Kỹ thuật thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm và vỏ
Thiết kế dạng tấm và kênh, ranh giới dòng chảy hàn, phân phối, lựa chọn nhiệt và thủy lực, và kỹ thuật cơ khí
Cách hoạt động của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm và vỏ
Độ hình học tấm và thiết kế kênh
Độ gợn sóng và tốc độ dòng chảy
Góc gợn sóng, độ sâu và khoảng cách kênh ảnh hưởng đến sự trộn lẫn, điểm tiếp xúc và trở lực dòng chảy. Tốc độ dòng chảy trong kênh phải hỗ trợ quá trình trao đổi nhiệt mà không vượt quá áp suất giảm có sẵn.
Kiểm soát bám cặn và cân bằng thủy lực
Kênh hẹp hơn có thể tăng tốc độ dòng chảy, nhưng cũng làm tăng điện trở và độ nhạy với các hạt. Độ nhớt của chất lỏng, các chất bám dính và chiến lược làm sạch cần được xem xét cùng với diện tích bề mặt.
Công nghệ bộ tấm hàn
Các ranh giới dòng chảy riêng biệt
Các tấm tròn được hàn cặp với nhau tại các lỗ nối; các cặp kề nhau được nối quanh chu vi. Các đường hàn hàn tách các kênh bên tấm khỏi các đường dẫn bên vỏ mà không cần dùng các đệm giữa tấm.
Độ toàn vẹn của kênh
Sơ đồ hàn và sự hỗ trợ của tấm phải đáp ứng được sự chênh lệch áp suất và nhiệt độ. Việc kín vỏ bằng nắp được xem xét riêng biệt và phụ thuộc vào cấu hình cơ khí.
Phân phối dòng chảy
Lắp đặt các kênh
Các lỗ, các kênh bên vỏ và các thiết bị hướng dòng dẫn dòng vào qua bề mặt có sẵn. Việc tải kênh không đều có thể để một phần diện tích bị thừa và làm tăng tổn thất áp suất cục bộ.
Phân phối trong quá trình chuyển pha
Thể tích hơi, lượng chất lỏng cấp, thoát nước và hướng bố trí được kiểm tra trong các công suất ngưng tụ hoặc bốc hơi. Việc phân phối và thiết kế đường dẫn ra cần hạn chế các vùng đứng yên và sự tích tụ chất lỏng không mong muốn.
Thiết kế nhiệt và thủy lực
Chương trình nhiệt
Yêu cầu nhiệt phụ thuộc vào lưu lượng và sự thay đổi enthalpy. Các phương án đối lưu ngược có thể hỗ trợ sự gần gũi về nhiệt độ; phương án lưu lượng thực tế sẽ xác định lực truyền nhiệt hiệu quả và hệ số điều chỉnh LMTD.
Diện tích so với tổn thất áp suất
Diện tích bề mặt, hệ số trao đổi nhiệt tổng thể và sự chênh lệch nhiệt được cân bằng với tốc độ dòng chảy và áp suất giảm cho phép. Khi lựa chọn, cần xem xét khoảng dư bám cặn, biên độ nhiệt và điều kiện hoạt động ở mức tải thấp.
Công nghệ hai pha
Ngưng tụ
Chọn lựa bao gồm làm mát nhiệt độ và loại bỏ nhiệt ngưng tụ. Sự mất áp suất hơi, thoát nước ngưng tụ và khí không ngưng tụ ảnh hưởng đến chênh lệch nhiệt độ sử dụng và hiệu suất bề mặt.
Sự bốc hơi và sôi
Chất lượng hơi thay đổi theo chiều dòng chảy. Cần kiểm tra lại lượng chất lỏng cung cấp, dòng chảy, tách pha và hành vi giảm áp để duy trì quá trình bám lớp và hoạt động ổn định trong phạm vi tải yêu cầu.
Thiết kế cơ học
Đảm bảo áp suất
Bồn tròn chứa toàn bộ bộ phận. Bồn, nắp, flange và lỗ nối được kiểm tra theo áp suất, nhiệt độ, tải bên ngoài và các yêu cầu thiết kế dự án tương ứng.
