평판 열 교환기 설계에서 설계 조건에 중소 변화의 전반적인 영향

요약: 판 열 교환기 (PHE) 는 컴팩트 구조로 인해 화학 공학, 식품 가공, HVAC 및 석유화학과 같은 산업 분야에서 널리 사용됩니다.높은 열 전달 효율성, 그리고 유연한 확장성. PHEs의 설계는 열 교환 매체의 물리적, 화학적, 열적 특성과 밀접하게 관련이 있습니다. 매체의 모든 변화 (형태의 변화 포함),구성, 및 상태 매개 변수) 는 열 전달 효율, 압력 하락, 재료 선택, 판 구조 및 운영 안정성과 같은 PHE의 핵심 설계 조건에 직접 영향을 줄 것입니다.이 논문은 체계적으로 PHE 디자인에서 중간 변화의 유형을 분석, 주요 설계 매개 변수에 영향을 미치는 중소 변화의 메커니즘을 탐구하고, 영향 법칙을 확인하기 위해 실제 엔지니어링 사례를 결합하고, 그에 따른 설계 조정 전략을 제안합니다.연구 결과에 따르면, 중간 변동은 PHEs의 설계 시스템에서 연쇄 반응을 일으킬 것입니다.: 물리적 특성의 변화 (감성, 밀도, 열 전도성) 는 열 전달 계수와 압력 감소에 영향을 미칩니다. 화학적 특성의 변화 (성식성,반응성) 은 판 및 밀착 재료의 선택을 결정상태 매개 변수 (온도, 압력, 단계) 의 변화는 판 유형 선택과 흐름 채널 설계에 영향을 미칩니다.혼합 구성 요소) 는 오염 위험을 증가시키고 장기적인 운영 효율성에 영향을 미칩니다.이 연구는 중간 변화 조건에서 PHE의 설계 최적화, 운영 조정 및 유지에 대한 이론적 기초와 실용적인 지침을 제공합니다.복잡한 산업 환경에서 PHE의 적응력과 신뢰성을 향상시키는 데 도움이 됩니다..

키워드: 플릿 열 교환기; 중간 변화; 설계 조건; 열 전달 성능; 압력 하락; 재료 선택

판 열 교환기는 일련의 파동판, 접착판, 프레임판 및 타이 막으로 구성된 고효율 열 전달 장비의 일종입니다.열 교환 과정은 판의 양쪽에서 뜨거운 냉동 매체의 교대 흐름을 통해 실현됩니다., 그리고 판의 파동 구조는 매체의 격변을 증가시켜 열 전달 효율을 향상시킵니다. 전통적인 껍질 및 튜브 열 교환기와 비교하면PHEs는 높은 열 전달 계수 (3000~7000 W/m2·K 액체-액체 용) 의 장점을 가지고 있습니다., 콤팩트한 구조 (100~200m2/m3의 표면 밀도, 껍질 및 튜브 열 교환기의 4~5배), 쉽게 해체 및 유지 보수,및 플렉서블 조정 열 전송 영역을 증가 또는 감소 판이 장점들은 PHEs가 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있으며, 그들의 설계 합리성은 운영 효율, 에너지 소비,온도 교환 시스템 전체의 사용 기간.

산업 생산에서 열 교환 매체는 종종 원자재 교체, 프로세스 조정, 제품 공식 변경 및 환경 변화와 같은 요인에 의해 영향을 받습니다.그 종류에 변화를 가져오는예를 들어 석유화학 산업에서,원유의 수분 함량은 원유장 채굴 조건의 변화로 인해 증가할 수 있습니다.식품 가공 산업에서 우유 또는 시럽의 점도가 원료 출처의 차이로 인해 변할 수 있습니다.새로운 구성 요소가 추가됨에 따라 매체의 부식성이 증가 할 수 있습니다.매체가 변경되면 PHE의 원래 설계 매개 변수 (열 전달 영역, 판 유형, 재료 및 흐름 속도) 는 더 이상 실제 운영 조건과 일치하지 않습니다.열 전달 효율이 감소하는 문제로 이어집니다., 과도한 압력 하락, 에너지 소비 증가, 재료 부식, 심지어 장비 고장.

현재 PHE 설계에 대한 기존 연구의 대부분은 판 구조의 최적화, 열 전달 계산 및 오염 통제에 초점을 맞추고 있습니다.그러나 설계 조건에 대한 중간 변화의 전반적인 영향에 대한 체계적인 분석이 부족합니다.실제 엔지니어링에서 많은 기업들은 종종 중간 변화의 영향을 무시하여 PHE가 적절한 성능을 발휘할 수 없으며 심지어 경제적 손실을 초래합니다.,원유에 절단된 물이 증가하면 매체의 출구 온도가 떨어질 것이고, PHE가 재설계되지 않으면 사전 가열을 위한 연료를 추가해야합니다.연간 운영비를 390% 증가시키는, 000 유로; PHE의 판 팩을 확장하는 동안 출구 온도를 회복하고 3 개월 이내에 투자 회수를 달성 할 수 있습니다.PHEs의 설계 조건에 대한 매개 변동의 영향을 연구하는 것은 이론 및 실제적으로 큰 의미가 있습니다., 영향 메커니즘을 명확히하고 조정 전략을 제안합니다.

