تحسين كفاءة نقل الحرارة للمبادل الحراري للوحة
1. اتجاه التصميم الأمثل للمبادل الحراري للوحة
في السنوات الأخيرة ، أصبحت تقنية المبادل الحراري للوحة أكثر نضجًا ، مع كفاءة نقل حرارة عالية ، حجم صغير ، وزن خفيف ، معامل تلوث منخفض ، تفكيك سهل ، مجموعة متنوعة من اللوحات ، ومجموعة واسعة من التطبيقات. لقد تم استخدامه على نطاق واسع في صناعة التدفئة. تنقسم المبادلات الحرارية للوحة إلى نوع قابل للفصل ، نوع ملحوم ، نوع ملحوم ، نوع صفيحة ، إلخ وفقًا لطريقة التجميع. نظرًا لأن المبادل الحراري للوحة القابلة للفصل سهل الفك والتنظيف ، فإنه مرن لزيادة أو تقليل مساحة المبادل الحراري ، ويستخدم بشكل أكبر في مشاريع التدفئة. يتم تقييد المبادل الحراري للوحة القابلة للفصل بسبب درجة الحرارة المقاومة للحرارة لحشية المبادل الحراري ، وهو مناسب لنقل الحرارة من الماء إلى الماء.
يعد تحسين كفاءة المبادل الحراري للوحة مسألة ذات فائدة اقتصادية شاملة ، والتي يجب تحديدها بعد المقارنة الفنية والاقتصادية. يجب مراعاة تحسين كفاءة نقل الحرارة للمبادل الحراري وتقليل مقاومة المبادل الحراري في نفس الوقت ، ويجب اختيار مادة لوحة المبادل الحراري ومواد حشية المبادل الحراري وطريقة التثبيت بشكل معقول من أجل ضمان التشغيل الآمن للمعدات وإطالة عمر استخدام الجهاز.
2. أسلوب التصميم الأمثل للمبادل الحراري للوحة
2.1 تحسين كفاءة نقل الحرارة
المبادل الحراري للوحة هو مبادل حراري من الجدار إلى الجدار. يقوم السائل الساخن والبارد بنقل الحرارة من خلال ألواح المبادل الحراري ، ويتصل السائل مباشرة بألواح المبادل الحراري. طريقة نقل الحرارة هي التوصيل الحراري ونقل الحرارة بالحمل الحراري. المفتاح لتحسين كفاءة نقل الحرارة للمبادل الحراري للوحة هو زيادة معامل نقل الحرارة ومتوسط فرق درجة الحرارة اللوغاريتمي.
① لتحسين معامل نقل الحرارة للمبادل الحراري ، يمكن فقط زيادة معامل نقل الحرارة السطحي على جانبي اللوحة في نفس الوقت ، وتقليل المقاومة الحرارية لطبقة القاذورات ، واختيار ألواح المبادل الحراري ذات الموصلية الحرارية العالية ، وتقليل لوحة المبادل الحراري يمكن للسمك أن يحسن بشكل فعال معامل نقل الحرارة للمبادل الحراري للوحة.
