판형 열교환기를 선택할 때 많은 고객은 주로 구매 가격에 중점을 둡니다. 그러나 판형 열교환기의 품질과 비용은 판재 재질, 구조 설계, 열 전달 면적, 필요한 열량 등 여러 주요 요소에 의해 크게 결정됩니다.

이 기사에서는 판형 열 교환기 크기 계산에 대한 실제 개요를 제공하고 일반적으로 사용되는 두 가지 설계 방법인 LMTD(로그 평균 온도 차이) 방법과 NTU(전달 단위 수) 방법을 소개합니다.

모든 적용 분야에는 고유한 작동 조건이 있지만 다음 정보는 올바른 판형 열교환기를 선택하는 데 유용한 출발점을 제공합니다.

1. 판형 열교환기크기 계산

열부하

열부하란 열교환기가 전달해야 하는 열의 양을 나타냅니다.

공정 조건, 유체 유량, 입구 및 출구 온도, 기타 작동 매개변수를 기반으로 필요한 열량을 계산할 수 있습니다.

열전달 면적

열 전달 면적은 판형 열교환기의 크기를 결정할 때 가장 중요한 매개변수 중 하나입니다.

필요한 열부하, 유체 유량, 작동 온도 및 열 전달 성능을 기준으로 계산됩니다.

플레이트 수

플레이트 수에 따라 열 교환기 내부에서 사용 가능한 열 전달 표면이 결정됩니다.

일반적으로 플레이트 수를 늘리면 열 전달 면적이 넓어지고 열 성능이 향상됩니다.

그러나 플레이트를 추가하면 장비 비용과 압력 강하도 증가합니다.

필요한 플레이트 수는 열 전달 면적, 플레이트 치수 및 흐름 조건에 따라 결정되어야 합니다.

모델 및 사양

주요 설계 매개변수가 결정되면 사용 가능한 제품 범위에서 적절한 모델을 선택할 수 있습니다.

선택은 다음과 같은 요소를 고려해야 합니다.

• 플레이트 재료
• 압력 등급
• 내식성
• 작동 온도
• 프로세스 요구 사항

압력 강하

압력 강하는 열 교환기를 통과하는 동안 유체가 경험하는 압력 손실을 나타냅니다.

이는 다음을 포함한 여러 요인에 따라 달라집니다.

• 유량
• 접시 수
• 플레이트 간격
• 판 두께

판형 열교환기를 선택할 때 계산된 압력 강하가 공정 시스템의 허용 한계 내에 있는지 확인하는 것이 중요합니다.

요약

정확한 크기 조정 방법은 항상 각 애플리케이션의 특정 작동 조건에 따라 조정되어야 합니다.

안정적인 장기 작동을 보장하려면 열 계산 외에도 설치 요구 사항, 유지 관리 접근성, 청소 방법도 고려해야 합니다.-

다양한 계산 방법 중에서로그 평균 온도차(LMTD) 방법그리고전송 단위 수(NTU) 방법판형 열교환기 설계에 가장 널리 사용되는 두 가지 접근 방식은 다음과 같습니다.

두 방법 모두 열 전달 원리와 압력 강하 상관 관계를 기반으로 합니다.

2. 로그 평균 온도차(LMTD) 방법이란 무엇입니까?

LMTD(로그 평균 온도차) 방법은 판형 열 교환기의 열 전달 용량을 계산하는 데 가장 일반적으로 사용되는 접근 방식 중 하나입니다.

기본 원리는 뜨거운 유체와 차가운 유체 사이의 평균 온도 차이를 기반으로 열 교환이 발생한다고 가정합니다.

열 전달 과정은 일련의 작은 섹션으로 나뉩니다.

각 섹션 내에서 두 유체의 온도는 다음과 같이 표시됩니다.T₁, T₂, T₃, 그리고T₄.

각 구간에서 전달되는 열량을 개별적으로 계산하고, 그 결과를 합산하여 전체 열전달률을 구합니다.

각 구간의 실제 온도차를 이용하는 대신에, 이 방법은로그 평균 온도 차이.

LMTD 방정식은 다음과 같습니다.

어디:

• ΔT₁= 열교환기 한쪽 끝의 온도차
• ΔT₂= 반대쪽 끝의 온도 차이
• ΔTlm= 로그 평균 온도 차이

총 열 전달률은 다음과 같이 계산됩니다.

Q=U × A × ΔTlm

어디:

• Q= 열 전달률
• U= 전체 열전달 계수
• A= 유효 열 전달 영역
• ΔTlm= 로그 평균 온도 차이

실제 응용 분야에서 유체 온도는 흐름 경로를 따라 지속적으로 변합니다.

따라서 실제 운전조건과 그에 맞는 적절한 값을 이용하여 계산을 수행해야 합니다.U그리고A정확한 결과를 얻으려면 선택해야 합니다.

3. 판형 열교환기 설계를 위한 NTU 방법

그만큼전송 단위 수(NTU) 방법판형 열교환기의 열 성능을 추정하기 위해 널리 사용되는 또 다른 접근 방식입니다.

NTU 방법은 LMTD 방법과 달리전송 단위 수(NTU)는 열 교환기의 열 전달 능력을 나타내는 무차원 매개변수입니다.

NTU는 질량 유량, 열용량 및 전체 열 전달 성능과 같은 요인에 따라 달라집니다.

1단계. 열 부하 및 유체 특성 결정

공정 조건에 따라 다음을 계산합니다.

• 필수 열부하
• 질량유량
• 각 유체의 비열 용량

2단계. 열 전달 용량 결정

열교환기의 열전달 능력은 다음과 같이 표현됩니다.

• 전체 열전달 계수 (U)
• 유효 열전달 면적(A)

전체 열 전달 계수는 단위 온도 차이당 두 유체 사이의 열 전달 속도를 나타냅니다.

3단계. NTU 값 계산

NTU는 다음을 사용하여 계산됩니다.

어디:

• Cmin두 유체의 열용량 비율이 더 작습니다.

4단계. 열교환기 효율성 계산

열교환기 효율성은 다음을 사용하여 추정할 수 있습니다.

ε=1 - exp(-NTU × (1 - Cr))

어디:

• ε= 열교환기 효율성
• Cr= 열용량 비율은 작은 열용량 비율과 큰 열용량 비율의 비율로 정의됩니다.

5단계. 열전달율 계산

그러면 열 전달률은 다음과 같이 계산됩니다.

Q=ε × Cmin × (T1 - T2)

어디:

• Q= 열 전달률
• T₁ – T₂= 두 유체의 입구 흐름 사이의 온도 차이.

메모

NTU 방법은 LMTD 방법보다 더 많은 수의 입력 매개변수가 필요하며 일반적으로 계산이 더 복잡합니다.

이러한 이유로 신뢰할 수 있는 계산 결과를 보장하려면 정확한 작동 데이터가 필수적입니다.

올바르게 사용하면 NTU 방법은 특히 설계 단계에서 출구 온도를 알 수 없는 경우 판형 열교환기의 열 성능을 평가하는 효과적인 방법을 제공합니다.