1、压降控制
流体在流动中只有克服阻力才能前进,流速越大,阻力也越大。不同的板型或者统一板型不同板片结构参数,其阻力也不相同,阻力的大小直接关系到输送流体的泵或者风机的动力消耗和设备的投资费用。
如果将热侧允许压降设为0.05 MPa,则可以减少近10%的面积。因此,压降是影响换热换热器传热面积的影响因素之一。较大的集中供热项目一次网的压力损失基本确定在0.1 MPa左右是比较经济合理的。在此条件下得到的换热面积既可以满足运行工况的要求,也是最节约投资的。
由计算结果可以看出,允许压降适当计算面积可以减少近30%。
2、污垢热阻
污垢对传热、传质及流体流动带来负面影响,即随着污垢在传热表面上的积聚,流道表面的粗糙度增加,引起摩擦因数增大,并且流体的流通截面积减少,在相同的体积流量的情况下,流体流速增加,压力降增大。有人认为选取较大的污垢热阻比较可靠,其实这往往会带来更严重后果。这是因为在传热量一定的条件下,势必要加大传热面积或总平均温差,从而增加换热器成本。而传热面过大会导致热流体出口温度过低、冷流体出口温度过高,这不仅影响工艺要求,而且有时在运行中为避免此结果常将介质流速降低、致使壁面温度上升,这样反而促使污垢更迅速地增长。
虽然换热面积没有减少,但是由于工况的污垢热阻较小,使得计算富裕量有很大增加。同样,不同的污垢热阻对换热面积影响也很大。设计换热器时,必须采用正确的界膜导热系数,同时还必须采用正确的污垢系数,即使正确地确定了界膜导热系数。如果污垢系数的确定不准确,对换热器的设计误差也很大。由于板式换热器具有容易清洗的优点,所以定期对换热器进行清洗必不可少。
3、面积富裕量
换热器换热面积富裕量定义为设计值比计算值高出的百分比。其主要考虑工艺条件的变化稳态和持续积垢引起的热阻变化,还有一些未知因素,如积垢预测误差、工艺计算误差等。将裕量分为工艺裕量、设备老化裕量和控制裕量3个参数,还有一些不可知的因素需要再另加一些裕量。文献[1]在换热器计算中没有提到富裕量应该取值的问题,只是通过例题说明只要满足计算换热面积大于所需换热面积就可以。板式换热器设计中,常取10%的面积富裕量。由序号6和序号7可以看出,面积富裕量对换热器计算的影响因素也很大。
4、温差推动力
温度推动力也叫平均对数温差。在传热过程中,冷、热流体的温度差沿加热面是连续变化的。但是由于此温度差与冷、热流体的温度成线性关系,因此可以用换热器两端温差的某种组合(即对数平均温差)来表示。对数平均推动力恒小于算术平均推动力,特别是当换热器两端推动力相差悬殊时,对数平均值要比算术平均值小得多。当换热器一端两流体温差接近于0时,对数平均推动力将急剧减小。
对数平均推动力对换热器的操作有着重要的影响。例如,当换热器两端温差有一个为0时,对数平均温差必为0。这意味着传递相应的热流量需要无限大的传热面。但是,当两端温差相差不大时,对数平均推动力可用算术平均推动力代替。在冷、热流体进出口温度相同的条件下,并流操作两端推动力相差较大,其对数平均值必小于逆流操作。因此,就增加传热过程推动力Δtm而言,逆流操作总是优于并流操作的。
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