أ. تحسين معامل نقل الحرارة السطحي لألواح المبادل الحراري
نظرًا لأن تمويج المبادل الحراري للوحة يمكن أن يجعل السائل ينتج اضطرابًا بمعدل تدفق صغير (رقم رينولدز -150) ، فيمكنه الحصول على معامل نقل حرارة سطح أعلى ، ومعامل نقل حرارة السطح وهندسة تمويج لوحة المبادل الحراري يرتبط الهيكل بحالة تدفق الوسيط. تشمل الأشكال الموجية لألواح المبادل الحراري عظم متعرج ، مستقيم ، كروي ، وما إلى ذلك. بعد سنوات من البحث والتجارب ، وجد أن شكل المقطع العرضي المموج مثلث (معامل نقل الحرارة للسطح الجيبي هو الأكبر ، وانخفاض الضغط صغير ، وتوزيع الضغط منتظم تحت الضغط ، ولكن المعالجة صعب؟) لوحة متعرجة لديها انتقال سطحي أعلى. معامل حراري
ب. تقليل المقاومة الحرارية لطبقة الأوساخ
المفتاح لتقليل المقاومة الحرارية لطبقة القاذورات للمبادل الحراري هو منع تلوث ألواح المبادل الحراري. عندما يكون سمك تلوث لوحة المبادل الحراري 1 مم ، يتم تقليل معامل نقل الحرارة بحوالي 10٪. لذلك ، يجب الحرص على مراقبة جودة المياه على جانبي المبادل الحراري لمنع تلوث ألواح المبادل الحراري ومنع الحطام الموجود في الماء من الالتصاق باللوحات. من أجل منع سرقة المياه وتآكل الأجزاء الفولاذية ، تضيف بعض وحدات التسخين مواد كيميائية إلى وسط التسخين. لذلك ، يجب الانتباه إلى جودة المياه والمواد اللاصقة التي تسبب الحطام لتلوث ألواح المبادل الحراري. في حالة وجود حطام لزج في الماء ، يجب استخدام مرشحات خاصة للمعالجة. عند اختيار الأدوية ،
ج. استخدم ألواح مبادل حراري ذات موصلية حرارية عالية
يمكن اختيار مادة اللوح للمبادل الحراري من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ ، وسبائك التيتانيوم ، وسبائك النحاس ، وما إلى ذلك. يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ بموصلية حرارية جيدة ، مع التوصيل الحراري لحوالي 14.4 واط / (م • كلفن) ، قوة عالية ، ختم جيد الأداء ، وليس من السهل أن تتأكسد. السعر أقل من سعر سبائك التيتانيوم وسبائك النحاس. يتم استخدامه أكثر في هندسة التدفئة ، ولكن مقاومته الضعيفة لتآكل أيون الكلوريد.
د. تقليل سمك لوحة المبادل الحراري
لا علاقة لسمك تصميم لوحة المبادل الحراري بمقاومتها للتآكل ، ولكنها مرتبطة بقدرة تحمل الضغط للمبادل الحراري. لوحة المبادل الحراري سميكة ، والتي يمكن أن تحسن قدرة تحمل الضغط للمبادل الحراري للوحة. عندما يتم اعتماد تركيبة لوحة عظم السمكة ، يتم قلب لوحات المبادل الحراري المجاورة رأسًا على عقب ، وتكون التمويجات على اتصال مع بعضها البعض ، وتشكل نقطة ارتكاز ذات كثافة عالية وتوزيع منتظم. الجهاز لديه قدرة جيدة على تحمل الضغط. وصلت السعة القصوى لتحمل الضغط للمبادل الحراري للوحة القابلة للفصل إلى 2.5 ميجا باسكال. سمك لوحة المبادل الحراري له تأثير كبير على معامل نقل الحرارة ، يتم تقليل السماكة بمقدار 0.1 مم ، يتم زيادة إجمالي معامل انتقال الحرارة للمبادل الحراري ذو اللوحة المتماثلة بحوالي 600W / (m • K) ، ويزداد النوع غير المتماثل بحوالي 500 W / (m • K). على أساس تلبية قدرة تحمل الضغط للمبادل الحراري ، يجب أن يكون سمك لوحة المبادل الحراري صغيرًا قدر الإمكان.
زيادة متوسط فرق درجة الحرارة اللوغاريتمي
أنماط تدفق المبادلات الحرارية للوحة هي تيار معاكس ، تيار مشترك وتدفق مختلط (كلا التيار المعاكس والتيار المشترك). في ظل نفس ظروف العمل ، يكون متوسط الفرق اللوغاريتمي في درجة الحرارة هو الأكبر في تدفق التيار المعاكس والأصغر في التدفق السفلي ، ويكون نمط التدفق المختلط في مكان ما بين الاثنين. تتمثل طريقة زيادة متوسط فرق درجة الحرارة اللوغاريتمي للمبادل الحراري في استخدام تيار معاكس أو قريب من التدفق المختلط المعاكس قدر الإمكان ، وزيادة درجة حرارة السائل على الجانب الساخن قدر الإمكان ، وتقليل درجة حرارة السائل على الجانب البارد.
تحديد موقع مواسير المدخل والمخرج
بالنسبة للمبادلات الحرارية اللوحية المرتبة في عملية واحدة ، لسهولة الصيانة ، يجب ترتيب أنابيب مدخل ومخرج السوائل على جانب اللوحة الطرفية الثابتة للمبادل الحراري قدر الإمكان. كلما زاد الاختلاف في درجة حرارة الوسط ، كلما كان الحمل الحراري الطبيعي أقوى للسائل ، وكلما كان تأثير منطقة الركود أكثر وضوحًا. لذلك ، يجب ترتيب مواضع مدخل ومخرج الوسيط وفقًا للسائل الساخن لأعلى ولأسفل ، والسائل البارد الداخل والخارج لتقليل تأثير المنطقة الراكدة. ، تحسين كفاءة نقل الحرارة.
