Beginselen van de warmtewisselaar

Definitie van warmtewisselaar

  De warmtewisselaar is een apparaat dat een deel van de warmte van de hete vloeistof overbrengt naar de koude vloeistof, dat wil zeggen een grote gesloten container wordt gevuld met water of andere media,en er lopen buizen door de containerLaat heet water door de leidingen stromen.

Door het temperatuurverschil tussen het water in de buis en het warme en koude water in de container, zal er warmte-uitwisseling plaatsvinden.Hoge temperatuurwarmte wordt altijd naar lage temperatuur vervoerd, zodat de warmte van het water in de leiding kan worden uitgewisseld met het koude water in de container.

Indeling en structuur van warmtewisselaars

Warmtewisselaars kunnen worden onderverdeeld in:

Koeler, condensator, verwarmer, warmtewisselaar, reboiler, stoomgenerator, afvalwarmte (of afvalwarmte) ketel.

Volgens de warmte-uitwisselingsmethode kan het worden onderverdeeld in:

Directcontactwarmtewisselaars (ook wel hybride warmtewisselaars genoemd), regeneratieve warmtewisselaars en warmtewisselaars met splitsingswand.

Hieronder worden hoofdzakelijk warmtewisselaars geïntroduceerd die zijn ingedeeld volgens warmtewisselaarmethoden:

1) Direct contactwarmtewisselaar

Directcontactwisselaars zijn afhankelijk van direct contact tussen koude en hete vloeistoffen voor warmteoverdracht.Deze warmteoverdracht methode voorkomt vuil en thermische weerstand op de warmteoverdracht scheidingswand en beide zijdenZolang het contact tussen de vloeistoffen goed is, zal er een grotere warmteoverdracht plaatsvinden.

Daarom kunnen hybride warmtewisselaars worden gebruikt waar vloeistoffen zich met elkaar mogen mengen, zoals gaswassen en koelen, circulerende waterkoeling, stoom-water gemengde verwarming,stoomcondensatieDe toepassingen strekken zich uit over chemische en metallurgische ondernemingen, energie- en airconditioningtechniek en vele andere productiesectoren.

De meest gebruikte hybride warmtewisselaars zijn: koeltorens, gasreinigers, straalwarmtewisselaars en hybride condensatoren.

2) regeneratieve warmtewisselaar

Een regeneratieve warmtewisselaar is een apparaat dat wordt gebruikt voor regeneratieve warmtewisseling.

Over het algemeen wordt het vuurrooster gebouwd met vuurvaste bakstenen (soms metalen gegolfde riemen, enz.) worden gebruikt.

De warmtewisseling vindt in twee fasen plaats.

In de eerste fase gaat het hete gas door het vuurnet, brengt het warmte naar het vuurnet en slaat het op.

In de tweede fase gaat het koude gas door het vuurnet en wordt het verwarmd door de in het vuurnet opgeslagen warmte te ontvangen.

Deze twee fasen vinden afwisselend plaats. Gewoonlijk worden twee regeneratoren afwisselend gebruikt, dat wil zeggen wanneer warm gas in het ene apparaat komt, komt koud gas het andere apparaat binnen.met een vermogen van niet meer dan 50 W.

Het wordt ook gebruikt in de chemische industrie, zoals luchtvoorverwarmers of verbrandingskamers in gasovens en regeneratieve krakenovens in kunstmatige aardolie-installaties.

3) Warmtewisselaar van de wand

In dit type warmtewisselaar worden de hete en koude vloeistoffen gescheiden door een metaal, zodat de twee vloeistoffen niet mengen en warmte overdragen.

In de chemische productie kunnen hete en koude vloeistoffen vaak niet rechtstreeks in contact komen, dus de verdelingswandwarmtewisselaar is de meest gebruikte warmtewisselaar.

