Назначение теплообменника: Что такое теплообменники, виды и особенности применения

Содержание

Что такое теплообменники, виды и особенности применения

Запросить цену

Процесс передачи тепла называют теплообменом. Аппараты, в которых происходит процесс – теплообменники. Если в процессе участвуют два агента, разделенные перегородкой – это поверхностные рекуперационные аппараты. Происходит процесс смешения теплого и холодного потока контактом – теплообменник смесительный.

что такое теплообменник

Системы теплообмена, зачем нужен теплообменник

Пример смесительного устройства – градирни. Отходящие газы отдают тепло воде, распыляемой из форсунок. В аппаратах, где два агента протекают по отдельным контурам, тепло передается через стенку, поверхность.

Признаком теплообменника является развитая поверхность и подводка двух систем. Это может быть пар-вода, антифриз-вода, вода-вода. Вместо воды в процессе используют химический раствор, вместо пара – нагретые газы.

Применение теплообменников позволяет:

  • Использовать остаточное тепло при получении электрической энергии.
  • Вести химические процессы в точном режиме, поддерживая температуру теплообменниками.
  • Использовать вторичное тепло от энергоносителя для бытовых нужд.
  • Поддерживать температуру теплоносителя для бытовых систем отопления в параметрах, соответствующих стандарту.

Разновидности поверхностных теплообменников

Простейший т/о – труба в трубе. Холодная трубка с водой проходит в трубе большего сечения, заполненной горячим агентом. При этом поверхность внутренней трубки нагревается и передает тепло воде. Так работают бойлеры. Если трубок много и собраны они в пучок, то получается кожухотрубный теплообменник. Аппараты с трубным пучком, закрепленном с торцов решетками, распространены в промышленности и применяются для бытовой водоподготовки.

Витые теплообменники представляют змеевики, навитые в корпусе. Межтрубное пространство заполняется другим потоком. Аппаратура применяется при высоком давлении одного из агентов.

Двухтрубные теплообменники применяются для передачи тепла в фазах газ-жидкость. Аппараты могут работать под давлением с высокой теплопередачей.

разновидности теплообменников

Спиральный т/о

Спиральные теплообменники представляют бочку, в которой лентой-спиралью расположен плоский лабиринт с внутренней полостью. По спирали движется горячий агент, омываемый холодной водой. Конструкция сложная в изготовлении. Но это единственный вид аппаратов для теплообмена агента, содержащего взвеси, пульпу. Откидывающиеся с обеих сторон крышки позволяют легко чистить зазоры.

Пластинчатый теплообменник представляет особую конструкцию греющих труб, собранных в виде плоского элемента их оребренных труб и многоходовым движением воды. Пластины напоминают гармошки. Их недостаток – забиваются накипью при плохой водоподготовке.

Зачем нужен теплообменник в системе отопления? Представьте, что в трубах вода 900. Это приведет к разрыву пластиковых труб, ожогам. В каждом тепловом узле имеется система т/о, позволяющая поддерживать температурные параметры.

От чего зависит эффективность теплообменника

эффективность теплообменников

Кожухотрубный т/о

Поверхностный теплообмен происходит всегда через стенку. При этом возникают потери тепла. Чем тоньше перегородка, тем меньше потери. Новый т/о кожухотрубный имеет кпд 75%, но с зарастанием внутренней и верхней поверхности осадком, эффективность аппарата снижается. Он не может удерживать температурный режим. Поэтому аппараты имеют съемный пучок, который прочищают под высоким давлением специальным пистолетом.

Пластинчатые аппараты имеют кпд 90%, но щели между пластинами забиваются, требуется чистка. Для чистки оборудование разбирают. Важно установить на место сетчато-магнитный фильтр, который препятствует образованию осадка. Пластинчатые теплообменники можно подключать к автоматизированному управлению.

пластиковые теплообменники

Пластинчатый разборный т/о

Эффективность процесса зависит от схемы подключения. Полнее теплоотдача у противоточного аппарата, когда потоки движутся навстречу друг другу.

Чем тоньше перегородка, тем лучше идет процесс. Но для аппаратов, работающих под давлением, толщина стенок зависит от способности выдерживать нагрузки на стенки. Если нельзя утоньшить стенки трубок необходимо увеличить поверхность нагрева, сделать аппарат длиннее.

Каждый т/о изготовлен в соответствии с теплотехническим расчетом, имеет паспорт и рассчитан для работы с определенным теплоносителем.

