Échangeur thermique de chaudière à huile
Déduction
Un échangeur thermique est un système utilisé pour transférer la chaleur entre une source et un fluide de travail. Les échangeurs thermiques sont utilisés dans les processus de refroidissement et de chauffage. Les liquides peuvent être séparés par une paroi solide pour empêcher le mélange ou ils peuvent être en contact direct. Ils sont largement utilisés dans le chauffage des locaux, la réfrigération, la climatisation, les centrales électriques, les usines chimiques, usines pétrochimiques, raffineries de pétrole, traitement du gaz naturel et traitement des eaux usées. L'exemple classique d'un échangeur thermique est trouvé dans un moteur à combustion interne dans lequel un fluide en circulation appelé liquide de refroidissement moteur circule à travers les serpentins du radiateur et l'air circule à travers les serpentins, ce qui refroidit le liquide de refroidissement et chauffe l'air entrant. Un autre exemple est le dissipateur thermique, qui est un échangeur thermique passif qui transfère la chaleur générée par un dispositif électronique ou mécanique à un fluide, souvent de l'air ou un liquide de refroidissement.
Il existe trois classifications principales des échangeurs de chaleur en fonction de leur disposition de débit. Dans les échangeurs thermiques à flux parallèle, les deux fluides entrent dans l'échangeur à la même extrémité et se déplacent parallèlement l'un à l'autre. Dans les échangeurs thermiques à contre-débit, les fluides entrent dans l'échangeur par des extrémités opposées. La conception du contre-courant est la plus efficace, en ce sens qu'elle peut transférer la plus grande quantité de chaleur du milieu de chaleur (transfert) par unité de masse en raison du fait que la différence de température moyenne sur toute unité de longueur est plus élevée. Voir échange contre-courant. Dans un échangeur thermique à écoulement transversal, les fluides se déplacent à peu près perpendiculairement l'un à l'autre à travers l'échangeur.
Types
Les échangeurs thermiques à double conduite sont les plus simples utilisés dans les industries. D'une part, ces échangeurs thermiques sont bon marché pour la conception et l'entretien, ce qui en fait un bon choix pour les petites industries. D'autre part, leur faible efficacité associée à l'espace élevé occupé dans les grandes échelles, a conduit les industries modernes à utiliser des échangeurs de chaleur plus efficaces comme la coque et le tube ou la plaque. Cependant, comme les échangeurs de chaleur à double conduite sont simples, ils sont utilisés pour enseigner aux étudiants les principes de base de la conception des échangeurs de chaleur, car les règles fondamentales pour tous les échangeurs de chaleur sont les mêmes.
1. Échangeur thermique à double tuyau
Lorsqu'un fluide s'écoule à travers le petit tuyau, l'autre s'écoule à travers l'espace annulaire entre les deux tuyaux. Ces débits peuvent être parallèles ou des contre-débits dans un échangeur thermique à double conduite.
(A) débit parallèle, où les liquides chauds et froids entrent dans l'échangeur thermique du même côté, s'écoulent dans le même sens et sortent à la même extrémité. Cette configuration est préférable lorsque les deux liquides sont destinés à atteindre exactement la même température, car il réduit la contrainte thermique et produit un taux de transfert thermique plus uniforme.
(b) contre-débit, où les liquides chauds et froids entrent dans les côtés opposés de l'échangeur thermique, circulent dans des directions opposées et sortent aux extrémités opposées. Cette configuration est préférable lorsque l'objectif est de maximiser le transfert de chaleur entre les fluides, car elle crée un différentiel de température plus important lorsqu'elle est utilisée dans des conditions similaires.[citation nécessaire]
La figure ci-dessus illustre les directions de débit parallèle et de contre-débit de l'échangeur de fluide.
2. Échangeur de chaleur à tube et enveloppe
Dans un échangeur thermique à enveloppe et à tube, deux fluides à différentes températures traversent l'échangeur thermique. L'un des liquides s'écoule par le côté du tube et l'autre liquide s'écoule à l'extérieur des tubes, mais à l'intérieur de la coque (côté de la coque).
Les déflecteurs sont utilisés pour soutenir les tubes, diriger le débit de fluide vers les tubes de manière approximativement naturelle, et maximiser la turbulence du fluide de l'enveloppe. Il existe de nombreux types de déflecteurs, et le choix de la forme, de l'espacement et de la géométrie des déflecteurs dépend du débit admissible de la chute de la force côté enveloppe, du besoin de support de tube et des vibrations induites par l'écoulement. Il existe plusieurs variantes d'échangeurs à coque et à tube; les différences se situent dans l'agencement des configurations d'écoulement et dans les détails de construction.