Hieronder wordt hoofdzakelijk kennis genomen van de indeling van warmtewisselaars voor de verdelingswand:

a) Warmtewisselaar met jas

Dit type warmtewisselaar wordt vervaardigd door een mantel aan de buitenwand van de container te plaatsen en heeft een eenvoudige structuur.het verwarmingsoppervlak wordt beperkt door de containerwand en de warmteoverdracht is niet hoog.

Om de warmteoverdrachtscoëfficiënt te verbeteren en de vloeistof in de ketel gelijkmatig te verwarmen, kan in de ketel een roermachine worden geïnstalleerd.

Wanneer koelwater of verwarmingsmiddel zonder faseverandering in de jas wordt ingevoerd,Spiraalvormige afschermingen of andere maatregelen om de turbulentie te verhogen, kunnen ook in de jas worden geïnstalleerd om de warmteoverdrachtscoëfficiënt aan één kant van de jas te verhogen..

Om het gebrek aan warmteoverdrachtsoppervlak te compenseren, kunnen ook in de ketel gespelde buizen worden geïnstalleerd.

Warmtewisselaars met jassen worden veel gebruikt voor het verwarmen en koelen van reactieprocessen.

b) Warmtewisselaar met slangbuis

De warmtewisselaar van de gewikkelde buis is verder onderverdeeld in een ondergedompelde gewikkelde warmtewisselaar en een gespoten gewikkelde warmtewisselaar van de gewikkelde buis.

Slangenbuizen zijn meestal gemaakt van metalen buizen die in verschillende vormen gebogen zijn die geschikt zijn voor de container en ondergedompeld zijn in de vloeistof in de container.

De voordelen zijn: eenvoudige structuur, hoge druk en corrosiebestendig materiaal.

Nadelen: De vloeistof turbulentie in de container is laag en de warmteoverdrachtscoëfficiënt buiten de buis is klein.

Bevestig de warmtewisselaars in rijen op het stalen frame.

Warme vloeistof stroomt door de buis en koelwater wordt gelijkmatig over het apparaat gegoten.

Voordelen: de hete vloeistof stroomt door de buis en het koelwater stroomt gelijkmatig over het apparaat.dus het warmte-overdracht effect van de spuitwarmtewisselaar is beter dan die van de ondergedompelde spoelwarmtewisselaar.

Het moet echter in de open lucht worden geplaatst, omdat het een groot gebied inneemt en water gemakkelijk in de omgeving spat, waardoor het onhandig is om het te gebruiken.

c) Warmtewisselaar met jas

Omdat de vloeistofsnelheid binnen en buiten de buis groter is, kunnen koude en hete vloeistoffen in pure tegenstroom stromen.dus hun warmteoverdracht coëfficiënt is groot en het warmteoverdracht effect is goedDe meest gebruikte waterverwarming is een eenvoudige warmtewisselaar.

d) Schelpen- en buiswarmtewisselaar

De warmtewisselaars met schelpen en buizen zijn de meest typische warmtewisselaars voor de wandwand.

De warmtewisselaar bestaat voornamelijk uit een schil, een buisbundel, een buisplaat en een kop.en beide uiteinden van de buisbundel zijn bevestigd op de buisplaat.

Er zijn twee soorten vloeistoffen die warmte uitwisselen in een warmtewisselaar: de ene stroomt in de buis, en de slag wordt de buiszijde genoemd; de andere stroomt buiten de buis,en zijn slag wordt de schelpzijde genoemdHet wandoppervlak van de buisbundel is het warmteoverdrachtoppervlak.

Om de warmteoverdrachtscoëfficiënt van de vloeistof buiten de buis te verbeteren, worden doorgaans een bepaald aantal transversale buffers in de schelp geïnstalleerd.

De buffers voorkomen niet alleen kortsluiting en verhogen de snelheid.maar ook dwingen de vloeistof om kruis-stroom door de buis bundel meerdere malen volgens het voorgeschreven padEr zijn twee veelgebruikte deflectoren: rondvormig en schijfvormig (zoals in de onderstaande figuur weergegeven).