Mở rộng và hoạt động tuần hoàn
Bộ tấm và thân có thể nóng lên với tốc độ khác nhau. Sự giãn nở khác nhau, các lần khởi động lặp lại, chu kỳ nhiệt và tải trọng ống được xem xét khi xác định các điểm đỡ, kết nối và yêu cầu về độ mỏi.
Kỹ thuật hàn
Thiết kế mối hàn và nhiệt đầu vào
Vị trí mối hàn, độ thấm và nhiệt đầu vào phải tạo thành ranh giới liên tục, đồng thời kiểm soát vùng ảnh hưởng nhiệt và biến dạng của tấm mỏng. Phương pháp hàn phụ thuộc vào vật liệu và hình dạng mối hàn.
Tính lặp lại và tính toàn vẹn
Việc lắp ráp đồng nhất và kiểm soát quá trình hỗ trợ các mối hàn lặp lại. Tính tương thích vật liệu và phạm vi kiểm tra được thống nhất là phần của việc chứng nhận hàn và kiểm tra độ toàn vẹn kênh.
Truyền nhiệt tấm: từ hình học đến nhiệm vụ
Mặt và lớp biên được phát triển
Các gợn sóng làm tăng diện tích tiếp xúc so với diện tích hình tròn dự kiến và định hướng lại dòng chất lỏng nhiều lần. Sự trộn lẫn làm phá vỡ các lớp biên nhiệt, nhưng lợi ích này phải được cân bằng với ma sát và năng lượng bơm. Các mối quan hệ trao đổi nhiệt phụ thuộc vào hình dạng thực tế của tấm và các tính chất của chất lỏng; một mối quan hệ từ một nhóm tấm khác không thể được dùng như là cam kết đánh giá.
Yếu tố nào quyết định hệ số tổng thể
Q = U × A × F × ΔTlm
Hệ số tổng hợp kết hợp các trở kháng ở cả hai bên chất lỏng, dẫn nhiệt qua tấm và các lớp bám trên mỗi bề mặt. Diện tích không thể bù đắp cho sự phân bố dòng chảy không phù hợp hay mức bám không thực tế. Việc điều chỉnh LMTD tuân theo bố trí thực tế của các kênh; bố trí ngược chiều và cùng chiều tạo ra các dạng phân bố nhiệt khác nhau.
Phản ứng bám, nhiệt độ tường và vệ sinh
Sự lắng đọng có thể xuất phát từ sự kết tinh, các hạt, sự phát triển sinh học, sản phẩm ăn mòn hoặc các phản ứng hóa học. Cơ chế liên quan sẽ quyết định phản ứng: lọc đầu vào để loại bỏ hạt, vật liệu tương thích với ăn mòn, kiểm soát nhiệt độ để tránh lắng đọng hoặc polymer hóa, và phương pháp làm sạch được thống nhất.
Thiết bị trao đổi nhiệt có kích thước lớn hơn có thể làm giảm tốc độ dòng chảy trong kênh và làm tăng lắng cặn ở chế độ tải thấp. Cần kiểm tra lưu lượng tối thiểu và nhiệt độ bề mặt, không chỉ tại điểm thiết kế. Thời gian lưu trú ngắn có thể làm giảm thời gian lưu trong các chất nhạy cảm, trong khi sự trộn tốt hơn có thể giảm lắng cặn; cả hai điều này không làm thiết bị không cần bảo trì.
Xem các ứng dụng chi tiết →Từ các nguyên lý kỹ thuật đến thiết bị của bạn
Gửi dữ liệu quá trình để lựa chọn thiết bị trao đổi nhiệt
Cung cấp cả hai chất lỏng, lưu lượng, nhiệt độ vào và ra, áp suất vận hành và thiết kế, tổn thất áp suất cho phép và yêu cầu vật liệu. Với hệ thống hiện có, cần cung cấp bảng dán và sơ đồ bố trí.