Mejorar la eficiencia de transferencia de calor del intercambiador de calor de placas
1. Dirección de diseño óptima del intercambiador de calor de placas
En los últimos años, la tecnología de intercambiadores de calor de placas se ha vuelto cada vez más madura, con alta eficiencia de transferencia de calor, tamaño pequeño, peso ligero, bajo coeficiente de ensuciamiento, fácil desmontaje, una amplia variedad de placas y una amplia gama de aplicaciones. Ha sido ampliamente utilizado en la industria de la calefacción. Los intercambiadores de calor de placas se dividen en tipo desmontable, tipo soldado, tipo soldado, tipo placa-carcasa, etc. de acuerdo con el método de ensamblaje. Debido a que el intercambiador de calor de placas desmontables es fácil de desmontar y limpiar, es flexible para aumentar o disminuir el área del intercambiador de calor y se usa más en proyectos de calefacción. El intercambiador de calor de placas desmontables está limitado por la temperatura resistente al calor de la junta del intercambiador de calor y es adecuado para la transferencia de calor de agua a agua.
Mejorar la eficiencia del intercambiador de calor de placas es una cuestión de beneficio económico integral, que debe determinarse después de una comparación técnica y económica. Mejorar la eficiencia de transferencia de calor del intercambiador de calor y reducir la resistencia del intercambiador de calor debe considerarse al mismo tiempo, y el material de la placa del intercambiador de calor y el material de la junta del intercambiador de calor y el método de instalación deben seleccionarse razonablemente para garantizar la operación segura del equipo y extender el uso de la vida útil del equipo.
2. Método de diseño óptimo del intercambiador de calor de placas
2.1 Mejorar la eficiencia de la transferencia de calor
El intercambiador de calor de placas es un intercambiador de calor de pared a pared. El fluido frío y caliente transfiere calor a través de las placas del intercambiador de calor y el fluido contacta directamente con las placas del intercambiador de calor. El método de transferencia de calor es por conducción de calor y transferencia de calor por convección. La clave para mejorar la eficiencia de transferencia de calor del intercambiador de calor de placas es aumentar el coeficiente de transferencia de calor y la diferencia de temperatura promedio logarítmica.
① Para mejorar el coeficiente de transferencia de calor del intercambiador de calor, solo se puede aumentar el coeficiente de transferencia de calor de la superficie en ambos lados de la placa al mismo tiempo, reducir la resistencia térmica de la capa de incrustación, seleccionar placas de intercambiador de calor con alta conductividad térmica y reducir la placa del intercambiador de calor El espesor puede mejorar eficazmente el coeficiente de transferencia de calor del intercambiador de calor de placas.
una. Mejorar el coeficiente de transferencia de calor de la superficie de las placas del intercambiador de calor.
Debido a que la ondulación del intercambiador de calor de placas puede hacer que el fluido produzca turbulencias a un caudal pequeño (número de Reynolds-150), puede obtener un coeficiente de transferencia de calor superficial más alto, el coeficiente de transferencia de calor superficial y la geometría de la ondulación de la placa del intercambiador de calor. La estructura está relacionada con el estado de flujo del medio. Las formas de onda de las placas del intercambiador de calor incluyen espina de pescado, rectas, esféricas, etc. Después de años de investigación y experimentos, se ha descubierto que la forma de la sección transversal corrugada es triangular (el coeficiente de transferencia de calor de la superficie sinusoidal es el más grande, la caída de presión es pequeña, la distribución de la tensión es uniforme bajo presión, pero el procesamiento ¿Es difícil?) La placa en espiga tiene una mayor transmisión superficial. Coeficiente térmico,
B. Reducir la resistencia térmica de la capa de suciedad.
La clave para reducir la resistencia térmica de la capa de ensuciamiento del intercambiador de calor es evitar el ensuciamiento de las placas del intercambiador de calor. Cuando el grosor del ensuciamiento de la placa del intercambiador de calor es de 1 mm, el coeficiente de transferencia de calor se reduce en aproximadamente un 10%. Por lo tanto, se debe tener cuidado de monitorear la calidad del agua en ambos lados del intercambiador de calor para evitar que se ensucien las placas del intercambiador de calor y evitar que los residuos del agua se adhieran a las placas. Para evitar el robo de agua y la corrosión de las piezas de acero, algunas unidades de calefacción agregan productos químicos al medio de calefacción. Por lo tanto, se debe prestar atención a la calidad del agua y los adhesivos que hacen que los desechos contaminen las placas del intercambiador de calor. Si hay residuos viscosos en el agua, se deben usar filtros especiales para el tratamiento. Al elegir medicamentos,
C. Utilice placas de intercambiador de calor con alta conductividad térmica.
El material de la placa del intercambiador de calor se puede seleccionar entre acero inoxidable austenítico, aleación de titanio, aleación de cobre, etc. El acero inoxidable tiene buena conductividad térmica, con una conductividad térmica de aproximadamente 14,4 W / (m • K), alta resistencia, buen estampado rendimiento, y no es fácil de oxidar. El precio es más bajo que el de la aleación de titanio y la aleación de cobre. Se utiliza más en la ingeniería de calefacción, pero su escasa resistencia a la corrosión por iones de cloruro.
