Faktori koje treba uzeti u obzir pri projektovanju izmjenjivača topline sa školjkama i cijevima

Postoji mnogo vrsta opreme za izmjenu topline, a za svaki specifični uvjet prijenosa topline, izborom optimizacije može se dobiti najpogodniji model opreme. Ako se ovaj model opreme koristi u drugim uvjetima, učinak prijenosa topline može biti znatno promijenjen. Stoga je odabir tipa izmjenjivača topline za specifične uvjete rada važan i složen zadatak. Sljedeće faktore vrijedi uzeti u obzir pri dizajnu izmjenjivača topline s školjkom i cijevi.
1. Izbor brzine protoka
Brzina protoka je važna varijabla u dizajnu izmjenjivača topline. Povećanjem protoka povećava se koeficijent prijenosa topline, a shodno tome se povećava i pad tlaka i potrošnja energije. Ako se koristi tekućina za pumpanje, treba uzeti u obzir da se pad tlaka potroši što je više moguće na izmjenjivaču topline, a ne na regulacionom ventilu. Ovo se može osloniti na povećanje brzine protoka kako bi se poboljšala efikasnost prijenosa topline.
Postoje dvije prednosti korištenja veće brzine protoka: prvo, povećava ukupni koeficijent prijenosa topline, čime se smanjuje područje prijenosa topline; Drugi je smanjenje mogućnosti stvaranja prljavštine na površini cijevi. Ali isto tako povećava otpor i potrošnju energije u skladu s tim, tako da je potrebno ekonomično poređenje da bi se konačno odredio odgovarajući protok.
Osim toga, prilikom odabira brzine protoka, moraju se uzeti u obzir i strukturni zahtjevi. Kako bi se izbjeglo ozbiljno trošenje opreme, izračunata brzina protoka ne bi trebala prelaziti maksimalnu dozvoljenu empirijsku brzinu protoka.
2. Izbor dozvoljavanja pada pritiska
Odabir većeg pada tlaka može povećati brzinu protoka, čime se povećava efikasnost prijenosa topline i smanjuje područje prijenosa topline. Međutim, značajan pad pritiska takođe povećava troškove rada pumpe. Odgovarajuću vrijednost pada tlaka potrebno je odrediti uzastopnim podešavanjem veličine opreme i optimizacijom proračuna na osnovu godišnjih ukupnih troškova izmjenjivača topline.
U većini uređaja može se ustanoviti da je toplotni otpor na jednoj strani znatno veći od toplotnog otpora na drugoj strani, a toplotni otpor ove strane postaje kontrolni toplotni otpor. Toplotni otpor na strani omotača može se kontrolisati povećanjem broja odbojnih ploča ili smanjenjem prečnika školjke kako bi se povećala brzina protoka fluida na strani omotača i smanjio toplotni otpor prijenosa topline. Međutim, smanjenje razmaka između odbojnih ploča je ograničeno i općenito ne može biti manje od 1/5 promjera školjke ili 50 mm. Kada je termički otpor strane cijevi kontrolna strana, oslanja se na povećanje zrelosti cijevi kako bi se povećala brzina protoka fluida.
Kada se radi sa viskoznim materijalima, ako je fluid u laminarnom toku, materijal će se transportovati kroz stranu školjke. Zbog tendencije turbulentnog strujanja fluida na strani ljuske, može se postići veća brzina prijenosa topline, a može se poboljšati i kontrola pada tlaka.
3. Određivanje fluida u procesu ljuske i cijevi
Uglavnom na osnovu radnog pritiska i temperature fluida, dostupnog pada pritiska, strukture i karakteristika korozije, kao i izbora potrebnih materijala opreme, razmatra se odgovarajući put za fluid. Prilikom odabira mogu se uzeti u obzir sljedeći faktori:
Tečnosti pogodne za proces cevovoda uključuju vodu, vodenu paru ili visoko korozivne fluide; Toksične tekućine; Tekućine koje se lako strukturiraju; Visokotemperaturni ili radni fluidi pod visokim pritiskom itd.
Tečnost pogodna za proces ljuske je kondenzacija gornjeg destilata; Kondenzacija i ponovno ključanje ugljikovodika; Fluid kontroliran padom tlaka u cijevnim spojnicama; Tečnost visokog viskoziteta itd.
Nakon što se gornja situacija eliminiše, odabir putanje medija treba da se fokusira na poboljšanje koeficijenta prenosa toplote i maksimalno iskorištavanje pada pritiska. Zbog činjenice da je protok medija na strani ljuske sklon turbulenciji (Re veći od ili jednak 100), općenito je povoljno propuštati fluide visokog viskoziteta ili niske brzine protoka, tj. tekućine sa niskim Reynoldsovim brojem, kroz stranu školjke.
Naprotiv, ako fluid može doći do turbulencije na strani cijevi, razumnije je urediti stranu cijevi. Ako se posmatra iz perspektive pada pritiska, generalno je razumno imati nizak Reynoldsov broj za prolaz školjke.
4. Određivanje konačne temperature izmjene topline
Konačna temperatura razmjene topline općenito je određena potrebama procesa. Kada se može izabrati konačna temperatura razmene toplote, njena vrednost ima značajan uticaj na ekonomsku racionalnost izmenjivača toplote. Kada je izlazna temperatura toplog fluida jednaka temperaturi hladnog fluida, efikasnost iskorišćenja toplote je najveća, ali efektivna razlika u temperaturi prenosa toplote je najmanja, a površina prenosa toplote je najveća.
Osim toga, pri određivanju temperature na izlazu logistike nije poželjno imati temperaturni crossover, gdje je temperatura izlaza toplog fluida niža od temperature izlaza hladnog fluida.
5. Izbor strukture opreme
Za određene procesne uslove, prvi korak je određivanje oblika opreme, kao što je odabir oblika fiksne cijevi ili oblika plutajuće glave. Pogledajte tabelu 1-7 ispod
U procesu projektovanja izmjenjivača topline, opći cilj povećanja prijenosa topline može se sažeti kao: smanjenje veličine izmjenjivača topline pod datim kapacitetom prijenosa topline; Poboljšati performanse postojećih izmjenjivača topline; Smanjite temperaturnu razliku radnog fluida koji teče; Ili smanjite snagu pumpe.
Proces prijenosa topline odnosi se na proces dva fluida koji razmjenjuju toplinu kroz zid tvrdog uređaja. Prema načinu prijenosa topline fluida, može se u osnovi podijeliti na dva tipa: nepromjenjivu fazu i faznu promjenu. Istraživanje o poboljšanju tehnologije prijenosa topline bez procesa promjene faze općenito usvaja odgovarajuće mjere zasnovane na kontroli strane termičkog otpora:
Ako se koristi proširenje unutrašnje ili vanjske površine cijevi; Korištenje stranih predmeta umetnutih u cijev; Promijenite oblik potpornih komponenti za paket; Dodavanje aditiva niske tačke ključanja koji se ne mešaju i drugih metoda za poboljšanje efikasnosti prenosa toplote.