이 논문은 먼저 PHE 설계에서 매체 변화의 유형을 분류하고, 다음에는 주요 설계 조건 (열 전달 성능, 압력 하락) 에 다른 유형의 매체 변화의 영향을 분석합니다.,재료 선택, 판 구조 등) 메커니즘에서, 실제 사례를 결합하여 검증하고 마지막으로 설계 조정 방법과 최적화 제안을 제안합니다.중간 변화 조건에서 PHE의 합리적인 설계와 안정적인 운영을 지원하는 것.

PHE의 매체는 열 교환에 관여하는 뜨거운 물체와 차가운 물체를 가리키며, 그 변화는 다양하지만 변화의 성격에 따라 네 가지 범주로 나눌 수 있습니다.물리적 특성의 변화화학적 특성의 변화, 상태 파라미터의 변화, 매체의 구성의 변화. 이 네 가지 유형의 변화는 고립되어 있지 않으며 상호 영향이있을 수 있습니다.온도 변화로 인해 점성과 밀도가 변할 수 있습니다., 그리고 구성의 변화는 부식성의 변화를 초래할 수 있습니다.)

PHE 설계에 영향을 미치는 매체의 물리적 특성은 주로 점도, 밀도, 열 전도성, 특수한 열 용량 및 표면 긴장을 포함한다.이러한 물리적 특성의 변화는 흐름 채널의 매체의 흐름 상태와 열 전달 과정에 직접적으로 영향을 줄 것입니다.물리적 특성의 일반적인 변화로는: 점착성의 증가 또는 감소 (성화 후 윤활유의 점착성의 증가, 가열 후 시럽의 점착성의 감소),밀도의 증가 또는 감소 (광과 중유의 혼합과 같이) 및 열전도 변화 (매체에 열 전달 첨가물의 추가와 같이). 그 중,점성과 열전도성은 가장 중요한 두 가지 물리적 특성입니다., 열 전달 효율과 압력 감소에 가장 중요한 영향을 미친다.

매체의 화학적 특성은 주로 부식성, 반응성, 산화성 및 환원성을 포함하여 PHEs의 재료 선택에 영향을줍니다.원료의 교체로 인해 화학적 특성의 변화가 종종 발생합니다.예를 들어, 화학 산업에서는, 새로운 구성 요소를 추가하거나, 열 교환 과정에서 화학 반응을 합니다.매체는 공정 조정으로 인해 중성에서 산성 또는 알칼리성으로 바뀔 수 있습니다.식품 산업에서 매체는 발효로 인해 산성 물질을 생성하여 부식성을 증가시킬 수 있습니다. 석유화학 산업에서는 매체의 황 함량이 증가 할 수 있습니다.금속 재료의 부식 증가를 초래합니다.또한, 일부 매체는 서로 또는 판 / 가스켓 재료와 반응하여 재료 손상 및 장비 고장으로 이어질 수 있습니다.

매체의 상태 매개 변수는 열 교환 중에 온도, 압력 및 단계 상태 (액, 가스, 고체-액액 혼합물) 를 의미합니다.상태 매개 변동은 산업 생산에서 흔합니다., 프로세스 로드 조정으로 인한 매체의 입출기 온도 변화, 파이프 라인 막힘 또는 펌프 고장로 인한 시스템의 작동 압력 변화,온도 교환 중에 매체의 단계 변화 (증기 응축과 같은)이 중 PHE 설계에 가장 중요한 영향을 미치는 것은 단계 변화입니다.그들은 열 전달 메커니즘을 변경하고 특별한 판 유형과 흐름 채널 설계가 필요하기 때문에.

매개체의 구성의 변화는 불순물, 혼합된 구성 요소 또는 원초 매개체의 구성 요소 비율의 변화를 의미합니다. 예를 들어,매체는 고체 입자를 포함 할 수 있습니다 (물 안의 퇴적물처럼), 화학 반응의 촉매 입자) 원자재 오염으로 인해; 두 개 이상의 매체 (물과 기름의 혼합과 같은) 의 혼합은 매체의 전반적인 특성을 변화시킵니다.매개체의 구성 요소의 비율 변화 (유의 물 절단 변화와 같이)매체의 구성의 변화는 매체의 물리적 및 화학적 특성에 영향을 줄뿐만 아니라 흐름 채널의 오염 및 막힘의 위험을 증가시킵니다.PHE의 장기적인 운영에 영향을 미치는.

