НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

Средний температурный напор

В большей части технологических процессов передача тепла происходит при изменяющихся температурах одной или обоих сред обменивающихся теплом. В данном случае перепад температур, или температурный напор, гармонично которому происходит передача тепла, тоже является величиной вариативной, которая меняется вдоль нагревательной поверхности. Из-за этого возникает потребность определения среднего перепада температур (среднего температурного напора) между средами обменивающимися теплом. Эта средняя величина температурного напора, очевидно, зависит от профиля изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообменника, который бывает разнообразным. К самым характерным вариантам относятся: противоток, прямоток, смешанный ток и перекрестный ток. Основные схемы перемещения потоков, которые соответствуют этим случаям, показаны на рисунке ниже.

прямоток	противоток	перекрестный ток
2 хода в трубках и 1 ход в межтрубной полости	4 хода в трубках и 2 хода в межтрубной полости	4 хода в трубках и 1 ход в межтрубной полости

Сравнительный анализ температурных режимов функционирования теплообменников при прямоточном и противоточном движении теплоносителей свидетельствует о том, что при прямотоке наибольший перепад температур наблюдается на входе в теплообменный аппарат, уменшаясь впоследствии и достигает своего наименьшего значения на выходе из теплообменника. При противоточном режиме температурный напор распределяется вдоль поверхности более равномерно. Следствием подобного распределения температурного напора при прямоточной схеме теплообменная поверхность в тепловом отношении имеет неравномерную загрузку, а при противоточной схеме тепловая нагрузка более равномерна.

На графика противоточной схемы можно увидеть ещё одно её существенное достоинство: выходная температура нагреваемой среды может превышать выходную температуру охлаждаемой среды. Это обстоятельство даёт возможность при регенерации тепла достич более высокую температуру нагреваемого потока, а при снижении температуры снизить потребление охлаждающего агента и при аналогичном расходе снизить выходную температуру охлаждаемой теплоносителя.

Таким образом, организация противотока в теплообменнике является желательной, но зачастую для простоты конструкции теплообменника и по ряду других причин приходится использовать и прочие схемы теплообмена.

При прямоточной или противоточной схемах средний температурный напор рассчитывается по следующей формуле:

(1)

при прямотоке

(2)

при противотоке

(3)

При противотоке больший и меньший перепады температур могут находится и на оппозитных сторонах теплообменника, т.е.:

(4)

Если Δt_б/Δt_м < 2, то с погрешностью не более 4%, средний температурный напор можно рассчитать как среднюю арифметическую величину:

(5)

Если теплоноситель делает:

• 2 хода в трубках и 1 ход в межтрубной полости;
• 4 хода в трубках и 2 хода в межтрубной полости;
• 4 хода в трубках и 1 ход в межтрубной полости,

то средний тепловой поток можно рассчитать по формуле (1), со значениями Δt_б и Δt_м вычисленными иначе:

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

Для различных случаев теплообмена берётся справочное значение данной величины:

• теплоноситель совершает 2 хода в трубках и 1 ход в межтрубной полости - 0,5;
• теплоноситель совершает 4 хода в трубках и 2 хода в межтрубной полости - 0,9;
• теплоноситель совершает 4 хода в трубках и 1 ход в межтрубной полости - 0,45;
• перекрёстный ток - 0,98.

При вычислении среднего температурного напора для смешанного и перекрестного токов допустимо применять формулу:

(11)