Всем привет! С вами КВиП - Короли Воды и Пара, мы занимаемся разработкой решений для эффективного использования пара в производственных процессах ваших промышленных предприятий.
В этой статье мы подробно рассмотрим уравнения, необходимые для расчета размеров и проектирования кожухотрубных теплообменников, которые широко используются и очень популярны в перерабатывающей промышленности, благодаря своей универсальности.
Они изготавливаются из пучков труб и могут состоять из нескольких их видов: гладких, продольно оребренных и т. д. А перед началом расчетов необходимо знать все параметры и данные запрашиваемой конструкции.
Перед проектированием:
Независимо от типа отрасли, в которой будет использоваться теплообменник, существует ряд общих особенностей, но перед этапом проектирования нам необходимо провести:
- Анализ приложения - инженер-проектировщик должен правильно определить тип теплообменника, который необходим и будет соответствовать требованиям приложения.
- Определение свойств жидкости - плотность, удельная теплоемкость теплопроводность и вязкость. Чем лучше мы понимаем физические свойства участвующих жидкостей, тем точнее будет конструкция теплообменника.
- Энергетический баланс - как только мы правильно определили физические свойства, пришло время проверить энергетический баланс.
- Определение геометрии теплообменников - на этом этапе инженер-конструктор определяет геометрию теплообменника. Он выберет диаметр оболочки и определит трубный пучок, который помещается внутри теплообменника и определиться с выбором применяемых материалов.
- Тепловой расчет - на этом этапе инженер-проектировщик выполняет тепловой расчет. Задача состоит в том, чтобы получить коэффициенты теплопередачи со стороны оболочки и трубы.
При известных коэффициентах со стороны оболочки и трубы можно рассчитать общий коэффициент теплопередачи. Зная это значение, становится возможным рассчитать общую площадь теплопередачи, необходимую для применения.
Процедура проектирования кожухотрубного теплообменника:
Конструкция кожухотрубного теплообменника представляет собой итеративный процесс, который проходит определенные этапы.
Нам необходимо выполнить:
- Определить технологические требования к новому теплообменнику.
- Выбрать подходящий тип кожухотрубного теплообменника.
- Определить конструктивные параметры, такие как количество проходов трубы, размер трубы, идентификатор оболочки и т.д.
- Рассчитать и моделирование теплообменника для получения температуры горячей/холодной жидкости на выходе - выходе, скорости теплопередачи, перепада давления на сторонах корпуса/трубы и т.д.
- В соответствии с технологическими требованиями проверить выходной сигнал.
Уравнения кожухотрубного теплообменника:
Есть несколько очень важных для расчетов уравнений, которые мы должны выполнить в процессе проектирования теплообменника.
1. Общая теплопередача в любом теплообменнике определяется следующим уравнением:
Где Q (Ку) - общая скорость теплопередачи; U(У) - Общий коэффициент теплопередачи; AОбщая - Общая поверхность теплопередачи ares; LMTD - Логарифмическая средняя разность температур.
2. Уравнение LMTD:
Логарифмическая средняя разность температур - это средняя количественная оценка разности температур между сторонами оболочки и трубки.
Где: ΔT1 (дельта_тэ_один) → разница температур между горячей и холодной жидкостями на одном конце теплообменника; ΔT2 (дельта_тэ_два) → разница температур между горячей и холодной жидкостями на другом конце теплообменника.
3. LMTD с поправочным коэффициентом:
Эта формула поможет вам быстро рассчитать поправочный коэффициент LMTD для кожухотрубного теплообменника с несколькими боковыми проходами кожуха или трубы.
4. Количество труб, необходимых в кожухотрубном теплообменнике:
Где мы получаем A в целом (общая требуемая площадь теплопередачи) из уравнения скорости теплопередачи (уравнение №1); OD - наружный диаметр выбранной трубы; L - общая длина трубы.
5. Скорость жидкости со стороны трубки:
Где: m - массовый расход со стороны трубы; NP - количество проходов трубы; NT - количество труб; ρ - плотность жидкости со стороны трубы; ID - внутренний диаметр трубы.
Скорость со стороны трубы важна для оценки числа Рейнольдса, а затем для получения коэффициента теплопередачи для жидкости со стороны трубы.
6. Число Рейнольдса для жидкости со стороны трубки:
Аналогичные показатели, как на формуле ранее, за исключением того, что ρ - плотность жидкости со стороны трубы, мы должны заменить на μ - вязкость жидкости со стороны трубки.
7. Общее уравнение коэффициента теплопередачи:
В нем мы видим следующие показатели:
U - общий коэффициент теплопередачи;
ho - коэффициент теплоотдачи со стороны кожуха;
hi - коэффициент теплопередачи на стороне трубы;
Rdo - фактор загрязнения на стороне оболочки;
Rdi - фактор загрязнения на стороне трубы;
OD - внешний диаметр трубки;
ID - внутренний диаметр трубки;
Ao - внешняя площадь трубки;
Ai - внутренняя площадь трубки;
kw - значение сопротивления стенки трубы.
Проект вручную:
Инженеры предпочитают использовать программное обеспечение для проектирования теплообменника (для создания модели теплообменника), но если вы хотите сделать это вручную, выполните эти шаги:
- Зафиксируйте значения температуры на входе/выходе
- Вычислите LMTD
- Выберите трубу кожухотрубного теплообменника
- Определитесь с геометрией оболочки и трубы
- Вычислите площадь теплопередачи на основе выбранной геометрии
- Получите общий коэффициент теплопередачи (U), используя подходящую эмпирическую корреляцию для данной жидкости - например, уравнение Седера-Тейта
- Рассчитайте общую скорость теплопередачи (Q), используя уравнение-1
- Проверка Q соответствует потере/получению тепла через изменение температуры на горячей и холодной стороне. Это основной энергетический баланс на жидкостях со стороны оболочки / трубки.
- Проверьте перепад давления на стенках корпуса и трубки. Соответствует ли это допустимому перепаду давления в соответствии с технологическими требованиями?
- Если конструкция адекватна в соответствии с технологическими требованиями, проверьте предварительные материальные затраты. Они в рамках бюджета?
- Если какая-либо из проверок проекта или бюджета не удается, вернитесь к шагу 4 и повторите процесс, пока не получите удовлетворительную конструкцию теплообменника оболочки и трубки.
Наши специалисты проконсультируют Вас по вопросу проведения технического освидетельствования и помогут в подборе оптимального парового и пароконденсатного оборудования, исходя из Ваших параметров.
Если у Вас остались вопросы, мы будем рады Вам помочь. С нами можно связаться любым удобным способом:
По почте: info@kvip.su
По телефону: +7 (343) 288-35-54 или WhatsApp
Подписывайтесь на наш Телеграм канал, там всегда много полезного и интересного.