PHEs의 설계는 원래 매체의 매개 변수에 기초하고 있으며 매체의 모든 변화는 설계 시스템에서 연쇄 반응을 일으킬 것입니다.다음은 5가지 측면에서 주요 설계 조건에 대한 중소 변화의 영향을 분석합니다.: 열 전달 성능, 압력 하락, 재료 선택, 판 구조 및 흐름 채널 설계, 오염 및 운영 안정성.

열 전달 성능은 PHE 설계의 핵심 지표이며, 주로 열 전송 계수 (U) 와 열 전송 속도 (Q) 로 측정됩니다.PHEs의 열 전달 과정은 세 개의 링크를 포함합니다.: 뜨거운 매개체에서 플릿 벽에 대한 환전 열 전달, 플릿 벽을 통한 전도 열 전송, 플릿 벽에서 차가운 매개체에 대한 환전 열 전송.매개체의 변화는 양전 열 전달 효율과 매개체의 열 저항을 변화시킴으로써 열 전달 성능에 영향을 미칩니다..

viskosity는 convective 열 전달 계수에 영향을 미치는 가장 중요한 요소입니다. 매체의 viskosity가 높을수록 흐름 저항이 커집니다.거동이 형성되기 어려워질수록예를 들어, 뜨거운 매체의 점성이 50% 증가하면,흐름 채널의 매체의 레이놀즈 수 (Re) 는 현저하게 감소합니다. (Re는 점도에 반비례합니다.), 그리고 흐름 상태는 격동 흐름에서 라미나리 흐름으로 바뀔 것입니다. 이 때 양전 열 전달 계수는 30%~50% 감소합니다.열 전달 속도가 현저하게 감소하는반대로, 점착성의 감소는 레이놀즈 수를 증가시키고, 격변을 증가시키고, 양전적 열 전달 계수를 향상시킵니다.

열 전도성은 매체의 열 전달 능력에 직접적으로 영향을 미칩니다. 매체의 열 전도성이 높을수록 매체와 판 벽 사이의 열 전달이 더 빨라집니다.열 전달 계수가 높을수록예를 들어, 물 (열전도 0.6W/m·K) 에서 엔진 오일 (열전도 0.14W/m·K) 로 매개하면 열전도가 77% 감소합니다.그리고 동전 열 전달 계수는 크게 감소합니다., 설계 열 전달 요구 사항을 충족시키기 위해 열 전달 면적의 증가를 요구합니다.밀도 및 특이 열 용량의 변화는 매체의 열 용량 흐름 속도 (m·cp) 에 영향을 줄 것입니다., 따라서 매체의 입구와 출구 사이의 온도 차이와 열 전달 속도에 영향을 미칩니다.

온도 변화는 두 가지 방법으로 열 전달 성능에 영향을 미칩니다. 한편으로는 온도 변화는 매체의 물리적 특성에 변화를 초래합니다.열전도), 따라서 양전적 열 전달 계수에 영향을 미칩니다. 반면 매체의 입출 온도의 변화는 로그 평균 온도 차이 (LMTD) 를 변화시킵니다.열 전달의 원동력예를 들어, 뜨거운 매체의 입수 온도가 20°C로 감소하면 LMTD가 감소하고 열 전달 속도는 그에 따라 감소합니다.원래 열 전달 요구 사항을 유지하기 위해, 그것은 열 전송 영역을 증가 시키거나 매체의 흐름 속도를 조정해야합니다.

단계 변화 (증기의 응고, 액체의 증발 등) 는 열 전달 메커니즘을 크게 변화시킵니다. 매체가 단계 변화를 겪을 때,단계 변화의 잠복 열이 방출되거나 흡수됩니다.예를 들어, 뜨거운 매체가 포화 물 (감각적 열 전달) 에서 포화 증기 (잠재적 열 전송) 로 변경되면,열 전달 계수는 2~3배 증가할 수 있습니다.그러나 단계 변화는 또한 판 유형 및 흐름 채널 설계에 대한 더 높은 요구 사항을 제시합니다. 예를 들어,증기 응축은 열 전달에 영향을 미치는 액체 필름 축적을 피하기 위해 좋은 가스-액성 분리 성능을 가진 판 유형이 필요합니다.; 액체 증발은 매체가 균일하게 가열되도록 균일하게 분포된 흐름 채널을 필요로 합니다.

매개체가 고체 입자 또는 불순물을 포함하면 입자는 판 표면에 매진층을 형성하여 매진층의 열 저항을 증가시킵니다.따라서 전체 열 전달 계수를 감소시킵니다.입자 함량이 높을수록 더 빠른 오염률이 발생하고 열 전달 효율이 감소합니다. 예를 들어,냉각 매체로 사용되는 물에는 많은 양의 칼슘과 마그네슘 이온이 포함되어 있습니다., 장시간 작동 후 판 표면에 스케일링이 발생하고 스케일링 레이어의 열 전도도는 금속 판의 1/10~1/5에 불과합니다.이 용도는 가속화 후 열 전달 계수를 20%~40% 감소시킵니다.또한, 다른 매체의 혼합은 상호 해소 또는 층화로 이어질 수 있습니다.매체의 전반적인 물리적 특성을 변경하고 열 전달 성능에 더 영향을 미칩니다..

