Nachrichten-Mitte
Zusammenfassung: Platteneinanderwechsler (PHEs) werden aufgrund ihrer kompakten Struktur in Industriebereichen wie Chemie, Lebensmittelverarbeitung, HVAC und Petrochemie weit verbreitet.hohe WärmeübertragungseffizienzDie Konstruktion von PHEs hängt eng mit den physikalischen, chemischen und thermischen Eigenschaften des Wärmeaustauschmediums zusammen.Zusammensetzung, und Zustandsparameter) die Kernkonstruktionsbedingungen von PHEs, wie Wärmeübertragungswirksamkeit, Druckabfall, Materialwahl, Plattenstruktur und Betriebsstabilität, direkt beeinflussen.Diese Arbeit analysiert systematisch die Arten von Mediumänderungen in der PHE-Konstruktion, untersucht den Mechanismus von Mediumänderungen, die sich auf die wichtigsten Konstruktionsparameter auswirken, kombiniert praktische Ingenieurstudien zur Überprüfung des Impaktgesetzes und schlägt entsprechende Konstruktionsanpassungsstrategien vor.Die Forschung zeigt, daß Veränderungen des Mediums Kettenreaktionen im Konstruktionssystem der PHEs auslösen: Veränderungen der physikalischen Eigenschaften (Viskosität, Dichte, Wärmeleitfähigkeit) beeinflussen den Wärmeübertragungskoeffizienten und den Druckabfall; Veränderungen der chemischen Eigenschaften (Korrosivität,Reaktivität) bestimmen die Auswahl der Platten- und Dichtungsmaterialien• Veränderungen der Zustandsparameter (Temperatur, Druck, Phase) beeinflussen die Auswahl des Plattentyps und die Gestaltung des Durchflusskanals;Verunreinigung und Langzeiteffizienz beeinträchtigenDiese Studie liefert eine theoretische Grundlage und praktische Anleitung für die Optimierung der Konstruktion, die Anpassung des Betriebs und die Instandhaltung von PHEs unter mittleren Veränderungsbedingungen.Unterstützung der Verbesserung der Anpassungsfähigkeit und Zuverlässigkeit von PHEs in komplexen industriellen Umgebungen.
Schlüsselwörter: Plattenwärmetauscher; Durchschnittliche Änderung; Konstruktionsbedingungen; Wärmeübertragungsleistung; Druckverlust; Materialwahl
Plattenwärmetauscher sind eine Art hocheffizienter Wärmeübertragungsausrüstung, die aus einer Reihe von Wellplatten, Dichtungen, Rahmenplatten und Bindestangen besteht.Der Wärmeaustauschprozess erfolgt durch den Wechselstrom von heißen und kalten Medien auf beiden Seiten der Platten, und die Wellstruktur der Platten erhöht die Turbulenz des Mediums und verbessert so die Wärmeübertragungseffizienz.PHEs haben die Vorteile eines hohen Wärmeübertragungskoeffizienten (3000~7000 W/m2·K für Flüssigkeitsanwendungen), kompakte Struktur (Oberflächendichte von 100~200 m2/m3, 4~5 mal höher als bei Rohr-Wärmetauschern), einfache Demontage und Wartung,und flexible Anpassung der Wärmeübertragungsfläche durch Erhöhung oder Verringerung der PlattenDiese Vorteile machen PHEs in verschiedenen Industriezweigen weit verbreitet, und ihre Konstruktionsrationalität bestimmt unmittelbar die Betriebseffizienz, den Energieverbrauch, dieund Lebensdauer des gesamten Wärmeaustauschsystems.
In der industriellen Produktion wird das Wärmeaustauschmedium häufig durch Faktoren wie Rohstoffersatz, Prozessanpassung, Änderung der Produktformel und Umweltveränderungen beeinflusst.die zu Änderungen ihres Typs führen, Zusammensetzung, physikalischen und chemischen Eigenschaften und Zustandsparametern.der Wassergehalt in Rohöl kann aufgrund von Veränderungen der Betriebsbedingungen im Ölfeld steigenIn der Lebensmittelindustrie kann sich die Viskosität von Milch oder Sirup aufgrund unterschiedlicher Rohstoffquellen ändern.Die Korrosionsfähigkeit des Mediums kann durch den Zusatz neuer Bestandteile zunehmen.. Sobald sich das Medium ändert, entsprechen die ursprünglichen Konstruktionsparameter des PHE (z. B. Wärmeübertragungsfläche, Plattenart, Material und Durchflussrate) nicht mehr den tatsächlichen Betriebsbedingungen,Dies führt zu Problemen wie einer verringerten Wärmeübertragungswirksamkeit, übermäßiger Druckabfall, erhöhter Energieverbrauch, Materialkorrosion und sogar Ausfall von Geräten.
Derzeit konzentrieren sich die meisten bestehenden Forschungen zum PHE-Design auf die Optimierung der Plattenstruktur, die Berechnung der Wärmeübertragung und die Verunreinigung.Es fehlt jedoch eine systematische Analyse der Gesamtwirkung von Veränderungen des Mediums auf die Konstruktionsbedingungen.In der praktischen Technik ignorieren viele Unternehmen häufig die Auswirkungen von Veränderungen im Medium, was dazu führt, dass die PHE nicht in der Lage ist, ihre erforderliche Leistung auszuüben und sogar wirtschaftliche Verluste verursacht.,Wenn das in Rohöl geschnittene Wasser steigt, sinkt die Auslasstemperatur des Mediums, und wenn das PHE nicht neu ausgelegt wird, müssen Brenner für die Vorheizung hinzugefügt werden.die die jährlichen Betriebskosten um 390Bei der Verlängerung des Plattenpakets des PHE kann die Auslasstemperatur wiederhergestellt und die Investitionsrückzahlung in weniger als drei Monaten erreicht werden.Es ist von großer theoretischer und praktischer Bedeutung, die Auswirkungen von Veränderungen des Mediums auf die Konstruktionsbedingungen von PHEs zu untersuchen., den Wirkungsmechanismus zu klären und Anpassungsstrategien vorzuschlagen.