Как правильно выбрать теплообменник

Зачем нужен теплообменник в системе отопления в быту, понятно. Какой аппарат подходит в конкретном контуре – зависит от условий монтажа. Можно поставить кожухотрубный т/о – он неприхотлив, может простоять без чистки 10 лет, только счета за использование теплоносителя будут все больше – нарушается теплопроводность. Можно поставить пластинчатый, но чистить его придется через 3 года.

Вас может заинтересовать:

Теплообменное оборудование
Кожухотрубные теплообменники
Горизонтальные теплообменники с U-образным трубным пучком

Рекомендуемые статьи

  • Основные методы монтажа резервуаров

    В современной промышленности принято выделять 4 основных метода возведения наземных резервуаров, каждый из которых имеет как свои преимущества, так и недостатки. 1. Рулонный метод
    В основе рулонного метода лежит процесс использования листового проката, из которого изготавливается боковая оболочка и днище резервуара. Крыша также изготавливается из высококачественных листов стали. Основными преимуществами метода являются: …

  • Какие металлоконструкции пользуются спросом

    Использование металлоконструкций в современном мире настолько велико, что трудно найти отрасль, в которой они не применяются. Конструкции из металла являются основой любого производства в промышленности и часто востребованы в сельскохозяйственных направлениях.
    Производственное объединение ООО «Ремстоймаш», расположенное в городе Курган, имеет богатый опыт в производстве конструкций из металла любой сложности. Свою…

  • Запорная арматура — устройство и принцип действия

    Для управления потоками жидкостей и газов в трубопроводных системах, их линий и участков используются специальные устройства, называемые запорно-регулирующей арматурой. Данный вид трубопроводной арматуры предназначен для полного перекрытия или регулировки напора потока среды, управлением других технологический процессов, к которым относят: давление жидкости;
    напор;
    температуру;
    объем транспортируемого вещества. Для…

  • Методы изготовления металлоконструкций

    В зависимости от способа эксплуатации, готовые металлические изделия могут трансформироваться, разбираться или иметь стационарную конструкцию. Используемые методы изготовления металлоконструкций зависят от особенностей объекта, на котором они будут эксплуатироваться. К примеру, для быстровозводимых сооружений обычно используются легкие металлоконструкции, каркас зданий практически любых типов состоит из упрочненного…

Теплообменник, виды теплообменных аппаратов

1. Пластинчатые разборные теплообменники (состоят из отдельных пластин, разграниченных резиновыми прокладками, двух концевых камер, рамы и крепежных болтов)

2. Пластинчатые паяные теплообменники (состоит из набора металлических гофрированных пластин, изготовленных из нержавеющей стали, которые соединены между собой посредством пайки в вакууме с использованием медного или никелевого припоя)

3. Пластинчатые сварные теплообменники предназначены для использования в условиях экстремально высоких температурах и давлениях на установках, параметры которых не позволяют использовать уплотнения. Эти теплообменники отличаются высокой эффективностью, малыми габаритами и требуют минимального обслуживания. Материал пластин – нержавеющая сталь, титан, никелевые сплавы.

Рабочие среды – высокотемпературный пар, газы и жидкости, в том числе агрессивные, а также их смеси. Сварные ТО отличаются от РПТО опять же методом герметизации пластин, в сварных аппаратах пластины свариваются сталью, образованные сварные кассеты компонуются внутри стальных плит. Применяются в тех. процессах с агрессивными средами, газовыми средами, на больших давлениях.

4. Пластинчатые полусварные теплообменники. Аналогично, как и в сварных аппаратах, пластины свариваются в кассеты, но метод соединения кассет между друг другом посредством паронитовых соединений. Область применения – тех. процессы с агрессивными средами. Пластинчатый полусварной теплообменник сделан в виде конструкции из небольшого количества сварных модулей. А они в свою очередь соединены при помощи лазерной сварки в виде пары пластин. Вся эта конструкция собрана между торцевыми плитами при помощи болтов. Между каждым сварным модулем проложен резиновый уплотнитель.

Такие теплообменники применяются в особых случаях, когда в качестве теплоносителя будет использовано вещество с очень высокой температурой, давлением, любым другим опасным параметром или просто опасное вещество. В этом случае оно будет перемещаться в заваренных каналах по теплообменным пластинам.

5. Кожухотрубные теплообменники (их основными элементами являются пучки труб, собранные в трубные решетки и помещенные в корпус, патрубки и концы труб крепятся в трубных решетках развальцовкой, сваркой, пайкой)

6. Спиральные теплообменники (поверхность нагрева образуется двумя тонкими металлическими листами, приваренными к разделителю (керну) и свернутыми в виде спирали) В спиральном теплообменнике, в отличии от РПТО используются всего две пластины, свернутые вокруг керна в спираль и «упакованные» в сваренные кожух.

