رویه طراحی سریع برای فناوری جدید مبدلهای پوسته لوله ای با بفلهای حلزونی

چکیده

مبدل­های پوسته لوله­ای با بفلهای حلزونی از فناوری های جدید برای بهبود کارکرد مبدلهای مرسوم با بفلهای قطاعی(Segmental Baffles) هستند. با اینکه مزایا و قابلیتهای این نوع بفلها شناخته شده است و در بسیاری از کشورهای توسعه یافته به کار گرفته شده­اند , اما مطالب علمی و فنی در مورد طراحی آنها کمتر به چاپ رسیده است.در این مقاله پس از معرفی برخی فناوری­های موجود در زمینه بهبود کارکرد مبدلهای پوسته- ­­لوله,  به مزایای استفاده از بفلهای حلزونی بویژه در صنایع نفت اشاره شده است. سپس روابطی برای محاسبه ضرایب تصحیح روابط انتقال­حرارت و افت­فشار براساس روش­Bell-Delaware توسعه­یافته, ارائه شده است. بررسی­ها­ نشان می­دهد, حاصلضرب دو ضریب تصحیح مربوط به تغییر خصوصیات جریان متقاطع و افزایش آشفتگی در زاویه حدود°42 به مقدار ماکزیمم حدود 4/1  می­رسد. با استفاده از روابط ارائه شده و بر اساس رویه طراحی سریع(Rapid design Algorithem) , رابطه­ای براساس این روش برای بفلهای­حلزونی توسعه داده شده است که ضریب انتقال حرارت را مستقیماً به افت فشار و سطح انتقال حرارت مربوط می کند. به کمک این رابطه, روش طراحی ارائه شده است.در نهایت مقایسه­ای بین مبدل با بفلهای قطاعی و حلزونی برای یک واحد صنعتی انجام شده و اثر به کار­گیری وسایل بهبود دهنده انتقال حرارت داخل لوله بررسی شده است. سیستم با بفلهای­حلزونی، به میزان 36% ضریب انتقال حرارت بالاتر و به مقدار 10% افت فشار پایین­تر درمقایسه با سیستم بفلهای قطاعی را نشان داد.
 

عنوان مقاله [English]

Rapid Design Algorithm for New Technology: Shell and Tube Heat Exchangers with Helical Baffle

چکیده [English]

"Shell and tube heat exchanger with helical baffles" is one of the new technologies used to improve the performance of common heat exchangers with segmental baffles. Although the advantages and efficiencies of these baffles are known well and they have been used in many developed countries, however, scientific and technical information concerning them have rarely been published.
In this article, after introducing some present technologies to improve the performance of shell and tube heat exchangers, the advantages of using helical baffles are pointed out. Then some relations for computation of correction factors of heat transfer and pressure drop coefficients are presented on the basis of developed method of Bell-Delaware. It is shown that the product of two correction factors of the "change in the cross flow characteristics" and "the turbulence enhancement", at about a 42-degree angle, reaches the maximum value about 1.4.
By using those relations and on the basis of Rapid Design Algorithm, a relation is presented for helical baffles that relate the heat transfer coefficient directly to pressure drop and heat transfer area. Design method is presented by using of this relation.Finally a comparison is made between helical and segmental baffles in an industrial unit, and the effects of application of tube inserts are studied. In comparison with a unit with segmental baffles, it is found that the heat transfer coefficient was 36% higher and pressure drop was 10% lower in a system with helical baffles.
 

 

[1] P. Stehlik & Vishwas V. Wadekar, "Different Strategies to Improve Industrial Heat                  Exchange",  Heat Transfer Engineering, 23(6), 2002.

[2] Ian Gibbard, "The Application of Heat Transfer Enhancement to Tubular Heat Exchangers       in the Gas Processing Industry", Engineering Solution Division.

[3] J.Lutcha and J. Nemcansky, "Performance Improvement of Tubular Heat Exchangers by        Helical Baffles", Transc. IChemE, Vol. 68, Part A, May 1990.

[4] P. Stehlik & J. Nemcansky & D.Kral & L.W. Swanson, "Comparison of Correction                Factors for Shell and Tube Heat Exchangers", Heat Transfer Engineering, vol.15 , no.1,          1994.

[5] Uday V. Shenoy, "Heat Exchanger Network Synthesis", 1995, Gulf Publishing Company.

[6] Jegede.F.O. & Polley.G.T., "Optimum Heat Exchanger Design", Trans IChemE,Vol.70,          part A, March, pp. 133-141, 1992.

[7]G.T.Polley, "Application of Heat Transfer Enhancement", www.pinchtechnology.com,            Nov. 2001.

[8] B.I. Master, Krishnan S. Chunangad and Venkateswaran Pushpanthan,"Fouling Mitigation       Using Helixchanger Heat Exchangers", ABB Lummus Heat Transfer, 2002.

 [9]مهدی مجیدی (استاد راهنما: دکتر محمد رضا جعفری نصر, دکتر سیروس شفیعی) مدلسازی رسوب نفت خام در مبدلهای پیش گرمکن واحد تقطیر اتمسفریک. پایان نامه کارشناسی ارشد دانشگاه صنعتی سهند تبریز (1383).

 

  [10] G.T Polley, M.H. Panjeh shahi, M. Picon Nunez, Rapid Design Algorithm for Shell and Tube and

          Compact Heat Exchangers” , Trans. IchemE, p. 435-444,vol.69, part A, Nov. 1991.