เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อสำหรับการทำความร้อนและความเย็น

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อที่ปรับแต่งโดย Vrcooler ตามความต้องการของลูกค้าได้รับการทาสีและพร้อมที่จะบรรจุและส่งไปยังฝรั่งเศส

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อเรียกอีกอย่างว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อ เป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบผนังกั้นที่ใช้ผนังของมัดท่อที่อยู่ในเปลือกเป็นพื้นผิวถ่ายเทความร้อน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดนี้มีโครงสร้างที่ค่อนข้างเรียบง่ายและการทำงานที่เชื่อถือได้ สามารถทำจากวัสดุโครงสร้างต่างๆ (ส่วนใหญ่เป็นวัสดุโลหะ) และสามารถใช้งานภายใต้อุณหภูมิสูงและความดันสูง เป็นแบบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน

ปัจจัยที่ต้องพิจารณาในการออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อ

อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนมีหลายประเภท สำหรับเงื่อนไขการถ่ายเทความร้อนเฉพาะแต่ละอย่าง จะได้รุ่นอุปกรณ์ที่เหมาะสมที่สุดจากการเลือกที่เหมาะสมที่สุด หากใช้อุปกรณ์ประเภทนี้ในสภาวะอื่น ผลการถ่ายเทความร้อนอาจดีขึ้น การเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ ดังนั้นจึงเป็นงานที่สำคัญและซับซ้อนมากในการเลือกประเภทของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสำหรับสภาพการทำงานเฉพาะ สำหรับการออกแบบตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อ ปัจจัยต่อไปนี้ควรพิจารณา:

 

1. การเลือกอัตราการไหล

อัตราการไหลเป็นตัวแปรสำคัญในการออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน การเพิ่มอัตราการไหลจะเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน และในขณะเดียวกัน แรงดันตกและการใช้พลังงานก็จะเพิ่มขึ้นด้วย หากใช้ของไหลสูบ ควรพิจารณาว่าควรใช้แรงดันตกบนตัวแลกเปลี่ยนความร้อนให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้แทนที่จะใช้บนวาล์วควบคุม วิธีนี้จะช่วยปรับปรุงผลการถ่ายเทความร้อนโดยการเพิ่มอัตราการไหล

การใช้อัตราการไหลที่สูงขึ้นมีข้อดีสองประการ: หนึ่งคือการเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม ซึ่งจะช่วยลดพื้นที่การถ่ายเทความร้อน อีกวิธีหนึ่งคือเพื่อลดความเป็นไปได้ที่จะเกิดคราบสกปรกบนผิวท่อ แต่ก็ยังเพิ่มการใช้แรงต้านและกำลังไฟตามกัน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องทำการเปรียบเทียบทางเศรษฐกิจเพื่อกำหนดอัตราการไหลที่เหมาะสมในที่สุด

 

2. การเลือกแรงดันตกที่อนุญาต

การเลือกแรงดันตกคร่อมที่ใหญ่ขึ้นสามารถเพิ่มอัตราการไหลได้ ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนและลดพื้นที่การถ่ายเทความร้อน แต่แรงดันตกที่มากขึ้นจะเพิ่มต้นทุนการดำเนินงานของปั๊มด้วย จำเป็นต้องคำนวณค่าแรงดันตกคร่อมที่เหมาะสมตามต้นทุนรวมประจำปีของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน การปรับเปลี่ยนขนาดอุปกรณ์ซ้ำๆ และการคำนวณการเพิ่มประสิทธิภาพ

ในอุปกรณ์ส่วนใหญ่ อาจพบว่าความต้านทานความร้อนที่ด้านหนึ่งสูงกว่าอีกด้านหนึ่งอย่างมาก และความต้านทานความร้อนที่ด้านนี้จะกลายเป็นตัวควบคุมการต้านทานความร้อน เมื่อความต้านทานความร้อนของด้านเปลือกเป็นด้านควบคุม สามารถใช้วิธีการเพิ่มจำนวนแผ่นกั้นหรือลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเปลือกเพื่อเพิ่มอัตราการไหลของของเหลวที่ด้านเปลือกและลดความต้านทานการถ่ายเทความร้อน แต่ก็มี ขีดจำกัดในการลดระยะห่างของแผ่นกั้น ต้องไม่น้อยกว่า 1/5 หรือ 50 มม. ของเส้นผ่านศูนย์กลางเปลือก เมื่อความต้านทานความร้อนของด้านท่อเป็นด้านควบคุม อัตราการไหลของของไหลจะเพิ่มขึ้นตามอายุของท่อที่เพิ่มขึ้น

เมื่อต้องจัดการกับวัสดุที่มีความหนืด หากของเหลวอยู่ในการไหลแบบลามินาร์ วัสดุจะไปที่ด้านเปลือก เนื่องจากการไหลของของไหลที่ด้านข้างเปลือกมีแนวโน้มที่จะปั่นป่วน ส่งผลให้อัตราการถ่ายเทความร้อนสูงขึ้นและการควบคุมแรงดันตกที่ดีขึ้น

 

