Warum werden im Kessel Rippenrohre verwendet?

Rippenrohre werden bei Anwendungen verwendet, bei denen Wärme von einer heißen Flüssigkeit auf eine kältere Flüssigkeit durch eine Rohrwand übertragen wird.

Rippenrohrwärmetauscher

Die Geschwindigkeit, mit der eine solche Wärmeübertragung erfolgen kann, hängt von drei Faktoren ab:

die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Flüssigkeiten;

den Wärmeübertragungskoeffizienten zwischen jedem der Fluide und der Rohrwand;

und der Oberflächenbereich, dem jedes Fluid ausgesetzt ist.

Bei blanken (unberippten) Rohren, bei denen die Außenfläche nicht wesentlich größer ist als die Innenfläche, bestimmt die Flüssigkeit mit dem niedrigsten Wärmeübertragungskoeffizienten die Gesamtwärmeübertragungsrate. Wenn der Wärmeübergangskoeffizient des Fluids innerhalb des Rohres um ein Vielfaches größer ist als der des Fluids außerhalb des Rohres (zum Beispiel Dampf im Inneren und Öl außerhalb), kann die Gesamtwärmeübertragungsrate durch Vergrößern der Außenfläche des Rohres stark verbessert werden. Mathematisch ausgedrückt wird das Produkt aus dem Wärmeübertragungskoeffizienten für das äußere Fluid multipliziert mit der äußeren Oberfläche so gemacht, dass es dem Produkt aus dem Wärmeübertragungskoeffizienten des inneren Fluids multipliziert mit der inneren Oberfläche besser entspricht.

„Das ganze Konzept von Rippenrohren besteht darin, die äußere Oberfläche des Rohres zu vergrößern.“

Das gesamte Konzept von Rippenrohren besteht also darin, die äußere Oberfläche des Rohrs zu vergrößern. Als Beispiel hat eine Rippenrohrkonfiguration von 2" (nominal, 2,375") Rohr mit einer ¾" hochgeschweißten spiralförmigen massiven Rippe von 12 Gauge Dicke mit 6 Rippen pro Zoll eine Außenoberfläche von 8,23 sq. ft. pro Linear Fuß; wohingegen das gleiche blanke Rohr eine äußere Oberfläche von nur 0,62 sq. ft. pro linearem Fuß hat. Das ist eine 13-fache Vergrößerung der Außenfläche. Siehe Konstruktionsinformationen für umfangreiche Tabellen mit Oberflächen und Flossengewichten.

Durch Vergrößern der Außenfläche des Rohres wird die Gesamtwärmeübertragungsrate erhöht, wodurch die Gesamtzahl der Rohre, die für eine gegebene Anwendung erforderlich sind, reduziert wird. Dies reduziert die Gesamtausrüstungsgröße und die Kosten des Projekts. In vielen Fällen ersetzt ein Rippenrohr sechs oder mehr blanke Rohre zu weniger als 1/3 der Kosten und ¼ des Volumens.

Ein Rippenrohrwärmetauscher ist eine Art Wärmetauscherkonstruktion mit der Absicht, Platten und Rippenkammern zu verwenden, um Wärme zwischen Flüssigkeiten zu übertragen. Er wird wiederholt als kompakter Wärmetauscher kategorisiert, um sein relativ hohes Verhältnis von Wärmeübertragungsfläche zu Volumen hervorzuheben.

Vorteile von Rippenrohren:

Hohe Wärmeübertragungseffizienz speziell in der Gasaufbereitung

Größere Wärmeübertragungsfläche

Etwa fünfmal leichter als der Rohrbündelwärmetauscher.

Kann hohem Druck standhalten

Flossen können verschiedene Formen haben. Sie können beispielsweise Stiftrippen sein, die von einer Oberfläche vorstehen (wie gerade beschrieben) oder ringförmige Rippen um ein Rohr herum, die verwendet werden, um den Wärmefluss in das oder aus dem durch das Rohr strömenden Fluid zu verbessern. Die folgende Abbildung zeigt eine solche Flosse.

Wenn Rippen mit einer metallurgischen oder Klebeverbindung an einer Wand befestigt werden, kann an der Grenzfläche ein erheblicher thermischer Kontaktwiderstand vorhanden sein. Dies kann durch einen Rippenkorrekturfaktor berücksichtigt werden, der in einem späteren Abschnitt über den Gesamtwärmeübergangskoeffizienten erörtert wird.

Als nächstes werden wir den Parallelstrom-Wärmetauscher auf stationäre Strömung analysieren. Die stationäre Strömung ist eine gültige Annahme für stationäre Betriebsbedingungen und Temperaturen.