2.2 طرق لتقليل مقاومة المبادلات الحرارية للوحة
يمكن أن تؤدي زيادة متوسط سرعة التدفق للوسط في قناة التدفق بين ألواح المبادل الحراري إلى زيادة معامل نقل الحرارة وتقليل مساحة المبادل الحراري. ومع ذلك ، فإن زيادة معدل التدفق سيزيد من مقاومة المبادل الحراري ويزيد من استهلاك الطاقة للمضخة الدورانية وتكلفة المعدات. يتناسب استهلاك الطاقة للمضخة الدورانية مع الطاقة الثالثة لمعدل التدفق المتوسط. ليس من الاقتصادي زيادة معدل التدفق للحصول على معامل نقل حرارة أعلى قليلاً. عندما يكون تدفق الوسائط الباردة والساخنة كبيرًا نسبيًا ، يمكن استخدام الطرق التالية لتقليل مقاومة المبادل الحراري للوحة وضمان معامل نقل حرارة أعلى.
① اعتماد لوح الخلط الحراري
الهيكل الهندسي للتمويج على جانبي لوح الخلط الحراري هو نفسه. تنقسم ألواح المبادل الحراري إلى ألواح صلبة (H) وألواح ناعمة (L) وفقًا لزاوية تموج عظم السمكة. الزاوية (عادة 120. حول) أكبر من 90. إنها لوحة صلبة ، والزاوية المضمنة (عادة 70. حول) أقل من 90. للوح اللين. معامل نقل الحرارة السطحي للوحة الصلبة للوحة الخلط الحراري مرتفع ، ومقاومة السوائل كبيرة ، بينما الصفيحة اللينة هي عكس ذلك. يمكن للجمع بين الألواح الصلبة والألواح اللينة تشكيل عدائين مرتفع (HH) ومتوسط (HL) ومنخفض (LL) لتلبية احتياجات ظروف العمل المختلفة.
عندما يكون تدفق الوسط البارد والحراري كبيرًا نسبيًا ، يمكن أن يؤدي استخدام لوحة خلط الحرارة إلى تقليل مساحة اللوحة مقارنة بمبادل حراري متماثل أحادي العملية. عادة ما تكون أقطار الثقوب الموجودة على الجانبين الساخن والبارد من لوح الخلط الساخن هي نفسها. عندما تكون نسبة التدفق للوسط البارد والساخن كبيرة جدًا ، يكون فقدان ضغط الثقوب على الجانب المتوسط البارد كبيرًا. بالإضافة إلى ذلك ، من الصعب تحقيق المطابقة الدقيقة مع تقنية تصميم لوحة الخلط الحراري ، والتي غالبًا ما تؤدي إلى توفير مساحة محدودة للوحة. لذلك ، من غير المناسب استخدام لوح خلط ساخن عندما تكون نسبة تدفق وسط البرودة والحرارة كبيرة جدًا.
② اعتماد مبادل حراري غير متماثل للوحة
يتكون المبادل الحراري للوحة المتناظرة من ألواح لها نفس الهندسة المموجة على جانبي ألواح المبادل الحراري ، وتشكل مبادل حراري لوحة مع مناطق مقطعية متساوية من العدائين البارد والساخن. تقوم المبادلات الحرارية للوحة غير المتماثلة (مساحة المقطع العرضي غير المتكافئة) بتغيير هندسة الموجة على جانبي اللوحة وفقًا لخصائص نقل الحرارة ومتطلبات انخفاض الضغط للسوائل الباردة والساخنة لتشكيل مبادل حراري للوحة مع مناطق مقطعية غير متكافئة من العدائين الباردة والساخنة ، قطر المدخل على جانب العداء العريض أكبر. ينخفض معامل نقل الحرارة للمبادل الحراري للوحة غير المتماثلة بشكل طفيف ، ويتم تقليل انخفاض الضغط بشكل كبير. عندما يكون تدفق وسط التبريد والتدفئة كبيرًا نسبيًا ،
③ اعتماد مزيج متعدد العمليات
عندما يكون معدل التدفق للوسط البارد والحرارة كبيرًا ، يمكن استخدام مجموعة من العمليات المتعددة ، ويتم استخدام المزيد من العمليات على جانب معدل التدفق الصغير لزيادة معدل التدفق والحصول على معامل نقل حرارة أعلى. يتبنى جانب التدفق الكبير عمليات أقل لتقليل مقاومة المبادل الحراري للوحة. تظهر أنماط التدفق المختلط في مجموعة من العمليات المتعددة ، ويكون متوسط اختلاف درجة حرارة نقل الحرارة أقل قليلاً. كل من اللوحة الطرفية الثابتة واللوحة الطرفية المنقولة للمبادل الحراري للوحة تتبنى مجموعة متعددة العمليات ، والتي تتطلب الكثير من العمل أثناء الصيانة.