Diese Arbeit klassifiziert zunächst die Arten von Mediumänderungen in der PHE-Konstruktion und analysiert anschließend die Auswirkungen verschiedener Mediumänderungen auf die wichtigsten Konstruktionsbedingungen (Wärmeübertragungsleistung, Druckabfall,Die Ergebnisse der Untersuchung werden in der folgenden Folge zusammengefasst:Unterstützung der rationalen Planung und des stabilen Betriebs von PHEs unter Bedingungen mit mittlerer Veränderung.
Das Medium in PHEs bezieht sich auf die heißen und kalten Flüssigkeiten, die am Wärmeaustausch beteiligt sind, und seine Veränderungen sind vielfältig, können aber je nach Art der Veränderung in vier Kategorien unterteilt werden:Veränderungen der physikalischen EigenschaftenDiese vier Arten von Veränderungen sind nicht isoliert und können sich gegenseitig beeinflussen (z. B.Temperaturänderungen können zu Veränderungen der Viskosität und Dichte führen, und Veränderungen der Zusammensetzung können zu Veränderungen der Korrosivität führen).
Zu den physikalischen Eigenschaften des Mediums, die sich auf das PHE-Design auswirken, gehören vor allem Viskosität, Dichte, Wärmeleitfähigkeit, spezifische Wärmekapazität und Oberflächenspannung.Änderungen dieser physikalischen Eigenschaften beeinflussen unmittelbar den Durchflusszustand des Mediums im Durchflusskanal und den WärmeübertragungsvorgangZu den häufigsten Veränderungen der physikalischen Eigenschaften gehören: Erhöhung oder Abnahme der Viskosität (z. B. Erhöhung der Viskosität von Schmieröl nach dem Altern, Abnahme der Viskosität von Sirup nach dem Erhitzen),Zunahme oder Abnahme der Dichte (z. B. Vermischung von leichten und schweren Ölen) und Veränderungen der Wärmeleitfähigkeit (z. B. Zugabe von Wärmeübertragungsadditiven in das Medium).Viskosität und Wärmeleitfähigkeit sind die beiden wichtigsten physikalischen Eigenschaften, die sich am stärksten auf die Wärmeübertragungseffizienz und den Druckabfall auswirken.
Die chemischen Eigenschaften des Mediums beeinflussen hauptsächlich die Materialauswahl von PHEs, einschließlich Korrosivität, Reaktivität, Oxidierbarkeit und Reduktionsfähigkeit.Veränderungen der chemischen Eigenschaften treten häufig aufgrund des Austauschs von Rohstoffen auf, das Hinzufügen neuer Bestandteile oder chemische Reaktionen während des Wärmeaustauschprozesses.Das Medium kann sich aufgrund der Prozessanpassung von neutral zu sauer oder alkalisch verändern.In der Nahrungsmittelindustrie kann das Medium durch Gärung saure Substanzen erzeugen, wodurch die Korrosivität erhöht wird; in der petrochemischen Industrie kann der Schwefelgehalt im Medium steigen.die zu einer verstärkten Korrosion von Metallmaterialien führtDarüber hinaus können einige Medien miteinander oder mit den Materialien der Platte/Dichtung reagieren, was zu Materialschäden und Ausfall der Ausrüstung führt.
Die Zustandsparameter des Mediums beziehen sich auf Temperatur, Druck und Phasenzustand (Flüssigkeit, Gas, Feststoff-Flüssigkeitsgemisch) während des Wärmeaustauschs.Veränderungen der Zustandsparameter sind in der industriellen Produktion üblich, z. B. Änderungen der Ein-/Ausgangstemperatur des Mediums aufgrund der Prozesslastanpassung, Änderungen des Betriebsdrucks der Anlage aufgrund einer Pipeline-Blockade oder eines Pumpenfehlers,und Phasenveränderungen des Mediums während des Wärmeaustauschs (z. B. Dampfkondensation)Unter ihnen haben PHE-Faseveränderungen den größten Einfluß auf die Konstruktion,Da sie den Wärmeübertragungsmechanismus verändern und eine spezielle Plattenart und einen speziellen Strömungskanal erfordern.
Änderungen der Zusammensetzung des Mediums beziehen sich auf die Zugabe von Verunreinigungen, gemischten Komponenten oder Änderungen des Anteils der Komponenten im ursprünglichen Medium.Das Medium kann feste Partikel enthalten (z. B. Sedimente im Wasser), Katalysatorpartikel in chemischen Reaktionen) durch Rohstoffverschmutzung; das Mischen von zwei oder mehr Medien (z. B. Mischen von Wasser und Öl) verändert die allgemeinen Eigenschaften des Mediums;Veränderungen des Anteils der Bestandteile im Medium (z. B. Veränderung des Wasserabschnitts von Rohöl)Änderungen der Zusammensetzung des Mediums beeinflussen nicht nur die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Mediums, sondern erhöhen auch die Gefahr von Verschmutzung und Verstopfung des Durchflusskanals.Auswirkungen auf den langfristigen Betrieb des PHE.