Elke keer dat de vloeistof door de buisbundel in de buis gaat, wordt een buispass genoemd, en elke keer dat de vloeistof door de shell gaat, wordt een shellpass genoemd.

Om de snelheid van de vloeistof in de pijp te verhogen, kunnen aan beide uiteinden passende afschermingen in de koppen worden geïnstalleerd om alle pijpen gelijkmatig in verschillende groepen te verdelen.

Op deze manier kan de vloeistof slechts een deel van de buizen passeren en meerdere keren tegelijk terugkeren naar de buizenbundel, wat multi-buispass wordt genoemd.

Om de doorstroming buiten de buis te verhogen, kunnen in de schelp ook longitudinale buffers worden geïnstalleerd zodat de vloeistof meerdere malen door de schelpruimte kan gaan.Dat heet multi-shell pass..

In een warmtewisselaar met schil en buis zijn de temperaturen van de schil en de buisbundel eveneens verschillend vanwege de verschillende temperaturen van de vloeistof in en buiten de buis.Als het temperatuurverschil tussen de twee groot is, zal in de warmtewisselaar een grote thermische spanning optreden, waardoor de buizen kunnen buigen, breken of los raken van het buisplaatje.

Wanneer het temperatuurverschil tussen de buisbundel en de schelp dus meer dan 50°C bedraagt,Er moeten passende compensatiemaatregelen voor temperatuurverschillen worden genomen om thermische stress te elimineren of te verminderen..

Compensatiemethode:

Bevestig een uitbreidingsring aan de bekleding of gebruik een U-vormige buiswarmtewisselaar en een zwevende kopwarmtewisselaar.

¥ Vaste buisplaatwarmtewisselaar

Wanneer het temperatuurverschil tussen hete en koude vloeistoffen niet groot is, kan een vaste buisplaatwarmtewisselaar worden gebruikt.

Het heeft een eenvoudige structuur en lage kosten, maar het is moeilijk te reinigen en is niet geschikt voor vloeistoffen die gevoelig zijn voor schubben en vloeistoffen met grote temperatuurverschillen.

Als het temperatuurverschil niet erg groot is, kan een vaste buisplaatwarmtewisselaar met een compensatiering worden gebruikt.

e) Plaatwarmtewisselaar

De plaatwarmtewisselaar bestaat uit een reeks rechthoekige dunne metalen warmteoverdrachtplaten, die aan de beugel worden vastgeklemd en met een frame worden gemonteerd.

De randen van twee aangrenzende platen zijn bekleed met pakkingen (van verschillende rubberen of samengeperst asbest, enz.) voor compressie.Er zijn ronde gaten in de vier hoeken van de platen om vloeistofkanalen te vormen.

Het verschil tussen een plaatwarmtewisselaar en een warmtewisselaar voor schalen en buizen:

a.Hoge warmteoverdrachtscoëfficiënt

Aangezien verschillende golfplaten met elkaar worden omgekeerd om een complex stroomkanaal te vormen, stroomt de vloeistof in een roterende driedimensionale manier in het stroomkanaal tussen de golfplaten,De coëfficiënt is hoog en wordt over het algemeen beschouwd als 3 tot 5 keer hoger dan bij de schil en buis.

b. het logaritmische gemiddelde temperatuurverschil is groot en het terminale temperatuurverschil is klein.

In de warmtewisselaar van de schelp en van de buis stromen de twee vloeistoffen respectievelijk aan de buiszijde en aan de schelpzijde.en de logaritmische gemiddelde temperatuurverschilcorrectiecoëfficiënt is kleinDe plaatwarmtewisselaar heeft echter meestal een gelijkstroom- of tegenstroomstroomstand. , en de correctiecoëfficiënt is meestal rond 0.95Bovendien is de stroom van koude en hete vloeistoffen in de plaatwarmtewisselaar parallel aan het oppervlak van de warmtewisselaar en is er geen zijdelingse stroom.het temperatuurverschil aan het einde van de plaatwarmtewisselaar is klein, en de warmte-uitwisseling met water kan lager zijn dan 1°C, terwijl de warmtewisselaars in schalen en buizen over het algemeen 5°C zijn.

