Bei der Auslegung der Rohre in den Rohrbündelwärmetauschern müssen verschiedene thermische Gestaltungsmerkmale berücksichtigt werden

- Jul 12, 2018-

Shell and tube heat exchanger.png Rohrbündelwärmetauscher bestehen aus einer Reihe von Rohren. Ein Satz dieser Röhren enthält die Flüssigkeit, die entweder erhitzt oder gekühlt werden muss. Die zweite Flüssigkeit läuft über die zu erwärmenden oder zu kühlenden Rohre, so dass sie entweder die Wärme liefern oder die benötigte Wärme aufnehmen kann. Ein Satz von Rohren wird als Rohrbündel bezeichnet und kann aus verschiedenen Arten von Rohren bestehen: glatt, längsgerippt usw. Rohrbündelwärmetauscher werden typischerweise für Hochdruckanwendungen (mit Drücken von mehr als 30 bar und höheren Temperaturen) verwendet als 260 ° C). Denn die Rohrbündelwärmetauscher sind aufgrund ihrer Form robust.
Bei der Auslegung der Rohre in den Rohrbündelwärmetauschern müssen verschiedene thermische Gestaltungsmerkmale berücksichtigt werden: Die Konstruktion des Rohrbündels kann sehr unterschiedlich sein. Typischerweise sind die Enden jedes Rohres durch Löcher in Rohrböden mit Plenums (manchmal Wasserkästen genannt) verbunden. Die Rohre können gerade oder U-förmig gebogen sein, U-Rohre genannt.
• Rohrdurchmesser: Durch den geringen Rohrdurchmesser ist der Wärmetauscher wirtschaftlich und kompakt. Es ist jedoch wahrscheinlicher, dass der Wärmetauscher schneller verschmutzt und die geringe Größe eine mechanische Reinigung der Verschmutzung erschwert. Um die Verschmutzungs- und Reinigungsprobleme zu überwinden, können größere Rohrdurchmesser verwendet werden. Um den Röhrendurchmesser zu bestimmen, müssen daher der verfügbare Platz, die Kosten und die Verschmutzung der Fluide berücksichtigt werden.
• Rohrdicke: Die Dicke der Wand der Rohre wird normalerweise bestimmt, um sicherzustellen:
• Es ist genug Platz für Korrosion
• Diese strömungsinduzierte Vibration hat einen Widerstand
• Axiale Stärke
• Hoop-Stärke (um dem inneren Rohrdruck zu widerstehen)
• Knickfestigkeit (um Überdruck in der Schale zu widerstehen)
• Rohrlänge: Wärmetauscher sind in der Regel kostengünstiger, wenn sie einen kleineren Manteldurchmesser und eine längere Rohrlänge haben. Daher besteht typischerweise das Ziel, den Wärmeaustauscher so lang wie möglich zu machen, während die Produktionskapazitäten nicht überschritten werden. Es gibt jedoch viele Einschränkungen dafür, einschließlich des verfügbaren Platzes am Installationsort und der Notwendigkeit, sicherzustellen, dass Rohre in Längen erhältlich sind, die doppelt so lang sind wie erforderlich (so dass sie zurückgezogen und ersetzt werden können). Auch lange, dünne Rohre sind schwer zu entnehmen und zu ersetzen.
• Rohrsteigung: Bei der Planung der Rohre ist es praktisch sicherzustellen, dass die Rohrsteigung (dh der Mittenabstand benachbarter Rohre) nicht weniger als das 1,25-fache des Rohraußendurchmessers beträgt. Ein größerer Rohrabstand führt zu einem größeren Gesamtschalendurchmesser, was zu einem teureren Wärmetauscher führt.
• Rohrwellen: Diese Art von Rohren, die hauptsächlich für die Innenrohre verwendet werden, erhöhen die Turbulenz der Flüssigkeiten und der Effekt ist sehr wichtig für die Wärmeübertragung, was eine bessere Leistung ergibt.
• Rohranordnung: bezieht sich darauf, wie Rohre in der Schale positioniert sind. Es gibt vier Haupttypen von Rohrlayouts, die dreieckig (30 °), dreieckig (60 °), quadratisch (90 °) und rotiert quadratisch (45 °) sind. Die dreieckigen Muster werden verwendet, um eine größere Wärmeübertragung zu bewirken, da sie das Fluid dazu zwingen, turbulenter um die Rohrleitung herum zu strömen. Quadratische Muster werden verwendet, wenn eine hohe Verschmutzung auftritt und die Reinigung regelmäßiger ist.
• Prallplattenkonstruktion: Prallflächen werden in Rohrbündelwärmetauschern verwendet, um Flüssigkeit durch das Rohrbündel zu leiten. Sie verlaufen senkrecht zur Hülle und halten das Bündel fest, so dass die Röhren nicht über eine lange Länge durchhängen. Sie können auch verhindern, dass die Rohre vibrieren. Die üblichste Art von Prallwand ist die segmentale Prallwand. Die halbkreisförmigen Segmentablenker sind um 180 Grad zu den benachbarten Leitwänden ausgerichtet, wodurch das Fluid zwischen dem Rohrbündel nach oben und nach unten strömt. Der Abstand zwischen den Kammern ist bei der Auslegung von Rohrbündelwärmetauschern von großer thermodynamischer Bedeutung. Die Umlenkungen müssen unter Berücksichtigung der Umwandlung von Druckabfall und Wärmeübertragung erfolgen. Zur thermoökonomischen Optimierung wird vorgeschlagen, dass die Leitbleche nicht näher als 20% des inneren Durchmessers der Schale angeordnet sind. Zu große Abstände von Prallblechen verursachen einen größeren Druckabfall aufgrund der Strömungsumleitung. Wenn die Ablenkplatten zu weit voneinander beabstandet sind, bedeutet dies folglich, dass in den Ecken zwischen den Ablenkblechen kältere Stellen vorhanden sein können. Es ist auch wichtig sicherzustellen, dass die Leitbleche so nahe beieinander liegen, dass die Rohre nicht durchhängen. Die andere Hauptart der Schallwand ist die Scheibe und die Donut-Schallwand, die aus zwei konzentrischen Schallwänden besteht. Eine äußere, breitere Schallwand sieht wie ein Donut aus, während die innere Schallwand wie eine Scheibe geformt ist. Diese Art von Prallplatte zwingt das Fluid, um jede Seite der Scheibe herumzutreten, und dann durch die Donut-Prallplatte, wodurch eine andere Art von Fluidströmung erzeugt wird.

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