압력 하락은 PHE의 또 다른 핵심 설계 조건으로, PHE의 흐름 채널을 통해 흐르면서 매체의 압력 손실을 의미합니다.압력 하락은 직접 펌프 (또는 팬) 의 에너지 소비와 시스템의 운영 안정성에 영향을 미칩니다.PHEs의 압력 하락은 주로 흐름 채널의 매체의 흐름 저항에 의해 결정됩니다. 이는 매체의 물리적 특성, 흐름 속도, 흐름 채널 구조와 관련이 있습니다.,다른 요인. 매체의 흐름 저항을 변화시킴으로써 매체의 변화가 압력 하락에 영향을 줄 것입니다.

점성이 압력 하락에 영향을 미치는 가장 중요한 요소입니다. 매체의 점성이 높을수록 흐름 저항이 커지고 압력 하락이 높습니다.유체역학 공식에 따르면, 압력 하락은 같은 흐름 속도와 흐름 채널 구조 아래 매체의 점성과 비례합니다. 예를 들어 매체의 점성이 100% 증가하면,압력 하락은 같은 흐름 속도에 따라 약 80%~100% 증가합니다.또한 매체의 밀도 또한 압력 하락에 영향을 미칩니다: 매체의 밀도가 높을수록 유체의 관성 힘이 커집니다.그리고 같은 흐름 속도의 압력 하락이 높을수록.

온도 변화는 매체의 점성과 밀도를 변화시킴으로써 압력 하락에 영향을 미칩니다. 예를 들어 매체의 온도가 증가하면 점성이 감소합니다.그리고 압력 하락은 그에 따라 감소반대로, 온도가 낮아지면 점성이 증가하고 압력 감소도 증가합니다. 압력의 변화는 매체의 밀도와 단계 상태에 영향을 미칩니다. 예를 들어,작동압이 매체의 포화압보다 낮을 때, 매체는 증발하여 가스 액체 두 단계 흐름을 형성하여 흐름 저항과 압력 하락을 크게 증가시킵니다.PHE의 압력 하락은 또한 매체의 흐름 속도와 관련이 있습니다공정 조정으로 인해 매체의 흐름 속도가 증가하면 압력 하락이 급격히 증가합니다 (압 하락은 흐름 속도의 제곱에 비례합니다).

매개체가 고체 입자 또는 불순물을 포함하면 입자는 흐름 과정에서 판 벽과 서로 충돌하여 흐름 저항과 압력 하락을 증가시킵니다.또한, 입자는 흐름 채널에 축적됩니다, 흐름 채널의 가로 절단 좁아, 더 흐름 속도와 압력 하락을 증가합니다. 예를 들어,매개체가 5%~10%의 고체 입자를 포함할 때 (입자 크기 10~50μm), 압력 하락은 깨끗한 매개체에 비해 30%~50% 증가합니다. 입자가 너무 크면 (100μm 이상) 심지어 흐름 채널을 막을 수 있습니다.PHE가 정상적으로 작동하지 않는 것을 초래합니다..

PHEs의 재료 선택 (판재료와 밀착재료 포함) 은 주로 매체의 화학적 특성과 상태 매개 변수에 의해 결정됩니다.재료 선택의 핵심 요구 사항은 부식 저항입니다, 열 전도성, 기계적 강도 및 비용 효율성으로 이어집니다. 매개체의 변화는 원래 재료와 새로운 매개체의 불일치로 직접적으로 이어질 것입니다.물질의 부식으로 이어집니다.PHE의 사용 수명에 영향을 미치는 다른 문제.

부식성은 판자 재료를 결정하는 핵심 요소입니다. 일반적인 판자 재료는 스테인리스 스틸 (304, 316L), 티타늄, 하스텔로이 및 구리 합금입니다.316L 스테인레스 스틸은 중립적이고 약한 부식 매체 (물 같은) 에서 널리 사용됩니다., 식용유), 그러나 강한 산, 강한 알칼리 및 염화물을 함유 한 매체에 내성이 없습니다. 티타늄은 강한 부패에 내성이 있습니다.염화수소) 를 사용하며 가혹한 작업 조건에 적합합니다.· 하스텔로이는 대부분의 강한 산과 알칼리에 내성이 있으며 강한 부식 매체와 화학 산업에서 사용됩니다. 매체가 중성에서 산성으로 변하면 (예를 들어 pH 값 7에서 3),원본 304 스테인레스 스틸 판이 부식 될 것입니다.이 시점에서는 타이탄 또는 하스텔로이로 판을 교체해야합니다.