Die Konstruktion von PHEs beruht auf den ursprünglichen Mediumparametern, und jede Änderung des Mediums führt zu einer Kettenreaktion im Konstruktionssystem.Im Folgenden werden die Auswirkungen von Veränderungen des Mediums auf die wichtigsten Konstruktionsbedingungen aus fünf Gesichtspunkten analysiert.: Wärmeübertragung, Druckabfall, Materialwahl, Plattenstruktur und Strömungskanalgestaltung sowie Verunreinigungs- und Betriebsstabilität.
Die Wärmeübertragungsleistung ist der Kernindex der PHE-Konstruktion, der hauptsächlich anhand des Wärmeübertragungskoeffizienten (U) und der Wärmeübertragungsrate (Q) gemessen wird.Der Wärmeübertragungsprozess von PHEs umfaßt drei Verbindungen: konvektiver Wärmeübergang vom heißen Medium zur Plattenwand, leitfähiger Wärmeübergang durch die Plattenwand und konvektiver Wärmeübergang von der Plattenwand zum kalten Medium.Veränderungen des Mediums beeinflussen die Wärmeübertragungsleistung durch Änderung der Konvektionswärmeübertragungswirksamkeit und des Wärmewiderstands des Mediums.
Die Viskosität ist der wichtigste Faktor, der den Wärmeübertragungskoeffizienten durch Konvektion beeinflusst.je schwieriger die Turbulenzen sind, je niedriger der Wärmeübertragungskoeffizient durch Konvektion.die Reynoldszahl (Re) des Mediums im Durchflusskanal sinkt signifikant (Re ist umgekehrt proportional zur Viskosität), und der Strömungszustand wird sich von turbulentem Strom zu laminärem Strom ändern.die zu einer signifikanten Verringerung der Wärmeübertragungsrate führtIm Gegenteil, die Verringerung der Viskosität erhöht die Reynoldszahl, erhöht die Turbulenz und verbessert den konvektiven Wärmeübertragungskoeffizienten.
Die Wärmeleitfähigkeit beeinflusst unmittelbar die Wärmeübertragungskapazität des Mediums. Je höher die Wärmeleitfähigkeit des Mediums ist, desto schneller wird die Wärmeübertragung zwischen Medium und Plattenwand,und je höher der WärmeübertragungskoeffizientWenn beispielsweise das Medium von Wasser (Wärmeleitfähigkeit 0,6 W/mK) auf Motorenöl (Wärmeleitfähigkeit 0,14 W/mK) umgewandelt wird, sinkt die Wärmeleitfähigkeit um 77%.und der Wärmeübertragungskoeffizient durch Konvektion deutlich reduziert wird, die eine Erhöhung der Wärmeübertragungsfläche zur Erfüllung der Konstruktionswärmeübertragungsanforderungen erfordert.Änderungen der Dichte und der spezifischen Wärmekapazität beeinflussen die Wärmekapazität (m·cp) des Mediums, wodurch sich die Temperaturdifferenz zwischen dem Ein- und Ausgang des Mediums und der Wärmeübertragungsrate beeinflusst.
Temperaturänderungen beeinflussen die Wärmeübertragungsleistung auf zweierlei Weise: Zum einen führen Temperaturänderungen zu Veränderungen der physikalischen Eigenschaften des Mediums (wie Viskosität,Wärmeleitfähigkeit), wodurch der Konvektionswärmeübertragungskoeffizient beeinflusst wird; Änderungen der Ein-/Ausgangstemperatur des Mediums ändern hingegen die logarithmische mittlere Temperaturdifferenz (LMTD).was die treibende Kraft der Wärmeübertragung istWenn beispielsweise die Eingangstemperatur des heißen Mediums um 20 °C abnimmt, wird die LMTD abnehmen und die Wärmeübertragungsrate entsprechend abnehmen.Zur Aufrechterhaltung der ursprünglichen Wärmeübertragungsanforderung, ist es notwendig, die Wärmeübertragungsfläche zu erhöhen oder die Durchflussrate des Mediums anzupassen.
Wenn das Medium eine Phasenwechselung durchläuft, wird der Wärmeübertragungsmechanismus erheblich verändert.die latente Wärme des Phasenwechsels wird freigesetzt oder absorbiert, was die Wärmeübertragungsrate erheblich verbessern kann. Zum Beispiel, wenn das heiße Medium von gesättigtem Wasser (empfindliche Wärmeübertragung) in gesättigten Dampf (latente Wärmeübertragung) umgewandelt wird,Der Wärmeübertragungskoeffizient kann um das 2 ̊3-fache erhöht werdenDie Phasenänderungen stellen jedoch auch höhere Anforderungen an den Plattentyp und die Strömungskanalkonstruktion.Dampfkondensation erfordert einen Plattentyp mit einer guten Gas-Flüssigkeitstrennung, um eine Anhäufung von Flüssigfilmen zu vermeiden, die die Wärmeübertragung beeinträchtigenBei der Flüssigkeitsverdampfung ist ein Flusskanal mit gleichmäßiger Verteilung erforderlich, um die gleichmäßige Erwärmung des Mediums zu gewährleisten.