c. Kleine voetafdruk

De plaatwarmtewisselaar heeft een compacte structuur en het warmtewisselaar gebied per volume-eenheid is 2 tot 5 keer groter dan dat van het schild- en buistype.met een vermogen van meer dan 50 W,De oppervlakte van de warmtewisselaar is ongeveer 1/5~1/8 van de warmtewisselaar voor schalen en buizen.

d. Gemakkelijk te wijzigen warmtewisselaar of procescombinatie

Zolang er een paar platen worden toegevoegd of verwijderd, kan het warmte-uitwisselingsgebied worden verhoogd of verminderd; door de platenopstelling te wijzigen of een paar platen te vervangen,de vereiste procescombinatie kan worden bereikt en aangepast aan nieuwe warmte-uitwisselingsomstandighedenHet is bijna onmogelijk om het warmteoverdrachtsgebied van schelpenwarmtewisselaars te vergroten

e.Lichtgewicht

De dikte van de platen van de plaatwarmtewisselaar is slechts 0,4 ~ 0,8 mm, terwijl de dikte van de warmtewisselaarbuizen van de schelp en de tubewarmtewisselaar 2,0 ~ 2,5 mm is.De schelp van de schelp en buis type is veel zwaarder dan het frame van de plaat warmtewisselaar. , Plaatwarmtewisselaars zijn over het algemeen slechts ongeveer 1/5 van het gewicht van schelpen- en buiswarmtewisselaars.

f. Lage prijs

Met dezelfde materialen en hetzelfde warmtewisselaaroppervlak is de prijs van plaatwarmtewisselaars ongeveer 40% tot 60% lager dan die van schelpen- en buiswarmtewisselaars.

g. Makkelijk te maken

De warmteoverdrachtplaten van platenwarmtewisselaars worden met een hoge mate van standaardisatie gestempeld en verwerkt en kunnen in grote hoeveelheden worden geproduceerd.Schelpen- en buiswarmtewisselaars worden over het algemeen met de hand gemaakt.

h. Makkelijk schoon te maken

Zolang de compressiebouten van de raamplaatwarmtewisselaar los zijn, kunnen de plaatbundels los worden gemaakt en kunnen de platen voor mechanische reiniging worden verwijderd.Dit is zeer handig voor het warmte-uitwisselingsproces dat regelmatige reiniging van de apparatuur vereist.

i. Klein warmteverlies

In plaatwarmtewisselaars wordt alleen de schilplaat van de warmteoverdrachtplaat aan de atmosfeer blootgesteld, zodat het warmteverlies verwaarloosbaar is en geen isolatiemaatregelen nodig zijn.Schelpen- en buiswarmtewisselaars hebben grote warmteverliezen en vereisen thermische isolatie.

j. Kleine capaciteit

De drukverlies per eenheid lengte is groot.Aangezien de kloof tussen de warmteoverdrachtoppervlakken klein is en de warmteoverdrachtoppervlakken concave en convex zijn, is het drukverlies groter dan bij traditionele gladde buizen.

k. Niet gemakkelijk op te schalen

Door voldoende interne turbulentie is het niet gemakkelijk om te schalen en is de schaalcoëfficiënt slechts 1/3 ~ 1/10.k van die van een schelp- en buiswarmtewisselaar.,De warmtewisselaar is afgesloten met een pakking, de werkdruk mag over het algemeen niet hoger zijn dan 2,5 MPa,en de gemiddelde temperatuur moet lager zijn dan 250°C, anders kan er een lek ontstaan.

Makkelijk te blokkeren.

Aangezien de kanalen tussen de platen zeer smal zijn, meestal slechts 2 tot 5 mm, wanneer het warmtewisselaar medium grotere deeltjes of vezels bevat,het is gemakkelijk om de kanalen tussen de platen te blokkeren.