Как спроектировать кожухотрубный теплообменник?

Расчет конструкции кожухотрубного теплообменника включает в себя несколько этапов. Вот общий обзор процесса:

1. Определите тепловую нагрузку: начните с определения требуемой скорости теплопередачи или тепловой нагрузки (Q) теплообменника. Это может быть основано на требованиях конкретного приложения или процесса.

2. Определите свойства жидкости: Определите свойства горячей жидкости (температура на входе, температура на выходе, скорость потока, удельная теплоемкость и плотность) и холодной жидкости (те же свойства), участвующих в процессе теплообмена.

3. Выберите кожухотрубную конструкцию: выберите подходящую кожухотрубную конструкцию, исходя из таких факторов, как ограничения перепада давления, склонность к загрязнению, простота обслуживания и общая эффективность. Общие конструкции включают конструкции с фиксированной трубной решеткой, U-образной трубкой и плавающей головкой.

4. Определите общий коэффициент теплопередачи (U). Общий коэффициент теплопередачи представляет собой эффективность теплообменника в передаче тепла между горячей и холодной жидкостью. Он рассчитывается с использованием комбинации индивидуальных коэффициентов пленки для жидкостей внутри и снаружи труб, а также термического сопротивления стенок труб.

5. Определить площадь теплоотдачи со стороны трубки: Требуемую площадь теплоотдачи со стороны трубки рассчитайте по формуле:

   А = Q/(U × ΔTm)

где A — площадь теплопередачи, Q — тепловая нагрузка, U — общий коэффициент теплопередачи, а ΔTm — средняя логарифмическая разность температур (LMTD). LMTD зависит от разницы температур между горячей и холодной жидкостью в различных точках по длине теплообменника.

6. Выберите размер и расположение трубки. Определите диаметр и длину трубки с учетом таких факторов, как ограничения по перепаду давления, ограничения скорости жидкости и соображения загрязнения. Также определитесь со схемой расположения трубок, например, с треугольным или квадратным шагом.

7. Проверьте скорость потока со стороны трубки. Убедитесь, что скорость потока со стороны трубки находится в допустимых пределах, чтобы предотвратить чрезмерное падение давления или проблемы с потоком. Рекомендуемый диапазон обычно составляет 1–3 м/с для потоков жидкости и 10–20 м/с для потоков газа.

8. Проверьте падение давления на стороне трубы: рассчитайте падение давления на стороне трубы, используя эмпирические корреляции или подробный анализ потока. Убедитесь, что падение давления находится в допустимых пределах, соответствующих требованиям системы.

9. Определите площадь теплопередачи со стороны корпуса: рассчитайте необходимую площадь теплопередачи со стороны корпуса на основе площади теплопередачи со стороны трубки, коэффициентов загрязнения и общего коэффициента теплопередачи.

10. Выберите размер и компоновку корпуса. Выберите подходящий диаметр и длину корпуса с учетом таких факторов, как ограничения перепада давления, доступное пространство и производственные соображения.

11. Проверьте скорость потока со стороны корпуса. Убедитесь, что скорость потока со стороны корпуса находится в допустимых пределах, чтобы предотвратить чрезмерный перепад давления или проблемы с потоком. Рекомендуемый диапазон обычно составляет 0,1–0,3 м/с для потоков жидкости и 0,2–1 м/с для потоков газа.

12. Проверьте падение давления на стороне корпуса: рассчитайте падение давления на стороне корпуса, используя эмпирические корреляции или подробный анализ потока. Убедитесь, что падение давления находится в допустимых пределах, соответствующих требованиям системы.

13. Спроектируйте трубные решетки, перегородки и опоры. Спроектируйте трубные решетки, перегородки и опорные конструкции так, чтобы они выдерживали давление, температуру и механические напряжения, возникающие во время работы.

14. Выполняйте итеративные расчеты: итеративно корректируйте размеры труб и кожухов, а также другие параметры конструкции, чтобы обеспечить желаемую площадь теплопередачи, перепад давления и другие требования к производительности.

Важно отметить, что расчет конструкции кожухотрубного теплообменника может быть сложным и может потребовать детальных знаний принципов теплопередачи, механики жидкости и теплотехники. Подумайте о том, чтобы обратиться к специализированной литературе, инженерным нормам или обратиться за помощью.

Кожухотрубный теплообменник