가스켓 재료는 또한 매체의 화학적 특성에 영향을 받는다. 일반적인 가스켓 재료는 니트릴 고무 (NBR), 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머 (EPDM), 플루오르 고무 (Viton) 이다.NBR는 석유 기반 매체에 적합하지만 강한 산과 알칼리에 저항하지 않습니다.; EPDM는 중립적이고 약한 부식 매체에 적합하며 높은 온도 내성이 좋습니다. Viton은 강한 산, 강한 알칼리 및 유기 용매에 내성이 있지만 비용이 높습니다.매개체가 기름에서 강한 산으로 바뀌면, 원본 NBR 가스켓은 경색되고 노화되어 중간의 누출을 초래하며 비톤 가스켓으로 교체해야합니다.

온도 및 압력 변화는 매체의 부식 속도와 재료의 기계적 특성을 변화시킴으로써 재료 선택에 영향을 미칩니다.높은 온도는 매체의 부식 속도를 가속화하고 재료의 기계적 강도 및 서비스 수명을 줄일 것입니다예를 들어, 작동 온도가 100°C에서 150°C로 증가하면 스테인리스 스틸 판에 대한 매체의 부식 속도는 2~3배 증가합니다.그리고 더 나은 고온 부식 저항성을 가진 물질을 선택해야합니다 (하스텔로이와 같은)고압은 판 변형 또는 손상을 피하기 위해 재료가 더 높은 기계적 강도를 필요로합니다. 예를 들어, 작동 압력이 1.6 MPa에서 4.0 MPa로 증가하면,원본 일반 스테인레스 스틸 판 (방축 0).5 mm) 는 높은 압력을 견딜 수 없으며 판 두께를 늘리거나 더 강한 재료를 선택해야합니다.

매개체가 염화 이온, 황 이온 또는 다른 부식 이온을 포함하면 판 재료의 부식 속도를 높일 것입니다. 예를 들어,심지어 소량의 염화 이온 (200ppm 이상) 이 스테인리스 스틸 판의 구덩이 부식 원인이 될 것입니다.이 시점에서는 엽록소 내성 물질 (티타늄과 같은) 을 선택해야합니다. 또한, 매체가 유기 용매를 포함하면,가스켓 물질을 녹일 것입니다.예를 들어, 아세톤을 포함하는 매체는 NBR 가스켓을 녹여서 Viton 가스켓으로 교체해야합니다.

판 구조 (판 종류, 파동 각도, 판 두께) 및 흐름 채널 설계 (흐름 채널 너비, 흐름 방향,PHEs의 통과 수) 는 원래 매체의 흐름 상태 및 열 전달 요구 사항에 따라 설계됩니다.중간의 변화는 매체의 흐름 상태와 열 전달 요구 사항에 영향을 미치므로 판 구조와 흐름 채널 설계에 대한 조정이 필요합니다.

고 점착성 매체의 경우 원래의 좁은 흐름 채널은 과도한 압력 하락과 열 전달이 좋지 않습니다.흐름 저항을 줄이고 매체의 흐름 상태를 개선하기 위해 더 넓은 흐름 채널을 가진 판 유형을 선택해야합니다.예를 들어, 매개체가 물 (하위 점도) 에서 중유 (고위 점도) 로 변경되면 압력 하락을 줄이기 위해 흐름 채널 너비가 2~3mm에서 4~5mm로 증가해야합니다.또한, 고 점착성 매체에는 컨벡티브 열 전달을 향상시키기 위해 더 강한 격동 효과를 가진 판 유형이 필요합니다.

열전도성이 낮은 매체에 대한 경우 판의 수를 늘리거나 더 큰 특정 표면 면적을 가진 판을 선택하여 열 전달 면적을 늘려야합니다. 예를 들어,물에서 엔진 오일로 매체가 바뀌면 (저온전도성), 열 전달 요구 사항을 충족시키기 위해 판의 수가 30%~50% 증가해야합니다. 또한 판의 파동 각도 또한 열 전송과 압력 하락에 영향을 미칩니다.더 큰 파동 각 (60°) 은 열 전달 계수를 향상시킬 수 있습니다., 그러나 압력 하락은 더 크다; 더 작은 파동 각 (30°) 은 압력 하락을 줄일 수 있지만 열 전달 계수는 더 낮습니다.중간 변경은 물결 각도를 조정하여 열 전달과 압력 하락을 균형 잡아야 합니다.

매체가 위상 변화 (증기 응고 등) 를 겪을 때, 위상 변화 열 전달에 적합한 판 유형을 선택해야합니다. 예를 들어,응축 열 전달은 응축 액체의 배출을 촉진하고 액체 필름 축적을 피하기 위해 부드러운 표면과 큰 흐름 채널을 가진 판이 필요합니다.증발 열 전달은 매체가 균일하게 가열되고 지역 과열을 방지 할 수 있도록 균일한 흐름 채널을 가진 판이 필요합니다.단계 변화 매체는 PHE에 매체의 체류 시간을 연장하고 단계 변화 효율을 향상시키기 위해 다단류 흐름 채널 설계가 필요합니다..

