När de väljer plattvärmeväxlare fokuserar många kunder i första hand på inköpspriset. Kvaliteten och kostnaden för en plattvärmeväxlare bestäms dock till stor del av flera nyckelfaktorer, inklusive plattmaterial, strukturell design, värmeöverföringsyta och erforderlig värmebelastning.

Den här artikeln ger en praktisk översikt över plattvärmeväxlarens storleksberäkningar och introducerar två vanliga designmetoder: Log Mean Temperature Difference (LMTD)-metoden och Number of Transfer Units (NTU)-metoden.

Även om varje applikation har unika driftsförhållanden, erbjuder följande information en användbar utgångspunkt för att välja rätt plattvärmeväxlare.

1. PlattvärmeväxlareStorleksberäkningar

Värme Duty

Värmebelastning avser den mängd värme som värmeväxlaren måste överföra.

Baserat på processförhållandena, vätskeflödet, inlopps- och utloppstemperaturer och andra driftsparametrar kan den erforderliga värmebelastningen beräknas.

Värmeöverföringsområde

Värmeöverföringsområdet är en av de viktigaste parametrarna vid bestämning av storleken på en plattvärmeväxlare.

Den beräknas baserat på erforderlig värmeeffekt, vätskeflöden, driftstemperaturer och värmeöverföringsprestanda.

Antal plattor

Antalet plattor bestämmer den tillgängliga värmeöverföringsytan inuti värmeväxlaren.

I allmänhet ger en ökning av antalet plattor en större värmeöverföringsyta och förbättrar termisk prestanda.

Men tilläggsplåtar ökar också utrustningskostnaden och tryckfallet.

Det erforderliga antalet plattor bör bestämmas enligt värmeöverföringsytan, plattans dimensioner och flödesförhållanden.

Modell och specifikationer

Efter att de viktigaste designparametrarna har bestämts kan en lämplig modell väljas från det tillgängliga produktsortimentet.

Urvalet bör beakta faktorer som:

• Plattmaterial
• Tryckklassificering
• Korrosionsbeständighet
• Driftstemperatur
• Processkrav

Tryckfall

Tryckfall avser tryckförlusten som vätskan upplever när den passerar genom värmeväxlaren.

Det beror på flera faktorer, inklusive:

• Flödeshastighet
• Antal plattor
• Plattavstånd
• Plåttjocklek

Vid val av plattvärmeväxlare är det viktigt att verifiera att det beräknade tryckfallet håller sig inom processsystemets tillåtna gränser.

Sammanfattning

Den exakta dimensioneringsmetoden bör alltid anpassas efter de specifika driftsförhållandena för varje applikation.

Utöver termiska beräkningar bör installationskrav, underhållstillgänglighet och rengöringsmetoder också övervägas för att säkerställa tillförlitlig-drift.

Bland de olika tillgängliga beräkningsmetoderna,Log Mean Temperature Difference (LMTD) Metodoch denMetod för antal överföringsenheter (NTU).är de två mest använda metoderna för design av plattvärmeväxlare.

Båda metoderna är baserade på värmeöverföringsprinciper och tryckfallskorrelationer.

2. Vad är metoden för logga medeltemperaturskillnad (LMTD)?

Log Mean Temperature Difference (LMTD)-metoden är en av de mest använda metoderna för att beräkna värmeöverföringskapaciteten hos en plattvärmeväxlare.

Dess grundläggande princip förutsätter att värmeväxling sker baserat på en medeltemperaturskillnad mellan de varma och kalla vätskorna.

Värmeöverföringsprocessen är uppdelad i en serie små sektioner.

Inom varje sektion representeras temperaturerna för de två vätskorna avT₁, T₂, T₃, ochT₄.

Värmen som överförs i varje sektion beräknas individuellt och den totala värmeöverföringshastigheten erhålls genom att summera resultaten.

Istället för att använda den faktiska temperaturskillnaden i varje sektion, använder metodenlog medeltemperaturskillnad.

LMTD-ekvationen är:

Där:

• ΔT₁= Temperaturskillnad i ena änden av värmeväxlaren
• ΔT₂= Temperaturskillnad i andra änden
• ΔTlm= Logga medeltemperaturskillnad

Den totala värmeöverföringshastigheten beräknas som:

Q=U × A × ∆Tlm

Där:

• Q= Värmeöverföringshastighet
• U= Total värmeöverföringskoefficient
• A= Effektivt värmeöverföringsområde
• ΔTlm= Logga medeltemperaturskillnad

I praktiska tillämpningar ändras vätsketemperaturerna kontinuerligt längs flödesvägen.

Därför bör beräkningar utföras med de faktiska driftsförhållandena och lämpliga värden förUochAbör väljas för att få korrekta resultat.

3. NTU-metoden för design av plattvärmeväxlare

DeMetod för antal överföringsenheter (NTU).är ett annat allmänt använt tillvägagångssätt för att uppskatta den termiska prestandan hos en plattvärmeväxlare.

Till skillnad från LMTD-metoden är NTU-metoden baserad på konceptetAntal överföringsenheter (NTU), en dimensionslös parameter som representerar värmeöverföringsförmågan hos värmeväxlaren.

NTU beror på faktorer som massflöde, värmekapacitet och total värmeöverföringsprestanda.

Steg 1. Bestäm värmebelastning och vätskeegenskaper

Baserat på processförhållandena, beräkna:

• Erforderlig värmebelastning
• Massflödeshastighet
• Specifik värmekapacitet för varje vätska

Steg 2. Bestäm värmeöverföringskapaciteten

Värmeväxlarens värmeöverföringsförmåga representeras av:

• Total värmeöverföringskoefficient (U)
• Effektivt värmeöverföringsområde (A)

Den totala värmeöverföringskoefficienten beskriver värmeöverföringshastigheten mellan de två vätskorna per enhetstemperaturskillnad.

Steg 3. Beräkna NTU-värdet

NTU beräknas med:

Där:

• Cminär den lägre värmekapaciteten för de två vätskorna.

Steg 4. Beräkna värmeväxlarens effektivitet

Värmeväxlarens effektivitet kan uppskattas med:

ε=1 - exp(-NTU × (1 - Cr))

Där:

• ε= Värmeväxlarens effektivitet
• Cr= Värmekapacitetsförhållande, definierat som förhållandet mellan den lägre värmekapaciteten och den högre värmekapaciteten.

Steg 5. Beräkna värmeöverföringshastighet

Värmeöverföringshastigheten beräknas sedan som:

Q=ε × Cmin × (T1 - T2)

Där:

• Q= Värmeöverföringshastighet
• T₁ – T₂= Temperaturskillnad mellan inloppsströmmarna för de två vätskorna.

Anteckningar

NTU-metoden kräver ett större antal indataparametrar än LMTD-metoden, och beräkningarna är i allmänhet mer komplexa.

Av denna anledning är exakta driftsdata väsentliga för att säkerställa tillförlitliga beräkningsresultat.

När den används på rätt sätt ger NTU-metoden ett effektivt sätt att utvärdera den termiska prestandan hos plattvärmeväxlare, särskilt när utloppstemperaturerna är okända under designstadiet.