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设计最佳服务间隔的过程冷却系统

发布时间2019-10-21人气:37

设计最佳服务间隔的过程冷却系统


设备提供商收到了不满用户的电话。该公司认为他们的过程冷却系统无法正常工作。他们要求有人立即对其进行检查。

设备提供商前往该站点进行故障排除。该系统的大小为每分钟320加仑(gpm),由为过程提供服务的热侧闭环系统和带有冷却塔以散热的冷侧开环系统组成。这两个回路共用一个板框式换热器,并且泵在泵的吸入口装有三通滤网和隔离阀,在出口处装有隔离阀和止回阀。

图1.网格中的碎屑阻碍了系统正常运行。 (由流体冷却系统提供)图1.网格中的碎屑阻碍了系统正常运行。(由流体冷却系统提供)

对该系统进行目视检查发现没有问题。用声波流量计检查流量后,发现系统的冷侧正在以额定容量的一部分运行。与维修人员的讨论显示出维修计划,包括每周清洗黑胶过滤器和检查冷却塔盆。

关闭系统,并移除过滤网篮。这揭示了问题的根源-碎片被楔入网格中,几乎完全使过滤器蒙蔽(参见图1)。碎片是如此紧密地嵌入,以至于需要使用割炬进行清洁。启动后,系统将按设计运行。

换热器历史

该系统中发生了什么?如何设计该系统以优化服务间隔?


要了解这一点,必须检查热交换器的设计和选择历史。

多年以来,过程冷却行业的标准做法是使用带有船用水箱的单程壳管式热交换器来散热(参见图2)。换热器的设计简单明了:将一系列管子卷成扁平的管板,然后将带有挡板的管束插入外壳中。

图2.热交换器的标准设计(由Xylem Bell和Gossett提供)图2.热交换器的标准设计(由Xylem Bell和Gossett提供)

两种流体中侵蚀性较小的流体通常通过壳体循环,而侵蚀性较大的流体则通过管道循环。流体循环的选择还取决于粘度和结构材料,因为壳体通常由碳钢制成。船用水箱在过程冷却应用中很常见,因为可以取下顶板以便于就地清洗(通过铆接)管束。

为了确保最佳的维修间隔,选择热交换器时应考虑结垢因素,以解决碎屑在传热表面上的沉积问题。直到1980年代中期,工业应用中常见的结垢系数为0.001。结垢因素可能会使换热器表面积增加50%或更多,具体取决于传热效率,以U值表示。

U值定义了传热率或热交换器的传热能力。数量越低,热交换器的传热能力越差。U值低的热交换器需要更多的表面积才能完成其任务。较大的表面积,开放的通道(例如,管壳式热交换器经常使用½英寸或3/4英寸的管子)和大量污垢的结合,使壳管式热交换器可以容忍系统中的碎屑。


1923年,理查德·塞利格曼(Richard Seligman)博士发明了板框式换热器(参见图3,第111页)。这种设计依靠一系列薄的波纹状波纹板(通常为不锈钢)来传递热量。大约35年前,当计算机选择软件促进了规模确定时,它开始广泛使用。这些热交换器的特性是每平方英尺传热表面积效率更高,U值通常超过1,000,这意味着该装置的效率是同类装置的四倍。

图3.板框式热交换器(由Sondex,Inc.提供)图3.板框式热交换器(由Sondex,Inc.提供)

提高效率是有代价的。板框式换热器依靠板间很小的通道来最大化速度和湍流。结垢因素的引入迅速增加了板组的尺寸,这增加了成本并降低了效率。为了解决这个问题,应用工程师经常选择几乎没有污垢因素的设备。最终的选择虽然可以有效地传递热量,但对结垢非常敏感。如果不进行上游过滤,则开环系统上的板式热交换器会迅速结垢,需要拆卸和清洗才能使装置恢复设计参数。

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