Повышение эффективности теплопередачи пластинчатого теплообменника
1. Оптимальное направление конструкции пластинчатого теплообменника.
В последние годы технология пластинчатых теплообменников становится все более зрелой, с высокой эффективностью теплопередачи, небольшими размерами, малым весом, низким коэффициентом загрязнения, простой разборкой, широким разнообразием пластин и широким спектром применений. Он широко используется в отопительной промышленности. По способу сборки пластинчатые теплообменники делятся на съемные, сварные, паяные, пластинчато-кожуховые и т. Д. Поскольку съемный пластинчатый теплообменник легко разбирать и чистить, он может увеличивать или уменьшать площадь теплообменника, и он больше используется в проектах отопления. Съемный пластинчатый теплообменник ограничен термостойкостью прокладки теплообменника и подходит для передачи тепла вода-вода.
Повышение эффективности пластинчатого теплообменника - это комплексный вопрос экономической выгоды, который необходимо определить после технико-экономического сравнения. Одновременно следует учитывать повышение эффективности теплопередачи теплообменника и снижение сопротивления теплообменника, при этом следует разумно выбирать материал пластины теплообменника, материал прокладки теплообменника и метод установки. обеспечить безопасную работу оборудования и продлить срок его использования.
2. Оптимальный метод проектирования пластинчатого теплообменника.
2.1 Повышение эффективности теплопередачи
Пластинчатый теплообменник представляет собой теплообменник типа "стена-стена". Горячая и холодная жидкость передает тепло через пластины теплообменника, и жидкость непосредственно контактирует с пластинами теплообменника. Метод теплопередачи - теплопроводность и конвекционная теплопередача. Ключом к повышению эффективности теплопередачи пластинчатого теплообменника является увеличение коэффициента теплопередачи и средней логарифмической разности температур.
① Для улучшения коэффициента теплопередачи теплообменника можно только увеличить коэффициент поверхностной теплопередачи с обеих сторон пластины одновременно, снизить тепловое сопротивление слоя загрязнения, выбрать пластины теплообменника с высокой теплопроводностью и уменьшить Пластина теплообменника Толщина может эффективно улучшить коэффициент теплопередачи пластинчатого теплообменника.
а. Улучшение коэффициента теплопередачи поверхности пластин теплообменника
Поскольку гофра пластинчатого теплообменника может вызвать турбулентность жидкости при небольшой скорости потока (число Рейнольдса-150), он может получить более высокий коэффициент поверхностной теплопередачи, коэффициент поверхностной теплопередачи и геометрию гофра пластины теплообменника. Структура связана с состоянием потока среды. Форма волны пластин теплообменника может быть в елочку, прямая, сферическая и так далее. После многих лет исследований и экспериментов было обнаружено, что форма гофрированного поперечного сечения имеет треугольную форму (коэффициент теплопередачи синусоидальной поверхности самый большой, перепад давления небольшой, распределение напряжений равномерное под давлением, но обработка сложно?) Пластина в елочку имеет более высокую пропускаемость поверхности. Тепловой коэффициент,
б. Уменьшить термическое сопротивление слоя грязи
Ключом к снижению термического сопротивления слоя загрязнения теплообменника является предотвращение загрязнения пластин теплообменника. Когда толщина загрязнения пластины теплообменника составляет 1 мм, коэффициент теплопередачи снижается примерно на 10%. Поэтому необходимо следить за качеством воды по обеим сторонам теплообменника, чтобы предотвратить загрязнение пластин теплообменника и предотвратить попадание мусора из воды на пластины. Чтобы предотвратить кражу воды и коррозию стальных деталей, некоторые нагревательные элементы добавляют в теплоноситель химикаты. Поэтому необходимо уделять внимание качеству воды и клеям, которые вызывают попадание мусора на пластины теплообменника. Если в воде есть вязкий мусор, для очистки следует использовать специальные фильтры. Выбирая медикаменты,
c. Используйте пластины теплообменника с высокой теплопроводностью.