3. การกำหนดของไหลด้านเปลือก

ส่วนใหญ่จะขึ้นอยู่กับความดันในการทำงานและอุณหภูมิของของไหล ความดันลดลงที่มีอยู่ โครงสร้างและลักษณะการกัดกร่อน และการเลือกอุปกรณ์และวัสดุที่จำเป็นเพื่อพิจารณาว่าของไหลนั้นเหมาะกับวิธีใด มีปัจจัยต่อไปนี้ให้พิจารณาเมื่อเลือก:

ของไหลที่เหมาะสมสำหรับการผ่านท่อ ได้แก่ น้ำและไอน้ำหรือของไหลที่มีฤทธิ์กัดกร่อนรุนแรง ของเหลวที่เป็นพิษ ของไหลที่มีโครงสร้างง่าย ของไหลที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงหรือความดันสูง เป็นต้น

ของไหลที่เหมาะสมสำหรับด้านเปลือก ได้แก่ การกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ การควบแน่นและการต้มซ้ำของไฮโดรคาร์บอน ของเหลวที่ควบคุมโดยแรงดันตกของอุปกรณ์ท่อ ของไหลที่มีความหนืดสูง เป็นต้น

เมื่อสถานการณ์ข้างต้นหมดไป ทางเลือกของเส้นทางที่ตัวกลางใช้ควรมุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนและใช้ประโยชน์จากแรงดันตกให้ได้มากที่สุด เนื่องจากการไหลของตัวกลางที่ด้านเปลือกสามารถไปถึงการไหลแบบปั่นป่วนได้ง่าย (Re มากกว่าหรือเท่ากับ 100) จึงเป็นประโยชน์โดยทั่วไปในการเคลื่อนย้ายของไหลที่มีความหนืดสูงหรืออัตราการไหลต่ำ ซึ่งก็คือของไหลที่มีเรย์โนลด์ต่ำ หมายเลข ไปที่ด้านเปลือก ในทางกลับกัน ถ้าของไหลสามารถไหลเชี่ยวในท่อได้ ก็มีเหตุผลมากกว่าที่จะจัดให้ผ่านท่อ จากมุมมองของแรงดันตก โดยทั่วไป กระสุนรันด้วยจำนวน Reynolds ต่ำนั้นสมเหตุสมผล

 

4. การกำหนดอุณหภูมิการถ่ายเทความร้อนขั้นสุดท้าย

โดยทั่วไปอุณหภูมิการแลกเปลี่ยนความร้อนขั้นสุดท้ายจะกำหนดโดยความต้องการของกระบวนการ เมื่อสามารถเลือกอุณหภูมิแลกเปลี่ยนความร้อนขั้นสุดท้ายได้ ค่าของอุณหภูมิจะมีอิทธิพลอย่างมากต่อว่าการแลกเปลี่ยนความร้อนนั้นประหยัดและสมเหตุสมผลหรือไม่ เมื่ออุณหภูมิขาออกของของไหลร้อนเท่ากับอุณหภูมิขาออกของของไหลเย็น ประสิทธิภาพการใช้ความร้อนจะสูงที่สุด แต่ความแตกต่างของอุณหภูมิถ่ายเทความร้อนที่มีประสิทธิภาพจะน้อยที่สุดและพื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อนจะใหญ่ที่สุด

นอกจากนี้ เมื่อกำหนดอุณหภูมิขาออกของสตรีม ไม่พึงปรารถนาที่จะมีปรากฏการณ์ข้ามอุณหภูมิ นั่นคือ อุณหภูมิขาออกของของไหลร้อนต่ำกว่าอุณหภูมิขาออกของของไหลเย็น

5. การเลือกโครงสร้างอุปกรณ์

สำหรับเงื่อนไขของกระบวนการบางอย่าง ควรกำหนดรูปแบบอุปกรณ์ก่อน เช่น การเลือกรูปแบบท่อแบบคงที่หรือแบบหัวลอย เป็นต้น

ในกระบวนการออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เป้าหมายทั่วไปของการเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนสรุปได้ดังนี้ ลดขนาดเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภายใต้การถ่ายเทความร้อนที่กำหนด ปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีอยู่ ลดความแตกต่างของอุณหภูมิของของไหลทำงาน หรือลดกำลังปั๊ม

กระบวนการถ่ายเทความร้อนหมายถึงกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างของไหลสองชนิดผ่านผนังของอุปกรณ์แข็ง ตามวิธีการถ่ายเทความร้อนของของไหล โดยทั่วไปสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท: ไม่มีการเปลี่ยนเฟสและการเปลี่ยนเฟส การวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการถ่ายเทความร้อนขั้นสูงโดยไม่มีกระบวนการเปลี่ยนเฟส โดยทั่วไปจะใช้มาตรการที่สอดคล้องกันตามการควบคุมด้านความต้านทานความร้อน เช่น การขยายพื้นผิวด้านในหรือด้านนอกของท่อ การใส่วัตถุแปลกปลอมลงในท่อ การเปลี่ยนรูปแบบการสนับสนุนมัดหลอด การเติมสารเติมแต่งจุดเดือดต่ำที่ผสมกันไม่ได้และวิธีการอื่นๆ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน