Estimering av varmeveksler

Abstract

Det har i oppgaven blitt utviklet et regneark for estimering av ”skall og rør”-varmevekslere, av type E-skall med innhold av rette rør og tversgående ledeplater. Det har vært et gjennomgående fokus på å gjøre regnearket så brukervennlig som mulig, i den forstand at det skal være tidseffektivt å gjennomføre en estimeringsprosess samtidig som det gir et best mulig estimat for de forskjellige situasjoner og er gjennomførbart for brukere uten førstehåndskunnskap til varmevekslere, deres geometri og design. Det er i sistnevntes henseende gitt veiledning og anbefalinger hvor det finnes valg som skal spesifiseres av bruker. Det er også utarbeidet en parameteranalyse for lettere å kunne ”designe” en varmeveksler i den retning som er ønskelig med tanke på varmeovergangstall, nødvendig areal og trykkfall. Det er ved utarbeidelse av regnearket og dets beregninger blitt anvendt forskjellig tidligere publisert litteratur om temaet. Det er i deler av beregninger tatt utgangspunkt i metoder av Bell og Bell-Delaware, samt brukt standard av TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers Association). I oppgaven er det gjennomført 4 forskjellige studier, hver med to forskjellige rørmønster. Felles for alle studiene er kjøling av varm gass, ved bruk av vann på skallside. Gassene er av varierende temperatur, trykk, strømningsmengde og fysiske egenskaper. Resultater fra samme studier er videre sammenlignet med resultater ved bruk av varmevekslerprogrammet HTFS, utviklet av AspenTech. Konklusjoner er gjort på grunnlag av sammenligning med HTFS for de situasjoner som inngår i studiene, og bør ikke overføres til andre situasjoner uten videre testing og verifisering. Det er konkludert med at regnearket i estimeringsøyemed generelt gir tilfredsstillende resultater. Det gir ved bruk av regnearket en god pekepinne på omtrentlige varmeovergangskoeffisienter, nødvendig areal og rørlengde, samt trykkfall i gassen som kjøles på rørside. Beregninger av trykkfallet på skallsiden er forbundet med usikkerhet og resultatene er varierende. Avvik, i form av underestimering, gjør seg særlig gjeldende ved inngangstrykk over 2 bar og i geometrier med liten skalldiameter og stor åpning i ledeplatevinduer.