Материал пластин теплообменника может быть выбран из аустенитной нержавеющей стали, титанового сплава, медного сплава и т. Д. Нержавеющая сталь обладает хорошей теплопроводностью, с теплопроводностью около 14,4 Вт / (м • К), высокой прочностью, хорошей штамповкой. производительность, и его нелегко окислить. Цена ниже, чем у титанового сплава и сплава меди. Он чаще всего используется в теплотехнике, но его низкая стойкость к хлоридно-ионной коррозии.
d. Уменьшить толщину пластины теплообменника
Расчетная толщина пластины теплообменника не имеет ничего общего с ее коррозионной стойкостью, но связана с несущей способностью теплообменника. Пластина теплообменника утолщена, что может улучшить несущую способность пластинчатого теплообменника. Когда используется комбинация пластин типа «елочка», соседние пластины теплообменника переворачиваются вверх дном, и гофры находятся в контакте друг с другом, образуя точку опоры с высокой плотностью и равномерным распределением. Устройство имеет хорошую несущую способность. Максимальная несущая способность съемного пластинчатого теплообменника достигла 2,5 МПа. Толщина пластины теплообменника имеет большое влияние на коэффициент теплопередачи, толщина уменьшается на 0,1 мм, общий коэффициент теплопередачи симметричного пластинчатого теплообменника увеличивается примерно на 600 Вт / (м • К), а у асимметричного теплообменника увеличивается примерно на 500 Вт / (м • К). Исходя из того, что теплообменник выдерживает давление, толщина пластины теплообменника должна быть как можно меньше.
② Увеличьте среднюю логарифмическую разность температур.
В пластинчатых теплообменниках используются противоточные, прямоточные и смешанные потоки (как противоточные, так и прямоточные). При одних и тех же рабочих условиях средняя логарифмическая разница температур является наибольшей в противотоке и наименьшей в потоке ниже по потоку, а структура смешанного потока находится где-то посередине. Метод увеличения средней логарифмической разности температур теплообменника заключается в использовании противоточного или близкого к противотоку смешанного потока, насколько это возможно, повышении температуры текучей среды на горячей стороне в максимально возможной степени и снижении температуры текучей среды. на холодной стороне.
③ Определение положения входных и выходных патрубков
Для пластинчатых теплообменников, расположенных в едином процессе, для простоты обслуживания впускные и выпускные трубы для текучей среды должны быть расположены как можно ближе к неподвижной концевой пластине теплообменника. Чем больше разница температур среды, тем сильнее естественная конвекция жидкости и тем очевиднее влияние зоны застоя. Следовательно, входное и выходное положения среды должны быть расположены в соответствии с горячей текучей средой вверх и вниз и холодной текучей средой входящей и исходящей, чтобы уменьшить влияние застойной зоны. , Повышение эффективности теплопередачи.
2.2 Способы снижения сопротивления пластинчатых теплообменников
Увеличение средней скорости потока среды в проточном канале между пластинами теплообменника может увеличить коэффициент теплопередачи и уменьшить площадь теплообменника. Однако увеличение расхода увеличивает сопротивление теплообменника и увеличивает потребление энергии циркуляционным насосом и стоимость оборудования. Потребляемая мощность циркуляционного насоса пропорциональна третьей мощности среднего расхода. Увеличивать скорость потока для получения чуть более высокого коэффициента теплопередачи неэкономично. Когда поток холодной и горячей среды относительно велик, можно использовать следующие методы для уменьшения сопротивления пластинчатого теплообменника и обеспечения более высокого коэффициента теплопередачи.
① Принять термосмесительную пластину
Геометрическая структура гофра на обеих сторонах пластины для смешивания тепла одинакова. Пластины теплообменника делятся на твердые пластины (H) и мягкие пластины (L) в зависимости от угла гофрирования в елочку. Угол (обычно 120. О) больше 90. Это жесткая доска, а включенный угол (обычно 70. О) меньше 90. Для мягкой доски. Коэффициент поверхностной теплопередачи твердой пластины термической смесительной пластины высокий, сопротивление жидкости велико, в то время как мягкая пластина наоборот. Комбинация твердой доски и мягкой доски может формировать высокие (HH), средние (HL) и низкие (LL) бегуны для удовлетворения потребностей различных рабочих условий.
Когда поток холода и теплоносителя относительно велик, использование пластины для смешивания тепла может уменьшить площадь пластины, чем симметричный однопроцессорный теплообменник. Диаметр отверстий на горячей и холодной сторонах плиты для горячего смешивания обычно одинаков. Когда соотношение потоков холодной и горячей среды слишком велико, потеря давления отверстий на стороне холодной среды велика. Кроме того, трудно добиться точного согласования с технологией проектирования пластин термического смешивания, что часто приводит к ограниченной экономии площади пластины. Следовательно, не рекомендуется использовать плиту для горячего смешивания, когда соотношение потоков холода и теплоносителя слишком велико.