Wenn das Medium feste Partikel oder Verunreinigungen enthält, bilden die Partikel eine Verunreinigungsschicht auf der Plattenoberfläche, wodurch die Wärmebeständigkeit der Verunreinigungsschicht erhöht wird.so wird der Gesamtwärmeübertragungskoeffizient verringertJe höher der Partikelgehalt, desto schneller verunreinigt es sich und desto signifikanter sinkt die Wärmeübertragungswirksamkeit.wenn das als Kältemittel verwendete Wasser eine große Menge an Kalzium- und Magnesium-Ionen enthält, auf der Plattenoberfläche nach einem langfristigen Betrieb eine Schuppenbildung auftritt, und die Wärmeleitfähigkeit der Schuppenlager ist nur 1/101/5 der der Metallplatte,der den Wärmeübertragungskoeffizienten nach der Skalierung um 20%~40% reduziertAußerdem kann die Vermischung verschiedener Medien zu gegenseitiger Auflösung oder Schichtung führen.Veränderung der allgemeinen physikalischen Eigenschaften des Mediums und weitere Beeinträchtigung der Wärmeübertragungsleistung.
Druckverlust ist eine weitere Schlüsselkonstruktionsbedingung von PHEs, die sich auf den Druckverlust des Mediums bezieht, wenn es durch den Durchflusskanal des PHE fließt.Der Druckabfall beeinflusst unmittelbar den Energieverbrauch der Pumpe (oder des Ventilators) und die Betriebstabilität des SystemsDer Druckabfall von PHEs wird hauptsächlich durch den Durchflusswiderstand des Mediums im Durchflusskanal bestimmt, der mit den physikalischen Eigenschaften des Mediums, der Durchflussrate, der Stromkanalstruktur zusammenhängt.,Die Veränderungen des Mediums beeinflussen den Druckabfall, indem sie den Durchflusswiderstand des Mediums verändern.
Die Viskosität ist der wichtigste Faktor, der den Druckabfall beeinflusst. Je höher die Viskosität des Mediums, desto größer der Strömungswiderstand und desto größer der Druckabfall.Nach der Formel der Flüssigkeitsmechanik, ist der Druckabfall proportional zur Viskosität des Mediums bei gleicher Durchflussrate und Durchflusskanalstruktur.Der Druckabfall wird bei gleicher Durchflussrate um etwa 80%~100% steigen.Außerdem beeinflusst die Dichte des Mediums auch den Druckabfall: je höher die Dichte des Mediums, desto größer ist die Trägheitskraft der Flüssigkeit.und je höher der Druckabfall bei gleicher Durchflussrate.
Die Veränderungen der Temperatur beeinflussen den Druckabfall, indem sie die Viskosität und Dichte des Mediums verändern.und der Druckabfall sinkt entsprechendIm Gegenteil, wenn die Temperatur abnimmt, steigt die Viskosität und der Druckabfall.wenn der Betriebsdruck unter dem Sättigungsdruck des Mediums liegt, verdampft das Medium und bildet einen Gas-Flüssigkeits-Zwei-Phasen-Fluss, der den Durchflusswiderstand und den Druckabfall erheblich erhöht.der Druckabfall des PHE hängt auch mit der Durchflussrate des Mediums zusammenWenn die Durchflussrate des Mediums aufgrund der Prozessanpassung steigt, steigt der Druckabfall stark (der Druckabfall ist proportional zum Quadrat der Durchflussrate).
Wenn das Medium feste Partikel oder Verunreinigungen enthält, kollidieren die Partikel während des Strömungsprozesses mit der Plattenwand und miteinander und erhöhen den Strömungswiderstand und den Druckabfall.Außerdem, werden sich die Partikel im Durchflusskanal ansammeln, wodurch sich der Querschnitt des Durchflusskanals verengt, wodurch die Durchflussrate und der Druckabfall weiter steigen.wenn das Medium 5%~10% feste Partikel enthält (Partikelgröße 10~50 μm)Wenn die Partikel zu groß sind (mehr als 100 μm), können sie sogar den Durchflusskanal blockieren.die dazu führen, dass das PHE nicht normal funktioniert.
Die Materialauswahl von PHEs (einschließlich Platten- und Dichtungsmaterial) hängt hauptsächlich von den chemischen Eigenschaften und Zustandsparametern des Mediums ab.Die Kernanforderung bei der Materialauswahl ist die Korrosionsbeständigkeit, gefolgt von Wärmeleitfähigkeit, mechanischer Festigkeit und Wirtschaftlichkeit.die zu Materialkorrosion führt, Veralterung der Dichtungen und andere Probleme, die sich auf die Lebensdauer des PHE auswirken.
Die Korrosivität ist der Schlüsselfaktor, der das Plattenmaterial bestimmt.316L-Edelstahl wird in neutralen und schwach ätzenden Medien (wie Wasser) weit verbreitet., Speiseöl), aber es ist nicht resistent gegen starke Säuren, starke Alkalien und chloridhaltige Medien; Titan ist resistent gegen starke Korrosion (wie Meerwasser,Salzsäure) und ist für harte Arbeitsbedingungen geeignet.Hastelloy ist gegen die meisten starken Säuren und Alkalien resistent und wird in chemischen Industriezweigen mit starken ätzenden Stoffen eingesetzt.Die ursprüngliche 304 Edelstahlplatte wird korrodiert.In diesem Fall ist es notwendig, die Platte durch Titan oder Hastelloy zu ersetzen.
Das Dichtungsmaterial wird auch durch die chemischen Eigenschaften des Mediums beeinflusst.NBR eignet sich für Ölbasierte Medien, ist jedoch nicht gegen starke Säuren und Alkalien resistent; EPDM ist für neutrale und schwach ätzende Medien geeignet und hat eine gute Hochtemperaturbeständigkeit; Viton ist resistent gegen starke Säuren, starke Alkalien und organische Lösungsmittel, aber die Kosten sind hoch.Wenn das Medium von Öl auf starke Säure umgewandelt wird, wird die ursprüngliche NBR-Dichtung korrodiert und veraltet, was zu einem mittleren Leckage führt, und sie muss durch eine Viton-Dichtung ersetzt werden.
