Проектирование теплообменники пластинчатые и рамки тепла

Теплообменники

COMPACT ТЕПЛООБМЕННИКИ - Часть 1:

С помощью этих создавать графики для предварительной калибровки.

Принимая во внимание имеющиеся технологии теплообменника в самом начале процесса проектирования (в стадии процесса синтеза) не является общей практикой. В самом деле, процедуры, установленные в некоторых компаниях препятствует ему. Например, некоторые продавцы, "кошмар" является, чтобы иметь дело с одним поставщиком - вместо этого они хотят общие спецификации, которые могут быть направлены всем поставщикам оборудования, в ошибочном убеждении, что они затем, работающих на "равные условия игры. "

Это упущение является неудачным, но дорого. Это приводит к неоправданным расходам капитала и к снижению эффективности использования энергии. Это также препятствует развитию энергосберегающих технологий.

Пинч-анализ является ключевым инструментом, используемым инженерам разрабатывать технологические схемы энергоемких процессов, где выбор теплообменник имеет особое значение. Тем не менее, этот инструмент препятствует принятию более прогрессивный подход, из-за способа это ограничивается только традиционными теплообменниками.

Многие статьи были опубликованы о преимуществах компактных теплообменников. Короче говоря, их более высокой теплоотдачи коэффициентов, компактные размеры, экономичность, а также уникальная возможность управлять загрязнения жидкости делает их хорошим выбором для многих услуг.

Теплообменника и рамки тепла (рис. 1) состоит из штампованной, гофрированные металлические листы, установленного между толстыми, кадр из углеродистой стали. Каждый канал пластины потоком запечатывается с прокладкой под сварку или переменного сочетание 2. Это не редкость для теплообменников пластинчатых и рамки тепла иметь общие коэффициенты теплообмена в три-четыре раза, которые содержатся в обменники кожухотрубный тепло.

Это три части серии очертания упущенных возможностях и важность правильного подбора теплообменника. В этой статье рассматриваются некоторые общие аспекты теплообменники пластинчатые и рамки тепла, излагаются процедуры для точной оценки требуется области, и показывает, как эти единицы могут быть использованы для упрощения процессов. Часть 2 (которая появится в следующем месяце) охватывает интеграции пластины и рамки теплообменники (и другими компактными технологиями) в щепотку анализа для новых заводов, а часть 3 (которая также появится в следующем месяце) сделок с применением пластинчатых и- кадр теплообменников и щепотку технологии модернизации.

Указание теплообменники пластинчатые и рамки тепла

Инженеры часто не понимают различия между технологиями передачи тепла при подготовке спецификацией должна быть направлена на производителей различных типов теплообменников. Рассмотрим следующий пример.

Процесс потока должна быть охлаждены с водяным охлаждением до его передачи на хранение. Поток требует C276, дорогие-никелевый сплав, для защиты от коррозии, это металлургия делает поток кандидата tubeside в теплообменник кожухотрубный. Охлаждающей воды можно получить на 80 градусов F и должны быть возвращены при температуре не выше 115 град E технолог понимает, что с воды уделяется shellside, больше Расходы, приведенные повысит коэффициент теплоотдачи. Основой для цитату теплообменник был указан, как показано в таблице. По расчетам инженеров, которые эти основные параметры должны привести к хорошим дизайном корпуса и трубы, которая использует минимальное количество материала, C276.

Типичным теплообменника и рамки предназначены для удовлетворения спецификации бы около 650 м ^ 2 ^ SUP области, по сравнению с примерно 420 м ^ 2 ^ SUP для обменника корпуса и трубы. Пластины и - рама, направленных на единицу выше спецификации ограничивается допустимый перепад давления на охлаждающей воды. Если расход охлаждающей воды снижается до 655 л / мин, а температура воды на выходе позволила подняться до 115 град F, теплообменника и рамки тепла будет содержать около 185 м ^ 2 ^ SUP области. Единицы меньше и дешевле, и использует меньше воды. Груз должен быть передан градирни то же самое.

С обменников кожухотрубный тепло, увеличивая поток воды позволит свести к минимуму поверхность теплообмена. Однако, с компактными технологиями, эффект прямо противоположный. Чем больше воды на самом деле подъезжает стоимость единицы.

