Faktoren, die bei der Konstruktion von Rohrbündelwärmetauschern berücksichtigt werden müssen

Es gibt viele Arten von Wärmeaustauschgeräten, und für jede spezifische Wärmeübertragungsbedingung kann durch Optimierungsauswahl das am besten geeignete Gerätemodell ermittelt werden. Wenn dieses Gerätemodell unter anderen Bedingungen verwendet wird, kann sich der Wärmeübertragungseffekt erheblich ändern. Daher ist die Auswahl des Wärmetauschertyps für bestimmte Betriebsbedingungen eine wichtige und komplexe Aufgabe. Die folgenden Faktoren sind bei der Konstruktion von Rohrbündelwärmetauschern zu berücksichtigen.
1. Auswahl der Fließgeschwindigkeit
Die Durchflussrate ist eine wichtige Variable bei der Konstruktion von Wärmetauschern. Eine Erhöhung der Durchflussrate erhöht den Wärmeübertragungskoeffizienten, während Druckabfall und Stromverbrauch entsprechend zunehmen. Wenn Pumpflüssigkeit verwendet wird, sollte darauf geachtet werden, den Druckabfall möglichst weitgehend am Wärmetauscher und nicht am Regelventil aufzufangen. Dies kann durch eine Erhöhung der Durchflussrate erreicht werden, um die Wärmeübertragungseffizienz zu verbessern.
Die Verwendung einer höheren Durchflussrate bietet zwei Vorteile: Erstens erhöht sie den Gesamtwärmeübertragungskoeffizienten und verringert dadurch die Wärmeübertragungsfläche. Zweitens verringert sie die Möglichkeit der Schmutzbildung auf der Rohroberfläche. Allerdings erhöht sie auch den Widerstand und den Stromverbrauch entsprechend, sodass ein wirtschaftlicher Vergleich erforderlich ist, um schließlich die geeignete Durchflussrate zu bestimmen.
Darüber hinaus müssen bei der Wahl der Fließgeschwindigkeit auch bauliche Gegebenheiten berücksichtigt werden. Um einen starken Verschleiß der Anlage zu vermeiden, sollte die berechnete Durchflussmenge die maximal zulässige empirische Durchflussmenge nicht überschreiten.
2. Wahl des zulässigen Druckabfalls
Die Wahl eines größeren Druckabfalls kann die Durchflussrate erhöhen, wodurch die Wärmeübertragungseffizienz verbessert und die Wärmeübertragungsfläche verringert wird. Der erhebliche Druckabfall erhöht jedoch auch die Betriebskosten der Pumpe. Der geeignete Druckabfallwert muss durch wiederholtes Anpassen der Gerätegröße und Optimierungsberechnungen basierend auf den jährlichen Gesamtkosten des Wärmetauschers ermittelt werden.
Bei den meisten Geräten kann festgestellt werden, dass der Wärmewiderstand auf einer Seite deutlich höher ist als auf der anderen Seite, und der Wärmewiderstand dieser Seite wird zum Kontrollwärmewiderstand. Der Wärmewiderstand der Mantelseite kann durch Erhöhen der Anzahl der Leitbleche oder Reduzieren des Manteldurchmessers gesteuert werden, um die Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit auf der Mantelseite zu erhöhen und den Wärmeübertragungswärmewiderstand zu verringern. Die Reduzierung des Abstands zwischen den Leitblechen ist jedoch begrenzt und kann im Allgemeinen nicht weniger als 1/5 des Manteldurchmessers oder 50 mm betragen. Wenn der Wärmewiderstand der Rohrseite die Kontrollseite ist, wird durch Erhöhen der Rohrreife die Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit erhöht.
Wenn es sich bei viskosen Materialien um laminare Flüssigkeiten handelt, wird das Material durch die Mantelseite transportiert. Aufgrund der Tendenz zur turbulenten Flüssigkeitsströmung auf der Mantelseite kann eine höhere Wärmeübertragungsrate erreicht und die Kontrolle des Druckabfalls verbessert werden.
