วิธีปรับขนาดเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเปลือกและท่อสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะ
ในฐานะซัพพลายเออร์ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเชลล์และท่อที่มีประสบการณ์ฉันเข้าใจถึงความสำคัญที่สำคัญของการปรับขนาดหน่วยเหล่านี้อย่างแม่นยำสำหรับการใช้งานเฉพาะ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนขนาดดีไม่เพียง แต่ช่วยให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพที่ดีที่สุดเท่านั้น ในบล็อกนี้ฉันจะแนะนำคุณเกี่ยวกับกระบวนการปรับขนาดเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเชลล์และท่อสำหรับความต้องการเฉพาะของคุณ
ขั้นตอนที่ 1: กำหนดข้อกำหนดของแอปพลิเคชัน
ขั้นตอนแรกและสำคัญที่สุดคือการกำหนดข้อกำหนดของแอปพลิเคชันของคุณอย่างชัดเจน สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการกำหนดประเภทของของเหลวที่เกี่ยวข้องอัตราการไหลอุณหภูมิทางเข้าและทางออกและอัตราการถ่ายเทความร้อนที่ต้องการ
- คุณสมบัติของเหลว: ของเหลวที่แตกต่างกันมีคุณสมบัติทางความร้อนที่แตกต่างกันเช่นความจุความร้อนเฉพาะความหนาแน่นและความหนืด คุณสมบัติเหล่านี้มีผลต่อกระบวนการถ่ายเทความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่นน้ำมีความจุความร้อนที่ค่อนข้างสูงซึ่งหมายความว่าสามารถดูดซับหรือปล่อยความร้อนจำนวนมากด้วยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเล็กน้อย ในทางกลับกันน้ำมันมักจะมีความสามารถในการใช้ความร้อนที่เฉพาะเจาะจงและความหนืดที่สูงขึ้นซึ่งสามารถขัดขวางการถ่ายเทความร้อน
- อัตราการไหล: อัตราการไหลของของเหลวร้อนและเย็นเป็นพารามิเตอร์ที่จำเป็น พวกเขากำหนดปริมาณความร้อนที่สามารถถ่ายโอนต่อหน่วยเวลา อัตราการไหลที่สูงขึ้นมักจะส่งผลให้อัตราการถ่ายเทความร้อนสูงขึ้น แต่พวกเขายังเพิ่มความดันลดลงในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
- ความต้องการอุณหภูมิ: การรู้อุณหภูมิทางเข้าและทางออกของของเหลวทั้งร้อนและเย็นเป็นสิ่งสำคัญ ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างของเหลวทั้งสองคือแรงผลักดันสำหรับการถ่ายเทความร้อน ความแตกต่างของอุณหภูมิที่ใหญ่ขึ้นโดยทั่วไปจะนำไปสู่อัตราการถ่ายเทความร้อนที่สูงขึ้น
ขั้นตอนที่ 2: คำนวณอัตราการถ่ายเทความร้อน
เมื่อคุณกำหนดข้อกำหนดของแอปพลิเคชันขั้นตอนต่อไปคือการคำนวณอัตราการถ่ายเทความร้อน (q) อัตราการถ่ายเทความร้อนสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:
[q = m \ times c_p \ times \ delta t]
โดยที่ (m) คืออัตราการไหลของมวลของของเหลว (c_p) คือความจุความร้อนจำเพาะของของเหลวและ (\ delta t) คือความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างทางเข้าและทางออกของของเหลว
ตัวอย่างเช่นหากคุณกำลังให้ความร้อนจาก (20^{\ circ} c) ถึง (80^{\ circ} c) ด้วยอัตราการไหลของมวล (10 \ kg/s) และความจุความร้อนเฉพาะของน้ำคือ (4.18 \ kj/kg \ cdot K)
(\ delta t = 80 - 20 = 60^{\ circ} c = 60 \ k)
[q = 10 \ kg/s \ times4.18 \ kj/kg \ cdot k \ times60 \ k = 2508 \ kw]
ขั้นตอนที่ 3: กำหนดค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม (U)
ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม (U) เป็นการวัดความสามารถของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในการถ่ายเทความร้อน มันคำนึงถึงความต้านทานความร้อนของผนังท่อชั้นเปรอะเปื้อนบนท่อและเปลือกหอยและค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนทั้งสองด้าน