Вместо того, чтобы поставки жестких спецификаций для всех производителей теплообменник, инженер должен был объяснить цель процесса потока. Это могло быть в форме следующее заявление: "Процесс потока должна быть охлажденной с водяным охлаждением. До 2000 л / мин воды можно получить на 80 градусов F. Максимальная температура возврата 115 градусов F." Это простое заявление может привести к гораздо различных конфигураций, по сравнению с конструкциями, которые в результате первоначальной спецификации.

Дизайн карт для пластины и рамки обменников

Когда речь идет о компактных технологий теплообмена, инженеры нередко оказываются во власти производителей оборудования. Например, ограниченный корреляции литературы доступны, чтобы помочь в эскизный проект теплообменники пластинчатые и рамки тепла.

Эта статья знакомит серии диаграмм (рис. 2-7), которые могут быть использованы для проведения предварительных размеров пластины - и рамки обменников. Примеры помогут прояснить их использования.

Следующие важные моменты необходимо отметить в отношении карт и их использования:

1. Теплообмена корреляции относятся к одной фазе, жидкостей конструкций.

2. Эти карты сроком на один проход единиц с 0,50 - мм толщиной пластинок. Точность диаграммы не будут поставлены под угрозу для большинства строительных материалов.

3. Смачиваемые материала теплопроводности берется 8,67 Btu / ч-м-град F (которая является значением для нержавеющей стали).

4. Следующие физические свойства жидкостей hydrocarbonbased были использованы для обоснования: теплопроводность (к) = 0,06 Btu / ч-м-град F, плотности (р) = 55,0 кг / м ^ 3 ^ SUP, теплоемкости (C ^ югу р ^) = 0,85 Btu / фунт градусов F. следующие физические свойства водной основе жидкостей были использованы для основания: теплопроводность проводимости = 0,33 Btu / ч-м-град F, плотность = 62,0 кг / м ^ SUP 3 ^, теплоемкость = 0,85 Btu / фунт градусов F.

5. Точность должна быть в пределах / -15% от стоимости услуг для общего коэффициента теплопередачи, предполагая, номинальная 10% избыточных площадь теплоотдачи.

6. Для жидкостей с вязкостью от 100 до 500 сП, используя 100 сП линии на графиках. Для жидкости превышает 500 сП, консультации производителей оборудования.

Использование диаграмм

Рассмотрим следующий пример. 150000 кг / ч воды охлаждении от 200 ° F до 175 градусов F по 75000 кг / ч SAE 30 нефти. Нефть поступает в теплообменник на 60 градусов F и оставляет на 168 градусов F. средней вязкости воды, проходящей через устройство 0,33 сП и средней вязкости масла в прибор 215 сП. Максимум - допустимый перепад давления через пластинчатый теплообменник составляет 15 фунтов на квадратный дюйм на горячей и холодной сторон.

Шаг 1: Вычислить Л.М.Т.Д.. Из уравнения. 1, Л.М.Т.Д. = [(200 - 168) - (175 - 60)] / Л. Н. [(200 - 168) / (175 - 60)] = 64,9 град F.

Шаг 2: Вычислить НТУ ^ ^ к югу горячей и НТУ ^ ^ к югу холодной. Из уравнений. 2 и 3, НТУ ^ югу горячей = (200 - 175) / 64,9 = 0,38 и НТУ ^ югу холодный = (168 - 60) / 64,9 = 1,66.

Шаг 3: Читать ч ^ ^ горячих югу от соответствующего графика. Использование рис. 5, схема, когда на углеводороды 0,25

Шаг 4: Читать ч ^ ^ холодной югу от графика. Использование рис 2, которая распространяется на водной жидкости, когда 0,25

Шаг 5: Вычислить U. Допустим из нержавеющей стали толщиной 0,50 мм используется. Тип 316 нержавеющей стали имеет теплопроводность 8,67 Btu/h-ft-- град F. Тогда из формулы. 4, 1 / U = (1 / 50 0,00189 1 / 3, 000) и U = 49 БТЕ / ч-м ^ ^ SUP 2 градусов F.

Теперь давайте рассмотрим еще один пример. 150000 кг / ч воды охлаждении от 200 ° F до 100 ° F на 150 тысяч фунтов / ч рассола NaCl. Рассол поступает в теплообменник на 50 градусов F и оставляет на 171 градусов F. средней вязкости воды, проходящей через устройство 0,46 сП и средней вязкости рассола в аппарат 1,10 сП. Максимального допустимого перепада давления через пластинчатый теплообменник составляет 10 фунтов на квадратный дюйм на горячем (вода) сторону и 20 фунтов на квадратный дюйм на холодной (рассол) стороны.

