeficientului de transfer de căldură și pe profitarea la maximum a căderii de presiune. Datorită faptului că debitul mediului în partea de înveliș este predispus la turbulențe (Re Mai mare sau egal cu 100), este în general avantajos să treacă fluide cu vâscozitate mare sau cu debit scăzut, adică fluide cu numere Reynolds scăzute, prin partea cochiliei.
Dimpotrivă, dacă fluidul poate ajunge la turbulențe în partea tubului, este mai rezonabil să se aranjeze partea tubului. Dacă luăm în considerare din perspectiva căderii de presiune, este, în general, rezonabil să existe un număr Reynolds scăzut pentru trecerea cochiliei.
4. Determinarea temperaturii finale de schimb de căldură
Temperatura finală a schimbului de căldură este în general determinată de necesitățile procesului. Atunci când temperatura finală a schimbului de căldură poate fi selectată, valoarea acesteia are un impact semnificativ asupra raționalității economice a schimbătorului de căldură. Când temperatura de ieșire a fluidului fierbinte este egală cu cea a fluidului rece, eficiența de utilizare a căldurii este cea mai mare, dar diferența efectivă de temperatură a transferului de căldură este cea mai mică și aria de transfer de căldură este cea mai mare.
În plus, atunci când se determină temperatura ieșirii logistice, nu este de dorit să existe o întrerupere a temperaturii, unde temperatura ieșirii fluidului cald este mai mică decât cea a ieșirii fluidului rece.
5. Selectarea structurii echipamentelor
Pentru anumite condiții de proces, primul pas este determinarea formei echipamentului, cum ar fi alegerea unei forme de tablă tubulară fixă ​​sau a unei forme de cap plutitor. Consultați tabelul 1-7 de mai jos
În procesul de proiectare a schimbătoarelor de căldură, obiectivul general de îmbunătățire a transferului de căldură poate fi rezumat ca: reducerea dimensiunii schimbătorului de căldură la o anumită capacitate de transfer de căldură; Îmbunătățirea performanței schimbătoarelor de căldură existente; Reduceți diferența de temperatură a fluidului de lucru care curge; Sau reduceți puterea pompei.
Procesul de transfer de căldură se referă la procesul prin care două fluide schimbă căldură prin peretele unui dispozitiv dur. În funcție de modul de transfer de căldură al fluidului, acesta poate fi împărțit practic în două tipuri: fără schimbare de fază și schimbare de fază. Cercetările privind îmbunătățirea tehnologiei de transfer de căldură fără proces de schimbare de fază adoptă în general măsuri corespunzătoare bazate pe controlul părții rezistenței termice:
Dacă se folosește extinderea suprafeței interioare sau exterioare a tubului; Utilizarea de obiecte străine introduse în tub; Schimbați forma componentelor suport pentru pachet; Adăugarea de aditivi nemiscibili cu punct de fierbere scăzut și alte metode pentru a îmbunătăți eficiența transferului de căldură.