1、壓降控制
流體在流動中只有克服阻力才能前進,流速越大,阻力也越大。不同的板型或者統(tǒng)一板型不同板片結(jié)構(gòu)參數(shù),其阻力也不相同,阻力的大小直接關系到輸送流體的泵或者風機的動力消耗和設備的投資費用。
如果將熱側(cè)允許壓降設為0.05 MPa,則可以減少近10%的面積。因此,壓降是影響換熱換熱器傳熱面積的影響因素之一。較大的集中供熱項目一次網(wǎng)的壓力損失基本確定在0.1 MPa左右是比較經(jīng)濟合理的。在此條件下得到的換熱面積既可以滿足運行工況的要求,也是最節(jié)約投資的。
由計算結(jié)果可以看出,允許壓降適當計算面積可以減少近30%。
2、污垢熱阻
污垢對傳熱、傳質(zhì)及流體流動帶來負面影響,即隨著污垢在傳熱表面上的積聚,流道表面的粗糙度增加,引起摩擦因數(shù)增大,并且流體的流通截面積減少,在相同的體積流量的情況下,流體流速增加,壓力降增大。有人認為選取較大的污垢熱阻比較可靠,其實這往往會帶來更嚴重后果。這是因為在傳熱量一定的條件下,勢必要加大傳熱面積或總平均溫差,從而增加換熱器成本。而傳熱面過大會導致熱流體出口溫度過低、冷流體出口溫度過高,這不僅影響工藝要求,而且有時在運行中為避免此結(jié)果常將介質(zhì)流速降低、致使壁面溫度上升,這樣反而促使污垢更迅速地增長。
雖然換熱面積沒有減少,但是由于工況的污垢熱阻較小,使得計算富裕量有很大增加。同樣,不同的污垢熱阻對換熱面積影響也很大。設計換熱器時,必須采用正確的界膜導熱系數(shù),同時還必須采用正確的污垢系數(shù),即使正確地確定了界膜導熱系數(shù)。如果污垢系數(shù)的確定不準確,對換熱器的設計誤差也很大。由于板式換熱器具有容易清洗的優(yōu)點,所以定期對換熱器進行清洗必不可少。
3、面積富裕量
換熱器換熱面積富裕量定義為設計值比計算值高出的百分比。其主要考慮工藝條件的變化穩(wěn)態(tài)和持續(xù)積垢引起的熱阻變化,還有一些未知因素,如積垢預測誤差、工藝計算誤差等。將裕量分為工藝裕量、設備老化裕量和控制裕量3個參數(shù),還有一些不可知的因素需要再另加一些裕量。文獻[1]在換熱器計算中沒有提到富裕量應該取值的問題,只是通過例題說明只要滿足計算換熱面積大于所需換熱面積就可以。板式換熱器設計中,常取10%的面積富裕量。由序號6和序號7可以看出,面積富裕量對換熱器計算的影響因素也很大。
4、溫差推動力
溫度推動力也叫平均對數(shù)溫差。在傳熱過程中,冷、熱流體的溫度差沿加熱面是連續(xù)變化的。但是由于此溫度差與冷、熱流體的溫度成線性關系,因此可以用換熱器兩端溫差的某種組合(即對數(shù)平均溫差)來表示。對數(shù)平均推動力恒小于算術平均推動力,特別是當換熱器兩端推動力相差懸殊時,對數(shù)平均值要比算術平均值小得多。當換熱器一端兩流體溫差接近于0時,對數(shù)平均推動力將急劇減小。
對數(shù)平均推動力對換熱器的操作有著重要的影響。例如,當換熱器兩端溫差有一個為0時,對數(shù)平均溫差必為0。這意味著傳遞相應的熱流量需要無限大的傳熱面。但是,當兩端溫差相差不大時,對數(shù)平均推動力可用算術平均推動力代替。在冷、熱流體進出口溫度相同的條件下,并流操作兩端推動力相差較大,其對數(shù)平均值必小于逆流操作。因此,就增加傳熱過程推動力Δtm而言,逆流操作總是優(yōu)于并流操作的。
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