Melhorar a eficiência de transferência de calor do trocador de calor de placas
1. Direção de projeto ideal do trocador de calor de placas
Nos últimos anos, a tecnologia de trocadores de calor de placas tornou-se cada vez mais madura, com alta eficiência de transferência de calor, tamanho pequeno, peso leve, baixo coeficiente de incrustação, fácil desmontagem, uma ampla variedade de placas e uma ampla gama de aplicações. Tem sido amplamente utilizado na indústria de aquecimento. Os trocadores de calor de placas são divididos em tipo destacável, tipo soldado, tipo brasado, tipo placa-casca, etc. de acordo com o método de montagem. Como o trocador de calor de placa destacável é fácil de desmontar e limpar, ele é flexível para aumentar ou diminuir a área do trocador de calor e é mais usado em projetos de aquecimento. O trocador de calor de placa destacável é limitado pela temperatura resistente ao calor da gaxeta do trocador de calor e é adequado para transferência de calor de água para água.
Melhorar a eficiência do trocador de calor a placas é uma questão de benefício econômico abrangente, que deve ser determinada após comparação técnica e econômica. Melhorar a eficiência de transferência de calor do trocador de calor e reduzir a resistência do trocador de calor devem ser considerados ao mesmo tempo, e o material da placa do trocador de calor e o material da junta do trocador de calor e o método de instalação devem ser selecionados razoavelmente para garantir a operação segura do equipamento e estender a vida útil do equipamento.
2. Método de projeto ideal de trocador de calor de placas
2.1 Melhorar a eficiência da transferência de calor
O trocador de calor a placas é um trocador de calor de parede a parede. O fluido quente e frio transfere calor através das placas do trocador de calor e o fluido entra em contato direto com as placas do trocador de calor. O método de transferência de calor é por condução de calor e transferência de calor por convecção. A chave para melhorar a eficiência da transferência de calor do trocador de calor a placas é aumentar o coeficiente de transferência de calor e a diferença de temperatura média logarítmica.
① Para melhorar o coeficiente de transferência de calor do trocador de calor, só pode aumentar o coeficiente de transferência de calor da superfície em ambos os lados da placa ao mesmo tempo, reduzir a resistência térmica da camada de incrustação, selecionar as placas do trocador de calor com alta condutividade térmica e reduzir a placa do trocador de calor A espessura pode melhorar efetivamente o coeficiente de transferência de calor do trocador de calor a placas.
uma. Melhorar o coeficiente de transferência de calor da superfície das placas do trocador de calor
Como a ondulação do trocador de calor de placa pode fazer com que o fluido produza turbulência a uma pequena taxa de fluxo (número de Reynolds-150), ele pode obter um coeficiente de transferência de calor de superfície mais alto, o coeficiente de transferência de calor de superfície e a geometria da ondulação de placa do trocador de calor A estrutura está relacionada ao estado de fluxo do meio. As formas de onda das placas do trocador de calor incluem espinha de peixe, reta, esférica e assim por diante. Após anos de pesquisa e experimentos, descobriu-se que a forma da seção transversal ondulada é triangular (o coeficiente de transferência de calor da superfície sinusoidal é o maior, a queda de pressão é pequena, a distribuição de tensão é uniforme sob pressão, mas o processamento é difícil?) A placa em espinha tem uma transmissão de superfície superior. Coeficiente térmico,
b. Reduz a resistência térmica da camada de sujeira
A chave para reduzir a resistência térmica da camada de incrustação do trocador de calor é evitar a incrustação das placas do trocador de calor. Quando a espessura da incrustação da placa do trocador de calor é de 1 mm, o coeficiente de transferência de calor é reduzido em cerca de 10%. Portanto, deve-se tomar cuidado para monitorar a qualidade da água em ambos os lados do trocador de calor para evitar entupimento das placas do trocador de calor e evitar que detritos na água adiram às placas. Para evitar o roubo de água e a corrosão das peças de aço, algumas unidades de aquecimento adicionam produtos químicos ao meio de aquecimento. Portanto, deve-se prestar atenção à qualidade da água e aos adesivos que causam a contaminação das placas do trocador de calor por detritos. Se houver detritos viscosos na água, filtros especiais devem ser usados para o tratamento. Ao escolher medicamentos,
c. Use placas trocadoras de calor com alta condutividade térmica
O material da placa do trocador de calor pode ser selecionado de aço inoxidável austenítico, liga de titânio, liga de cobre, etc. O aço inoxidável tem boa condutividade térmica, com uma condutividade térmica de cerca de 14,4 W / (m • K), alta resistência, boa estampagem desempenho, e não é fácil de ser oxidado. O preço é inferior ao da liga de titânio e liga de cobre. É mais usado em engenharia de aquecimento, mas apresenta baixa resistência à corrosão de íons cloreto.
