Migliorare l'efficienza del trasferimento di calore dello scambiatore di calore a piastre
1. Direzione di progettazione ottimale dello scambiatore di calore a piastre
Negli ultimi anni, la tecnologia degli scambiatori di calore a piastre è diventata sempre più matura, con un'elevata efficienza di trasferimento del calore, dimensioni ridotte, peso leggero, basso coefficiente di incrostazione, facile smontaggio, un'ampia varietà di piastre e un'ampia gamma di applicazioni. È stato ampiamente utilizzato nell'industria del riscaldamento. Gli scambiatori di calore a piastre sono suddivisi in tipo staccabile, tipo saldato, tipo brasato, tipo a piastra-guscio, ecc. Secondo il metodo di assemblaggio. Poiché lo scambiatore di calore a piastre staccabile è facile da smontare e pulire, è flessibile per aumentare o diminuire l'area dello scambiatore di calore e viene utilizzato maggiormente nei progetti di riscaldamento. Lo scambiatore di calore a piastre smontabile è limitato dalla temperatura resistente al calore della guarnizione dello scambiatore di calore ed è adatto per il trasferimento di calore acqua-acqua.
Migliorare l'efficienza dello scambiatore di calore a piastre è una questione di beneficio economico globale, che dovrebbe essere determinata dopo un confronto tecnico ed economico. Migliorare l'efficienza di trasferimento del calore dello scambiatore di calore e ridurre la resistenza dello scambiatore di calore dovrebbe essere considerato allo stesso tempo, e il materiale della piastra dello scambiatore di calore e il materiale della guarnizione dello scambiatore di calore e il metodo di installazione dovrebbero essere selezionati ragionevolmente per garantire il funzionamento sicuro dell'apparecchiatura e prolungare l'uso della vita dell'apparecchiatura.
2. Metodo di progettazione ottimale dello scambiatore di calore a piastre
2.1 Migliorare l'efficienza del trasferimento di calore
Lo scambiatore di calore a piastre è uno scambiatore di calore da parete a parete. Il fluido caldo e freddo trasferisce il calore attraverso le piastre dello scambiatore di calore e il fluido contatta direttamente le piastre dello scambiatore di calore. Il metodo di trasferimento del calore è la conduzione del calore e il trasferimento del calore per convezione. La chiave per migliorare l'efficienza di trasferimento del calore dello scambiatore di calore a piastre è aumentare il coefficiente di trasferimento del calore e la differenza di temperatura media logaritmica.
① Per migliorare il coefficiente di trasferimento del calore dello scambiatore di calore è possibile solo aumentare il coefficiente di trasferimento del calore superficiale su entrambi i lati della piastra contemporaneamente, ridurre la resistenza termica dello strato di incrostazione, selezionare piastre dello scambiatore di calore con elevata conduttività termica e ridurre la piastra dello scambiatore di calore Lo spessore può migliorare efficacemente il coefficiente di scambio termico dello scambiatore di calore a piastre.