Используются спиральные аппараты в тех. процессах, с агрессивными средами и высокими давлениями (P.S. на данный момент из брендов на нашем рынке остался один производитель – Alfa Laval. GEA и Sondex отказались от дальнейшего выпуска данных аппаратов. Исключительная компактность и эффект самоочистки делают спиральные теплообменники Альфа Лаваль в высшей степени универсальным оборудованием – они применимы, как в работе с жидкими неоднородными средами, склонными к образованию отложений на теплопередающих поверхностях, так и при наличии конденсации пара или газа в условиях высокого вакуума.

Принципы работы, устройство и виды теплообменников

Деление по принципу.

Собственно, принцип работы и устройство у каждого вида теплообменников неразрывно связаны, причём – двусторонне:

  • принцип, по которому работает тот или иной теплообменник, определяет конфигурацию как минимум некоторых деталей его конструкции; как следствие
  • в большинстве случаев даже по внешнему виду теплообменника можно определить базовый принцип его работы.

Рассмотрим связь между тем, как работает теплообменник и тем, как теплообменник выглядит, на конкретных примерах.

Несмотря на то, что конструкция теплообменников, материалы изготовления могут в значительной мере различаться, по принципу работы все теплообменные аппараты делятся всего на три категории:

  • рекуперативные;
  • регенеративные;
  • контактные.

Основное отличие между ними заключается в способе передачи тепловой энергии от одной рабочей среды (теплоносителя) другой среде.

1. Рекуперацией называется процесс, при котором энергия, в данном случае – тепловая, постоянно присутствует в системе. В случае с рекуперативными теплообменными аппаратами это означает следующее: два теплоносителя в одно и то же время двигаются сквозь теплообменник, и тепло передаётся от теплоносителя к теплоносителю через стенки труб, омываемых теплонесущими средами одновременно с двух сторон. Таким образом, несмотря на то, что в процессе один теплоноситель теряет тепло, а другой нагревается, температура стенки труб остаётся в целом неизменной (имеет место рекуперация).

Наличие труб, внутри которых проходит ток одного из теплоносителей, в то время как другой омывает их снаружи, является определяющим признаком для рекуперативного теплообменника. В качестве наиболее простого примера можно привести теплообменник типа «труба в трубе», более сложным по устройству теплообменным аппаратом является кожухотрубный.

Схема 1. Теплообменник типа «труба в трубе».

 

Схема 2. Кожухотрубный теплообменник.2. Регенерацией называется процесс восстановления какого-либо параметра, в данном случае – температурного. В случае регенеративного теплообменника имеется ввиду температура имеющего сложную поверхность конструкционного элемента, называемого «насадкой», отвечающего за передачу тепла между теплоносителями. В отличие от рекуперативных теплообменников, у регенеративных эта передача не является постоянной: насадка попеременно награвается и остывает (имеет место процесс регенерации) благодаря тому, что вначале первый теплоноситель отдаёт тепловую энергию насадке, затем насадка отдаёт тепло второму теплоносителю.

В конструкции регенеративного теплообменника также, как и у рекуперативного, могут присутствовать трубы – для подвода и отвода теплоносителей. Но определяющим признаком регенеративного теплообменного аппарата является наличие механизма, ответственного за повторение цикла контакта «первый теплоноситель >> насадка», «насадка >> второй теплоноситель». В качестве примера можно привести регенеративный теплообменник роторного типа, у которого насадка в виде нескольких секторов гофрированной металлической ленты закреплена во вращающемся барабане.

Схема 3. Регенеративный теплообменник роторного типа.3. Название категории контактных теплообменников говорит само за себя: в их конструкции отсутствуют «промежуточные агенты» в виде стенок труб рекуперативных теплообменников или насадки в регенеративных; передача тепловой энергии осуществляется при непосредственном контакте теплоносителей.

Определяющим признаком устройства таких теплообменных аппаратов является наличие отсека, в котором происходит контакт теплонесущих сред. При этом, размер отсека должен быть достаточно ощутимым, чтобы площадь контакта обеспечивала необходимую эффективность теплопередачи. Наиболее простым примером можно назвать контактный теплообменник типа жидкость – газ или вода – воздух, в котором теплообмен (охлаждение или подогрев) происходит без смешивания этих теплоносителей.

Схема 4. Простейший контактный теплообменник.Одним из наиболее распространенных типов контактных теплообменников являются градирни, называемые также охладительными башнями и используемые для охлаждения значительных объёмов горячей воды. Принцип из действия заключается в пропускании воздушной массы сквозь распыляемые форсунками мелкодисперсные водяные капли; в результате за счёт испарения определённого количества влаги и конвективного теплообмена между водой и воздухом происходит эффективное охлаждение. Охлаждённая вода собирается водоулавливателем и направляется в резервуар внизу градирни.

