Мощность теплообменника: Как рассчитать мощность пластинчатого теплообменника?

6 характеристик, влияющих на выбор теплообменника

Прежде чем купить теплообменник заказчики сравнивают предложения разных поставщиков и производителей, рассылая им исходные данные. Компания «Астера», опытный производитель теплообменного оборудования, представляет шесть характеристик, которые влияют на конечную стоимость товара и на которые нужно обратить внимание в первую очередь, чтобы желание сэкономить не обернулось двойными тратами. Стоимость теплообменников складывается из инженерных расходов и коммерческой составляющей. Данная статья раскрывает первый аспект.

• Толщина теплообменных пластин и материал их изготовления

Толщина пластины – это первое, на что обращаешь внимание при выборе теплообменника. Чем она толще, тем выше стоимость оборудования. Связано это с двумя факторами:

• Больше масса металла для выпуска пластин;
• Больше пластин для качественной теплопередачи через толщу стенки и достижения требуемой мощности.

Средняя толщина пластины – 0,5 мм. Теплообменники большого типоразмера с ДУ от 150 и требующие высокого рабочего давления оснащаются пластинами 0,6 мм. При давлении 10 кгс/см² и ДУ до 150 допустима толщина 0,4 мм. Чем тоньше пластины, тем меньше ресурс теплообменного оборудования. В качестве материала для пластины чаще используется нержавеющая сталь марки AISI316. Тем не менее некоторые производители заменяют его сортом AISI304. Он стоит дешевле, в нем меньше никеля и молибдена, значит, материал больше подвержен коррозии. Если теплообменник эксплуатируется в идеальных с точки зрения среды условиях, то это допустимо. Но когда дело касается системы горячего водоснабжения (а там используется хлор), то есть риск, что оборудование прослужит недолго. Чтобы не попасть впросак, рекомендуется внимательно изучить расчет и посмотреть, из какой стали выполнены пластины.

• Рабочее давление

От рабочего давления зависят тип, габариты и цена на теплообменник.

Чем оно ниже, тем дешевле оборудование. Поэтому нужно заранее определиться, какой параметр требуется. Минимальное рабочее давление составляет 6 кгс/см². Соответственно такой аппарат наиболее доступный по цене, потому что в нем использованы тонкие плиты и пластины.

• Коэффициент передачи тепловой энергии

Для расчета коэффициента теплопередачи используется несколько данных:

• Мощность теплообменника;
• Температурная дельта;
• Величины запаса поверхности и расхода энергии;
• Диаметр присоединения;
• Скорость перемещения жидкости и т.д.

Этот показатель рассчитывается по формуле. Чем он выше, тем лучше производительность теплообменника. При увеличении скорости перемещения жидкости в каналах повышается теплообмен. Скорость можно увеличить, сократив количество каналов, то есть пластин. Минусом высокой скорости течения жидкости является более быстрое отложение накипи на стенках. Поэтому тепловое оборудование будет стоить дешевле, но возрастет стоимость эксплуатации за счет забивания каналов солями магния и кальция. Время от времени будет требоваться разборная чистка. Разборный пластинчатый теплообменник эффективен, но его коэффициент теплопередачи в реальности не превышает 7000 Вт/м.кв²К. Поэтому если производитель предлагает оборудование с коэффициентом 10000 Вт/м.кв²К, то это должно насторожить.

• Запас поверхности для теплообмена

Хороший теплообменник должен иметь 10-15% запаса теплообменной поверхности. Если производитель поставил себе цель удешевить продукцию, то данный параметр будет приближаться к нулю. По мнению экспертов в области теплообменного оборудования, нулевое значение является обманом покупателя, потому что при погрешности таких показателей, как расчет нагрузки, недогрев до оптимальной температуры теплоносителя, аппарат может просто-напросто не работать. Даже загрязнение поверхности будет отрицательно сказываться на его работоспособности.