d. Reduza a espessura da placa do trocador de calor
A espessura do projeto da placa do trocador de calor não tem nada a ver com sua resistência à corrosão, mas está relacionada à capacidade de carga de pressão do trocador de calor. A placa do trocador de calor é espessada, o que pode melhorar a capacidade de suporte de pressão do trocador de calor a placas. Quando a combinação de placas em espinha é adotada, as placas trocadoras de calor adjacentes são viradas de cabeça para baixo, e as ondulações ficam em contato umas com as outras, formando um fulcro de alta densidade e distribuição uniforme. O dispositivo tem uma boa capacidade de carga de pressão. A capacidade máxima de suporte de pressão do trocador de calor de placas removíveis atingiu 2,5 MPa. A espessura da placa do trocador de calor tem uma grande influência no coeficiente de transferência de calor, a espessura é reduzida em 0,1 mm, o coeficiente de transferência de calor total do trocador de calor de placas simétrico é aumentado em cerca de 600 W / (m • K), e o tipo assimétrico é aumentado em cerca de 500 W / (m • K). Na premissa de atender a capacidade de carga de pressão do trocador de calor, a espessura da placa do trocador de calor deve ser a menor possível.
② Aumente a diferença de temperatura média logarítmica
Os padrões de fluxo dos trocadores de calor de placas são contra-corrente, co-corrente e fluxo misto (contra-corrente e co-corrente). Sob as mesmas condições de trabalho, a diferença de temperatura média logarítmica é a maior no fluxo em contracorrente e a menor no fluxo a jusante, e o padrão de fluxo misto está em algum lugar entre os dois. O método para aumentar a diferença de temperatura média logarítmica do trocador de calor é usar fluxo misto em contracorrente ou próximo a contracorrente tanto quanto possível, aumentar a temperatura do fluido no lado quente tanto quanto possível e reduzir a temperatura do fluido no lado frio.
③ Determinação da posição dos tubos de entrada e saída
Para trocadores de calor de placas dispostos em um único processo, para fácil manutenção, os tubos de entrada e saída de fluido devem ser dispostos na lateral da placa de extremidade fixa do trocador de calor, tanto quanto possível. Quanto maior a diferença de temperatura do meio, mais forte é a convecção natural do fluido e mais óbvia a influência da zona de estagnação. Portanto, as posições de entrada e saída do meio devem ser dispostas de acordo com o fluido quente para cima e para baixo, e o fluido frio dentro e fora para reduzir a influência da zona de estagnação. , Melhore a eficiência da transferência de calor.
2.2 Métodos para reduzir a resistência dos trocadores de calor de placas
Aumentar a velocidade média de fluxo do meio no canal de fluxo entre as placas do trocador de calor pode aumentar o coeficiente de transferência de calor e reduzir a área do trocador de calor. No entanto, aumentar a vazão aumentará a resistência do trocador de calor e aumentará o consumo de energia da bomba de circulação e o custo do equipamento. O consumo de energia da bomba de circulação é proporcional à terceira potência da vazão média. Não é econômico aumentar a taxa de fluxo para obter um coeficiente de transferência de calor ligeiramente mais alto. Quando o fluxo de meio frio e quente é relativamente grande, os seguintes métodos podem ser usados para reduzir a resistência do trocador de calor a placas e garantir um coeficiente de transferência de calor mais alto.
① Adote placa de mistura térmica
A estrutura geométrica da ondulação em ambos os lados da placa de mistura de calor é a mesma. As placas do trocador de calor são divididas em placas duras (H) e placas macias (L) de acordo com o ângulo da ondulação em espinha. O ângulo (geralmente 120. Sobre) é maior que 90. É uma placa rígida e o ângulo incluído (geralmente 70. Sobre) é menor que 90. Para placa macia. O coeficiente de transferência de calor da superfície da placa dura da placa de mistura térmica é alto e a resistência ao fluido é grande, enquanto a placa macia é o oposto. A combinação de placa dura e placa macia pode formar corredores altos (HH), médios (HL) e baixos (LL) para atender às necessidades de diferentes condições de trabalho.
