Сравнительный анализ пластинчатых и кожухотрубных теплообменников

Сравнительный анализ теплообменников из плит и теплообменников из оболочек и труб

1Структурный дизайн и механизмы теплопередачи

1.1 Пластовые теплообменники

Теплообменник из плит состоит из стека гофрированных металлических плит, с уплотнениями, закрывающими разрывы между соседними плитами, чтобы сформировать отдельные каналы потока.Две рабочие жидкости протекают противоположно или поперечно через чередующиеся каналы, обмениваясь теплом через металлические пластины.

Механизм передачи тепла:

• Тепло от горячей жидкости сначала переносится на пластину посредством конвекции, затем проходит через высокотеплопроводящую пластину (например, нержавеющая сталь, с теплопроводностью 45 Вт/м·К)),и, наконец, конвекции в холодную жидкость.

• Поверхность гофрированной плиты вызывает турбулентность при низких числах Рейнольдса (Re = 50 ≈ 200), что значительно повышает эффективность теплопередачи.Эта турбулентность также увеличивает падение давления из-за большего сопротивления жидкости.

1.2 Термообменники из оболочек и труб

Теплообменник с оболочкой и трубкой состоит из цилиндрической оболочки, пучка труб (фиксированного или плавающего через листы труб) и заголовков.в то время как другой течет вокруг труб внутри оболочки (сторона оболочки)Обычные конфигурации включают фиксированные трубные листы, плавающие головы и U-трубные конструкции.

Механизм передачи тепла:

• Тепло от горячей жидкости (со стороны трубы или оболочки) конвектируется к стенке трубы, проходящей через трубу (например, медные трубы с теплопроводностью 375 W/ (((m·K))),и затем конвекции к холодной жидкости на противоположной стороне.

• В оболочке установлены баффлы для перенаправления жидкости со стороны оболочки, расширения путей потока и повышения турбулентности, тем самым повышая эффективность теплопередачи.

2Характеристики производительности

3Преимущества, недостатки и применение

3.1 Пластовые теплообменники

Преимущества:

• Высокая эффективность: турбулентный поток при низких числах Рейнольдса и противопоточной работе дает логарифмический средний корекционный коэффициент разницы температуры (LMTD) ~ 0.95, с температурными различиями в конце до < 1 °C (против ~ 5 °C для конструкций оболочек и труб).

• Компактный дизайн: 2×5 раз больше площади теплопередачи на единицу объема; занимает 1/5×1/8 площади корпусно-трубных блоков при эквивалентной мощности.

• Гибкость: Легко масштабируется путем добавления/удаления пластин; адаптируется к изменениям процесса (например, перенастройке путей потока).

• Экономическая эффективность: Легкий (толщина пластины: 0,4 ≈ 0,8 мм против 2,0 ≈ 2,5 мм для труб), 40 ≈ 60% дешевле, чем корпус и трубные устройства того же материала и площади; массовое производство посредством штамповки.

• Низкая потеря тепла: Минимальная площадь поверхности снижает рассеивание тепла, исключая необходимость в изоляции.

Недостатки:

• Ограниченная терпимость к давлению и температуре (не подходит для > 3 МПа или экстремальных температур).

• Прокладки склонны к деградации в коррозионной или высокотемпературной среде.

• Более высокое падение давления может потребовать более сильных насосов.

Заявления:

Идеально подходит для сцене с низким и средним давлением (например, HVAC, пищевая промышленность, бытовые системы горячей воды и промышленность, требующая частой очистки, такая как фармацевтическая промышленность).

3.2 Термообменники из оболочек и труб

Преимущества:

• Устойчивость к высокому давлению/температуре: Подходит для суровых условий (до 30 МПа, 400°C), что делает его идеальным для высокодавленных промышленных процессов.

• Прочность: цилиндрическая оболочка и жесткие трубные пучки выдерживают высокие пульсации и большие скорости потока; совместимы с жидкостями с высокой вязкостью или с частицами (с надлежащей конструкцией баффла).

• Долгий срок службы: Конструкция из нержавеющей стали (или медные трубы) обеспечивает долговечность (до 20 лет) в коррозионных условиях.

Недостатки:

• Более низкая эффективность теплопередачи: корекционные коэффициенты LMTD часто < 0,9 из-за форм перекрестного потока; большая пропускная способность и больший вес.

• Негибкость: трудно изменить площадь теплопередачи после установки; более высокая первоначальная стоимость эквивалентной мощности.

Заявления:

Предпочтительно для высокотемпературных/высокого давления промышленных процессов (например, нефтехимия, производство электроэнергии, добыча полезных ископаемых) и крупномасштабного теплообмена (например, централизованное отопление,системы охлаждения для больших грузов).

Резюме

Пластинчатые теплообменники превосходят по эффективности, компактности и гибкости для применения при низком и среднем давлении, в то время как теплообменники из оболочек и труб доминируют при высоком давлении, высокой температуре,и крупномасштабные промышленные сценарииВыбор зависит от условий эксплуатации, потребностей в обслуживании и требований масштабируемости.