• Потеря давления

Δ р представляет собой величину потери давления, или напора. Она измеряется в м.в.с. либо в Па. Заказчик указывает необходимый показатель в опросном листе. Если процесс эксплуатации требует минимального снижения или потери давления в процессе работы, то теплообменник должен быть оснащен большим количеством пластин. Если изменение напора не имеет большого значения, то можно ограничиться более компактным, значит, более дешевым теплообменным оборудованием. Как влияет количество пластин на потерю давления? Этому есть довольно простое объяснение. Чем больше пластин, тем больше каналов между пластинами. Для прохождения определенному объему жидкости оказывается меньше сопротивления, поэтому и потеря давления незначительна. При покупке оборудования нужно быть внимательным и сравнивать показатель потери давления с данными, указанными в опросном листе. В противном случае некоторые недобросовестные производители могут указать немного завышенные значения и удешевить для покупателя оборудование. Но обычно высокая потеря давления весьма нежелательна.

• Условный диаметр

Этот показатель иногда называют диаметром присоединения. Его нужно определить по формуле. Он зависит от того, какие параметры заданы потенциальным заказчиком. Методом расчета выявляется, требуется ли однозначный показатель ДУ или в качестве варианта есть возможность использовать и второй размер, который отличается условным диаметром. В последнем случае если допустимо меньшее сечение, на нем и останавливаются. Так, теплообменник с ДУ65 дешевле оборудования с ДУ100. Это связано с тем, что чем больше сечение, тем больше и пластина теплового оборудования. Нужно учитывать следующий момент: когда сужается сечение в трубах, увеличивается скорость течения жидкости. В результате будет дополнительно падать давление. Если предстоит долгая эксплуатация теплового оборудования, то пластина, примыкающая к проходному сечению, может разрушаться.

Вывод Для грамотного сравнения предлагаемых вариантов от заводов по выпуску теплообменников рекомендуем всегда иметь в виду соответствие оборудования поставленным перед ним целям.

А именно:

• Сталь и толщина пластины: лучше сталь сорта AISI316 с толщиной не меньше полумиллиметра.
• Давление в пластинах должно отвечать требуемым характеристикам.
• Чем ближе коэффициент теплопередачи к показателю 7000 Вт/м.кв²К, тем лучше.
• Оптимальный запас поверхности – 10-15%.
• Параметр потери давления зависит от условий эксплуатации и определяется заказчиком.
• Диаметр присоединения зависит от поставленных задач, но нужно иметь в виду, что чем меньше ДУ, тем больше будет теряться давление и раньше будут изнашиваться пластины.

Компания «Астера» надеется, что статья будет вам полезной и на основании указанных шести характеристик вы сделаете верный выбор теплообменного оборудования.

6 характеристик, влияющих на выбор теплообменника

расчет теплообменников, методика расчета теплообменников, тепловой расчет теплообменников

Когда проводится расчет теплообменников, используются базовые знания о законах теплообмена, открытые на сегодняшний день.

В частности используются такие понятия как удельная теплоемкость и теплосодержание (энтальпия), а также удельная теплота химических превращений (и фазовых превращений).

Под удельной теплоемкость понимается количество тепла, которое необходимо для нагрева одного килограмма вещества ровно на один градус. На основании данных о теплоемкости можно судить об интенсивности аккумулирования тепла.

При тепловых расчетах используются средняя теплоемкость, исчисляемую в заданном температурном интервале.

Под понятием удельной энтальпии понимается количество тепла, которое потребуется для нагрева одного килограмма от нуля до заданной температуры.

Под удельной теплотой химических превращений понимается то количество тепла, которое будет выделяться при химической трансформации одной единицы массы данного вещества.

Под удельной теплотой фазовых превращений понимается то количество тепла, которое будет поглощаться или выделяться при изменении агрегатного состояния единицы массы данного вещества.

Расчет теплообменников и различные методы составления теплового баланса

При расчете теплообменников могут использоваться внутренний и внешний методы составления теплового баланса. При внутреннем методе используются величины теплоемкостей. При внешнем методе используются величины удельных энтальпий.

При применении внутреннего метода тепловая нагрузка рассчитывается по разным формулам, в зависимости от характера протекания теплообменных процессов.

Если теплообмен происходит без каких-либо химических и фазовых превращений, а соответственно и без выделений или поглощений тепла.

