A csőhőcserélő méretezése kulcsfontosságú lépés az optimális teljesítmény biztosításában a különféle ipari alkalmazásokhoz. Csőhőcserélő -beszállítóként számos olyan ügyféllel foglalkoztam, akik gyakran összezavarodnak arról, hogyan lehet ezeket az alapvető berendezéseket helyesen méretezni. Ebben a blogban a folyamatot egyszerű lépésekre bontom, és megosztom néhány tippet, hogy segítsen jól megszerezni.
Az alapok megértése
Mielőtt belemerülnénk a méretezési folyamatba, gyorsan menjünk át, mi a csőhőcserélő. Alapvetően ez egy olyan eszköz, amely hőt továbbít két folyadék között - az egyik a csövek belsejében áramlik, a másik a csöveken kívül, a héjban. Különböző típusú csőhőcsereszelők vannak, például aHéj és cső típusú hőcserélő,Elmerült kígyócső típusú hőcserélő, ésDupla cső lemez hőcserélő- Minden típusnak megvannak a saját előnyei, és egyedi alkalmazásokhoz alkalmasak.
1. lépés: Határozza meg a hőátadási sebességet
Az első dolog, amit ki kell találnia, az, hogy mennyi hőt kell áthelyezni. Ezt a hőátadási sebességnek nevezzük, amelyet általában watt (W) vagy brit termikus egységekben (BTU/HR) mérnek. Ennek kiszámításához tudnia kell az áramlási sebességet, a specifikus melegítéseket és a két érintett folyadék hőmérsékleti változásait.
A hőátadási sebesség (q) képlete:
Q = m * cp * Δt
Ahol:
- m a folyadék tömegáramának sebessége (kg/s vagy lb/óra)
- A CP a folyadék fajlagos hőkapacitása (j/kg · k vagy btu/lb · ° f)
- Δt a folyadék (k vagy ° F) hőmérsékleti változása
Tegyük fel például, hogy van egy olyan folyamat, ahol a vizet 20 ° C -tól 80 ° C -ig melegítik 10 kg/s áramlási sebességgel. A víz fajlagos hőkapacitása körülbelül 4,18 kJ/kg · k. A képlet használatával kiszámolhatjuk a hőátadási sebességet:
Q = 10 kg/s * 4,18 kJ/kg · k * (80 ° C - 20 ° C)
Q = 10 kg/s * 4,18 kJ/kg · k * 60 K
Q = 2508 kJ/s vagy 2508000 W
2. lépés: Számítsa ki a logaritmikus átlaghőmérsékleti különbséget (LMTD)
Az LMTD a két folyadék közötti átlaghőmérsékleti különbség mérését jelenti a hőcserélő hosszában. Fontos tényező a hőcserélő méretének meghatározásában.
Az LMTD képlete:
Lmtd = (Δt1 - Δt2) / ln (Δt1 / Δt2)
Ahol:
- ΔT1 a hőcserélő egyik végén a meleg és a hideg folyadékok hőmérsékleti különbsége
- ΔT2 a hőcserélő másik végén lévő meleg és hideg folyadékok hőmérsékleti különbsége
Tegyük fel, hogy a forró folyadék belép a hőcserélőbe 100 ° C -on, és 60 ° C -on távozik, míg a hideg folyadék 20 ° C -on belép, és 80 ° C -on távozik.
ΔT1 = 100 ° C - 20 ° C = 80 ° C
ΔT2 = 60 ° C - 80 ° C = -20 ° C (az abszolút értéket vesszük, tehát ΔT2 = 20 ° C)
LMTD = (80 ° C - 20 ° C) / Ln (80 ° C / 20 ° C)
LMTD = 60 ° C / LN (4)
LMTD ≈ 43,28 ° C
3. lépés: Határozza meg a teljes hőátadási együtthatót (U)
A teljes hőátadási együttható (U) a hőcserélő képességét képviseli a hő átvitelére. Számos tényezőtől függ, például a folyadék típusától, a csövek és a héj anyagától, valamint az áramlási körülményektől.
Az U értéke az irodalomból, a kísérleti adatokból vagy a korrelációk felhasználásával szerezhető be. Például egy héj és cső hőcserélő esetében mindkét oldalon vízzel, az U érték 800-1500 W/m² · k lehet.
4. lépés: Számítsa ki a hőátadási területet (A)
Miután megkapta a hőátadási sebességet (Q), az LMTD -t és a teljes hőátadási együtthatót (U), a következő képlet segítségével kiszámíthatja a szükséges hőkezelő területet (a):
A = q / (u * lmtd)
Az előző példáink értékeinek felhasználása:
A = 2508000 W / (1000 W / m² · K * 43,28 K)
A ≈ 57,95 m²
5. lépés: Válassza ki a cső méreteit és a konfigurációt
Most, hogy ismeri a szükséges hőátadási területet, ki kell választania a megfelelő csőméreteket és a konfigurációt. Ez magában foglalja a cső átmérőjét, hosszát és számát.
Az egyetlen cső hőátadási területe a képlet segítségével kiszámítható:
Stop = π * d * l
Ahol:
- D a cső külső átmérője
- L a cső hossza
Tegyük fel, hogy olyan csöveket választ, amelyek külső átmérője 25 mm (0,025 m) és 3 m hosszú. Az egyetlen cső hőátadási területe:
Atube = p * 0,025 m * 3 m
Atube ≈ 0,236 m²
A szükséges csövek számának megtalálásához ossza meg a teljes hőátadási területet egyetlen cső hőátadási területével:
Csövek száma = A / atube
Csövek száma = 57,95 m² / 0,236 m²
Csövek száma ≈ 246
6. lépés: Vegye figyelembe más tényezőket
A fenti számítások mellett vannak más tényezők is, amelyeket figyelembe kell venni a csőhőcserélő méretezéséhez:
- Nyomásesés: Gondoskodnia kell arról, hogy a hőcserélő nyomásesése elfogadható határokon belül legyen. A magas nyomású cseppek megnövekedhetnek a szivattyúzási költségekhez és a rendszer hatékonyságához.
- Megfagyás: Az idő múlásával a lerakódások felépülhetnek a csőfelületekre, csökkentve a hőátadási hatékonyságot. A szennyeződést úgy kell figyelembe vennie, ha a számításokban egy szennyeződés tényezőt használ.
- Anyagi kompatibilitás: A csövek és a héj anyagainak kompatibilisnek kell lenniük a korrózió és más kémiai reakciók megelőzésére alkalmazott folyadékokkal.
Következtetés
A csőhőcserélő méretezése egy összetett folyamat, amely a különféle tényezők gondos megfontolását igényli. A blogban vázolt lépéseket követve biztosíthatja, hogy az alkalmazásához a megfelelő méretű hőcserélőt válassza ki.
Ha még mindig nem biztos benne, hogyan lehet méretezni egy csőhőcserélőt, vagy segítségre van szüksége az Ön igényeinek megfelelő típus kiválasztásában, ne habozzon elérni. Csőhőcserélő -beszállítóként szakértelemmel és tapasztalattal rendelkezem, hogy segítsek a legjobb döntés meghozatalában. Vegye fel velünk a kapcsolatot, hogy megvitassa az Ön igényeit és megkezdje a beszerzési folyamatot.
Referenciák
- Incropera, FP, DeWitt, DP, Bergman, TL és Lavine, AS (2007). A hő és a tömegátadás alapjai. John Wiley & Sons.
- Shah, RK és Sekulic, DP (2003). A hőcserélő kialakításának alapjai. John Wiley & Sons.