ค่าของ U ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการรวมถึงประเภทของของเหลวความเร็วการไหลวัสดุหลอดและรูปทรงเรขาคณิตของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ค่าทั่วไปของ U สำหรับแอปพลิเคชันที่แตกต่างกันสามารถพบได้ในคู่มือวิศวกรรมหรือพิจารณาผ่านการทดสอบการทดลอง
ตัวอย่างเช่นในน้ำ - ถึง - เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนน้ำสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวมมีตั้งแต่ (800) ถึง (1,500 \ w/m^{2} \ cdot k) ในขณะที่ก๊าซ - ถึง - เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนของเหลว) อาจต่ำกว่ามาก
ขั้นตอนที่ 4: คำนวณความแตกต่างของอุณหภูมิลอการิทึม (LMTD)
ความแตกต่างของอุณหภูมิเฉลี่ยลอการิทึม (LMTD) ใช้เพื่ออธิบายการเปลี่ยนแปลงของความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างของเหลวร้อนและเย็นตามความยาวของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน สูตรสำหรับ LMTD คือ:
[lmtd = \ frac {\ delta t_1- \ delta t_2} {\ ln (\ frac {\ delta t_1} {\ delta t_2})}]
โดยที่ (\ delta t_1) และ (\ delta t_2) คือความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างของเหลวร้อนและเย็นที่ปลายทั้งสองของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
ตัวอย่างเช่นถ้าของเหลวร้อนเข้ามาที่ (100^{\ circ} c) และใบไม้ที่ (60^{\ circ} c) และของเหลวเย็นเข้ามาที่ (20^{\ circ} c) และใบไม้ที่ (50^{\ circ} c) จากนั้น (\ delta t_1 = 100 - 20 = 80 10^{\ circ} c)
[lmtd = \ frac {80 - 10} {\ ln (\ frac {80} {10})} = \ frac {70} {\ ln (8)} \ Apporx37.8^{\ circ} c]
ขั้นตอนที่ 5: คำนวณพื้นที่ถ่ายเทความร้อน (a)
เมื่อคุณกำหนดอัตราการถ่ายเทความร้อน (q) สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม (U) และความแตกต่างของอุณหภูมิเฉลี่ยลอการิทึม (LMTD) คุณสามารถคำนวณพื้นที่ถ่ายเทความร้อนที่ต้องการ (A) โดยใช้สูตรต่อไปนี้:
[a = \ frac {q} {u \ times lmtd}]
การใช้ค่าจากตัวอย่างก่อนหน้าถ้า (Q = 2508 \ KW = 2508000 \ W), (U = 1,000 \ W/M^{2} \ CDOT K) และ (lmtd = 37.8^{\ circ} c = 37.8 \ k)
[a = \ frac {2508000 \ w} {1000 \ w/m^{2} \ cdot k \ times37.8 \ k} \ ประมาณ 666.3 \ m^{2}]
ขั้นตอนที่ 6: เลือกการกำหนดค่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่เหมาะสม
มีการกำหนดค่าตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเชลล์และท่อหลายประเภทรวมถึงShell Cross Flow และ Tube Heat Exchanger-เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในแนวตั้งของเปลือกหอย, และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเปลือกหอยและท่ออุตสาหกรรม- ทางเลือกของการกำหนดค่าขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ เช่นพื้นที่ว่างอัตราการไหลข้อกำหนดความดันลดลงและลักษณะของของเหลว
- ข้าม - ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนไหล: เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเหล่านี้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ของเหลวหนึ่งมีอัตราการไหลสูงกว่าอีก พวกเขามีการออกแบบที่กะทัดรัดและสามารถให้อัตราการถ่ายเทความร้อนสูง
- เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในแนวดิ่ง: เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในแนวตั้งของเปลือกหอยมักจะใช้เมื่อพื้นที่มี จำกัด หรือเมื่อสามารถใช้แรงโน้มถ่วงเพื่อช่วยในการไหลของของเหลว พวกเขายังเหมาะสำหรับการใช้งานที่ของเหลวมีแนวโน้มสูงในการสร้างตะกอนหรือเปรอะเปื้อน
- เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในอุตสาหกรรม: เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเปลือกหอยและท่ออุตสาหกรรมได้รับการออกแบบมาสำหรับการใช้งานหนัก - หน้าที่ในอุตสาหกรรมเช่นสารเคมีปิโตรเคมีและการผลิตพลังงาน พวกเขาถูกสร้างขึ้นเพื่อทนต่อแรงกดดันอุณหภูมิและสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง
ขั้นตอนที่ 7: พิจารณาความดันลดลง
นอกเหนือจากข้อกำหนดการถ่ายเทความร้อนแล้วยังเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องพิจารณาความดันที่ลดลงในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน แรงดันตกคือความแตกต่างของความดันระหว่างทางเข้าและทางออกของของเหลว การลดลงของแรงดันสูงสามารถเพิ่มกำลังการสูบน้ำที่จำเป็นในการหมุนเวียนของเหลวซึ่งอาจส่งผลให้ต้นทุนการดำเนินงานสูงขึ้น
การลดลงของแรงดันขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการรวมถึงอัตราการไหลเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อความยาวของท่อและจำนวนท่อที่ผ่าน เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องแน่ใจว่าแรงดันตกอยู่ในขอบเขตที่ยอมรับได้สำหรับแอปพลิเคชัน
ขั้นตอนที่ 8: ประเมินค่าใช้จ่ายและการบำรุงรักษา
ในที่สุดเมื่อปรับขนาดเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเปลือกและท่อเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องพิจารณาข้อกำหนดด้านต้นทุนและการบำรุงรักษา ค่าใช้จ่ายของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนรวมถึงค่าใช้จ่ายในการซื้อเริ่มต้นต้นทุนการติดตั้งและค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน ข้อกำหนดการบำรุงรักษารวมถึงการทำความสะอาดการตรวจสอบและการเปลี่ยนชิ้นส่วน
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนขนาดดีที่ออกแบบมาเพื่อการบำรุงรักษาที่ง่ายอาจส่งผลให้ต้นทุนการดำเนินงานลดลงและอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น
โดยสรุปการปรับขนาดเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเชลล์และท่อสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะต้องมีความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับข้อกำหนดของแอปพลิเคชันหลักการถ่ายเทความร้อนและการกำหนดค่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีอยู่ โดยทำตามขั้นตอนที่ระบุไว้ในบล็อกนี้คุณสามารถมั่นใจได้ว่าคุณเลือกตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่เหมาะสมสำหรับความต้องการของคุณ
หากคุณอยู่ในตลาดสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเปลือกและท่อเราอยู่ที่นี่เพื่อช่วย ทีมผู้เชี่ยวชาญของเราสามารถช่วยเหลือคุณในการปรับขนาดและเลือกเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแอปพลิเคชันของคุณ ติดต่อเราเพื่อเริ่มการอภิปรายการจัดซื้อและค้นหาทางออกที่ดีที่สุดสำหรับความต้องการการถ่ายเทความร้อนของคุณ
การอ้างอิง
- Incropera, FP, & Dewitt, DP (2002) พื้นฐานของความร้อนและการถ่ายโอนมวล John Wiley & Sons
- Holman, JP (2002) การถ่ายเทความร้อน McGraw - Hill
- Kern, DQ (1950) กระบวนการถ่ายเทความร้อน McGraw - Hill