Quando o fluxo de meio frio e calor é relativamente grande, o uso de uma placa de mistura de calor pode reduzir a área da placa do que um trocador de calor simétrico de processo único. Os diâmetros dos orifícios nos lados quente e frio da placa de mistura quente são geralmente os mesmos. Quando a taxa de fluxo do meio frio e quente é muito grande, a perda de pressão dos orifícios no lado do meio frio é grande. Além disso, é difícil obter uma correspondência precisa com a tecnologia de design de placa de mistura térmica, o que geralmente resulta em economia limitada de área da placa. Portanto, não é adequado usar uma placa de mistura quente quando a taxa de fluxo do meio frio e calor é muito grande.
② Adote trocador de calor de placa assimétrico
O trocador de calor a placas simétrico é composto por placas com a mesma geometria ondulada em ambos os lados das placas do trocador de calor, formando um trocador de calor a placas com áreas transversais iguais das câmaras fria e quente. Trocadores de calor de placa assimétricos (área de seção transversal desigual) mudam a geometria de onda dos dois lados da placa de acordo com as características de transferência de calor e requisitos de queda de pressão dos fluidos quentes e frios para formar um trocador de calor de placa com áreas de seção transversal desiguais das câmaras fria e quente, o diâmetro de entrada do lado da câmara larga é maior. O coeficiente de transferência de calor do trocador de calor de placa assimétrica diminui ligeiramente e a queda de pressão é bastante reduzida. Quando o fluxo de frio e meio de aquecimento é relativamente grande,
③ Adote a combinação de vários processos
Quando a taxa de fluxo do meio frio e calor é grande, uma combinação de vários processos pode ser usada e mais processos são usados no lado da taxa de fluxo pequena para aumentar a taxa de fluxo e obter um coeficiente de transferência de calor mais alto. O grande fluxo lateral adota menos processos para reduzir a resistência do trocador de calor a placas. Padrões de fluxo mistos aparecem na combinação de vários processos, e a diferença média de temperatura de transferência de calor é ligeiramente mais baixa. Tanto a placa final fixa quanto a placa final móvel do trocador de calor a placas adotam uma combinação de processos múltiplos, o que requer muito trabalho durante a manutenção.
④ Defina o tubo de derivação do trocador de calor
Quando o fluxo do meio frio e calor é relativamente grande, um tubo de desvio pode ser instalado entre a entrada e a saída do trocador de calor no lado do fluxo grande para reduzir o fluxo para o trocador de calor e reduzir a resistência. Para facilitar o ajuste, uma válvula reguladora deve ser instalada no tubo de derivação. Este método deve adotar um arranjo em contracorrente para aumentar a temperatura do meio frio que sai do trocador de calor a placas e para garantir que a temperatura do meio frio após a fusão da saída do trocador de calor possa atender aos requisitos do projeto. O tubo de desvio do trocador de calor pode garantir que o trocador de calor tenha um coeficiente de transferência de calor mais alto e reduzir a resistência do trocador de calor, mas o ajuste é um pouco mais complicado.
⑤ Seleção da forma do trocador de calor de placas
A velocidade média do fluxo do meio no canal de fluxo entre as placas do trocador de calor é de preferência 0,3 a 0,6 m / s, e a resistência é de preferência não mais do que 100 kPa. De acordo com diferentes taxas de fluxo de meios de frio e calor, diferentes formas de trocadores de calor de placas são selecionadas.
2.3 Material da junta do trocador de calor e método de instalação
① Seleção de material
No trocador de calor de placa de água-água, os meios frio e quente não são corrosivos para a gaxeta do trocador de calor. A chave para selecionar o material da junta do trocador de calor é a resistência à temperatura e o desempenho de vedação. O material da junta do trocador de calor pode ser selecionado de acordo com a literatura.
② Escolha do método de instalação
Os métodos de instalação comumente usados de juntas de trocador de calor são do tipo colagem e do tipo snap-in. O tipo de ligação ocorre quando o trocador de calor a placas é montado, a gaxeta do trocador de calor é colada na ranhura de vedação da placa do trocador de calor. O tipo de encaixe é usar a junta do trocador de calor e a estrutura de encaixe na borda da placa para fixar a junta do trocador de calor na ranhura de vedação da placa do trocador de calor quando o trocador de calor da placa é montado. Devido à pequena carga de trabalho da instalação de encaixe, a taxa de danos da gaxeta do trocador de calor é baixa quando o trocador de calor de placa é desmontado, e não há íon cloreto que pode estar contido na cola para causar corrosão nas placas do trocador de calor, por isso é mais usado.
2.4 Seleção razoável do material da placa do trocador de calor
O fenômeno de falha de corrosão das placas de aço inoxidável pode causar corrosão da broca, corrosão em fendas, corrosão sob tensão, corrosão intergranular, corrosão uniforme, etc., e a incidência de corrosão sob tensão é relativamente alta.