Pour refroidir l'air avec la technologie de boîtier et de tube (comme le refroidisseur intermédiaire/refroidisseur d'air de suralimentation pour les moteurs à combustion), des ailettes peuvent être ajoutées sur les tubes pour augmenter la zone de transfert de chaleur côté air et créer une configuration de tubes et d'ailettes.
3. Échangeur de chaleur de plaque
Un échangeur thermique à plaques contient une quantité de plaques de transfert thermique de forme mince regroupées. La disposition des joints de chaque paire de plaques fournit deux systèmes de canaux distincts. Chaque paire de plaques forme un canal où le fluide peut s'écouler. Les paires sont fixées par des méthodes de soudage et de boulonnage. La figure suivante présente les composants de l'échangeur thermique.
Dans les canaux simples, la configuration des joints permet le passage. Ainsi, cela permet aux supports principal et secondaire de circuler dans le contre-courant. Un échangeur thermique de plaque de joint a une zone de chaleur des plaques ondulées. Le joint sert d'étanchéité entre les plaques et se trouve entre le châssis et les plaques de pression. Le fluide circule dans une direction à contre-courant dans l'échangeur thermique. Une performance thermique efficace est produite. Les plaques sont produites dans différentes profondeurs, tailles et formes ondulées. Il existe différents types de plaques disponibles, notamment des échangeurs thermiques à plaque et cadre, plaque et coque et plaque hélicoïdale. La zone de distribution garantit le débit de fluide vers toute la surface de transfert de chaleur. Cela permet d'éviter la stagnation de la zone qui peut entraîner l'accumulation de matériaux indésirables sur les surfaces solides. Une turbulence de flux élevée entre les plaques entraîne un plus grand transfert de chaleur et une diminution de la pression.
4. Les condenseurs et les chaudières les échangeurs thermiques utilisant un système de transfert de chaleur biphasé sont les condenseurs, les chaudières et les évaporateurs. Les condenseurs sont des instruments qui prennent et refroidissent le gaz chaud ou la vapeur au point de condensation et transforment le gaz en une forme liquide. Le point auquel le liquide se transforme en gaz est appelé vaporisation et vice versa est appelé condensation. Le condenseur de surface est le type de condenseur le plus courant, où il comprend un dispositif d'alimentation en eau. La figure 5 ci-dessous présente un condenseur de surface à deux passes.
Ce travail présente la conception d' un système d'échangeur thermique à huile chaude dans lequel l'échangeur thermique et son système de pompage associé sont développés en utilisant des normes d'ingénierie. Une approche mathématique itérative est utilisée dans la conception d'un échangeur thermique à tube concentrique à huile chaude (HX). Les conditions réelles du système d'huile chaude d' une usine chimique de Chattanooga, TN , sont prises en compte dans cette analyse. Un modèle mathématique est développé de sorte que les dimensions et les exigences d'écoulement de l'échangeur thermique requis soient déduites pour exiger un transfert de chaleur spécifié . Par la suite, on examine le développement d'un système de pompage pour l'échangeur thermique d'huile chaude
L'échangeur thermique est un équipement utilisé pour transférer la chaleur d'un fluide à température plus élevée vers un fluide à température plus basse. Là, une paroi solide sépare les deux fluides. Les échangeurs thermiques peuvent être classés en fonction du débit et de la construction. En fonction de leur construction, les échangeurs thermiques peuvent être classés comme échangeurs thermiques à tube concentrique, échangeurs thermiques à tube et à boîtier et échangeurs thermiques à ailettes/non finées . De même, en fonction du flux, ils peuvent être classés comme flux parallèle, contre-flux ou flux transversal. Le choix de la construction et du circuit d'écoulement dépend de l'application et des connexions de tuyauterie existantes disponibles dans l'usine de traitement.
La pression de la vapeur à la sortie de la turbine est faible, où la densité de la vapeur est très faible, où le débit est très élevé. Pour éviter une diminution de la pression dans le mouvement de la vapeur de la turbine vers le condenseur, le condenseur est placé sous et connecté à la turbine. À l'intérieur des tubes, l'eau de refroidissement s'écoule en parallèle, tandis que la vapeur se déplace verticalement vers le bas depuis la grande ouverture en haut et traverse le tube. En outre, les chaudières sont classées comme application initiale d'échangeurs thermiques. Le mot générateur de vapeur a été utilisé régulièrement pour décrire une chaudière où un flux de liquide chaud est la source de chaleur plutôt que les produits de combustion. Selon les dimensions et les configurations, les chaudières sont fabriquées. Plusieurs chaudières ne peuvent produire que du liquide chaud, tandis que d'autre part, les autres sont fabriquées pour la production de vapeur.
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