온도와 압력의 변화 또한 판 두께에 영향을 미칩니다. 높은 온도와 높은 압력으로 인해 기계적 강도를 보장하기 위해 두꺼운 판이 필요합니다. 예를 들어,작동 압력이 1에서 증가하면.6 MPa에서 4.0 MPa로, 판 두께는 0.5 mm에서 0.8 ∼ 1.0 mm로 증가해야합니다. 또한, 고온 매체에는 열압력을 줄이기 위해 좋은 열 전도성을 가진 판이 필요합니다.구리 합금판 또는 티타늄판과 같이.

매개체가 고체 입자 또는 불순물을 포함할 경우, 폭 넓은 흐름 채널과 쉽게 청소 할 수있는 판 유형을 선택해야합니다. 예를 들어,고체 입자를 포함하는 매체는 4mm 이상의 흐름 통로의 폭을 가진 판을 선택해야 합니다., 그리고 판 표면은 입자의 축적을 줄이기 위해 부드럽어야합니다.매체의 흐름 방향은 열 전달 효율을 향상시키고 입자의 축적을 줄이기 위해 반류 흐름으로 설계되어야합니다.심각한 오염 경향을 가진 미디어의 경우 정기적인 청소와 유지 관리를 촉진하기 위해 분리 가능한 PHE를 설계해야합니다.

폼링은 PHE 운영에서 흔한 문제입니다. 이것은 불순물, 비늘 및 다른 물질이 판 표면에 축적되어 열 전달 효율이 감소하는 것을 의미합니다.압력 감소 증가, 및 단축 된 서비스 수명 중간의 변화는 매립의 주요 원인 중 하나입니다. 또한 중간의 변화는 또한 PHE의 운영 안정성에 영향을 미칩니다.중간 누출과 같은 문제로 이어집니다., 판 변형, 시스템 변동.

매개체의 구성의 변화는 매개체에서 칼슘과 마그네슘 이온의 증가로 인해 껍질이 쪼개지는 주요 요인이 됩니다.고체 입자의 증가는 퇴적 오염으로 이어집니다.유기물질의 증가로 인해 생물학적 오염 또는 화학적 오염이 발생합니다. 또한 온도와 압력의 변화도 오염 속도를 가속화합니다. 예를 들어,높은 온도는 칼슘과 마그네슘 이온의 결정화를 가속화합니다., 스케일링을 유발합니다. 압력의 변화는 매체에 용해 된 가스의 침착으로 이어지며 가스 필름 매름을 형성합니다.오염 은 열 이 전달 되는 효율성 을 줄일 뿐 아니라 압력 하락 을 증가 시킨다, 에너지 소비를 증가시키고 심지어 흐름 채널 막힘을 초래합니다.

중간 변화로 인해 중간 누출이 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 매체의 화학적 특성의 변화는 밀착제 또는 판을 부식시켜 누출을 유발할 수 있습니다.압력 변화로 인해 밀폐가 변형되거나 떨어질 수 있습니다., 누출로 이어집니다. 또한, 중간 변화로 인한 과도한 압력 하락은 펌프 과부하로 이어질 수 있으며, 안정적인 작동에 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어,압력 하락이 설계 한계를 초과하면, 펌프는 과부하 상태에서 작동하여 펌프 손상이나 시스템 종료로 이어집니다. 또한 매체의 흐름 상태의 변화는 판의 불균형 온도 분포로 이어질 수 있습니다.열압과 판 변형으로 이어지는.

이 논문에서는 PHE의 설계 조건에 대한 매개 변동의 영향을 더 확인하기 위해 두 가지 실제 엔지니어링 사례를 분석합니다.석유화학산업의 중소 성분 변화의 영향과 식품 가공산업의 물리적 특성 변화의 영향을 포함하여, 그에 따른 조정 조치를 제안합니다.

석유화학 기업은 원유를 미리 가열하기 위해 PHE를 사용합니다. 원래 설계 매체는 5%의 물 절단 (량 분수) 을 가진 원유이며, 원유의 입수 온도는 70 °C입니다.출구 온도는 101°C, 그리고 PHE의 열 전달 면적은 120m2입니다. 판 재료는 316L 스테인리스 스틸, 그리고 밀착 재료는 NBR입니다. 석유 광장 착취 조건의 변화로 인해,원유의 수분 절감량은 20%까지 증가합니다., 매체의 물리적 특성에 변화를 가져옵니다: 점성이 30% 증가하고 열 전도성이 15% 감소하고 밀도가 8% 증가합니다.

물 절감량이 증가 한 후 PHE의 운영 문제는 다음과 같습니다. (1) 열 전달 효율이 현저히 감소하고, 원유의 출구 온도는 99 °C로 떨어집니다.후속 공정 요구 사항을 충족시킬 수 없는2) 압력 하락이 40% 증가하여 원유 펌프가 과부하되고 에너지 소비가 증가합니다.그리고 밀폐는 늙고 변형되어 있습니다., 잠재적인 누출 위험이 있습니다.