④ اضبط الأنبوب الجانبي للمبادل الحراري
عندما يكون تدفق الوسط البارد والحراري كبيرًا نسبيًا ، يمكن تركيب أنبوب جانبي بين مدخل ومخرج المبادل الحراري على جانب التدفق الكبير لتقليل التدفق إلى المبادل الحراري وتقليل المقاومة. من أجل تسهيل الضبط ، يجب تركيب صمام تنظيم على الأنبوب الجانبي. يجب أن تتبنى هذه الطريقة ترتيبًا للتيار المعاكس لجعل درجة حرارة الوسط البارد الخارج من المبادل الحراري للوحة أعلى ، وللتأكد من أن درجة حرارة الوسط البارد بعد دمج منفذ المبادل الحراري يمكن أن تلبي متطلبات التصميم. يمكن أن يضمن الأنبوب الجانبي للمبادل الحراري أن المبادل الحراري لديه معامل نقل حرارة أعلى ويقلل من مقاومة المبادل الحراري ، لكن التعديل أكثر تعقيدًا قليلاً.
اختيار شكل مبادل حراري لوحة
يفضل أن يكون متوسط سرعة التدفق للوسط في قناة التدفق بين ألواح المبادل الحراري 0.3 إلى 0.6 متر / ثانية ، ويفضل ألا تزيد المقاومة عن 100 كيلو باسكال. وفقًا لنسب التدفق المختلفة للوسائط الباردة والحرارة ، يتم اختيار أشكال مختلفة من المبادلات الحرارية للوحة.
2.3 مادة حشية المبادل الحراري وطريقة التركيب
اختيار المواد
في المبادل الحراري للوحة الماء والماء ، تكون الوسائط الباردة والساخنة غير قابلة للتآكل لحشية المبادل الحراري. مفتاح اختيار مادة حشية المبادل الحراري هو مقاومة درجات الحرارة وأداء الختم. يمكن اختيار مادة حشية المبادل الحراري وفقًا للأدبيات.
② اختيار طريقة التثبيت
طرق التثبيت الشائعة الاستخدام لحشيات المبادل الحراري هي نوع الترابط والنوع الإضافي. نوع الترابط هو عندما يتم تجميع المبادل الحراري للوحة ، يتم لصق حشية المبادل الحراري في أخدود الختم الخاص بلوحة المبادل الحراري. النوع الإضافي هو استخدام حشية المبادل الحراري والهيكل المفاجئ على حافة اللوحة لإصلاح حشية المبادل الحراري في أخدود ختم لوحة المبادل الحراري عند تجميع المبادل الحراري للوحة. نظرًا لحجم العمل الصغير للتركيب الإضافي ، يكون معدل تلف حشية المبادل الحراري منخفضًا عند تفكيك المبادل الحراري للوحة ، ولا يوجد أيون كلوريد يمكن احتوائه في الغراء للتسبب في تآكل ألواح المبادل الحراري ، لذلك يتم استخدامه أكثر.
2.4 الاختيار المعقول لمواد لوحة المبادل الحراري
قد تؤدي ظاهرة فشل التآكل لألواح الفولاذ المقاوم للصدأ إلى تآكل القطع ، وتآكل الشقوق ، والتآكل الإجهادي ، والتآكل بين الحبيبات ، والتآكل المنتظم ، وما إلى ذلك ، كما أن حدوث تآكل إجهاد مرتفع نسبيًا.
