Wie konstruiert man einen Rohrbündelwärmetauscher?

Die Auslegungsberechnung eines Rohrbündelwärmetauschers umfasst mehrere Schritte. Hier ist ein allgemeiner Überblick über den Prozess:

1. Bestimmen Sie die Wärmeleistung: Bestimmen Sie zunächst die erforderliche Wärmeübertragungsrate oder Wärmeleistung (Q) des Wärmetauschers. Dies kann auf der spezifischen Anwendung oder den Prozessanforderungen basieren.

2. Bestimmen Sie die Flüssigkeitseigenschaften: Identifizieren Sie die Eigenschaften der heißen Flüssigkeit (Einlasstemperatur, Auslasstemperatur, Durchflussrate, spezifische Wärmekapazität und Dichte) und der kalten Flüssigkeit (dieselben Eigenschaften), die am Wärmeaustauschprozess beteiligt sind.

3. Wählen Sie die Rohrbündelanordnung: Wählen Sie eine geeignete Rohrbündelanordnung basierend auf Faktoren wie Druckabfallbegrenzungen, Verschmutzungstendenzen, Wartungsfreundlichkeit und Gesamteffizienz. Gängige Anordnungen sind die Konstruktionen mit festem Rohrboden, U-Rohr und schwimmendem Kopf.

4. Bestimmen Sie den Gesamtwärmeübertragungskoeffizienten (U): Der Gesamtwärmeübertragungskoeffizient stellt die Effizienz des Wärmetauschers bei der Wärmeübertragung zwischen den heißen und kalten Flüssigkeiten dar. Er wird mithilfe einer Kombination der einzelnen Filmkoeffizienten für die Flüssigkeiten innerhalb und außerhalb der Rohre sowie des Wärmewiderstands der Rohrwand berechnet.

5. Bestimmen Sie die Wärmeübertragungsfläche auf der Rohrseite: Berechnen Sie die erforderliche Wärmeübertragungsfläche auf der Rohrseite mithilfe der Formel:

   A = Q / (U × ΔTm)

wobei A die Wärmeübertragungsfläche, Q die Wärmeleistung, U der Gesamtwärmeübertragungskoeffizient und ΔTm die logarithmische mittlere Temperaturdifferenz (LMTD) ist. Die LMTD hängt von der Temperaturdifferenz zwischen den heißen und kalten Flüssigkeiten an verschiedenen Punkten entlang der Länge des Wärmetauschers ab.

6. Wählen Sie die Rohrgröße und das Rohrlayout: Bestimmen Sie den Rohrdurchmesser und die Rohrlänge anhand von Faktoren wie Druckabfallbeschränkungen, Flüssigkeitsgeschwindigkeitsbeschränkungen und Verschmutzungsaspekten. Entscheiden Sie sich auch für das Rohrlayoutmuster, z. B. dreieckige oder quadratische Teilung.

7. Überprüfen Sie die Strömungsgeschwindigkeit auf der Rohrseite: Stellen Sie sicher, dass die Strömungsgeschwindigkeit auf der Rohrseite innerhalb akzeptabler Grenzen liegt, um übermäßigen Druckabfall oder Strömungsprobleme zu vermeiden. Der empfohlene Bereich liegt normalerweise bei 1-3 m/s für Flüssigkeitsströmungen und 10-20 m/s für Gasströmungen.

8. Prüfen Sie den Druckabfall auf der Rohrseite: Berechnen Sie den Druckabfall auf der Rohrseite mithilfe empirischer Korrelationen oder einer detaillierten Durchflussanalyse. Stellen Sie sicher, dass der Druckabfall basierend auf den Systemanforderungen innerhalb akzeptabler Grenzen liegt.

9. Bestimmen Sie die Wärmeübertragungsfläche auf der Mantelseite: Berechnen Sie die erforderliche Wärmeübertragungsfläche auf der Mantelseite basierend auf der Wärmeübertragungsfläche auf der Rohrseite, den Verschmutzungsfaktoren und dem gesamten Wärmeübertragungskoeffizienten.

10. Wählen Sie die Schalengröße und das Layout: Wählen Sie einen geeigneten Schalendurchmesser und eine geeignete Schalenlänge und berücksichtigen Sie dabei Faktoren wie Druckabfallbeschränkungen, verfügbaren Platz und Fertigungsaspekte.

11. Überprüfen Sie die Strömungsgeschwindigkeit auf der Mantelseite: Stellen Sie sicher, dass die Strömungsgeschwindigkeit auf der Mantelseite innerhalb akzeptabler Grenzen liegt, um übermäßigen Druckabfall oder Strömungsprobleme zu vermeiden. Der empfohlene Bereich liegt normalerweise bei 0,1–0,3 m/s für Flüssigkeitsströmungen und 0,2–1 m/s für Gasströmungen.

12. Prüfen Sie den Druckabfall auf der Mantelseite: Berechnen Sie den Druckabfall auf der Mantelseite mithilfe empirischer Korrelationen oder einer detaillierten Durchflussanalyse. Stellen Sie sicher, dass der Druckabfall basierend auf den Systemanforderungen innerhalb akzeptabler Grenzen liegt.

13. Konstruieren Sie die Rohrböden, Leitbleche und Stützen: Konstruieren Sie die Rohrböden, Leitbleche und Stützstrukturen so, dass sie dem Druck, der Temperatur und den mechanischen Belastungen während des Betriebs standhalten.

14. Führen Sie iterative Berechnungen durch: Passen Sie die Rohr- und Mantelabmessungen sowie andere Konstruktionsparameter iterativ an, um die gewünschte Wärmeübertragungsfläche, den gewünschten Druckabfall und andere Leistungsanforderungen zu erfüllen.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Konstruktionsberechnung eines Rohrbündelwärmetauschers komplex sein kann und detaillierte Kenntnisse der Wärmeübertragungsprinzipien, der Strömungsmechanik und der Wärmetechnik erfordert. Ziehen Sie in Erwägung, Fachliteratur oder technische Vorschriften zu konsultieren oder sich Hilfe zu holen.

Rohrbündelwärmetauscher