壓降是艾克森熱交換器設計的重要參數,過大的壓降會增加輸送泵/風機的能耗,導致介質流量不足,影響換熱效果;過小的壓降則可能因流速過低,會導致換熱系數下降,增加設備體積。所以艾克森在設計中通過參數優化、結構調整、工況匹配三方面綜合控制壓降,確保壓降在允許范圍內。
1. 明確壓降限制的核心依據
艾克森熱換熱器設計前需要先確定壓降的允許范圍,主要依據以下因素:
(1)工藝要求:根據生產工藝中介質的輸送壓力與流量需求,確定最大允許壓降;
(2)能耗成本:通過經濟性分析,確定壓降-能耗-設備成本的平衡點,例如,降低壓降可減少泵能耗,但可能需增大設備體積,需計算全生命周期成本,選擇最優壓降值;
(3)介質特性:粘性大的介質易產生較大壓降,需放寬壓降限制;易汽化的介質需嚴格控制壓降,通常允許壓降≤30kPa。
2. 通過參數優化控制壓降
(1)優化介質流速:流速是影響壓降的核心因素(壓降與流速的平方成正比),需根據介質類型選擇合理流速:
(2)管殼式熱交換器:管程液體流速通常取0.5-3m/s,氣體流速5-20m/s;殼程液體流速 0.3-1.5m/s,氣體流速 3-15m/s,以免流速過高導致壓降超標,或過低導致換熱系數下降;
(3)板翅式熱交換器:各流道液體流速0.3-2m/s,氣體流速5-15m/s,通過調整翅片間距與3.通道層數控制流速。
合理選擇管徑/流道尺寸:管殼式中,增大管徑可降低管程壓降,但需平衡換熱面積;板翅式中,增大翅片高度可增加流道截面積,降低壓降,適用于大流量、低壓力的介質。
3. 通過結構調整降低壓降
(1)折流板:減少折流板數量可降低殼程壓降,但需避免間距過大導致管束振動;采用螺旋形折流板替代弓形折流板,可使殼程介質呈螺旋形流動,減少流動死區與局部阻力,壓降可降低20%-30%;
(2)管程數:減少管程數可增加管程流通面積,降低管程壓降,但需注意管程數減少可能導致介質停留時間縮短,需通過增加管子長度補償換熱面積;
4. 通過工況匹配減少壓降影響
(1)介質預熱/預冷:對于溫差大的換熱場景,可采用多臺熱交換器串聯,分級換熱,避免單臺設備內介質溫差過大導致局部流速過高、壓降超標;
(2)防結垢處理:結垢會縮小流道截面積,增加壓降,設計中需選擇不易結垢的結構,或在設備內設置在線清洗裝置,定期清理結垢,維持流道通暢;
(3)變工況適應性設計:如果介質流量波動較大,需設計可調節的流通結構,可以確保在變工況下壓降仍在允許范圍內。
艾克森設計熱交換器從多方面把控壓降,平衡效率、成本與工況,可以確保壓降合規,更好保障設備做到高效穩定運行。
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