Соответственно тепловая нагрузка рассчитывается по формуле

Если в процессе теплообмена происходит конденсация пара или испарение жидкости, протекают какие-либо химические реакции, то используется другая форму для вычисления теплового баланса.

При использовании внешнего метода расчет теплового баланса ведется на основании того, что в теплообменный аппарат за какую-то единицу времени поступает и выходит равное количество тепла.
Если при внутреннем методе используются данные о теплообменных процессах в самом агрегате, то при внешнем методе используются данные внешних показателей.

Для расчета теплового баланса по внешнему методу используется формула
.

Под Q1 подразумевается то количество тепла, которое поступает в агрегат и ходит из него за единицу времени.
Под  подразумевается энтальпия веществ, которые входит в агрегат и выходят из него.

Можно также вычислить разность энтальпий для того, чтобы установить то количество тепла, которое было передано между разными средами. Для этого используется формула .

Если же в процессе теплообмена происходили какие-либо химические или фазовые превращения, используется формула.

Механизмы теплопередачи в расчете теплообменников

Теплообмен осуществляется посредством трех основных видов теплопередачи. Это конвекция, теплопроводность и излучение.

При теплообменных процессах, которые протекают по принципам механизма теплопроводности передача тепла происходит как перенос энергии упругих колебаний молекул и атомов. Данная энергия переходит от одних атомов к другим в направлении уменьшения.

При проведении расчетов параметров передачи тепла по принципу теплопроводности используется закон Фурье:.

Для вычисления количества тепла используются данные о времени прохождения потока, площади поверхности, градиенте температуры, а также о коэффициенте теплопроводности. Под градиентом температуры понимается ее изменение в направлении теплопередачи на одну единицу длины.

Под коэффициентом теплопроводности понимается скорость теплообмена, то есть то количество тепла, которое проходит через одну единицу поверхности в единицу времени.

При любых тепловых расчетах учитывается, что самый большой коэффициент теплопроводности имеют металлы. Различные твердые тела имеют гораздо меньший коэффициент. А у жидкостей этот показатель, как правило, ниже, чем у любого из твердых тел.

При расчете теплообменников, где передача тепла от одной среды к другой идет через стенку, также используется уравнение Фурье для получения данных о количестве передаваемого тепла. Оно вычисляется как количество тепла, которое проходит через плоскость с бесконечно малой толщиной:
.

Если проинтегрировать показатели температурных изменений по толщине стенки, получится 

Исход из этого получается, что температура внутри стенки падает по закону прямой линии.

Конвекционный механизм передачи тепла: расчеты

Еще один механизм передачи тепла – конвекция. Это передача тепла объемами среды посредством их взаимного перемещения. При этом передача тепла от среды к стенке и наоборот, от стенке к рабочей среде называется теплоотдачей. Чтобы определить количество тепла, которое передается, используется закон Ньютона

В данной формуле a — это коэффициент теплоотдачи. При турбулентном движении рабочей среды этот коэффициент зависит от многих дополнительных величин:

• физических параметров текучей среды, в частности теплоемкости, теплопроводности, плотности, вязкости;
• условий омывания газом или жидкостью теплоотдающей поверхности, в частности скорости текучей среды, ее направления;
• пространственных условий, которые ограничивают поток (длина, диаметр, форма поверхности, ее шероховатости).

Следовательно, коэффициент теплоотдачи — функция многих величин, что показано в формуле

Метод анализа размерностей позволяет вывести функциональную связь критериев подобия, которые характеризуют теплоотдачу при турбулентном характере движения потока в гладких, прямых и длинных трубах.

Это вычисляется по формуле
.

Коэффициент теплоотдачи в расчете теплообменников

В химической технологии нередко встречаются случаи обмена тепловой энергией между двумя текучими средами через разделяющую стенку. Теплообменный процесс проходит три стадии. Тепловой поток для установившегося процесса остается неизменным.

Проводится расчет теплового потока, проходящего от первой рабочей среды к стенке, затем через стенку теплопередающей поверхности и затем от стенки ко второй рабочей среде.