Л.М.Т.Д. рассчитывается как 38.5F. НТУ ^ ^ к югу горячей и НТУ ^ ^ к югу холодной являются 2,59 и 3,14, соответственно. Из диаграммы на 2,0

Последствия уменьшения размера

Альтернативные технологии обладают значительными преимуществами по размеру обменников кожухотрубный тепло. Давайте теперь рассмотрим последствия этого.

Отдельные теплообменники имеют меньший размер и расстояние между технологического оборудования может быть снижена. Таким образом, меньший участок, необходимых для процесса установки. Если завод будет расположен в здании, строительство может быть меньшим. Сумму из конструкционной стали использоваться для поддержки завода может быть сокращено, и из-за экономии веса, нагрузка на эту структуру также уменьшается. Преимущество в весе распространяется на проектирование фундаментов использованы для поддержки завода. Поскольку расстояние между оборудованием сокращается, трубопроводы затраты ниже.

Однако мы вновь подчеркиваем, что экономия, связанная с размером и снижение веса могут быть достигнуты только, если эти преимущества признать и использовать на самых ранних этапах проектирование завода.

Сокращение сложности завод

Использование альтернативных технологий теплообменник позволяет значительно снизить сложность завода за счет сокращения числа теплообменников путем улучшения теплового контакта и несколькими потоками. Это добавляет к экономии, связанной с уменьшенный размер и вес, а также имеет последствия для безопасности. Простой завода структура, тем легче для управления процессом понять завода. Кроме того, техобслуживание и ремонт будет безопаснее, проще и прямо вперед.

Механические ограничения играют важную роль в конструкции теплообменников кожухотрубный тепло. Например, это часто, чтобы найти, что некоторые пользователи устанавливают ограничения в отношении длины трубы. Такое ограничение может иметь важные последствия для разработки. В случае теплообменников, требующих больших поверхностей, сужение диски дизайна к крупным считается трубки. Если такая большая труба рассчитывает привести к низкой скорости tubeside, дизайнер возникает соблазн увеличить количество tubeside проходит в целях сохранения разумного tubeside коэффициент теплоотдачи. Термальный соображений расширения может привести дизайнера сделать выбор в пользу нескольких трубки проходит, потому что цена плавающей головкой, как правило, ниже, чем стоимость установки расширения сильфон в теплообменнике оболочки.

Использование нескольких проходит трубка имеет четыре негативные последствия. Во-первых, это приводит к сокращению количества трубок, которые могут быть размещены в той или иной размер корпуса, что приводит к увеличению диаметра корпуса и стоимости. Во-вторых, для пучков, имеющих более 4 труба проходит, проходит "раздела полос представил в комплекте привести к увеличению количества жидкости в обход shellside теплообменников и сокращение shellside коэффициент теплоотдачи. В-третьих, это приводит к впустую tubeside падение давления в обратном заголовки. И, наконец, самое главное, использование нескольких труба проходит результаты теплового контактирования потоков не чистый контр-потока, что снижает эффективную - средней температуры движущей силой и, возможно, производит температуры крест (т.е. там, где выход температура холодного потока выше, чем температура на входе в горячей струей, как показано на рисунке 8). Если температура крест происходит, проектировщик должен разделить обязанности между несколькими теплообменники расположены в ряд.

Многие из альтернативных технологий теплообменник позволяют использовать чистый поток противотоком всех размеров и диапазоны расходов. Это приводит к более эффективному использованию имеющихся температуры движущей силы и использования единого теплообменников.

Multi-потокового

Традиционных тепла кожухотрубный теплообменник обрабатывает только один поток горячей и холодной один поток. Некоторые теплообменник технологий (в первую очередь пластинчатые ребра и печатные теплообменники) может обрабатывать множество потоков. Это не редкость, чтобы найти пластинчатые теплообменники плавника передачи тепла между 10 отдельных процессов. (Принципы, лежащие в разработке многопотокового теплообменников и функционирования этих единиц, рассматриваются в работе. 1.) Такие подразделения могут рассматриваться содержать целую сеть теплообменника в теле одного обменника. Распределение и рекомбинации технологических потоков осуществляется внутри обменника. Результатом является значительное снижение стоимости трубы.

Инженеры часто упускают из виду возможности использования пластины и рамки теплообменника в качестве единицы многопотоковости. Как отмечалось ранее, это общий надзор, когда обменник выбор не сделан только после схема была разработана.

