Factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerp van mantel- en buiswarmtewisselaars

Er zijn veel soorten warmtewisselaarsapparatuur en voor elke specifieke warmteoverdrachtsconditie kan het meest geschikte apparatuurmodel worden verkregen door middel van optimalisatieselectie. Als dit model apparatuur onder andere condities wordt gebruikt, kan het warmteoverdrachtseffect sterk veranderen. Daarom is het selecteren van het type warmtewisselaar voor specifieke bedrijfsomstandigheden een belangrijke en complexe taak. De volgende factoren zijn het overwegen waard bij het ontwerp van mantel- en buiswarmtewisselaars.
1. Selectie van de stroomsnelheid
Stroomsnelheid is een belangrijke variabele in het ontwerp van warmtewisselaars. Het verhogen van de stroomsnelheid verhoogt de warmteoverdrachtscoëfficiënt, terwijl drukval en stroomverbruik ook dienovereenkomstig toenemen. Als er pompvloeistof wordt gebruikt, moet worden overwogen om de drukval zoveel mogelijk op de warmtewisselaar te verbruiken in plaats van op de regelklep. Dit kan vertrouwen op het verhogen van de stroomsnelheid om de warmteoverdrachtsefficiëntie te verbeteren.
Er zijn twee voordelen aan het gebruik van een hogere stroomsnelheid: ten eerste verhoogt het de algehele warmteoverdrachtscoëfficiënt, waardoor het warmteoverdrachtsoppervlak wordt verkleind; ten tweede vermindert het de kans op het genereren van vuil op het oppervlak van de pijp. Maar het verhoogt ook de weerstand en het stroomverbruik, dus is een economische vergelijking nodig om uiteindelijk de juiste stroomsnelheid te bepalen.
Bovendien moeten bij het selecteren van de stroomsnelheid ook structurele vereisten in acht worden genomen. Om ernstige slijtage van de apparatuur te voorkomen, mag de berekende stroomsnelheid de maximaal toegestane empirische stroomsnelheid niet overschrijden.
2. Keuze om drukval toe te staan
Door een grotere drukval te kiezen, kan de stroomsnelheid toenemen, waardoor de warmteoverdrachtsefficiëntie wordt verbeterd en het warmteoverdrachtsoppervlak wordt verkleind. De aanzienlijke drukval verhoogt echter ook de bedrijfskosten van de pomp. De juiste drukvalwaarde moet worden bepaald door herhaaldelijk de apparatuurgrootte aan te passen en berekeningen te optimaliseren op basis van de jaarlijkse totale kosten van de warmtewisselaar.
Bij de meeste apparaten kan worden vastgesteld dat de thermische weerstand aan de ene kant aanzienlijk hoger is dan die aan de andere kant, en de thermische weerstand van deze kant wordt de thermische controleweerstand. De thermische weerstand van de mantelzijde kan worden geregeld door het aantal keerschotten te verhogen of de diameter van de mantel te verkleinen om de vloeistofstroomsnelheid aan de mantelzijde te vergroten en de thermische warmteoverdrachtweerstand te verkleinen. Het verkleinen van de afstand tussen keerschotten is echter beperkt en kan over het algemeen niet minder zijn dan 1/5 van de diameter van de mantel of 50 mm. Wanneer de thermische weerstand van de buiszijde de controlezijde is, wordt vertrouwd op het vergroten van de buismaturiteit om de vloeistofstroomsnelheid te vergroten.
Bij het werken met viskeuze materialen, als de vloeistof in laminaire stroming is, zal het materiaal door de mantelzijde worden getransporteerd. Vanwege de neiging tot turbulente vloeistofstroming in de mantelzijde, kan een hogere warmteoverdrachtssnelheid worden bereikt, en kan de controle van drukval ook worden verbeterd.