D. Reducir el espesor de la placa del intercambiador de calor.
El espesor de diseño de la placa del intercambiador de calor no tiene nada que ver con su resistencia a la corrosión, sino que está relacionado con la capacidad de carga de presión del intercambiador de calor. La placa del intercambiador de calor está engrosada, lo que puede mejorar la capacidad de carga de presión del intercambiador de calor de placas. Cuando se adopta la combinación de placas en espiga, las placas intercambiadoras de calor adyacentes se invierten y las corrugaciones están en contacto entre sí, formando un fulcro de alta densidad y distribución uniforme. El dispositivo tiene una buena capacidad de carga de presión. La capacidad máxima de carga de presión del intercambiador de calor de placas desmontable ha alcanzado los 2,5 MPa. El grosor de la placa del intercambiador de calor tiene una gran influencia en el coeficiente de transferencia de calor, el grosor se reduce en 0,1 mm, el coeficiente de transferencia de calor total del intercambiador de calor de placas simétricas aumenta en aproximadamente 600 W / (m • K), y el tipo asimétrico aumenta en aproximadamente 500 W / (m • K). Con la premisa de cumplir con la capacidad de carga de presión del intercambiador de calor, el grosor de la placa del intercambiador de calor debe ser lo más pequeño posible.
② Incrementar la diferencia de temperatura media logarítmica
Los patrones de flujo de los intercambiadores de calor de placas son de flujo a contracorriente, en paralelo y mixto (tanto en contracorriente como en paralelo). En las mismas condiciones de trabajo, la diferencia de temperatura promedio logarítmica es la más grande en el flujo en contracorriente y la más pequeña en el flujo aguas abajo, y el patrón de flujo mixto se encuentra en algún lugar entre los dos. El método para aumentar la diferencia de temperatura media logarítmica del intercambiador de calor es usar flujo mixto a contracorriente o cercano a contracorriente tanto como sea posible, aumentar la temperatura del fluido en el lado caliente tanto como sea posible y reducir la temperatura del fluido en el lado frío.
③ Determinación de la posición de las tuberías de entrada y salida
Para los intercambiadores de calor de placas dispuestos en un solo proceso, para facilitar el mantenimiento, las tuberías de entrada y salida de fluido deben colocarse en el lado de la placa final fija del intercambiador de calor tanto como sea posible. Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura del medio, más fuerte será la convección natural del fluido y más obvia será la influencia de la zona de estancamiento. Por lo tanto, las posiciones de entrada y salida del medio deben disponerse de acuerdo con el fluido caliente hacia arriba y hacia abajo, y el fluido frío hacia adentro y hacia afuera para reducir la influencia de la zona estancada. , Mejore la eficiencia de la transferencia de calor.
2.2 Métodos para reducir la resistencia de los intercambiadores de calor de placas
El aumento de la velocidad de flujo promedio del medio en el canal de flujo entre las placas del intercambiador de calor puede aumentar el coeficiente de transferencia de calor y reducir el área del intercambiador de calor. Sin embargo, aumentar el caudal aumentará la resistencia del intercambiador de calor y aumentará el consumo de energía de la bomba de circulación y el costo del equipo. El consumo de energía de la bomba de circulación es proporcional a la tercera potencia del caudal medio. No es económico aumentar el caudal para obtener un coeficiente de transferencia de calor ligeramente más alto. Cuando el flujo de medios fríos y calientes es relativamente grande, se pueden usar los siguientes métodos para reducir la resistencia del intercambiador de calor de placas y asegurar un coeficiente de transferencia de calor más alto.
① Adopte la placa de mezcla térmica
La estructura geométrica de la ondulación en ambos lados de la placa de mezcla térmica es la misma. Las placas del intercambiador de calor se dividen en placas duras (H) y placas blandas (L) según el ángulo de ondulación en espiga. El ángulo (generalmente 120. Aproximadamente) es mayor que 90. Es una tabla rígida y el ángulo incluido (generalmente 70. Aproximadamente) es menor de 90. Para tabla blanda. El coeficiente de transferencia de calor de la superficie de la placa dura de la placa de mezcla térmica es alto y la resistencia al fluido es grande, mientras que la placa blanda es lo opuesto. La combinación de tabla dura y tabla blanda puede formar patines altos (HH), medios (HL) y bajos (LL) para satisfacer las necesidades de diferentes condiciones de trabajo.