Temperatur- und Druckänderungen beeinflussen die Materialwahl, indem sie die Korrosionsgeschwindigkeit des Mediums und die mechanischen Eigenschaften des Materials verändern.Hohe Temperaturen beschleunigen die Korrosionsrate des Mediums und reduzieren die mechanische Festigkeit und Lebensdauer des MaterialsWenn beispielsweise die Betriebstemperatur von 100°C auf 150°C erhöht wird, erhöht sich die Korrosionsrate des Mediums auf die Edelstahlplatte um das 2- bis 3-fache.und es ist notwendig, ein Material mit einer besseren Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen (wie Hastelloy) auszuwählenBei hohem Druck ist eine höhere mechanische Festigkeit des Materials erforderlich, um eine Verformung oder Beschädigung der Platte zu vermeiden.die Originalplatte aus gewöhnlichem Edelstahl (Stärke 0).5 mm) den hohen Druck nicht aushalten können, und es ist notwendig, die Plattendicke zu erhöhen oder ein Material mit höherer Festigkeit auszuwählen.
Wenn das Medium Chlorid-Ionen, Schwefel-Ionen oder andere ätzende Ionen enthält, beschleunigt es die Korrosion des Plattenmaterials.Selbst eine geringe Menge an Chlorid-Ionen (mehr als 200 ppm) verursacht eine Pittingkorrosion von EdelstahlplattenIn diesem Fall ist es notwendig, chloridresistente Materialien (z. B. Titan) auszuwählen.Es löst das Dichtungsmaterial auf.Das Medium, das Aceton enthält, löst beispielsweise die NBR-Dichtung auf und es ist notwendig, sie durch eine Viton-Dichtung zu ersetzen.
Die Plattenstruktur (Platttyp, Wellwinkel, Plattendicke) und die Strömungskanalgestaltung (Strömungskanalbreite, Strömungsrichtung,Anzahl der Durchläufe) von PHEs sind nach dem Durchflusszustand und den Wärmeübertragungsanforderungen des ursprünglichen Mediums ausgelegt.Die Veränderungen des Mediums beeinflussen den Strömungszustand und die Wärmeübertragungsbedürfnisse des Mediums und erfordern somit Anpassungen der Plattenstruktur und des Strömungskanalentwurfs.
Bei hochviskositätigen Medien führt der ursprünglich schmale Durchflusskanal zu einem übermäßigen Druckverlust und einer schlechten Wärmeübertragung.Es ist notwendig, einen Plattentyp mit einem breiteren Durchflusskanal (z. B. eine Platte mit einem Wellungswinkel von 30°) auszuwählen, um den Durchflusswiderstand zu verringern und den Durchflusszustand des Mediums zu verbessern.Wenn beispielsweise das Medium von Wasser (niedrige Viskosität) in schweres Öl (hohe Viskosität) umgewandelt wird, muss die Durchflusskanalbreite von 2 mm3 auf 4 mm5 erhöht werden, um den Druckabfall zu verringern.Außerdem, mit hoher Viskosität erfordern Platten mit stärkerem Turbulenzeffekt (z. B. Heringbone-Wallplatten), um die konvektive Wärmeübertragung zu verbessern.
Bei Medien mit geringer Wärmeleitfähigkeit ist es notwendig, die Wärmeübertragungsfläche zu erhöhen, indem die Anzahl der Platten erhöht oder Platten mit einer größeren spezifischen Oberfläche ausgewählt werden.wenn das Medium von Wasser auf Motorenöl umgewandelt wird (niedrige Wärmeleitfähigkeit), muss die Anzahl der Platten um 30% bis 50% erhöht werden, um den Anforderungen an die Wärmeübertragung gerecht zu werden.Ein größerer Wellenwinkel (60°) kann den Wärmeübertragungskoeffizienten verbessern, aber der Druckabfall ist größer; ein kleiner Wellenwinkel (30°) kann den Druckabfall verringern, aber der Wärmeübertragungskoeffizient ist niedriger.Durchschnittliche Änderungen müssen die Wärmeübertragung und den Druckabfall durch Anpassung des Wellenwinkels ausgleichen.
Wenn das Medium einem Phasenwechsel (z. B. Dampfkondensation) unterliegt, ist es notwendig, einen für den Phasenwechsel geeigneten Plattentyp auszuwählen.Kondenswärmeübertragung erfordert eine Platte mit einer glatten Oberfläche und einem großen Durchflusskanal, um die Ableitung kondensierter Flüssigkeit zu erleichtern und die Ansammlung von Flüssigkeitsfolien zu vermeidenBei der Verdampfung ist eine Platte mit einem gleichmäßigen Durchflusskanal erforderlich, um die gleichmäßige Erwärmung des Mediums zu gewährleisten und eine lokale Überhitzung zu verhindern.Phasewechselmedien erfordern eine mehrpassige Strömungskanalkonstruktion, um die Aufenthaltszeit des Mediums in der PHE zu verlängern und die Effizienz des Phasenwechsels zu verbessern.
Bei hoher Temperatur und hohem Druck sind dickere Platten erforderlich, um die mechanische Festigkeit zu gewährleisten.wenn der Betriebsdruck von 1 steigt.6 MPa auf 4,0 MPa, muss die Plattenstärke von 0,5 mm auf 0,8 ∼1,0 mm erhöht werden. Außerdem benötigen hochtemperaturspezifische Medien Platten mit guter Wärmeleitfähigkeit, um die thermische Belastung zu reduzieren,mit einer Breite von nicht mehr als 20 mm,.
