Lupinasti in cevni toplotni izmenjevalnik za ogrevanje in hlajenje

Oklepni toplotni izmenjevalnik, ki ga je prilagodil Vrcooler glede na zahteve kupca, je bil pobarvan in pripravljen za pakiranje in pošiljanje v Francijo.

Lupinasti in cevni toplotni izmenjevalniki se imenujejo tudi lupinasti in cevni toplotni izmenjevalniki. To je toplotni izmenjevalnik s pregradno steno, ki kot površino za prenos toplote uporablja steno cevnega snopa, zaprtega v ovoju. Ta vrsta izmenjevalnika toplote ima razmeroma preprosto strukturo in zanesljivo delovanje. Lahko je izdelan iz različnih strukturnih materialov (predvsem kovinskih materialov) in se lahko uporablja pri visoki temperaturi in visokem tlaku. Trenutno je najbolj razširjena vrsta.

Dejavniki, ki jih je treba upoštevati pri načrtovanju lupinastih in cevnih toplotnih izmenjevalnikov

Obstaja veliko vrst opreme za izmenjavo toplote. Za vsak posamezen pogoj prenosa toplote bomo z optimalno izbiro pridobili najprimernejši model opreme. Če se ta vrsta opreme uporablja v drugih pogojih, se lahko učinek prenosa toplote izboljša. velika sprememba. Zato je zelo pomembno in zapleteno delo izbrati vrsto toplotnega izmenjevalnika za posebne delovne pogoje. Pri zasnovi lupinastega in cevnega toplotnega izmenjevalnika je vredno upoštevati naslednje dejavnike:

 

1. Izbira pretoka

Stopnja pretoka je pomembna spremenljivka pri načrtovanju toplotnega izmenjevalnika. Povečanje pretoka bo povečalo koeficient prehoda toplote, hkrati pa se bosta povečala tudi padec tlaka in poraba energije. Če se uporablja črpalna tekočina, je treba upoštevati, da je treba padec tlaka čim bolj porabiti na izmenjevalniku toplote namesto na regulacijskem ventilu, kar lahko izboljša učinek prenosa toplote s povečanjem pretoka.

Uporaba višje stopnje pretoka ima dve prednosti: ena je povečanje celotnega koeficienta prenosa toplote, s čimer se zmanjša površina prenosa toplote; drugi je zmanjšati možnost umazanije na površini cevi. Temu primerno pa se poveča tudi poraba upora in moči, zato je za končno določitev ustreznega pretoka potrebna ekonomska primerjava.

 

2. Izbira dovoljenega padca tlaka

Izbira večjega padca tlaka lahko poveča pretok, s čimer se poveča učinek prenosa toplote in zmanjša površina prenosa toplote. Toda večji padec tlaka poveča tudi obratovalne stroške črpalke. Ustrezno vrednost padca tlaka je treba izračunati na podlagi skupnih letnih stroškov izmenjevalnika toplote, ponavljajočih se prilagoditev velikosti opreme in izračunov optimizacije.

Pri večini naprav je mogoče ugotoviti, da je toplotni upor na eni strani znatno višji kot na drugi strani in toplotni upor na tej strani postane kontrolni toplotni upor. Kadar je toplotni upor na strani lupine krmilna stran, se lahko uporabi metoda povečanja števila odbojnih plošč ali zmanjšanja premera lupine za povečanje pretoka tekočine na strani lupine in zmanjšanje upora pri prenosu toplote, vendar obstaja omejitev zmanjšanja razmika odbojnih plošč. Ne sme biti manjši od 1/5 ali 50 mm premera lupine. Ko je toplotni upor na strani cevi kontrolna stran, se stopnja pretoka tekočine poveča s povečanjem zrelosti cevi.

Pri delu z viskoznimi materiali, če je tekočina v laminarnem toku, bo material šel na stran lupine. Ker je tok tekočine na strani lupine ponavadi turbulenten, ima to za posledico višje stopnje prenosa toplote in izboljšan nadzor padca tlaka.

 

3. Določanje tekočine na lupini

V glavnem temelji na delovnem tlaku in temperaturi tekočine, razpoložljivem padcu tlaka, strukturi in korozijskih značilnostih ter izbiri potrebne opreme in materialov, da se razmisli, za kakšen način je tekočina primerna. Pri izbiri je treba upoštevati naslednje dejavnike:

Tekočine, primerne za prehod cevi, vključujejo vodo in vodno paro ali močne korozivne tekočine; strupene tekočine; tekočine, ki jih je enostavno strukturirati; tekočine, ki delujejo pri visoki temperaturi ali visokem tlaku itd.

Tekočine, primerne za stran lupine, vključujejo kondenzacijo zgornjega destilata; kondenzacija in ponovno vrenje ogljikovodikov; tekočine, nadzorovane s padcem tlaka na cevnih priključkih; tekočine z visoko viskoznostjo itd.

Ko je zgornja situacija odpravljena, se je treba pri izbiri poti medija osredotočiti na izboljšanje koeficienta prenosa toplote in čim večji izkoristek padca tlaka. Ker je tok medija na strani lupine zlahka doseči turbulentni tok (Re Večji ali enak 100), je na splošno koristno premikati tekočino z visoko viskoznostjo ali nizko stopnjo pretoka, to je tekočino z nizkim Reynoldsovim številko, na stran školjke. Nasprotno, če lahko tekočina doseže turbulenten tok v cevi, je bolj smiselno urediti, da gre skozi cev. Z vidika padca tlaka je na splošno smiselna uporaba lupine z nizkim Reynoldsovim številom.

 

4. Določitev končne temperature prenosa toplote

Končna temperatura izmenjave toplote je na splošno določena s potrebami procesa. Ko je mogoče izbrati končno temperaturo izmenjave toplote, ima njena vrednost velik vpliv na to, ali je izmenjevalnik toplote ekonomičen in smiseln. Ko je izhodna temperatura vročega fluida enaka izhodni temperaturi hladnega fluida, je učinkovitost izkoriščanja toplote največja, vendar je efektivna temperaturna razlika prenosa toplote najmanjša in površina izmenjave toplote največja.

Poleg tega pri določanju izhodne temperature toka ni zaželen pojav temperaturnega križa, to je, da je izhodna temperatura vročega fluida nižja od izhodne temperature hladnega fluida.

5. Izbira strukture opreme

Za določene procesne pogoje je treba najprej določiti obliko opreme, na primer izbrati obliko fiksne cevne pločevine ali obliko plavajoče glave itd.

V procesu oblikovanja toplotnega izmenjevalnika so splošni cilji izboljšanja prenosa toplote povzeti na naslednji način: zmanjšanje velikosti toplotnega izmenjevalnika pri danem prenosu toplote; izboljšati delovanje obstoječega izmenjevalnika toplote; zmanjšati temperaturno razliko tekoče delovne tekočine; ali zmanjšajte moč črpalke.

Proces prenosa toplote se nanaša na proces izmenjave toplote med dvema tekočinama skozi steno trde naprave. Glede na način prenosa toplote tekočine ga lahko v bistvu razdelimo na dve vrsti: brez fazne spremembe in fazne spremembe. Raziskava izboljšane tehnologije prenosa toplote brez postopka fazne spremembe na splošno izvaja ustrezne ukrepe, ki temeljijo na nadzoru strani toplotnega upora: kot je razširitev notranje ali zunanje površine cevi; vstavljanje tujih predmetov v cev; spreminjanje oblike nosilca cevnega snopa; dodajanje aditivov z nizkim vreliščem, ki se ne mešajo, in drugih metod za povečanje učinka prenosa toplote.