Фактори, които трябва да се вземат предвид при проектирането на кожухотръбни топлообменници

Има много видове топлообменно оборудване и за всяко конкретно състояние на топлообмен най-подходящият модел оборудване може да бъде получен чрез избор на оптимизация. Ако този модел оборудване се използва при други условия, ефектът на пренос на топлина може да се промени значително. Следователно изборът на типа топлообменник за конкретни условия на работа е важна и сложна задача. При проектирането на кожухотръбни топлообменници си струва да се вземат предвид следните фактори.
1. Избор на скорост на потока
Дебитът е важна променлива в дизайна на топлообменника. Увеличаването на скоростта на потока увеличава коефициента на топлопреминаване, докато спадът на налягането и консумацията на енергия също се увеличават съответно. Ако се използва течност за изпомпване, трябва да се има предвид, че спадът на налягането се консумира възможно най-много върху топлообменника, а не върху регулиращия вентил. Това може да разчита на увеличаване на скоростта на потока, за да се подобри ефективността на преноса на топлина.
Има две предимства от използването на по-висок дебит: първо, той увеличава общия коефициент на топлопреминаване, като по този начин намалява площта на топлопреминаване; Второто е да се намали възможността за образуване на мръсотия по повърхността на тръбата. Но също така увеличава съответно съпротивлението и консумацията на енергия, така че е необходимо икономическо сравнение, за да се определи най-накрая подходящият дебит.
Освен това, когато се избира скоростта на потока, трябва да се вземат предвид и структурните изисквания. За да се избегне сериозно износване на оборудването, изчисленият дебит не трябва да надвишава максимално допустимия емпиричен дебит.
2. Избор на допустим спад на налягането
Избирането на по-голям спад на налягането може да увеличи скоростта на потока, като по този начин подобри ефективността на преноса на топлина и намали площта на пренос на топлина. Въпреки това значителният спад на налягането също увеличава експлоатационните разходи на помпата. Подходящата стойност на пад на налягането трябва да се определи чрез многократно регулиране на размера на оборудването и оптимизиране на изчисленията въз основа на общата годишна цена на топлообменника.
В повечето устройства може да се установи, че топлинното съпротивление от едната страна е значително по-високо от това от другата страна и топлинното съпротивление на тази страна става контролно топлинно съпротивление. Термичното съпротивление от страната на корпуса може да се контролира чрез увеличаване на броя на преградите или намаляване на диаметъра на корпуса, за да се увеличи скоростта на потока на флуида от страната на корпуса и да се намали термичното съпротивление на преноса на топлина. Въпреки това, намаляването на разстоянието между преградите е ограничено и обикновено не може да бъде по-малко от 1/5 от диаметъра на корпуса или 50 mm. Когато термичното съпротивление на страната на тръбата е контролната страна, увеличаването на зрелостта на тръбата се разчита за увеличаване на скоростта на флуидния поток.
Когато се работи с вискозни материали, ако течността е в ламинарен поток, материалът ще се транспортира през страната на корпуса. Поради тенденцията на турбулентно протичане на флуида в страната на корпуса, може да се постигне по-висока скорост на топлообмен и контролът на спада на налягането също може да бъде подобрен.
3. Определяне на течност в кожухотръбния процес
Основно въз основа на работното налягане и температурата на флуида, наличния спад на налягането, структурата и корозионните характеристики, както и избора на необходимите материали за оборудването, се разглежда подходящият път за флуида. При избора могат да се вземат предвид следните фактори:
Течностите, подходящи за тръбопроводния процес, включват вода, водна пара или силно корозивни течности; Токсични течности; Лесни за структуриране течности; Работни течности с висока температура или високо налягане и др.
Течността, подходяща за черупковия процес, е кондензацията на горния дестилат; Кондензация и повторно кипене на въглеводороди; Флуид, контролиран чрез спад на налягането в тръбните фитинги; Течност с висок вискозитет и др.
След като горната ситуация бъде елиминирана, изборът на пътя, по който трябва да поеме средата, трябва да се съсредоточи върху подобряване на коефициента на топлопреминаване и максимално оползотворяване на спада на налягането. Поради факта, че потокът на средата в страната на корпуса е склонен към турбулентност (Re по-голямо или равно на 100), обикновено е изгодно да се пропускат течности с висок вискозитет или нисък дебит, т.е. течности с ниски числа на Рейнолдс, през страната на черупката.
Напротив, ако течността може да достигне турбуленция в страната на тръбата, по-разумно е да се подреди страната на тръбата. Ако се разглежда от гледна точка на пада на налягането, като цяло е разумно да има ниско число на Рейнолдс за прохода на черупката.
4. Определяне на крайната температура на топлообмен
Крайната температура на топлообмен обикновено се определя от нуждите на процеса. Когато може да се избере крайната температура на топлообмен, нейната стойност оказва значително влияние върху икономическата рационалност на топлообменника. Когато изходната температура на горещия флуид е равна на тази на студения флуид, ефективността на оползотворяване на топлината е най-висока, но ефективната температурна разлика на топлообмен е най-малка и площта на топлопредаване е най-голяма.
Освен това, когато се определя температурата на логистичния изход, не е желателно да има температурно кръстосване, при което температурата на изхода на горещия флуид е по-ниска от тази на изхода на студения флуид.
5. Избор на структура на оборудването
За определени условия на процеса първата стъпка е да се определи формата на оборудването, като например избор на фиксирана форма на тръбен лист или форма на плаваща глава. Вижте таблица 1-7 по-долу
В процеса на проектиране на топлообменници общата цел за подобряване на преноса на топлина може да се обобщи като: намаляване на размера на топлообменника при даден капацитет на пренос на топлина; Подобрете работата на съществуващите топлообменници; Намалете температурната разлика на протичащия работен флуид; Или намалете мощността на помпата.
Процесът на пренос на топлина се отнася до процеса на два флуида, които обменят топлина през стената на твърдо устройство. Според режима на топлопредаване на флуида, той може да бъде разделен основно на два типа: без фазова промяна и фазова промяна. Изследванията за подобряване на технологията за пренос на топлина без процес на промяна на фазата обикновено приемат съответните мерки, базирани на контролиране на страната на термичното съпротивление:
Ако се използва разширяване на вътрешната или външната повърхност на тръбата; Използване на чужди предмети, поставени в тръбата; Променете формата на поддържащите компоненти за пакета; Добавяне на несмесими добавки с ниска точка на кипене и други методи за подобряване на ефективността на пренос на топлина.