Plaka ısı değiştiricisi ve kabuk ve boru ısı değiştiricisinin karşılaştırmalı analizi

Plaka Isı Değiştiricileri ve Kabuklı Isı Değiştiricilerinin Karşılaştırmalı Analizi

1Yapısal tasarım ve ısı aktarım mekanizmaları

1.1 Plaka Isı Değiştiricileri

Bir plaka ısı değiştiricisi, ayrı akış kanalları oluşturmak için bitişik plakalar arasındaki boşlukları mühürleyen dikişlerle bir yığın dalgalanmış metal plakalardan oluşur.İki çalışma sıvısı alternatif kanallardan karşı akımlı veya çapraz akımlı akıyor, metal plakalar aracılığıyla ısı değişimi.

Isı aktarım mekanizması:

• Sıcak sıvıdan gelen ısı önce konveksiyon yoluyla plakaya aktarılır, daha sonra yüksek ısı iletkenliği olan plakanın içinden geçilir (örneğin, 45 W/(m·K ısı iletkenliği olan paslanmaz çelik),Ve sonunda soğuk sıvıya konvekte edilir.

• Gürültülü levha yüzeyi, düşük Reynolds sayılarında (Re = 50?? 200) türbülans yaratır ve ısı aktarım verimliliğini önemli ölçüde artırır.Bu türbülans, daha büyük sıvı direnci nedeniyle basınç düşüşünü de arttırır..

1.2 Kabuklı ve tüplü ısı değiştiriciler

Kabuk ve boru ısı değiştiricisi, silindir şeklindeki bir kabuk, bir boru kümesi (bütük levhaları üzerinden sabit veya yüzen) ve başlıklardan oluşur.Diğerleri kabuk içindeki tüplerin etrafında akarken (kabuk tarafı)Genel yapılandırmalar sabit boru levhası, yüzen baş ve U boru tasarımlarını içerir.

Isı aktarım mekanizması:

• Sıcak sıvıdan (tüp ya da kabuk tarafından) gelen ısı, tüpün içinden geçen tüp duvarına konvekte edilir (örneğin, 375 W/(m·K ısı iletkenliğine sahip bakır borular),ve sonra karşı tarafta soğuk sıvıya konveksiyon.

• Kabuk kenarındaki sıvıyı yönlendirmek için kabuk içine defleörler monte edilir, akış yollarını uzatır ve türbülansı arttırır, böylece ısı transferi verimliliğini arttırır.

2Performans Özellikleri

3Avantajları, dezavantajları ve uygulamaları

3.1 Plaka Isı Değiştiricileri

Avantajlar:

• Yüksek verimlilik: Düşük Reynolds sayılarında ve karşı akım işleyişinde türbülans akışı, logaritmik ortalama sıcaklık farkı (LMTD) düzeltme faktörü ~ 0'dur.95, son sıcaklık farklılıkları <1 °C (kabuk ve tüp tasarımları için ~ 5 °C'ye karşı) kadar düşüktür.

• Kompakt tasarım: Birim hacmi başına 2×5 kat daha fazla ısı transferi alanı; eşdeğer kapasite için kabuk ve tüp ünitelerinin 1/5 ⁄ 1/8'ünü kaplar.

• Esneklik: Plaka ekleyerek / çıkararak ölçeklendirilmesi kolaydır; süreç değişikliklerine uyarlanabilir (örneğin, akış yollarını yeniden yapılandırmak).

• Maliyet etkinliği: Hafif (plaka kalınlığı: borular için 0,4 ∼0,8 mm karşı 2.0 ∼2,5 mm), aynı malzeme ve alanın kabuk ve boru birimlerinden %40 ∼60% daha düşük maliyetli; damgalama yoluyla seri üretilebilir.

• Düşük ısı kaybı: Minimum açık yüzey alanı ısı dağılımını azaltır ve yalıtım gereksinimini ortadan kaldırır.

Dezavantajları:

• Sınırlı basınç ve sıcaklık toleransı (> 3 MPa veya aşırı sıcaklıklar için uygun değildir).

• Gaskets koroziv veya yüksek sıcaklıklı ortamlarda bozulma eğilimindedir.

• Daha yüksek basınç düşüşü daha güçlü pompaları gerektirebilir.

Başvurular:

Düşük-orta basınçlı, 中小换热 alan alanları için idealdir (örneğin, HVAC, gıda işleme, ev sıcak su sistemleri ve ilaç gibi sık temizleme gerektiren endüstriler).

3.2 Kabuklı ve tüplü ısı değiştiriciler

Avantajlar:

• Yüksek basınç/sıcaklığa direnç: Sert koşullar için uygundur (30 MPa, 400 °C'ye kadar), bu da yüksek basınçlı endüstriyel işlemler için idealdir.

• Sağlamlık: Silindrik kabuk ve katı boru paketleri yüksek titreşime ve büyük akış hızlarına dayanır; yüksek viskozluklu veya partikül yüklü sıvılarla uyumludur (uygun bir baffle tasarımı ile).

• Uzun kullanım süresi: Tamamen paslanmaz çelik yapısı (veya bakır borular) koroziv ortamlarda dayanıklılık sağlar (20 yıla kadar).

Dezavantajları:

• Daha düşük ısı transferi verimliliği: Çapraz akış kalıpları nedeniyle LMTD düzeltme faktörleri genellikle <0,9; daha büyük ayak izi ve daha yüksek ağırlık.

• Esneksizlik: Kurulum sonrası ısı transferi alanını değiştirmek zordur; eşdeğer kapasite için daha yüksek başlangıç maliyeti.

Başvurular:

Yüksek basınçlı/yüksek sıcaklıklı endüstriyel işlemler (örneğin petrokimya, elektrik üretimi, madencilik) ve büyük ölçekli ısı değişimi (örneğin merkezi ısıtma,ağır kullanımlı soğutma sistemleri).

Özet

Plaka ısı değiştiricileri, düşük ve orta basınçlı uygulamalarda verimlilik, kompaktlık ve esneklik açısından üstünlük kazanırken, kabuk ve tüp ısı değiştiricileri yüksek basınçlı, yüksek sıcaklıklı,ve büyük ölçekli endüstriyel senaryolarSeçim, çalışma koşullarına, bakım ihtiyaçlarına ve ölçeklendirme gereksinimlerine bağlıdır.