매개체의 변화에 따라 다음과 같은 설계 조정 조치가 채택됩니다. (1) 판 구조를 조정하십시오. 판 수를 증가시키고 열 전달 면적을 150m2로 확장하십시오.그리고 압력 하락을 줄이기 위해 30°의 파동 각도를 가진 판 유형을 선택(2) 흐름 채널 디자인을 최적화하십시오: 높은 점착성 매체에 적응하고 입자 축적을 줄이기 위해 흐름 채널 너비를 2.5 mm에서 3.5 mm로 증가하십시오. (3) 가스켓 물질을 교체하십시오.수분이 들어있는 원유에 대한 부식 저항성을 향상시키기 위해 NBR 가스켓을 EPDM 가스켓으로 교체하십시오.(4) 사전 처리 장치를 추가하십시오: PHE 입구에 물-유 분리 장치를 설치하여 원유의 물 절감을 10%로 줄이고 PHE에 대한 물의 영향을 줄이십시오. 조정 후,원유의 출구 온도가 101°C로 회복되고 압력 하락이 설계 수준으로 감소하고 PHE의 작동 안정성이 크게 향상됩니다.조정 조치에 대한 투자는 에너지 절감과 유지 보수 비용 절감으로 3개월 이내에 회수됩니다..

식품 가공 기업에서는 우유를 냉각하기 위해 PHE를 사용합니다. 원래 설계 매체는 1.2mPa·s의 점성이있는 신선한 우유이며, 입구 온도는 60°C, 출구 온도는 4°C입니다.그리고 열 전달 면적은 80m2입니다.. 판 재료는 316L 스테인리스 스틸이며, 가스켓 재료는 EPDM입니다. 원유 소스를 교체하기 때문에 우유의 점도가 2 로 증가합니다.5mPa·s (지방 함량의 증가로 인해), 그리고 밀도는 5% 증가합니다.

점도가 증가 한 후 PHE의 작동 문제는 다음과 같습니다. (1) 흐름 채널의 우유의 흐름 상태는 격동 흐름에서 laminar 흐름으로 변합니다.전류 열 전달 계수는 45% 감소합니다.(2) 압력 하락이 50% 증가하여 냉각 물 펌프의 에너지 소비가 증가합니다.(3) 고 점성이 있는 우유 는 판 표면 에 쉽게 붙어 있다, 장시간 사용 후 찌꺼기 발생과 열 전달 효율 감소로 이어집니다.

설계 조정 조치는 다음과 같습니다. (1) 판 유형을 교체합니다.거동도를 높이고 양전 열 전달 계수를 향상시키기 위해 60 °의 파동 각도를 가진 링링 콩 유선판을 선택하십시오.(2) 흐름 속도를 조정: 레이놀즈 수를 증가시키고 격동 흐름 상태를 회복하기 위해 우유의 흐름 속도를 30% 증가; (3) 흐름 채널 디자인을 최적화:PHE에 우유의 체류 시간을 연장하고 냉각 효과를 향상시키기 위해 다단류 흐름 채널 설계를 채택합니다.(4) 청소를 강화합니다: 매립의 축적을 피하기 위해 CIP (순정 현장) 청소의 빈도를 늘립니다. 조정 후 우유의 냉각 시간은 원래 수준으로 복원됩니다.압력 감소 20% 감소, 그리고 오염 문제는 효과적으로 통제되며 생산 라인의 안정적인 운영을 보장합니다.

PHE의 설계 조건에 대한 중간 변화의 영향을 대처하기 위해중간 변화의 종류와 정도에 기초한 과학적이고 합리적인 설계 조정 전략을 수립하는 것이 필요합니다., 시스템의 실제 운영 요구 사항과 결합됩니다. 다음은 다섯 가지 측면에서 주요 조정 전략입니다.

매개체의 변화로 인해 열 전달 계수가 감소하면열 전달 면적은 열 전송 속도를 보장하기 위해 판의 수를 증가시키거나 더 큰 특정 표면 면적을 가진 판을 선택하여 증가시킬 수 있습니다.단계 변화가있는 매체에 대해 열 전달 계산 모델을 조정해야하며 열 전송 영역을 정확하게 계산하기 위해 단계 변화의 잠복 열을 고려해야합니다.또한, 매체의 흐름 속도는 레이놀즈 수를 변경하고 격변을 향상시키고 대류 열 전달 계수를 향상시키기 위해 조정 할 수 있습니다. 고 점도 매체의 경우,흐름 속도가 적절하게 증가해야 합니다.낮은 점착성 매체에 대한 경우 과도한 압력 하락을 피하기 위해 흐름 속도를 조정해야합니다.

