衛(wèi)生級(jí)管式換熱器針對(duì)每種特定的傳熱條件,通過優(yōu)化得到合適的設(shè)備模型。如果在其他條件下使用這種設(shè)備,傳熱效果可能會(huì)發(fā)生很大變化。因此,根據(jù)具體工況選擇換熱器的類型是非常重要和復(fù)雜的。衛(wèi)生級(jí)管式換熱器的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下因素。
1、流速的選擇:流速是換熱器設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要變量。增加流量會(huì)增加傳熱系數(shù),同時(shí)壓降和功耗也會(huì)增加。如果使用泵送流體,應(yīng)盡可能在換熱器上消耗壓降,而不是調(diào)節(jié)閥,這樣可以通過增加流量來改善傳熱效果。 采用更高的流量有兩個(gè)好處:一是增加總傳熱系數(shù),從而減少傳熱面積;二,減少管道表面結(jié)垢的可能性。但是阻力和動(dòng)力的消耗也相應(yīng)增加,因此需要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較,終確定合適的流量。 此外,在選擇流量時(shí)需要考慮結(jié)構(gòu)要求。為避免設(shè)備嚴(yán)重磨損,計(jì)算流量不應(yīng)超過允許經(jīng)驗(yàn)流量。
2. 允許壓降的選擇:選擇較大的壓降可以增加流量,從而增強(qiáng)傳熱效果,減小傳熱面積。然而,較大的壓降也增加了泵的運(yùn)行成本。需要以衛(wèi)生級(jí)管式換熱器年總費(fèi)用為目標(biāo),反復(fù)調(diào)整設(shè)備尺寸,優(yōu)化計(jì)算,才能得到合適的壓降值。 在大多數(shù)設(shè)備中,可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一側(cè)的熱阻明顯高于另一側(cè),這一側(cè)的熱阻成為控制熱阻。當(dāng)殼程熱阻為控制側(cè)時(shí),通過增加擋板數(shù)量或減小殼徑,可以增加殼程流體流量,降低傳熱阻力。但是,減小擋板間距是有限度的,一般不小于殼體直徑的1/5或50毫米。當(dāng)管側(cè)的熱阻為控制側(cè)時(shí),通過增加管成熟度來增加流體流速。處理粘性物料時(shí),如果流體是層流,物料會(huì)通過殼程。由于殼程流體流動(dòng)容易達(dá)到湍流狀態(tài),可以獲得較高的傳熱速率,改善壓降控制。
3.殼程和管程流體的測(cè)定:根據(jù)流體的操作壓力和溫度、可用壓降、結(jié)構(gòu)和腐蝕特性,以及所需設(shè)備和材料的選擇等。應(yīng)考慮合適的流體路線。考慮以下因素供選擇: 適合管道通過的流體是水和蒸汽或高腐蝕性流體;有毒液體;易結(jié)構(gòu)化流體;在高溫或高壓下工作的流體等。 適合殼程的流體是塔頂冷凝液;碳?xì)浠衔锏睦淠驮俜校挥晒艿缐航悼刂频牧黧w;高粘度流體等。 當(dāng)上述條件消除后,選擇采用哪種介質(zhì)應(yīng)著重提高傳熱系數(shù),充分利用壓降。由于殼程介質(zhì)的流動(dòng)容易達(dá)到湍流(Re≥100),一般有利的是將高粘度或低流量的流體,即低雷諾數(shù)的流體,通過殼程。 相反,如果流體能夠在管側(cè)達(dá)到湍流,則管側(cè)布置是合理的。從壓降的角度來看,一般低雷諾數(shù)的殼程是合理的。
4.終熱交換溫度的確定:熱交換的終溫度一般由工藝過程的需要決定。當(dāng)終換熱溫度可以選擇時(shí),其值對(duì)衛(wèi)生級(jí)管式換熱器是否經(jīng)濟(jì)合理有很大影響。當(dāng)熱流體出口溫度與冷流體出口溫度相等時(shí),熱利用效率高,但有效傳熱溫差小,傳熱面積大。 此外,在確定物流的出口溫度時(shí),不希望出現(xiàn)溫度交叉現(xiàn)象,即熱流體的出口溫度低于冷流體的出口溫度。
5. 設(shè)備結(jié)構(gòu)的選擇:對(duì)于某些工藝條件,應(yīng)首先確定設(shè)備的類型。在衛(wèi)生級(jí)管式換熱器設(shè)計(jì)過程中,強(qiáng)化傳熱的總體目標(biāo)概括為:(1)在給定的傳熱量下,減小換熱器的尺寸;改善現(xiàn)有衛(wèi)生級(jí)管式換熱器的性能;降低流動(dòng)工質(zhì)的溫差;或者降低泵的功率。 傳熱過程是指兩種流體通過硬設(shè)備壁進(jìn)行熱交換的過程。根據(jù)流體的傳熱方式,基本上可以分為不相變和相變兩種類型。在無相變過程強(qiáng)化傳熱技術(shù)的研究中,一般根據(jù)熱阻側(cè)的控制采取相應(yīng)的措施: 例如擴(kuò)大管子的內(nèi)表面或外表面;異物插入管內(nèi);改變管束支撐形式;加入不混溶的低沸點(diǎn)添加劑等方法增強(qiáng)傳熱效果。
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