3. Bepaling van vloeistof in het mantel- en buisproces
Het geschikte pad voor de vloeistof wordt voornamelijk overwogen op basis van de werkdruk en temperatuur van de vloeistof, de beschikbare drukval, de structuur en corrosie-eigenschappen, evenals de selectie van de benodigde apparatuurmaterialen. De volgende factoren kunnen in overweging worden genomen bij het kiezen:
Geschikte vloeistoffen voor het leidingproces zijn onder meer water, waterdamp of zeer corrosieve vloeistoffen; giftige vloeistoffen; vloeistoffen die gemakkelijk te structureren zijn; vloeistoffen die bestand zijn tegen hoge temperaturen of hoge druk, enzovoort.
De vloeistof die geschikt is voor het mantelproces is de condensatie van het bovenste destillaat; Condensatie en herverdamping van koolwaterstoffen; Vloeistof die wordt geregeld door drukval in pijpfittingen; Vloeistof met een hoge viscositeit, enz.
Nadat de bovenstaande situatie is geëlimineerd, moet de selectie van het pad dat het medium moet nemen, zich richten op het verbeteren van de warmteoverdrachtscoëfficiënt en het optimaal benutten van de drukval. Omdat de stroming van het medium in de mantelzijde gevoelig is voor turbulentie (Re groter dan of gelijk aan 100), is het over het algemeen voordelig om vloeistoffen met een hoge viscositeit of lage stroomsnelheid, d.w.z. vloeistoffen met lage Reynolds-getallen, door de mantelzijde te laten stromen.
Integendeel, als de vloeistof turbulentie kan bereiken in de buiszijde, is het redelijker om de buiszijde te rangschikken. Als we het vanuit het perspectief van drukval beschouwen, is het over het algemeen redelijk om een ​​laag Reynolds-getal te hebben voor de shell pass.
4. Bepaling van de uiteindelijke warmtewisselingstemperatuur
De uiteindelijke temperatuur van warmtewisseling wordt over het algemeen bepaald door de behoeften van het proces. Wanneer de uiteindelijke temperatuur van warmtewisseling kan worden geselecteerd, heeft de waarde ervan een aanzienlijke impact op de economische rationaliteit van de warmtewisselaar. Wanneer de uitlaattemperatuur van de hete vloeistof gelijk is aan die van de koude vloeistof, is de warmtebenuttingsefficiëntie het hoogst, maar is het effectieve warmteoverdrachtstemperatuurverschil het kleinst en is het warmteoverdrachtsoppervlak het grootst.
Bovendien is het bij het bepalen van de temperatuur van de logistieke uitlaat niet wenselijk dat er sprake is van temperatuuroverschrijding, waarbij de temperatuur van de uitlaat voor warme vloeistof lager is dan die van de uitlaat voor koude vloeistof.
5. Selectie van de apparatuurstructuur
Voor bepaalde procesomstandigheden is de eerste stap het bepalen van de vorm van de apparatuur, zoals het kiezen van een vaste buisplaatvorm of een zwevende kopvorm. Raadpleeg tabel 1-7 hieronder
Bij het ontwerpproces van warmtewisselaars kan het algemene doel van het verbeteren van de warmteoverdracht als volgt worden samengevat: het verkleinen van de grootte van de warmtewisselaar bij een gegeven warmteoverdrachtscapaciteit; het verbeteren van de prestaties van bestaande warmtewisselaars; het verkleinen van het temperatuurverschil van de stromende werkvloeistof; of het verminderen van het vermogen van de pomp.
Het warmteoverdrachtsproces verwijst naar het proces waarbij twee vloeistoffen warmte uitwisselen via de wand van een hard apparaat. Afhankelijk van de warmteoverdrachtsmodus van de vloeistof kan het in principe worden onderverdeeld in twee typen: niet-faseverandering en faseverandering. Het onderzoek naar het verbeteren van warmteoverdrachtstechnologie zonder faseveranderingsproces neemt over het algemeen overeenkomstige maatregelen aan op basis van het regelen van de thermische weerstandszijde:
Als het binnen- of buitenoppervlak van de buis wordt uitgebreid; Als er vreemde voorwerpen in de buis worden gestoken; Als de vorm van de ondersteunende componenten voor de bundel wordt gewijzigd; Als er niet-mengbare additieven met een laag kookpunt en andere methoden worden toegevoegd om de warmteoverdrachtsefficiëntie te verbeteren.