Tính toán khu vực chuyển nhiệt chính xác là bước quan trọng nhất trong thiết kế bộ trao đổi nhiệt vỏ và ống.trong khi một đơn vị quá lớn lãng phí vốn và có thể gây ra tốc độ phía ống thấp dẫn đến bẩnHướng dẫn này đi qua phương pháp tính toán hoàn chỉnh với một ví dụ thực hiện.
Tất cả kích thước của bộ trao đổi nhiệt bắt đầu từ đây:
Q = U × A × LMTD
Lắp xếp lại để giải quyết cho diện tích:
A = Q / (U × LMTD)
Tính toán Q từ cân bằng năng lượng chất lỏng quy trình:
Q = ṁ × cp× ΔT
Ở đâu?ṁlà dòng chảy khối lượng (kg/s),cplà nhiệt đặc tính (J/kg·K), vàΔTlà sự thay đổi nhiệt độ của chất lỏng.
Ví dụ:Làm mát nước quá trình 10 kg/s từ 80°C đến 40°C (cp≈ 4,180 J/kg·K):
Q = 10 × 4,180 × (80 - 40) =1,672 kW
Sự khác biệt nhiệt độ trung bình log cho thấy sự thay đổi nhiệt độ dọc theo chiều dài của bộ trao đổi.
LMTD = (ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1 / ΔT2)
Trong đó ΔT1 và ΔT2 là sự khác biệt nhiệt độ ở mỗi đầu bộ trao đổi:
| Kết thúc | Mặt nóng | Mặt lạnh | ΔT |
|---|---|---|---|
| Cổng vào (ΔT1) | 120°C (nên nóng) | 35°C (nơi lạnh) | 85°C |
| Khả năng thoát nước (ΔT2) | 80°C (nên nóng) | 20°C (nên lạnh) | 60°C |
LMTD = (85 - 60) / ln ((85/60) = 25 / 0,3483 =71.8°C
Đối với các cấu hình đa đường hoặc dòng chảy chéo, nhân với nhân chỉnh F (0,8 ∼1,0) theo tiêu chuẩn TEMA.
Tỷ lệ chuyển nhiệt tổng thể U đại diện cho sức đề kháng nhiệt kết hợp của dẫn nhiệt tường ống, bẩn ở cả hai bên và hệ số phim đối lưu.
| Dịch vụ | Cặp chất lỏng | U (W/m2·K) |
|---|---|---|
| Nước / Nước | Nước xử lý / nước làm mát | 800 ¢1,500 |
| Dầu / Nước | Dầu nhẹ / nước làm mát | 300 ¢ 500 |
| Khí / Nước | Khí khói / nước nạp nồi hơi | 30 ¢ 60 |
| Khí / Nước | Khí ngưng tụ / nước làm mát | 1,500 ¢4,000 |
| Hóa chất / Nước | dung môi hữu cơ / nước làm mát | 250 ¢ 600 |
Đối với ví dụ của chúng tôi, chọn U = 1.200 W / m2 · K cho dịch vụ nước-nước.
Thêm các giá trị vào phương trình sắp xếp lại:
A = Q / (U × LMTD) = 1,672,000 / (1,200 × 71,8) =19.4 m2
Thêm khoảng thiết kế 10~15% cho sự bẩn và biến thể hoạt động:
Athiết kế= 19,4 × 1,15 =22.3 m2
Khu vực cần thiết được cung cấp vật lý bởi các gói ống:
A = n × π × do× L
Ở đâu?nlà số ống,dolà đường kính bên ngoài của ống, vàLlà chiều dài ống hiệu quả.
Sử dụng ống OD 19,05 mm với chiều dài hiệu quả 3.000 mm:
Vùng trên mỗi ống = π × 0,01905 × 3,0 =0.1795 m2
Các ống cần thiết = 22,3 / 0,1795 =125 ống
| Nguyên nhân | Tác động | Hướng dẫn |
|---|---|---|
| Bị bẩn | Giảm U theo thời gian | Bao gồm các chất chống bẩn TEMA; thêm 10~25% biên độ an toàn |
| Phương pháp điều chỉnh dòng chảy | Phản dòng chảy tối đa hóa LMTD | Sử dụng counterflow khi có thể; áp dụng F-factor cho nhiều đường đi |
| Định dạng ống | Ảnh hưởng đến dòng chảy bên vỏ và U | Đường vuông hình tam giác cho một pha; vuông xoay cho dịch vụ làm ô nhiễm |
| Khoảng cách phao | Kiểm soát vận tốc bên vỏ | cắt: 25%; khoảng cách: 0.2×1.0 × ID vỏ |
| Giới hạn tốc độ | Quá thấp → bẩn; quá cao → xói mòn | Lỏng: 1 ¢3 m/s; Khí: 15 ¢30 m/s |
Cần một bộ trao đổi nhiệt ống được thiết kế theo yêu cầu của bạn?Liên hệ với Yuhong GroupChúng tôi cung cấp bộ trao đổi nhiệt hoàn chỉnh, các gói ống, tấm ống, phaffle và đầu hình dạng với chứng nhận ASME đầy đủ.