Wenn das Medium feste Partikel oder Verunreinigungen enthält, ist es notwendig, einen Plattentyp mit einem breiten Durchflusskanal und einer einfachen Reinigung auszuwählen, um eine Verstopfung des Durchflusskanals zu vermeiden.Das Medium, das feste Partikel enthält, sollte eine Platte mit einer Durchflusskanalbreite von mehr als 4 mm auswählen., und die Plattenoberfläche sollte glatt sein, um die Partikelansammlung zu verringern.Die Strömungsrichtung des Mediums sollte als Gegenströmungsströmung konzipiert werden, um die Wärmeübertragungseffizienz zu verbessern und die Ansammlung von Partikeln zu reduzieren.Für Medien mit einer schweren Verunreinigungstendenz ist es notwendig, eine abnehmbare PHE zu entwerfen, um eine regelmäßige Reinigung und Wartung zu erleichtern.
Verunreinigung ist ein häufiges Problem im Betrieb von PHE, das sich auf die Anhäufung von Verunreinigungen, Schuppen und anderen Stoffen auf der Plattenoberfläche bezieht, was zu einer verringerten Wärmeübertragungseffizienz führt,erhöhte Druckabnahme, und verkürzte Lebensdauer. Durchschnittliche Veränderungen sind eine der Hauptursachen für Verunreinigungen. Außerdem beeinflussen mittlere Veränderungen auch die Betriebstabilität des PHE,Dies führt zu Problemen wie mittlerem Leckage, Plattenverformung und Systemfluktuation.
Veränderungen in der Zusammensetzung des Mediums sind der Hauptfaktor, der zu Verunreinigungen führt.die Vermehrung der festen Partikel führt zu einer Verunreinigung der SedimentationDie Zunahme der organischen Substanz führt zu biologischer oder chemischer Verunreinigung. Außerdem beschleunigen Veränderungen der Temperatur und des Drucks die Verunreinigungsrate.Hohe Temperaturen beschleunigen die Kristallisation von Kalzium- und Magnesiumionen., was zu einer Schuppenbildung führt; Druckveränderungen führen zu einer Niederschlagung gelöster Gase im Medium, wodurch sich ein Gasfouling bildet.Verunreinigung verringert nicht nur die Wärmeübertragungseffizienz, sondern erhöht auch den Druckabfall, was zu einem erhöhten Energieverbrauch und sogar zu einer Blockierung des Durchflusskanals führt.
Veränderungen des Mediums können zu einem Mediumleckage führen, z. B. können Veränderungen der chemischen Eigenschaften des Mediums die Dichtung oder Platte korrodieren und zu einem Leckage führen.Änderungen des Drucks können dazu führen, dass sich die Dichtung verformt oder abfälltAußerdem kann ein übermäßiger Druckabfall durch Veränderungen des Mediums zu einer Überlastung der Pumpe führen, die den stabilen Betrieb des Systems beeinträchtigt.wenn der Druckabfall die Konstruktionsgrenze übersteigt, wird die Pumpe unter Überlastung funktionieren, was zu Schäden der Pumpe oder zum Herunterfahren der Anlage führt.die zu thermischen Belastungen und Plattenverformungen führt.
Um die Auswirkungen von Mediumänderungen auf die Konstruktionsbedingungen von PHEs weiter zu überprüfen, werden in diesem Papier zwei praktische Ingenieurfälle analysiert:einschließlich der Auswirkungen von Veränderungen der Zusammensetzung des Mediums in der petrochemischen Industrie und der Auswirkungen von Veränderungen der physikalischen Eigenschaften in der Lebensmittelverarbeitung, und schlägt entsprechende Anpassungsmaßnahmen vor.
Ein petrochemisches Unternehmen verwendet eine PHE zur Vorwärmung von Rohöl. Das ursprüngliche Konstruktionsmedium ist Rohöl mit einem Wasserverlust von 5% (Massenteil), die Einlasstemperatur von Rohöl beträgt 70 °C,die Auslasstemperatur ist 101°C, und die Wärmeübertragungsfläche des PHE beträgt 120 m2. Das Plattenmaterial ist aus Edelstahl 316L und die Dichtung aus NBR.Der Wasserverbrauch von Rohöl steigt auf 20%, was zu Veränderungen der physikalischen Eigenschaften des Mediums führt: die Viskosität steigt um 30%, die Wärmeleitfähigkeit sinkt um 15% und die Dichte steigt um 8%.
Nach Erhöhung des Wasserverbrauchs sind die Betriebsprobleme des PHE wie folgt: (1) Die Wärmeübertragungswirksamkeit sinkt erheblich, die Auslasstemperatur von Rohöl sinkt auf 99°C,die die nachfolgenden Verfahrensanforderungen nicht erfüllen können(2) Der Druckabfall steigt um 40%, was zu einer Überlastung der Rohölpumpe und zu einem erhöhten Energieverbrauch führt. (3) Das Wasser im Rohöl verursacht eine leichte Korrosion der Platte.und die Dichtung ist alt und deformiert, mit potenziellen Leckrisiken.