un. Migliorare il coefficiente di scambio termico superficiale delle piastre dello scambiatore di calore
Poiché l'ondulazione dello scambiatore di calore a piastre può far produrre turbolenza al fluido a una portata ridotta (numero di Reynolds-150), è possibile ottenere un coefficiente di trasferimento di calore superficiale, il coefficiente di trasferimento di calore superficiale e la geometria dell'ondulazione della piastra dello scambiatore di calore più elevati La struttura è correlata allo stato di flusso del mezzo. Le forme d'onda delle piastre dello scambiatore di calore includono spina di pesce, diritta, sferica e così via. Dopo anni di ricerche ed esperimenti, è stato scoperto che la forma della sezione trasversale ondulata è triangolare (il coefficiente di scambio termico della superficie sinusoidale è il più grande, la caduta di pressione è piccola, la distribuzione delle sollecitazioni è uniforme sotto pressione, ma la lavorazione è difficile?) La piastra a spina di pesce ha una trasmissione superficiale più elevata. Coefficiente termico,
B. Ridurre la resistenza termica dello strato di sporco
La chiave per ridurre la resistenza termica dello strato di incrostazione dello scambiatore di calore è prevenire l'incrostazione delle piastre dello scambiatore di calore. Quando lo spessore dell'incrostazione della piastra dello scambiatore di calore è di 1 mm, il coefficiente di scambio termico si riduce di circa il 10%. Pertanto, è necessario monitorare la qualità dell'acqua su entrambi i lati dello scambiatore di calore per evitare l'incrostazione delle piastre dello scambiatore di calore e impedire che i detriti presenti nell'acqua aderiscano alle piastre. Per prevenire il furto d'acqua e la corrosione delle parti in acciaio, alcune unità di riscaldamento aggiungono sostanze chimiche al mezzo di riscaldamento. Pertanto, è necessario prestare attenzione alla qualità dell'acqua e agli adesivi che causano la contaminazione delle piastre dello scambiatore di calore da parte dei detriti. Se ci sono detriti viscosi nell'acqua, è necessario utilizzare filtri speciali per il trattamento. Quando si scelgono i farmaci,
C. Utilizzare piastre dello scambiatore di calore con elevata conducibilità termica
Il materiale della piastra dello scambiatore di calore può essere selezionato tra acciaio inossidabile austenitico, lega di titanio, lega di rame, ecc. L'acciaio inossidabile ha una buona conduttività termica, con una conduttività termica di circa 14,4 W/(m•K), alta resistenza, buona stampaggio prestazioni e non è facile da ossidare. Il prezzo è inferiore a quello della lega di titanio e della lega di rame. È usato principalmente nell'ingegneria del riscaldamento, ma la sua scarsa resistenza alla corrosione degli ioni cloruro.
D. Ridurre lo spessore della piastra dello scambiatore di calore
Lo spessore di progetto della piastra dello scambiatore di calore non ha nulla a che fare con la sua resistenza alla corrosione, ma è correlato alla capacità di sopportare la pressione dello scambiatore di calore. La piastra dello scambiatore di calore è ispessita, il che può migliorare la capacità di sopportare la pressione dello scambiatore di calore a piastre. Quando si adotta la combinazione di piastre a spina di pesce, le piastre dello scambiatore di calore adiacenti vengono capovolte e le ondulazioni sono a contatto tra loro, formando un fulcro ad alta densità e distribuzione uniforme. Il dispositivo ha una buona capacità di sopportare la pressione. La massima capacità di carico dello scambiatore di calore a piastre smontabili ha raggiunto 2,5 MPa. Lo spessore della piastra dello scambiatore di calore ha una grande influenza sul coefficiente di scambio termico, lo spessore è ridotto di 0,1 mm, il coefficiente di scambio termico totale dello scambiatore di calore a piastre simmetrico è aumentato di circa 600 W/(m•K), e il tipo asimmetrico è aumentato di circa 500 W/( m •K). Considerando la capacità di sopportare la pressione dello scambiatore di calore, lo spessore della piastra dello scambiatore di calore dovrebbe essere il più piccolo possibile.
② Aumentare la differenza di temperatura media logaritmica
Gli schemi di flusso degli scambiatori di calore a piastre sono controcorrente, equicorrente e flusso misto (sia controcorrente che equicorrente). Nelle stesse condizioni di lavoro, la differenza di temperatura media logaritmica è la più grande nel flusso controcorrente e la più piccola nel flusso a valle, e il modello di flusso misto è da qualche parte tra i due. Il metodo per aumentare la differenza di temperatura media logaritmica dello scambiatore di calore consiste nell'utilizzare il più possibile un flusso misto controcorrente o vicino a controcorrente, aumentare il più possibile la temperatura del fluido sul lato caldo e ridurre la temperatura del fluido sul lato freddo.
