Оптимальний разрахунок зварного пластинчастого теплообмінника колони синтезу аміаку

Abstract

Оптимізація теплообмінних мереж промислових підприємств, орієнтована на енергозбереження, передбачає використання високоефективного обладнання для теплопередачі. Оцінка оптимальних параметрів конструкції теплообмінників вимагає надійних математичних моделей для опису термогідравлічних процесів всередині каналів та адекватних методів розрахунку конструктивних параметрів апаратів. У даній роботі пропонується нова математична модель і алгоритм оптимізації для вибору зварного пластинчастого теплообмінного апарату (зварного ПТА), що працює в колоні синтезу аміаку. Це дозволяє знайти оптимальну конструкцію із заданою формою гофрованих пластин, розподілом потоків і кількістю пластин і проходів. Розроблений алгоритм реалізований в програмному забезпеченні Mathcad. Застосування запропонованого підходу ілюструється промисловим прикладом, для якого розрахований зварений ПТА спеціальної конструкції. В отриманому апараті рух теплоносіїв в одному ході організовано поперечним потоком, в той час як загальний рух потоків виконується симетричною протитечією. Дана організація руху теплоносіїв в апараті дозволяє зменшити площу теплопередачі на 25 % в порівнянні з раніше випробуваними в промисловості звареним ПТА з несиметричним розташуванням ходів.

The modification of heat exchanger networks of industrial enterprises targeting energy saving solutions requires proper heat transfer equipment. The estimation of the optimal design parameters for heat exchangers requires reliable mathematical models for the description of the thermo-hydraulic processes inside the channels, and adequate optimization methods. This work proposes the novel mathematical model and optimization algorithm for the selection of welded plate heat exchanger (WPHE) operating in ammonia synthesis column. It enables to find the optimal design with the specified shape of the corrugated plates, distribution of flows and number ofplates and passes. The developed algorithm is implemented in Mathcad software. The application of the proposed approach is illustrated by example in which the resulted WPHE with the cross flow in one pass and overall symmetric counterflow of streams has shown reduction of heat transfer area 25 % compare to previously tested in industry WPHE with non-symmetric passes arrangement.