Nach den Änderungen des Mediums werden folgende Konstruktionsanpassungsmaßnahmen getroffen: (1) Anpassung der Plattenstruktur: Erhöhung der Anzahl der Platten, Erweiterung der Wärmeübertragungsfläche auf 150 m2,und wählen Sie einen Plattentyp mit einem Wellenwinkel von 30° aus, um den Druckabfall zu verringern2) Optimierung des Strömungskanalentwurfs: Erhöhung der Strömungskanalbreite von 2,5 mm auf 3,5 mm, um sich an das hochviskose Medium anzupassen und die Partikelansammlung zu reduzieren; 3) Ersatz des Dichtungsmaterials:Ersatz der NBR-Dichtung durch eine EPDM-Dichtung zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit gegenüber wasserhaltigem Rohöl(4) Hinzufügen einer Vorbehandlungseinrichtung: An der Einfahrt des PHE eine Wasser-Öl-Trennvorrichtung installieren, um den Wasserverlust von Rohöl auf 10% zu reduzieren und die Wasserbelastung des PHE zu verringern.,die Ausgangstemperatur des Rohöls auf 101°C wiederhergestellt, der Druckabfall auf das Konstruktionsniveau reduziert und die Betriebstabilität des PHE deutlich verbessert wird.Die Investition in die Anpassungsmaßnahmen wird in weniger als drei Monaten durch Energieeinsparungen und Reduzierung der Wartungskosten zurückgewonnen.
Ein Lebensmittelverarbeitungsunternehmen verwendet ein PHE zur Kühlung von Milch. Das ursprüngliche Konstruktionsmedium ist frische Milch mit einer Viskosität von 1,2 mPa·s, die Einlasstemperatur beträgt 60°C, die Auslasstemperatur 4°C,und die Wärmeübertragungsfläche beträgt 80 m2. Die Platte besteht aus 316L Edelstahl und die Dichtung aus EPDM. Durch den Austausch von Rohmilchquellen steigt die Viskosität der Milch auf 2.5 mPa·s (aufgrund des erhöhten Fettgehalts), und die Dichte steigt um 5%.
Nach Erhöhung der Viskosität sind die Betriebsprobleme des PHE wie folgt: (1) Der Durchflusszustand der Milch im Durchflusskanal ändert sich von turbulentem zu laminarem Durchfluss.der Wärmeübertragungskoeffizient durch Konvektion um 45% sinkt(2) Der Druckabfall steigt um 50%, was zu einem erhöhten Energieverbrauch der Kühlwasserpumpe führt.(3) Die hochviskose Milch fällt leicht an die Plattenoberfläche., was nach langem Betrieb zu Verunreinigungen und einer verringerten Wärmeübertragungseffizienz führt.
Die Konstruktionsanpassungsmaßnahmen sind wie folgt: (1) Der Plattentyp wird ersetzt:Auswahl von Wellplatten aus Heringknochen mit einem Wellwinkel von 60° zur Verbesserung der Turbulenz und des Konvektionswärmeübertragungskoeffizienten(2) Anpassung der Durchflussgeschwindigkeit: Erhöhung der Durchflussgeschwindigkeit der Milch um 30% zur Erhöhung der Reynoldszahl und Wiederherstellung des turbulenten Durchflusszustands; (3) Optimierung der Strömungskanalgestaltung:Einführung eines Mehrpass-Durchflusskanals zur Verlängerung der Aufenthaltszeit von Milch in der PHE und Verbesserung der Kühleffekte(4) Stärkung der Reinigung: Erhöhung der Häufigkeit der CIP-Reinigung (Clean-in-Place), um eine Verunreinigungserhöhung zu vermeiden.Der Druckabfall wird um 20% reduziert., und das Verunreinigungsproblem wirksam kontrolliert wird, so daß der stabile Betrieb der Produktionslinie gewährleistet ist.
Um die Auswirkungen von Veränderungen des Mediums auf die Konstruktionsbedingungen von PHEs zu bewältigen,es ist notwendig, wissenschaftliche und angemessene Konstruktionsanpassungsstrategien auf der Grundlage der Art und des Grades der Veränderungen des Mediums zu formulieren.Die wichtigsten Anpassungsstrategien aus fünf Aspekten sind folgende:
Wenn Veränderungen des Mediums zu einer Verringerung des Wärmeübertragungskoeffizienten führen,die Wärmeübertragungsfläche kann erhöht werden, indem die Anzahl der Platten erhöht oder Platten mit einer größeren spezifischen Oberfläche ausgewählt werden, um die Wärmeübertragungsrate zu gewährleistenFür Medien mit Phasenwechseln sollte das Wärmeübertragungsrechenmodell angepasst und die latente Wärme des Phasenwechselns berücksichtigt werden, um die Wärmeübertragungsfläche genau zu berechnen.Außerdem, kann die Durchflussgeschwindigkeit des Mediums angepasst werden, um die Reynoldszahl zu ändern, die Turbulenz zu erhöhen und den konvektiven Wärmeübertragungskoeffizienten zu verbessern.Der Durchfluss sollte entsprechend erhöht werden.; bei Medien mit geringer Viskosität sollte der Durchfluss angepasst werden, um einen übermäßigen Druckverlust zu vermeiden.
Wenn die Veränderungen des Mediums zu einem übermäßigen Druckabfall führen, kann die Durchflusskanalbreite erhöht werden, indem ein Plattentyp mit einem breiteren Durchflusskanal ausgewählt wird, um den Durchflusswiderstand zu reduzieren.Der Winkel der Wellenbildung kann angepasst werden: zur Verringerung des Druckabfalls wird ein kleiner Wellenwinkel gewählt und ein Gleichgewicht zwischen Wärmeübertragungswirksamkeit und Druckabfall erreicht.die Anzahl der Durchläufe des Durchflusskanals kann verringert werden, um den Durchfluss des Mediums zu verkürzen und den Druckabfall zu reduzierenFür Medien, die feste Partikel enthalten, sollte eine Vorbehandlungseinrichtung (wie ein Filter, ein Trennmittel) hinzugefügt werden, um Verunreinigungen zu entfernen und den Druckabfall und das Verschmutzungsrisiko zu verringern.
