Фактори, які слід враховувати при проектуванні кожухотрубних теплообмінників

Існує багато типів теплообмінного обладнання, і для кожного конкретного стану теплопередачі можна отримати найбільш підходящу модель обладнання за допомогою оптимізаційного вибору. Якщо цю модель обладнання використовувати в інших умовах, ефект теплопередачі може сильно змінитися. Тому підбір типу теплообмінника для конкретних умов експлуатації є важливим і складним завданням. При проектуванні кожухотрубних теплообмінників варто враховувати такі фактори.
1. Вибір швидкості течії
Швидкість потоку є важливою змінною в конструкції теплообмінника. Збільшення швидкості потоку збільшує коефіцієнт тепловіддачі, а перепад тиску та споживання електроенергії також відповідно зростають. Якщо використовується рідина для перекачування, слід розглянути можливість споживання падіння тиску якомога більше на теплообміннику, а не на регулюючому клапані. Це може покладатися на збільшення швидкості потоку для підвищення ефективності теплопередачі.
Використання більшої швидкості потоку має дві переваги: ​​по-перше, це збільшує загальний коефіцієнт теплопередачі, тим самим зменшуючи площу теплопередачі; По-друге, зменшити можливість утворення бруду на поверхні труби. Але це також відповідно збільшує опір і енергоспоживання, тому для остаточного визначення відповідної швидкості потоку необхідне економічне порівняння.
Крім того, при виборі швидкості потоку необхідно також враховувати структурні вимоги. Щоб уникнути сильного зносу обладнання, розрахована швидкість потоку не повинна перевищувати максимально допустиму емпіричну швидкість потоку.
2. Вибір допустимого падіння тиску
Вибір більшого перепаду тиску може збільшити швидкість потоку, тим самим підвищуючи ефективність теплопередачі та зменшуючи площу теплопередачі. Однак значне падіння тиску також збільшує експлуатаційні витрати насоса. Відповідне значення перепаду тиску необхідно визначати шляхом неодноразового коригування розміру обладнання та оптимізації розрахунків на основі загальної річної вартості теплообмінника.
У більшості пристроїв можна виявити, що термічний опір з одного боку значно вищий, ніж з іншого боку, і термічний опір цієї сторони стає контрольним тепловим опором. Термічний опір сторони оболонки можна контролювати, збільшуючи кількість перегородок або зменшуючи діаметр оболонки, щоб збільшити швидкість потоку рідини на стороні оболонки та зменшити термічний опір теплопередачі. Однак зменшення відстані між відбійними пластинами є обмеженим і, як правило, не може бути менше 1/5 діаметра корпусу або 50 мм. Коли термічний опір сторони труби є контрольною стороною, для збільшення швидкості потоку рідини покладаються на збільшення зрілості труби.
Під час роботи з в’язкими матеріалами, якщо рідина перебуває в ламінарному потоці, матеріал буде транспортуватися через стінку оболонки. Завдяки тенденції турбулентного потоку рідини на стороні оболонки можна досягти вищої швидкості теплопередачі, а також можна покращити контроль падіння тиску.
3. Визначення рідини в кожухотрубному процесі
В основному на основі робочого тиску та температури рідини, доступного перепаду тиску, структури та корозійних характеристик, а також вибору необхідних матеріалів для обладнання розглядається відповідний шлях для рідини. При виборі можна враховувати такі фактори:
Рідини, придатні для процесу трубопроводів, включають воду, водяну пару або висококорозійні рідини; Токсичні рідини; Легко структурувати рідини; Робочі рідини під високим тиском або високою температурою тощо.
Рідина, придатна для оболонкового процесу, - це конденсація верхнього дистиляту; Конденсація і повторне кипіння вуглеводнів; Рідина, що контролюється падінням тиску в трубних фітингах; Рідина з високою в'язкістю тощо.
Після усунення вищезазначеної ситуації вибір шляху, по якому має пройти середовище, повинен бути зосереджений на покращенні коефіцієнта теплопередачі та максимальному використанні перепаду тиску. Через те, що потік середовища на стороні оболонки схильний до турбулентності (Re більше або дорівнює 100), зазвичай вигідно пропускати рідини з високою в'язкістю або низькою швидкістю потоку, тобто рідини з низькими числами Рейнольдса, через сторону оболонки.
Навпаки, якщо рідина може досягати турбулентності з боку труби, доцільніше розташувати трубку. Якщо розглядати з точки зору падіння тиску, то, як правило, доцільно мати низьке число Рейнольдса для проходу оболонки.
4. Визначення кінцевої температури теплообміну
Кінцева температура теплообміну зазвичай визначається потребами процесу. При можливості вибору кінцевої температури теплообміну її величина істотно впливає на економічну раціональність теплообмінника. Коли температура гарячої рідини на виході дорівнює температурі холодної рідини, ефективність використання тепла найвища, але різниця температур ефективного теплообміну найменша, а площа теплопередачі найбільша.
Крім того, при визначенні температури на виході логістики небажано мати температурний кросовер, де температура на виході гарячої рідини нижча, ніж на виході холодної рідини.
5. Вибір складу обладнання
Для певних умов процесу першим кроком є ​​визначення форми обладнання, наприклад вибір фіксованої форми трубної решетки або форми плаваючої головки. Див. таблицю 1-7 нижче
У процесі проектування теплообмінників загальну мету підвищення теплопередачі можна підсумувати як: зменшення розміру теплообмінника при заданій потужності теплопередачі; Підвищення продуктивності існуючих теплообмінників; Зменшити різницю температур проточної робочої рідини; Або зменшити потужність насоса.
Процес теплопередачі означає процес обміну теплом між двома рідинами через стінку твердого пристрою. Відповідно до режиму теплопередачі рідини, його можна в основному розділити на два типи: без фазової зміни та фазової зміни. Дослідження щодо вдосконалення технології теплопередачі без процесу зміни фази зазвичай застосовують відповідні заходи, засновані на контролі термічного опору:
Якщо використовується розширення внутрішньої або зовнішньої поверхні трубки; Використання сторонніх предметів, вставлених в трубку; Змінити форму опорних компонентів для комплекту; Додавання незмішуваних добавок з низькою температурою кипіння та інших методів для підвищення ефективності теплопередачі.