③ Determinazione della posizione dei tubi di ingresso e uscita
Per gli scambiatori di calore a piastre disposti in un unico processo, per una facile manutenzione, i tubi di ingresso e uscita del fluido devono essere disposti il più possibile a lato della piastra terminale fissa dello scambiatore di calore. Maggiore è la differenza di temperatura del fluido, maggiore è la convezione naturale del fluido e più evidente è l'influenza della zona di ristagno. Pertanto, le posizioni di ingresso e uscita del fluido dovrebbero essere disposte in conformità con il fluido caldo su e giù e il fluido freddo dentro e fuori per ridurre l'influenza della zona stagnante. , Migliorare l'efficienza del trasferimento di calore.
2.2 Metodi per ridurre la resistenza degli scambiatori di calore a piastre
L'aumento della velocità media del flusso del fluido nel canale di flusso tra le piastre dello scambiatore di calore può aumentare il coefficiente di scambio termico e ridurre l'area dello scambiatore di calore. Tuttavia, l'aumento della portata aumenterà la resistenza dello scambiatore di calore e aumenterà il consumo di energia della pompa di circolazione e il costo dell'attrezzatura. La potenza assorbita dal circolatore è proporzionale alla terza potenza della portata media. Non è economico aumentare la portata per ottenere un coefficiente di scambio termico leggermente superiore. Quando il flusso di fluidi freddi e caldi è relativamente grande, è possibile utilizzare i seguenti metodi per ridurre la resistenza dello scambiatore di calore a piastre e garantire un coefficiente di scambio termico più elevato.
Adotta una piastra di miscelazione termica
La struttura geometrica dell'ondulazione su entrambi i lati della piastra di miscelazione del calore è la stessa. Le piastre dello scambiatore di calore sono suddivise in piastre dure (H) e piastre morbide (L) in base all'angolo dell'ondulazione a spina di pesce. L'angolo (di solito 120. Circa) è maggiore di 90. È una tavola rigida e l'angolo incluso (di solito 70. Circa) è inferiore a 90. Per una tavola morbida. Il coefficiente di trasferimento del calore superficiale della piastra dura della piastra di miscelazione termica è elevato e la resistenza del fluido è elevata, mentre la piastra morbida è l'opposto. La combinazione di tavola dura e tavola morbida può formare corridori alti (HH), medi (HL) e bassi (LL) per soddisfare le esigenze di diverse condizioni di lavoro.
Quando il flusso del mezzo freddo e caldo è relativamente grande, l'uso di una piastra di miscelazione del calore può ridurre l'area della piastra rispetto a uno scambiatore di calore simmetrico a processo singolo. I diametri dei fori sui lati caldo e freddo della piastra di miscelazione calda sono generalmente gli stessi. Quando il rapporto di flusso del fluido freddo e caldo è troppo grande, la perdita di pressione dei fori sul lato del fluido freddo è grande. Inoltre, è difficile ottenere una corrispondenza precisa con la tecnologia di progettazione delle piastre di miscelazione termica, che spesso si traduce in un risparmio limitato di area della piastra. Pertanto, non è adatto utilizzare una piastra di miscelazione calda quando il rapporto di flusso del fluido freddo e caldo è troppo grande.
② Adottare scambiatore di calore a piastre asimmetrico
Lo scambiatore di calore a piastre simmetrico è composto da piastre con la stessa geometria ondulata su entrambi i lati delle piastre dello scambiatore di calore, formando uno scambiatore di calore a piastre con sezioni trasversali uguali dei canali freddi e caldi. Gli scambiatori di calore a piastre asimmetrici (area della sezione trasversale disuguale) modificano la geometria delle onde dei due lati della piastra in base alle caratteristiche di trasferimento del calore e ai requisiti di caduta di pressione dei fluidi freddi e caldi per formare uno scambiatore di calore a piastre con aree trasversali disuguali dei canali freddi e caldi, Il diametro di ingresso sul lato del canale largo è maggiore. Il coefficiente di scambio termico dello scambiatore di calore a piastre asimmetrico diminuisce leggermente e la caduta di pressione è notevolmente ridotta. Quando il flusso del mezzo freddo e riscaldante è relativamente grande,
③ Adotta una combinazione multiprocesso
Quando la portata del mezzo freddo e caldo è elevata, è possibile utilizzare una combinazione di più processi e vengono utilizzati più processi sul lato della portata ridotta per aumentare la portata e ottenere un coefficiente di scambio termico più elevato. Il lato grande di flusso adotta meno processi per ridurre la resistenza dello scambiatore di calore a piastre. Nella combinazione di più processi compaiono modelli di flusso misti e la differenza di temperatura media di trasferimento del calore è leggermente inferiore. Sia la piastra terminale fissa che la piastra terminale mobile dello scambiatore di calore a piastre che adottano una combinazione multiprocesso prendono il sopravvento, che richiede molto lavoro durante la manutenzione.