Nach den Veränderungen der chemischen Eigenschaften des Mediums sollten die Platten- und Dichtungsmaterialien rechtzeitig ersetzt werden.Materialien mit starker Korrosionsbeständigkeit (z. B. Titan), Hastelloy) ausgewählt werden; für Medien mit organischen Lösungsmitteln sollten Dichtungsmaterialien mit guter Lösungsmittelbeständigkeit (wie Viton) ausgewählt werden.Materialien mit hoher mechanischer Festigkeit und hoher Temperaturbeständigkeit sollten ausgewählt werden, und die Plattendicke sollte erhöht werden, um die Strukturstabilität zu gewährleisten.Korrosionsprüfungen sollten durchgeführt werden, um die Anpassungsfähigkeit des Materials an das neue Medium zu überprüfen..
Für Medien mit hoher Viskosität einen Plattentyp mit einem breiteren Durchflusskanal und einem stärkeren Turbulenzeffekt auswählen; für Medien mit Phasenwechseln einen für die Phasenwechselwärmeübertragung geeigneten Plattentyp auswählen;für Medien, die feste Partikel enthalten, wählen Sie einen Plattentyp mit einer glatten Oberfläche und einer einfachen Reinigung aus.und Anzahl der Durchläufe gemäß dem Durchflusszustand und den Anforderungen an die Wärmeübertragung des neuen Mediums, um sicherzustellen, dass das Medium gleichmäßig fließt und die Wärmeübertragung effizient istBei abnehmbaren PHEs kann die Plattenanordnung angepasst werden, um die Strömungskanalstruktur zu verändern und sich an Mediumsänderungen anzupassen.
Für Medien mit einer schweren Verunreinigungsgewohnheit sollte eine Vorbehandlungsanlage hinzugefügt werden, um Verunreinigungen zu entfernen und Verunreinigungsquellen zu reduzieren.Durchflussrate) zur Verlangsamung der Verunreinigungsrate. Ein regelmäßiger Reinigungsplan zu formulieren, CIP-Reinigung oder manuelle Reinigung zu übernehmen, um die Verunreinigungsschicht rechtzeitig zu entfernen und die Wärmeübertragungseffizienz wiederherzustellen.Stärkung der täglichen Inspektion und Wartung des PHE, prüfen Sie die Plattenoberfläche und die Dichtung auf Korrosion, Alterung und Beschädigung und ersetzen Sie sie rechtzeitig, um die Betriebstabilität zu gewährleisten.
Durchschnittliche Veränderungen sind ein unvermeidliches Problem bei der Konstruktion und dem Betrieb von Plattenwärmetauschern und haben eine umfassende und weitreichende Auswirkung auf die Konstruktionsbedingungen von PHEs.Veränderungen der physikalischen EigenschaftenDie chemischen Eigenschaften, Zustandsparameter und Zusammensetzung des Mediums beeinflussen unmittelbar die Wärmeübertragungsleistung, den Druckabfall, die Materialwahl, die Plattenstruktur,und Betriebsstabilität von PHEs, was zu einer Reihe von Problemen wie reduzierter Wärmeübertragungseffizienz, erhöhtem Energieverbrauch, Materialkorrosion und Ausfall von Geräten führt.
Durch eine systematische Analyse wird festgestellt, dass die Auswirkungen von Mediumänderungen auf die PHE-Konstruktion eine Kettenreaktion darstellen:Veränderungen der physikalischen Eigenschaften (insbesondere Viskosität und Wärmeleitfähigkeit) sind die wichtigsten Faktoren, die die Wärmeübertragungswirksamkeit und den Druckabfall beeinflussen- Veränderungen der chemischen Eigenschaften bestimmen die Materialwahl von Platten und Dichtungen; Veränderungen der Zustandsparameter (insbesondere Phasenänderungen) beeinflussen den Plattentyp und die Strömungskanalgestaltung;Veränderungen der Zusammensetzung des Mediums erhöhen das Verschmutzungsrisiko und beeinträchtigen die langfristige BetriebseffizienzDie technischen Beispiele zeigen, daß wissenschaftliche und vernünftige Anpassungen der Konstruktion (wie die Anpassung der Wärmeübertragungsfläche, der Austausch von Materialien, die Optimierung der Plattenstruktur, die Erhöhung der Wärmeübertragungsfläche,Die Einführung von Technologien zur Verringerung der Schadstoffbelastung und zur Stärkung der Verunreinigungsbekämpfung kann die Auswirkungen von Veränderungen des Mediums wirksam bewältigen und den stabilen und effizienten Betrieb von PHEs gewährleisten..
In der praktischen Konstruktion ist es notwendig, die Möglichkeit von Mediumänderungen vollständig zu berücksichtigen, eine eingehende Analyse der Eigenschaften des neuen Mediums durchzuführen,und entwickeln gezielte Anpassungsstrategien für die KonstruktionGleichzeitig soll die Überwachung der mittleren Parameter während des Betriebs verstärkt, die Auswirkungen von Änderungen des mittleren Bereichs rechtzeitig ermittelt und behandelt werden.Um die Vorteile der PHEs voll auszuschöpfen, den Energieverbrauch zu reduzieren und die wirtschaftlichen und sozialen Vorteile des Systems zu verbessern.die Arten von Wärmeaustauschmedien werden komplexer, und die Forschung über die Auswirkungen von Mediumänderungen auf die PHE-Konstruktion wird vertieft, was mehr theoretische Unterstützung und technische Anleitungen für die Optimierung und Verbesserung von PHEs bieten wird.