Соответственно для проведения расчетов используется три формулы:

 

 

В результате совместного решения уравнений получаем

Величина

и есть коэффициент теплопередачи.

Расчет средней разности температур

Когда при помощи теплового баланса определено необходимое количество тепла, необходимо провести расчет поверхности теплообмена (F).

При расчете необходимой теплообменной поверхности используется то же уравнение, что и при предыдущих расчетах:

В большинстве случаев температура рабочих сред будет меняться в процессе протекания теплообменных процессов. Значит вдоль теплообменной поверхности будет меняться разность температур. Поэтому проводится расчет средней разности температур. А в связи с тем, что изменение температур не линейно, рассчитывают логарифмическую разность
. В отличие от прямоточного потока, при противоточном движении рабочих сред необходимая площадь теплообменной поверхности должна быть меньше. Если в одном и том же ходу теплообменника используется и прямоточный, и противоточный потоки, разность температур определяется, исходя из соотношения
.

Пластинчатый теплообменник

для электростанции

ЗАПРОСИТЬ ЦЕНУ

Пластинчатые теплообменники для электростанций

Электростанции

Имея многолетний опыт применения пластинчатых теплообменников, компания Hofmann предложила различные схемы теплообмена для замкнутых систем циркуляции воды, систем охлаждения масла и системы рекуперации тепла для электростанций. Лучшее использование энергии заключается в повышении эффективности электростанции.

Применение пластинчатого теплообменника на комбинированной электростанции с доменным газом

Чтобы сократить выбросы угольного газа в целях энергосбережения и защиты окружающей среды, вы можете использовать оборудование для производства электроэнергии с комбинированным циклом доменного газа для рециркуляции доменного газа. Оставшийся отработанный пар от выработки электроэнергии с паровой турбиной охлаждается через пластинчатый теплообменник, а затем поступает в котел-утилизатор через питательный насос после выработки пара, а затем поступает в паровую турбину для выработки электроэнергии для достижения цели циркуляции. вода. Пластинчатые теплообменники Hofmann соответствуют требованиям условий и имеют компактную конструкцию, небольшие размеры, высокий коэффициент теплопередачи, высокие характеристики теплопередачи, что является вашим лучшим выбором в данных условиях.

Технологическая схема теплоэлектростанции

Сначала пар, вырабатываемый котлом, направляется на турбину, а затем турбина вращает генераторы для выработки электроэнергии. Выхлоп турбины поступает в оборудование холодного конца, называемое конденсатором, и конденсируется в воду, которая направляется конденсатным насосом в насос, а затем в котел. Таким образом, он образует цикл, который обеспечивает постоянную циркуляционную выработку электроэнергии на электростанции.

Введение в процесс

Тепловая электростанция, использующая уголь в качестве основного источника энергии, применяет технологию ленточного конвейера для транспортировки пылевидного угля к котлу. При сжигании пылевидного угля вода в котле превращается в пар, который после первичного нагрева поступает в цилиндр высокого давления. Для повышения теплового КПД необходимо повторно нагреть пар и направить его в цилиндр промежуточного давления для приведения в действие турбогенератора для выработки электроэнергии. Затем отведите пар из цилиндра среднего давления в симметричный цилиндр низкого давления. Часть пара, проделавшего работу, извлекается в средней части и направляется на родственные предприятия, такие как предприятия по переработке нефти и удобрений. Другой охлаждается конденсатором и превращается в насыщенную воду (около 40 ℃), используемую в качестве оборотной воды. Насыщенная вода (около 40℃) проходит через конденсатный насос и подогреватель низкого давления, в котором нагревается до 160℃, затем поступает в деаэратор. После раскисления подающий насос направляет его в подогреватель высокого давления, который использует повторно нагретый пар в качестве топлива для отопления, а затем пар поступает в котел для рециркуляции. Вышеуказанное является основным производственным потоком.