④ Impostare il tubo di bypass dello scambiatore di calore
Quando il flusso del mezzo freddo e caldo è relativamente grande, è possibile installare un tubo di bypass tra l'ingresso e l'uscita dello scambiatore di calore sul lato del flusso grande per ridurre il flusso nello scambiatore di calore e ridurre la resistenza. Per facilitare la regolazione, è necessario installare una valvola di regolazione sul tubo di bypass. Questo metodo dovrebbe adottare una disposizione controcorrente per aumentare la temperatura del mezzo freddo in uscita dallo scambiatore di calore a piastre e per garantire che la temperatura del mezzo freddo dopo la fusione dell'uscita dello scambiatore di calore possa soddisfare i requisiti di progettazione. Il tubo di bypass dello scambiatore di calore può garantire che lo scambiatore di calore abbia un coefficiente di scambio termico più elevato e ridurre la resistenza dello scambiatore di calore, ma la regolazione è leggermente più complicata.
⑤ Selezione della forma dello scambiatore di calore a piastre
La velocità di flusso media del mezzo nel canale di flusso tra le piastre dello scambiatore di calore è preferibilmente da 0,3 a 0,6 m/s, e la resistenza è preferibilmente non superiore a 100 kPa. In base ai diversi rapporti di flusso dei fluidi freddi e termici, vengono selezionate diverse forme di scambiatori di calore a piastre.
2.3 Materiale della guarnizione dello scambiatore di calore e metodo di installazione
Selezione del materiale
Nello scambiatore di calore a piastre acqua-acqua, i fluidi freddi e caldi non sono corrosivi per la guarnizione dello scambiatore di calore. La chiave per selezionare il materiale della guarnizione dello scambiatore di calore è la resistenza alla temperatura e le prestazioni di tenuta. Il materiale della guarnizione dello scambiatore di calore può essere selezionato in base alla letteratura.
② Scelta del metodo di installazione
I metodi di installazione comunemente usati delle guarnizioni dello scambiatore di calore sono il tipo a incollaggio e il tipo a scatto. Il tipo di incollaggio è quando lo scambiatore di calore a piastre è assemblato, la guarnizione dello scambiatore di calore è incollata nella scanalatura di tenuta della piastra dello scambiatore di calore. Il tipo a scatto prevede l'utilizzo della guarnizione dello scambiatore di calore e la struttura a scatto sul bordo della piastra per fissare la guarnizione dello scambiatore di calore nella scanalatura di tenuta della piastra dello scambiatore di calore quando lo scambiatore di calore a piastre è assemblato. A causa del piccolo carico di lavoro dell'installazione snap-in, il tasso di danneggiamento della guarnizione dello scambiatore di calore è basso quando lo scambiatore di calore a piastre è smontato e non c'è ione cloruro che potrebbe essere contenuto nella colla per causare corrosione alle piastre dello scambiatore di calore, quindi si usa di più.
2.4 Scelta ragionevole del materiale della piastra dello scambiatore di calore
Il fenomeno della rottura della corrosione delle piastre in acciaio inossidabile può causare corrosione da punta, corrosione interstiziale, corrosione da stress, corrosione intergranulare, corrosione uniforme, ecc. e l'incidenza della corrosione da stress è relativamente alta.