3. Bestimmung der Flüssigkeit im Rohrbündelverfahren
Der geeignete Weg für die Flüssigkeit wird hauptsächlich auf Grundlage des Betriebsdrucks und der Betriebstemperatur der Flüssigkeit, des verfügbaren Druckabfalls, der Struktur- und Korrosionseigenschaften sowie der Auswahl der erforderlichen Gerätematerialien ermittelt. Bei der Auswahl können die folgenden Faktoren berücksichtigt werden:
Zu den für den Rohrleitungsprozess geeigneten Flüssigkeiten gehören Wasser, Wasserdampf oder stark korrosive Flüssigkeiten; giftige Flüssigkeiten; leicht strukturierbare Flüssigkeiten; Betriebsflüssigkeiten mit hoher Temperatur oder hohem Druck usw.
Für den Shell-Prozess geeignete Flüssigkeiten sind die Kondensation des Kopfdestillats, Kondensation und Wiederverdampfung von Kohlenwasserstoffen, durch Druckabfall in Rohrleitungsverbindungen gesteuerte Flüssigkeiten, Flüssigkeiten mit hoher Viskosität usw.
Nachdem die oben genannte Situation beseitigt ist, sollte sich die Auswahl des Mediumpfads auf die Verbesserung des Wärmeübergangskoeffizienten und die optimale Ausnutzung des Druckabfalls konzentrieren. Aufgrund der Tatsache, dass der Mediumfluss auf der Mantelseite zu Turbulenzen neigt (Re größer oder gleich 100), ist es im Allgemeinen vorteilhaft, Flüssigkeiten mit hoher Viskosität oder niedriger Durchflussrate, d. h. Flüssigkeiten mit niedriger Reynoldszahl, durch die Mantelseite zu leiten.
Wenn die Flüssigkeit hingegen Turbulenzen auf der Rohrseite erreichen kann, ist es sinnvoller, die Rohrseite anzuordnen. Aus der Perspektive des Druckabfalls betrachtet ist es im Allgemeinen sinnvoll, eine niedrige Reynoldszahl für den Manteldurchgang zu haben.
4. Bestimmung der endgültigen Wärmeaustauschtemperatur
Die Endtemperatur des Wärmeaustauschs wird im Allgemeinen durch die Anforderungen des Prozesses bestimmt. Wenn die Endtemperatur des Wärmeaustauschs ausgewählt werden kann, hat ihr Wert erhebliche Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit des Wärmetauschers. Wenn die Auslasstemperatur der heißen Flüssigkeit der der kalten Flüssigkeit entspricht, ist die Wärmenutzungseffizienz am höchsten, aber der effektive Wärmeübertragungstemperaturunterschied ist am geringsten und die Wärmeübertragungsfläche am größten.
Darüber hinaus ist es bei der Bestimmung der Temperatur des Logistikauslasses nicht erwünscht, dass es zu einer Temperaturüberschneidung kommt, bei der die Temperatur des Auslasses für heiße Flüssigkeit niedriger ist als die des Auslasses für kalte Flüssigkeit.
5. Auswahl der Gerätestruktur
Für bestimmte Prozessbedingungen besteht der erste Schritt darin, die Form der Ausrüstung zu bestimmen, z. B. die Wahl einer festen Rohrbodenform oder einer schwimmenden Kopfform. Siehe Tabelle 1-7 unten
Beim Entwurfsprozess von Wärmetauschern kann das Gesamtziel der Verbesserung der Wärmeübertragung wie folgt zusammengefasst werden: Reduzierung der Größe des Wärmetauschers bei vorgegebener Wärmeübertragungskapazität; Verbesserung der Leistung vorhandener Wärmetauscher; Reduzierung des Temperaturunterschieds des fließenden Arbeitsmediums; oder Reduzierung der Pumpenleistung.
Der Wärmeübertragungsprozess bezieht sich auf den Prozess, bei dem zwei Flüssigkeiten Wärme durch die Wand eines harten Geräts austauschen. Je nach Wärmeübertragungsmodus der Flüssigkeit kann sie grundsätzlich in zwei Typen unterteilt werden: ohne Phasenwechsel und mit Phasenwechsel. Die Forschung zur Verbesserung der Wärmeübertragungstechnologie ohne Phasenwechselprozess greift im Allgemeinen auf entsprechende Maßnahmen zurück, die auf der Kontrolle der Wärmewiderstandsseite basieren:
Ob die innere oder äußere Oberfläche des Rohrs erweitert wird; ob Fremdkörper in das Rohr eingeführt werden; ob die Form der Stützkomponenten für das Bündel geändert wird; ob nicht mischbare Additive mit niedrigem Siedepunkt hinzugefügt werden oder andere Methoden zur Verbesserung der Wärmeübertragungseffizienz eingesetzt werden.