Хорошим примером многопоточного является пластинчатый теплообменник, который служит процесс interchanger с одной стороны и отделкой кулер с другой стороны. Этот механизм особенно полезен для потоков продукции, которые являются выходом процесса и должны быть охлаждены для хранения.

Еще одна популярная функция многопоточного является снижение материальных затрат. Некоторые потоки, когда они охлаждаются до определенной температуры, создают гораздо меньше риском коррозии. На одной стороне теплообменника может быть выполнена из moreexpensive коррозионно-стойких сплавов, а другая сторона может использовать из нержавеющей стали или сплава ниже.

Рисунок 9 показывает пластины и рамки единицы применяется к 3 технологических потоков. Одного обменника с 1335 м ^ 2 ^ SUP эффективной площади поверхности используется. Рисунок 10 является эквивалентом решение кожухотрубный - во избежание температуры кресты, 6 отдельных теплообменников для того чтобы: кулер с двумя оболочками в серии (в каждой из 1440 м ^ 2 ^ SUP эффективной площадью поверхности) и блок с рекуперацией тепла 4 оболочек в серии (в каждой из 2116 м ^ 2 ^ SUP от общей площади). Таким образом, пластинка - и рамки дизайна предполагает использование 1335 м ^ 2 ^ SUP площади поверхности в единое целое, в то время как эквивалентные оболочки и - труба дизайн 11344 м ^ ^ SUP 2 площади поверхности распределены между 6 отдельных теплообменников.

корреляции бюджета цен

Для пластины и рамки теплообменники рабочее давление до 150 фунтов на квадратный дюйм, а расчетная температура до 320 градусов F, следующими уравнениями стоимость может быть использована для оценки стоимости приобретенных.

Типичные факторы установка теплообменников пластинчатых и рамки тепла может варьироваться от 1,5 до 2,0, в зависимости от размера блока.

До следующей

Будучи в состоянии оценить площадь и цены на тарелку - и рамки теплообменников является важным первым шагом в том числе альтернативные технологии теплопередачи в процессе синтеза. Остальные статьи в этой серии (которая появится в следующем месяце), фокусируются на интеграции пластины и рамки (и других компактных технологии) в щепотку анализов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Picon Нуньес, М., GT Полли, "Последние достижения в области анализа теплопередачи для Fin Тип поверхности", в главах 9 и 10, Санден, Б. и П. Хегс, ред., WIT Пресс, Саутгемптон, Великобритания (2000) .

CHRISTOPHER HASLEGO,

ALFA LAVAL

ГРЭМ Полли,

CHRISTOPHER HASLEGO является инженер-конструктор с Технологический процесс Div. "Альфа Лаваль" (5400 международной торговли д.ф.-м.н., Ричмонд, VA 23236, телефон: (804) 236-1318, факс: (804) 236-1360, E-почта: chris.haslego @ альфа laval.com). Его внимание переноса тепла в промышленности неорганических химических веществ базы. Он получил степень бакалавра наук в области химической инженерии из Западной Вирджинии Univ. Член Айше, он также поддерживает сайт, посвященный химического машиностроения, озаглавленный "инженеров-химиков" Ресурс страницу по адресу <a target="_blank" href="http://www.cheresources.com" rel="nofollow"> www.cheresources.com </ A>.

Т. ГРЭМ Полли (Тел.: 44-1229-585-330, факс: 44-1229-585-708; Электронная почта: <a <href="mailto:gtpolley@compuserve.com"> gtpolley@compuserve.com / >) на пенсию из Univ. "Манчестер институт науки и технологии, Манчестер, Великобритания, где он был директором Центра по интеграции процессов. В целях содействия применению технологического процесса интеграции, он разработал веб-сайт <a target="_blank" href="http://www.pinchtechnology.com" <rel="nofollow"> www.pinchtechnology.com / A>. Его научные исследования были связаны передачи тепла конденсации, кипения передачи тепла, тепло-восстановительной системы проектирования и развития процесса и методологии проектирования оборудования. Он является нынешний президент Великобритании передачи тепла общества. В 199o, он был награжден медалью Молтон институт инженеров-химиков за его работу на нефть реконструкции нефтеперерабатывающего завода, а в 1992 году и доктор Наср были награждены Ackrill Трофи в Великобритании передачи тепла общества за их работу по теплообмена аксессуара. Он имеет BTech, MSc и доктора в области химического машиностроения Loughborough Univ. технологии, а также является членом Айше.