매체의 변화가 과도한 압력 하락으로 이어지면 흐름 저항을 줄이기 위해 더 넓은 흐름 채널을 가진 판 유형을 선택하여 흐름 채널 너비를 증가시킬 수 있습니다.판의 파동 각은 조정 될 수 있습니다: 압력 하락을 줄이기 위해 더 작은 파동 각을 선택하고 열 전달 효율과 압력 하락 사이의 균형을 달성합니다.매체의 흐름 경로를 단축하고 압력 하락을 줄이기 위해 흐름 채널의 통과 수를 줄일 수 있습니다.고체 입자를 포함하는 매체에 대해서는 불순물을 제거하고 압력 하락 및 오염 위험을 줄이기 위해 사전 처리 장치 (필터, 분리기) 를 추가해야합니다.

매체의 화학적 특성의 변화에 따라 판 및 밀착 재료는 적시에 교체되어야합니다. 부식성 매체의 경우강한 진식 저항성 (티타늄과 같은) 을 가진 재료, Hastelloy) 를 선택해야 합니다. 유기 용매를 포함하는 매체에 대해서는 용매에 좋은 저항성을 가진 밀착 물질 (비톤과 같은) 을 선택해야 합니다.높은 기계적 강도와 높은 온도 저항성을 가진 재료가 선택되어야 합니다., 그리고 구조적 안정성을 보장하기 위해 판 두께가 증가해야합니다.소재의 새로운 매체에 대한 적응성을 확인하기 위해 부식 테스트를 수행해야합니다..

고위밀도 매체에 대해 더 넓은 흐름 채널과 더 강한 거동 효과를 가진 판 유형을 선택하십시오. 단계 변화가있는 매체에 대해 단계 변화 열 전달에 적합한 판 유형을 선택하십시오.고체 입자를 포함하는 매체, 부드러운 표면과 청소가 쉬운 판 유형을 선택 하 여 흐름 채널 너비, 흐름 방향,그리고 매체의 흐름 상태와 열 전달 요구 사항에 따라 매체의 균일한 흐름과 효율적인 열 전달을 보장하기 위해 통과되는 수분리 가능한 PHE의 경우 플레이트 배열을 조정하여 흐름 채널 구조를 변경하고 매체 변화에 적응 할 수 있습니다.

심각한 매진 경향이있는 매체에는 불순물을 제거하고 매진원을 줄이기 위해 사전 처리 장치를 추가해야합니다.흐름을 늦추기 위해. 정기적인 청소 계획을 수립하고 CIP 청소 또는 수동 청소를 채택하여 오염층을 적시에 제거하고 열 전달 효율을 회복하십시오.PHE의 매일 검사 및 유지보수를 강화합니다., 판 표면과 간판의 부식, 노화 및 손상을 확인하고 작동 안정성을 보장하기 위해 적시에 교체하십시오.

중형 변화는 판 열 교환기의 설계와 작동에서 피할 수 없는 문제이며 PHE의 설계 조건에 포괄적이고 광범위한 영향을 미칩니다.물리적 특성의 변화, 화학적 특성, 상태 매개 변수 및 매체의 구성은 열 전달 성능, 압력 하락, 재료 선택, 판 구조에 직접적으로 영향을 줄 것입니다.그리고 PHE의 운영 안정성, 열 전달 효율이 감소, 에너지 소비 증가, 재료 부식 및 장비 고장과 같은 일련의 문제로 이어집니다.

체계적인 분석을 통해 PHE 설계에 대한 매체 변화의 영향은 연쇄 반응이라는 것이 밝혀졌습니다.물리적 특성의 변화 (특히 점성과 열 전도성) 는 열 전달 효율과 압력 감소에 영향을 미치는 핵심 요소입니다.; 화학적 특성의 변화는 판과 밀착기의 재료 선택에 영향을 미칩니다. 상태 매개 변수 (특히 단계 변화) 의 변화는 판 유형과 흐름 채널 설계에 영향을 미칩니다.중형 성분의 변화가 오염 위험을 증가시키고 장기적인 운영 효율성에 영향을 미칩니다.엔지니어링 사례는 과학적이고 합리적인 설계 조정 (열 전달 영역 조정, 재료 교체, 판 구조 최적화,및 오염 통제를 강화) 는 중소 변화의 영향을 효과적으로 대처하고 PHE의 안정적이고 효율적인 운영을 보장 할 수 있습니다..

실제 공학 설계에서는 매체의 변화를 충분히 고려하고 새로운 매체의 특성에 대한 심층 분석을 수행해야합니다.그리고 목표적 설계 조정 전략을 수립동시에 운영 중 중량 매개 변수 모니터링을 강화하고, 중량 변화의 영향을 적시에 찾아 처리합니다.PHE의 장점을 최대한 활용하기 위해, 에너지 소비를 줄이고 시스템의 경제적, 사회적 이점을 향상시킵니다.열교환 매체의 종류가 더 복잡해질 것입니다., 그리고 PHE 설계에 대한 중간 변화의 영향에 대한 연구는 더 심화 될 것이며, 이는 PHEs의 최적화와 업그레이드에 대한 더 많은 이론적 지원과 기술적 지침을 제공 할 것입니다.