Cuando el flujo de medio frío y calor es relativamente grande, el uso de una placa de mezcla de calor puede reducir el área de la placa que un intercambiador de calor simétrico de un solo proceso. Los diámetros de los orificios en los lados frío y caliente de la placa de mezcla caliente suelen ser los mismos. Cuando la relación de flujo del medio frío y caliente es demasiado grande, la pérdida de presión de los orificios en el lado del medio frío es grande. Además, es difícil lograr una coincidencia precisa con la tecnología de diseño de placas de mezcla térmica, lo que a menudo resulta en un ahorro limitado del área de la placa. Por lo tanto, no es adecuado utilizar una placa mezcladora caliente cuando la relación de flujo del medio frío y caliente es demasiado grande.
② Adopte un intercambiador de calor de placas asimétrico
El intercambiador de calor de placas simétricas está compuesto por placas con la misma geometría ondulada en ambos lados de las placas del intercambiador de calor, formando un intercambiador de calor de placas con áreas de sección transversal iguales de los canales fríos y calientes. Los intercambiadores de calor de placas asimétricos (área de sección transversal desigual) cambian la geometría de onda de los dos lados de la placa de acuerdo con las características de transferencia de calor y los requisitos de caída de presión de los fluidos fríos y calientes para formar un intercambiador de calor de placas con áreas de sección transversal desiguales de los canales fríos y calientes, El diámetro de entrada en el lado del canal ancho es mayor. El coeficiente de transferencia de calor del intercambiador de calor de placas asimétrico disminuye ligeramente y la caída de presión se reduce considerablemente. Cuando el flujo de medio frío y calefactor es relativamente grande,
③ Adopte una combinación de procesos múltiples
Cuando la tasa de flujo del medio frío y calor es grande, se puede usar una combinación de múltiples procesos, y se usan más procesos en el lado de la tasa de flujo pequeña para aumentar la tasa de flujo y obtener un coeficiente de transferencia de calor más alto. El lado de flujo grande adopta menos procesos para reducir la resistencia del intercambiador de calor de placas. Los patrones de flujo mixto aparecen en la combinación de múltiples procesos y la diferencia de temperatura promedio de transferencia de calor es ligeramente menor. Tanto la placa de extremo fija como la placa de extremo móvil del intercambiador de calor de placas adoptan una combinación de procesos múltiples, lo que requiere mucho trabajo durante el mantenimiento.
④ Coloque el tubo de derivación del intercambiador de calor
Cuando el flujo de medio frío y calor es relativamente grande, se puede instalar una tubería de derivación entre la entrada y la salida del intercambiador de calor en el lado del flujo grande para reducir el flujo al intercambiador de calor y reducir la resistencia. Para facilitar el ajuste, se debe instalar una válvula reguladora en la tubería de derivación. Este método debe adoptar una disposición en contracorriente para aumentar la temperatura del medio frío que sale del intercambiador de calor de placas y garantizar que la temperatura del medio frío después de la fusión de la salida del intercambiador de calor pueda cumplir con los requisitos de diseño. La tubería de derivación del intercambiador de calor puede garantizar que el intercambiador de calor tenga un coeficiente de transferencia de calor más alto y reducir la resistencia del intercambiador de calor, pero el ajuste es un poco más complicado.
⑤ Selección de la forma del intercambiador de calor de placas
La velocidad de flujo media del medio en el canal de flujo entre las placas del intercambiador de calor es preferiblemente de 0,3 a 0,6 m / s, y la resistencia es preferiblemente de no más de 100 kPa. De acuerdo con las diferentes relaciones de flujo de los medios fríos y calientes, se seleccionan diferentes formas de intercambiadores de calor de placas.
2.3 Material de la junta del intercambiador de calor y método de instalación
① Selección de material
En el intercambiador de calor de placas agua-agua, los medios fríos y calientes no son corrosivos para la junta del intercambiador de calor. La clave para seleccionar el material de la junta del intercambiador de calor es la resistencia a la temperatura y el rendimiento de sellado. El material de la junta del intercambiador de calor se puede seleccionar de acuerdo con la literatura.
② Elección del método de instalación
Los métodos de instalación comúnmente utilizados de las juntas de intercambiadores de calor son el tipo de unión y el tipo de encaje. El tipo de unión es cuando se ensambla el intercambiador de calor de placas, la junta del intercambiador de calor se pega en la ranura de sellado de la placa del intercambiador de calor. El tipo de encaje a presión es para usar la junta del intercambiador de calor y la estructura a presión en el borde de la placa para fijar la junta del intercambiador de calor en la ranura de sellado de la placa del intercambiador de calor cuando se ensambla el intercambiador de calor de placas. Debido a la pequeña carga de trabajo de la instalación a presión, la tasa de daño de la junta del intercambiador de calor es baja cuando se desmonta el intercambiador de calor de placas, y no hay iones de cloruro que puedan estar contenidos en el pegamento para causar corrosión en las placas del intercambiador de calor. por lo que se usa más.
2.4 Selección razonable del material de la placa del intercambiador de calor
El fenómeno de falla por corrosión de las placas de acero inoxidable puede causar corrosión de la broca, corrosión por grietas, corrosión por tensión, corrosión intergranular, corrosión uniforme, etc., y la incidencia de la corrosión por tensión es relativamente alta.