② Принять асимметричный пластинчатый теплообменник
Симметричный пластинчатый теплообменник состоит из пластин с одинаковой гофрированной геометрией с обеих сторон пластин теплообменника, образующих пластинчатый теплообменник с равными площадями поперечного сечения холодных и горячих каналов. Асимметричные пластинчатые теплообменники (с неравной площадью поперечного сечения) изменяют волновую геометрию двух сторон пластины в соответствии с характеристиками теплопередачи и требованиями к перепаду давления холодной и горячей жидкости, чтобы сформировать пластинчатый теплообменник с неравными площадями поперечного сечения. холодных и горячих желобов, входной диаметр на стороне широкого желоба больше. Коэффициент теплопередачи асимметричного пластинчатого теплообменника немного уменьшается, а падение давления значительно уменьшается. Когда поток холода и теплоносителя относительно велик,
③ Принять многопроцессорную комбинацию
Когда скорость потока холода и теплоносителя велика, может использоваться комбинация нескольких процессов, и больше процессов используется на стороне небольшого потока, чтобы увеличить скорость потока и получить более высокий коэффициент теплопередачи. На стороне большого потока используется меньше процессов для уменьшения сопротивления пластинчатого теплообменника. Смешанные режимы течения возникают в сочетании нескольких процессов, а средняя разница температур теплопередачи немного ниже. И неподвижная концевая пластина, и подвижная концевая пластина пластинчатого теплообменника используют комбинацию нескольких процессов, что требует большого объема работ во время технического обслуживания.
④ Установите байпасную трубу теплообменника.
Когда поток холода и теплоносителя относительно велик, между входом и выходом теплообменника со стороны большого потока может быть установлена байпасная труба, чтобы уменьшить поток в теплообменник и уменьшить сопротивление. Для облегчения регулировки на байпасной трубе следует установить регулирующий клапан. В этом методе должно использоваться противоточное устройство, чтобы повысить температуру холодной среды, выходящей из пластинчатого теплообменника, и гарантировать, что температура холодной среды после слияния выходного отверстия теплообменника может соответствовать проектным требованиям. Обводная труба теплообменника может гарантировать, что теплообменник имеет более высокий коэффициент теплопередачи и снижает сопротивление теплообменника, но регулировка немного сложнее.
⑤ Выбор формы пластинчатого теплообменника
Средняя скорость потока среды в проточном канале между пластинами теплообменника предпочтительно составляет от 0,3 до 0,6 м / с, а сопротивление предпочтительно составляет не более 100 кПа. В зависимости от соотношения потоков холода и теплоносителя выбираются разные формы пластинчатых теплообменников.
2.3 Материал прокладки теплообменника и способ установки
① Подбор материала
В пластинчатом теплообменнике вода-вода холодная и горячая среды не вызывают коррозии прокладки теплообменника. Ключом к выбору материала прокладки теплообменника являются термостойкость и герметичность. Материал прокладки теплообменника можно выбрать в соответствии с литературой.
② Выбор способа установки
Обычно используемые методы установки прокладок теплообменника - приклеиваемый и защелкивающийся. Тип соединения: когда пластинчатый теплообменник собран, прокладка теплообменника вклеивается в уплотнительную канавку пластины теплообменника. Защелкивающийся тип заключается в использовании прокладки теплообменника и защелкивающейся конструкции на краю пластины для фиксации прокладки теплообменника в уплотнительной канавке пластины теплообменника при сборке пластинчатого теплообменника. Из-за небольшой нагрузки на защелкивающуюся установку скорость повреждения прокладки теплообменника низкая, когда пластинчатый теплообменник разбирается, и в клее нет хлорид-иона, который может содержаться в клее, вызывая коррозию пластин теплообменника, так что используется больше.
2.4 Разумный выбор материала пластин теплообменника
Явление коррозионного разрушения пластин из нержавеющей стали может вызвать коррозию долота, щелевую коррозию, коррозию под напряжением, межкристаллитную коррозию, равномерную коррозию и т. Д., А вероятность коррозии под напряжением относительно высока.
