쉘 및 튜브 열 교환기의 열 전달 면적 계산 방법

열 전달 면적이 중요한 이유

올바른 열 전달 면적을 계산하는 것은 쉘 앤 튜브 열 교환기 설계에서 가장 중요한 단계입니다. 너무 작은 열 교환기는 열 부하를 충족시키지 못하고, 너무 큰 열 교환기는 자본을 낭비하고 튜브 측 속도가 낮아져 오염을 유발할 수 있습니다. 이 가이드에서는 실제 예제를 통해 완전한 계산 방법론을 안내합니다.

1. 기본 방정식

모든 열 교환기 크기 계산은 여기서 시작됩니다:

Q = U × A × LMTD

• Q = 열 부하 또는 용량 (W 또는 BTU/hr)
• U = 총괄 열 전달 계수 (W/m²·K)
• 필요한 면적은 튜브 번들에 의해 물리적으로 제공됩니다: = 열 전달 면적 (m² 또는 ft²)
• LMTD = 로그 평균 온도차 (°C 또는 °F)

면적을 구하기 위해 재배열:

A = Q / (U × LMTD)

2. 1단계: 열 부하 (Q) 결정

공정 유체 에너지 균형에서 Q를 계산합니다:

Q = ˙m × c_{로그 평균 온도차는 열 교환기 길이에 따른 온도 변화를 고려합니다. 향류 구성의 경우:} × ΔT

튜브당 면적 = π × 0.01905 × 3.0 = p는 비열 (J/kg·K), ΔT는 유체 온도 변화입니다.예시:_{로그 평균 온도차는 열 교환기 길이에 따른 온도 변화를 고려합니다. 향류 구성의 경우:}p출구 (ΔT₂)Q = 10 × 4,180 × (80 - 40) =

1,672 kW3. 2단계: LMTD 계산_{로그 평균 온도차는 열 교환기 길이에 따른 온도 변화를 고려합니다. 향류 구성의 경우:}LMTD = (ΔT₁ - ΔT₂) / ln(ΔT₁ / ΔT₂)

여기서 ΔT₁ 및 ΔT₂는 각 열 교환기 끝에서의 온도차입니다:끝

고온 측

저온 측

ΔT

입구 (ΔT₁)

서비스유체 쌍

U (W/m²·K)

물 / 물

공정수 / 냉각수

오염 및 운영 변동성을 위해 10–15%의 설계 여유를 추가합니다:

A

design

= 19.4 × 1.15 = 22.3 m²

6. 5단계: 튜브 형상으로 변환

필요한 면적은 튜브 번들에 의해 물리적으로 제공됩니다:_{A = n × π × d}o × L

여기서 n은 튜브 수, d

o

는 튜브 외부 직경, L은 유효 튜브 길이입니다.19.05 mm OD 튜브와 3,000 mm 유효 길이를 사용:

튜브당 면적 = π × 0.01905 × 3.0 = 0.1795 m²필요한 튜브 수 = 22.3 / 0.1795 = 125개 튜브요인영향지침

오염

시간이 지남에 따라 U 감소

TEMA 오염 저항 포함; 10–25% 안전 여유 추가흐름 배열
향류는 LMTD를 최대화합니다가능하면 향류 사용; 다중 통과 시 F 계수 적용

튜브 배치

n = A / (π × d

1. o × L)
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