Применение пластинчатого теплообменника

Масляный радиатор бензинового двигателя: трубчатый масляный радиатор. Принцип работы: вода течет из водяной камеры в стальную трубу, а масло течет внутри кожуха и снаружи трубного пучка. Вода и масло обмениваются теплом через стенку трубы.
Конденсатор: оснащен большим количеством медных трубок. Когда выхлопной пар из турбины контактирует с наружной поверхностью трубы, он охлаждается циркулирующей в трубе охлаждающей водой, высвобождая скрытую теплоту парообразования, которая непрерывно отводится через стенку трубы и превращается в конденсационную воду.
Нагреватель высокого давления: поверхностный теплообменник, представляющий собой смесительный нагреватель, соединенный с питательным насосом высокого давления и используемый для нагрева питательной воды и повышения экономической эффективности. Подогреватель внутри покрыт тонкими трубками, внутри которых находится питательная вода котла и конденсат, а также нефтяной газ, отбираемый из турбины. За счет теплопередачи температура питательной воды и конденсационной воды увеличивается, в то время как нефтяной газ конденсируется в извлекаемую воду и становится гидрофобным, какой из нагревателей высокого давления обычно поступает в деаэратор высокого давления, а какой из нагревателя низкого давления дренажным насосом закачивается в конденсатор.
Подогреватель низкого давления: подключен к герметизирующему нагревателю и используется для нагрева конденсата в деаэраторе высокого давления и повышения экономической эффективности.

 

Система десульфурации

Подогреватель воздуха: роторный теплообменник и регенеративный теплообменник, работающие в противотоке. Теплоаккумулирующие элементы со специальными гофрами вплотную размещены в веерообразных камерах ротора, где ротор вращается со скоростью 0,96 об/мин, а с левой и правой сторон имеются каналы для отработанных газов и воздушные каналы. Воздушный канал делится на первичный и вторичный воздушные каналы. Проходя через ротор, отработавшие газы отдают тепло аккумулирующим тепло элементам, которые снижают его температуру. Когда теплоаккумулирующие элементы вращаются в сторону воздушной среды, они отдают тепло воздуху и повышают его температуру. Эта постоянная циркуляция обеспечивает теплообмен между выхлопными газами и воздухом.
Охладитель шлака: он в основном состоит из двухслойной уплотнительной втулки, приваренной к неподвижной спиральной лопасти внутри внутреннего цилиндра, впускного и выпускного устройства для шлака, впускного и выпускного устройства для воды, передающего устройства и базовой системы. Когда охладитель шлака, приводимый в движение трансмиссией, медленно вращается, высокотемпературный шлак, выходящий из котла, направляется вперед во внутренний цилиндр рукава. Охлаждающая вода, текущая в обратном направлении в рубашке между внутренним и внешним цилиндром, отбирает тепло и постепенно охлаждает горячий шлак.
Воздухоохладитель в генераторе: использование воздуха в качестве охлаждающей среды и охлаждение статора, обмоток ротора и сердечника статора. Обычно существует два вида режимов охлаждения: вентиляция с открытым контуром и закрытый цикл. Вентиляция открытого контура, непосредственно использующая воздух вокруг генератора в качестве охлаждающей среды, обычно состоит из воздухозаборника, фильтра, впуска, выпускного глушителя и выпускного воздушного канала. Воздух всасывается вентилятором и направляется к нагревательным частям генератора для охлаждения, а затем выбрасывается через выходной глушитель и воздушный канал. Этот режим охлаждения стоит дешевле, но применяется только в условиях, когда окружающий воздух чистый, не содержит соляного тумана и его температура относительно низкая, иначе это приведет к закупорке канала или коррозии металлических частей. (например, стопорное кольцо), что влияет на безопасную работу. Охлаждающий воздух генератора замкнутого цикла проходит по замкнутому циклу в системе охлаждения, поэтому необходимо установить воздушно-водяной охладитель для отвода тепла из воздуха.
Вентиляторы с гидравлической муфтой и насосами (такими как питательный насос, нагнетатель, вытяжной вентилятор) обычно поставляются с основным оборудованием. Есть много применений охладителя на электростанции: отбор проб печи (проба охлаждающей воды) и охлаждение ветряной машины и подшипника двигателя (вентилятор, вытяжной вентилятор, водяной насос, воздушный компрессор и т. д.) используют режим масляного охлаждения. а масляная станция работает в режиме водяного охлаждения. Центральная система кондиционирования (более 20 видов)

Тип теплообменника:

Пластинчатый теплообменник, трубчатый теплообменник, поршневой теплообменник, паяный теплообменник, цельносварной теплообменник, воздушный теплообменник.

