Основы теплообмена

Среда Август 17th, 2016
_HRS Heat Transfer Fundamentals

Введение

Как ранее было озвучено здесь, основной принцип теплопередачи чрезвычайно прост. Две жидкости при разных температурах находятся в контакте с теплопроводящим барьером (стенка трубы), а тепло переносится от горячей жидкости к холодной до тех пор, пока они не достигнут одинаковой температуры. В промышленности этот процесс осуществляется в теплообменниках различных типов и конструкций, предназначенных для определенных условий эксплуатации.

В этом разделе рассматриваются ключевые пункты теории теплообмена и конструкции теплообменника, которые не рассматриваются в других частях раздела «Ресурсы».

Типы жидкостей

Различное множество жидкостей, протекающих в теплообменниках, настолько же разнообразно, как и процессы в которых работают теплообменники. Однако, все жидкости можно разделить на 2 основные категории:

  • Ньютоновские — где вязкость НЕ зависит от скорости сдвига внутри жидкости.
  • Неньютоновские — где вязкость зависит от скорости сдвига внутри жидкости.

Проще говоря, эффективная вязкость ньютоновской жидкости не зависит от ее скорости течения жидкости через теплообменник, а неньютоновской — зависит.

Помимо вязкости, при расчете теплообменника большое значение имеют другие четыре свойства сред:

  • Плотность — масса жидкости на единицу объема, напрямую влияет на скорость течения жидкости через теплообменник.
  • Удельная теплоемкость — количество тепла, которое необходимо подвести к единице массы вещества, чтобы нагреть ее на 1°.
  • Удельная теплопроводность – скорость переноса тепла от более нагретых частей к менее нагретым частям жидкости.
  • Скрытая теплота – теплота, высвобождаемая или поглощаемая веществом при изменении своего состояния, т.е. плавление твёрдых веществ, конденсация газов и испарение или кристаллизация жидкостей.

Не менее важными с точки зрения эксплуатации являются коррозионные характеристики жидкости, которые влияют на окончательный выбор материалов теплообменника

Очень важно определить жидкости с высоким содержанием хлоридов, поскольку они могут привести к коррозионному растрескиванию под действием напряжения в некоторых сортах нержавеющей стали, но любые высокощелочные или высококислотные жидкости должны быть проверены специалистом-металлургом для подтверждения пригодности выбранных материалов. Например, при охлаждение выхлопных газов, важно установить наличие/отсутствие процесса конденсации и состав газа (или топлива), чтобы проверить, будут ли какие-либо кислоты образовываться при охлаждении газа. Если конденсация подтвердится и газ или топливо содержат какие-либо соединения серы, то помощь эксперта-металлурга необходима для получения рекомендаций по подходящим материалам.

Назначение сильфонного компенсатора

Большинство стандартных теплообменников HRS изготавливаются с сильфонным компенсатором, который поглощает разность линейного расширения между внутренними трубками и корпусом теплообменника. Чрезвычайно важно правильно рассчитать сильфонный компенсатор, поэтому HRS Heat Exchangers следует рекомендациям Ассоциации Производителей Компенсаторов (TEMA) Америки.

Это означает, что наихудшие возможные значения давления, температуры и дифференциального расширения идентифицируются (это может быть СИП или другие не режимные условия работы) для использования в расчетных параметрах. TEMA подчеркивает, что теплообменники не предназначены для использования в качестве опорных точек трубопровода. Если инженер-проектировщик трубопроводной обвязки системы не учтет расширения и сокращения всех рабочих элементах системы и/или будет оказана нагрузка на присоединительные элементы теплообменника, то могут быть повреждены сильфонный компенсатор и патрубки теплообменника.

Присоединения

Присоединения составляют важную часть любого теплообменника, поскольку они обеспечивают связь между теплообменником и рабочей системой. Для безопасной и удобной эксплуатации оборудования важно правильно выбрать тип соединений, которые должны соответствовать требованиям безопасности при расчетных давлениях и температурах, а также требованиям клиентов по удобству монтажа и эксплуатации. Например, если теплообменник планируется регулярно демонтироваться для очистки, то выбор присоединительных элементов стоит сделать в пользу быстросъемных хомутов, нежели фланцев.

Фланцы, быстросъемные хомута, молочные муфты и другие типы соединений имеют определенные ограничения по рабочим температурам и давлению. Очень важно, чтобы любой тип соединения (заданный заказчиком или предложенный инженером-проектировщиком) был проверен по давлению и температуре на применимость для конкретной задачи. Также совместимость прокладок и уплотнений проверяется на пригодность для конкретной задачи. Для большинства типов соединения существует широкий выбор материалов прокладок, где можно выбрать наиболее подходящий вариант для конкретной задачи.

Размер соединения также важен. Зачастую он указывается монтажниками, но инженер-проектировщик должен понимать возможные последствия при выборе одного или другого размера. Прочностные расчеты также влияют на выбор патрубков: чем больше отверстие в корпусе, тем кожух слабее. Поэтому при необходимости сопло дополнительно усиливается.

© 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