Как Рассчитать Теплообменник?

Среда Август 17th, 2016
_HRS How to Design a Tubular Heat Exchanger

Как рассчитать трубчатый теплообменник?

Компания HRS Heat Exchangers проектирует и изготавливает теплообменники каждый день. В этом разделе мы кратко описываем этапы проектирования.

Этап 1: Определение и анализ применения теплообменника

Когда мы получаем запрос на теплообменник, то первым шагом становится анализ применения. Где клиент хочет использовать теплообменник? Теплообменник используется для пищевых продуктов или это другая отрасль промышленности? Инженер-проектировщик должен выбрать оптимальный тип теплообменника, чтобы соответствовать требованиям заказчика.

Расчётные температура и давление, максимально допустимый перепад давления определяются для всех теплоносителей, включая продукт.

Этап 2: Определение свойств жидкости

Следующий шаг – анализ теплофизических свойств используемых жидкостей и/или газов: протекающие в межтрубном и внутритрубном пространствах. Необходимо знать четыре основных свойств среды:

  • Плотность
  • Удельная теплоемкость
  • Теплопроводность
  • Вязкость

На этом шаге важно определить значения всех четырех параметров при разных температурах как при нагреве, так и при охлаждении. Чем достоверней мы определим теплофизические свойства, тем точнее будет конструкция трубчатого теплообменника.

Этап 3: Тепловой баланс

Когда свойства жидкостей определены, то необходимо проверить тепловой баланс. Обычно заказчик предоставляет данные по расходу рабочей среды, желаемую температуру на входе и выходе. Расход и температуры определяют тип сервисной среды, которая будет использоваться для нагрева или охлаждения рабочей жидкости в теплообменнике. Заказчик обычно предоставляет значения двух трех параметром сервисной среды: расход, температуру на входе или температуру на выход. Если два их этих параметров известны, то третий параметр определяется из теплового баланса.

Этап 4: Определение геометрии теплообменников

На этом этапе инженер-проектировщик подбирает оптимальную геометрию теплообменника. В первую очередь определяется диаметр кожуха и трубный пучок, который размещается внутри теплообменника: количество, длина, диаметр и толщина внутренних трубок. Затем выбирается тип и размер присоединений со стороны кожуха и трубного пространства. На этом этапе также выбирается материал для изготовления конкретного теплообменника. Стандартные модели теплообменников HRS Heat Exchanger изготавливаются из нержавеющей стали, но также могут применяться и другие сплавы при необходимости.

Этап 5: Тепловой расчет теплообменника

На этом шаге инженер-проектировщик выполняет тепловой расчет. Цель расчета сводится к определению коэффициентов теплоотдачи на стороне кожуха и внутренних труб. Эти коэффициенты зависят от перечисленных выше теплофизических свойств продукта и скорости сред. Зависимость между параметрами и коэффициентами теплоотдачи определяется по математической формуле, различной для конкретной геометрии (т. е. типа используемого теплообменника: трубчатый с гладкими трубами, пластинчатый, трубчатый со спиральной накаткой). HRS Heat Exchangers использует свои специальные формулы для расчета теплообменников со спиральной накаткой труб.
При известных коэффициентах теплоотдачи на стороне трубки и межтрубного пространства можно рассчитать общий коэффициент теплопередачи. Зная это значение, можно определить общую площадь теплообмена, которая необходима для конкретного применения:

Area=Duty/[K×LMTD]

Где:

  • Area: общая площадь теплообмена, м².
  • Duty: Мощность/тепловая нагрузка, ккал/час (берется из теплового баланса).
  • K: Коэффициент теплопередачи, ккал/ч*м²*°C].
  • LMTD: Среднелогарифмический температурный напор, °C

Другой важный параметр – потери давления, которые рассчитывается как для трубного, так и для межтрубного пространств. Потери давления зависят от числа Рейнольдса, режима течения (турбулентное или ламинарное), шероховатости поверхностей кожуха и внутренних труб.

Этап 6: Анализ теплового расчета теплообменника

Полученная необходимая площадь теплообмена сравнивается с заложенной ранее теплообменной поверхностью на этапе 4, а также сверяются рассчитанные потери давления с максимально допустимыми. Если рассчитанная площадь теплообмена превышает заложенную на Этапе 4, то необходимо изменить геометрию теплообменника, например, увеличить количество внутренних труб или длину теплообменника.

Этап 7: Прочностной расчет теплообменника

На данном этапе выполняется прочностной расчет по полученной геометрии на Этапе 4, что необходимо для проверки конструкции теплообменника при работе с расчетными температурами и давлениями. Производятся следующие расчеты:

  • Расчет толщины стенки корпуса.
  • Расчет толщины стенки патрубков.
  • Расчет толщины стенки внутренних труб.
  • Расчет размеров сильфонного компенсатора (компенсирует разницу линейных расширений между кожухом и внутренними трубка теплообменника).
  • Расчет толщины трубной решетки.

Результаты данных расчетов могут не совпасть с толщинами стенок и других параметров, выбранных на этапе 4. В этом случае необходимо переопределить геометрию и повторить Этапы 4-7.

Этап 8: Подготовка рабочих чертежей

На рабочих чертежах представлены все необходимые размеры, а также отображены все элементы теплообменника, включая: корпус, трубы, компенсатор и т. д.

© 2017 HRS Heat Exchangers. All Rights Reserved

Продолжая пользоваться сайтом, вы соглашаетесь с использованием cookies-файлов. Подробнее. Подробнее

Параметры cookies-файлов на этом сайте установлены, как "разрешить cookies ", чтобы обеспечить Вам лучший просмотр сайта. Если вы будете продолжать использовать этот веб-сайт без изменения настроек cookies-файлов или нажмете кнопку "Принять", то вы соглашаетесь с этим.

Закрыть