Информационные документы — IDC Cooling

Как воздухо-воздушные теплообменники эффективно охлаждают электрические шкафы

 

Теплообменник воздух-воздух — это эффективный способ отвода тепла от электрических шкафов. Кроме двух вентиляторов, движущихся частей нет, а энергопотребление незначительно. Используя инновационную технологию тепловых трубок, воздухо-воздушные теплообменники способны передавать тепло из внутренней части корпуса во внешний воздух и подходят для использования в герметичных корпусах NEMA 12, 4 и 4X.

Технология тепловых трубок

Тепловые трубки представляют собой герметичные трубы, содержащие жидкий хладагент, находящийся под очень низким давлением. Нижняя часть трубы нагревается воздухом из электрического шкафа, что приводит к испарению хладагента и его подъему в верхнюю часть трубы. Верхняя часть трубы находится в контакте с более холодным окружающим воздухом, поэтому пары хладагента отдают свое тепло воздуху, конденсируются и возвращаются в нижнюю часть трубы.

Тепловая трубка снабжена алюминиевым оребрением для увеличения теплопередачи.

Полностью герметичный

Верхняя и нижняя части тепловой трубки находятся в отдельных отсеках. Нижний отсек полностью герметичен, за исключением того, что горячий воздух из верхней части электрического шкафа поступает в теплообменник, а охлажденный воздух возвращается в корпус. Для циркуляции воздуха используется небольшой вентилятор.

Верхнее отделение подвергается воздействию окружающего воздуха, циркулирующего с помощью вентилятора для отвода тепла.

Производительность

Теплообменник зависит от разницы температур между температурой корпуса и температурой окружающего воздуха. Чем больше разность температур, тем большее количество тепла отводится. Большой теплообменник удаляет 40 Вт на градус Фаренгейта. Таким образом, при разнице температур в 20 °F общее количество отводимого тепла составляет 800 Вт или 2730 БТЕ/ч. Это эквивалентно мощности небольшого кондиционера. Важной особенностью является то, что кроме мощности, потребляемой циркуляционными вентиляторами, не требуется никакой внешней энергии.

Ограничения

Поскольку тепловая трубка зависит от разницы температур, температура окружающего воздуха должна быть ниже рабочей температуры корпуса. Это означает, что теплообменник воздух-воздух можно использовать только тогда, когда температура окружающей среды ниже желаемой температуры корпуса. Однако это ограничение также относится к вентиляторам с фильтром. Кроме того, требованием конструкции тепловой трубки является ее вертикальная установка.

Области применения

Низкое энергопотребление, теплопередающая способность и прочная конструкция воздухо-воздушных теплообменников означают, что они хорошо подходят для охлаждения шкафов, где окружающая среда не позволяет использовать вентиляторы. Вот некоторые примеры:

• Грязные и пыльные помещения: Замкнутая конструкция воздухо-воздушного теплообменника позволяет использовать герметичные корпуса без необходимости использования более дорогого оборудования для кондиционирования воздуха.
• Влажные и коррозионно-активные зоны. Устройства можно мыть из шланга, они устойчивы к коррозии и подходят для использования в местах, требующих защиты NEMA типа 4 и 4X.
• Удаленные установки: Прочная конструкция и низкое энергопотребление позволяют работать без присмотра. Модели с питанием от постоянного тока доступны для питания от батареи или солнечной энергии.

Экономия затрат благодаря теплообменникам воздух-воздух

Теплообменники воздух-воздух компании Thermal Edge представляют собой недорогое решение для охлаждения с замкнутым контуром, которое является предпочтительной альтернативой вентиляторам с фильтром. Их низкое энергопотребление, устойчивость к грязным и загрязненным средам, а также рейтинг корпуса NEMA типов 12, 4 и 4X в совокупности предлагают превосходное, но экономически эффективное решение.