Крупные градирни широко используются в составе оборудования тепловых электростанций и ТЭЦ.

Схема 5. Принцип работы градирни на тепловой электростанции.АО «ЦЭЭВТ» разрабатывает и производит теплообменные аппараты различных типов по индивидуальным заказам. В каждом конкретном случае учитывается предполагаемая схема подключения теплообменника, назначение теплообменного аппарата (работа в качестве подогревателя или охладителя,  конденсатора,  испарителя и т.д.), расчётная эффективность теплового обмена и все иные параметры, имеющие значение для максимального соответствия будущим условиям эксплуатации.

Пластинчатые теплообменники. Работа и принцип действия. Технические характеристики и применение

Пластинчатый теплообменник предназначен для переноса тепла между различными средами, причем парами рабочих сред могут служить как пар-жидкость, так и жидкость-жидкость.

Теплопередающей поверхностью служат тонкие штампованные гофрированные пластины.

Теплоносители движутся в теплообменнике между соседними пластинами по щелевым каналам сложной формы. Каналы для теплоносителя, отдающего и принимающего тепло, следуют друг за другом, чередуясь.

Тонкие гофрированные пластины имеют небольшое термическое сопротивление и, кроме того, обеспечивают турбулентность потока теплоносителя, в связи с чем теплообменники такого типа обладают высокой эффективностью теплопередачи.

Герметичность каналов, по которым движутся теплоносители, и их распределение по каналам обеспечивается резиновыми уплотнителями, расположенными по периметру пластины.

Одно из этих уплотнений охватывает два отверстия по углам пластины, через которые теплоноситель входит в канал между пластинами и выходит из него. Поток встречного теплоносителя проходит транзитом через другие два отверстия, которые дополнительно изолированы кольцевыми уплотнениями. Герметичность каналов обеспечивается двойным уплотнением вокруг входных и выходных отверстий. В случае повреждения уплотнения теплоноситель вытекает наружу через специальные канавки (на рисунке показаны стрелками). Это помогает определить нарушение герметичности визуально и быстро заменить уплотнение.

Схема движения и распределения потока теплоносителей по каналу

В теплообменнике после сборки пластины стягиваются болтами до требуемого размера, при этом уплотнительные резиновые прокладки образуют системы изолированных друг от друга герметичных каналов — для греющего и нагреваемого теплоносителя. Каждая последующая пластина развернута относительно предыдущей на 180 градусов, что, создавая условия для турбулентного движения жидкости, повышает эффективность теплообмена, и одновременно служит для обеспечения жесткости пакета пластин.

Системы каналов между пластинами соединены каждая со своим коллектором и имеют каждая свои точки входа и выхода теплоносителя на неподвижной плите.

На раме теплообменника укрепляется пакет пластин.

Принцип работы пластинчатого теплообменника

Конструктивная схема пластинчатого теплообменника. Основные узлы и детали

Устройство рамы теплообменника: неподвижная плита, подвижная плита, штатив, верхняя и нижняя направляющие, и стяжные болты.

При сборке направляющие — верхняя и нижняя — сначала закрепляются на штативе и неподвижной плите. Далее, на направляющие надевается сначала пакет пластин, а затем подвижная плита. Подвижную и неподвижную плиты стягивают болтами.

Одноходовые теплообменники сконструированы таким образом, что присоединительные патрубки расположены на неподвижной плите. Для того, чтобы крепить теплообменник к строительным или технологическим конструкциям, на штативе и неподвижной плите имеются монтажные пятки.

Виды и типы пластинчатых теплообменников

Пластинчатые теплообменники делятся по конструкции и по размеру теплообменной пластины на нескольких видов.

По конструкции теплообменники делят на:

  • одноходовые;
  • двухходовые с циркуляционной линией и без нее;
  • двухходовые, выпускающиеся в виде моноблока. Используются для систем горячего водоснабжения;
  • трехходовые.

Преимущества пластинчатых теплообменников

Пластинчатые теплообменники имеют следующие преимущества по сравнению с другими видами:

Уменьшение площади, которое занимает теплообменное оборудование.

Способность к самоочищению теплообменника.

Высокий коэффициент теплопередачи.

Маленькие потери давления.

Уменьшение расхода электроэнергии.

Простота ремонта оборудования.

Небольшое время, необходимое для ремонта оборудования.

Небольшая величина недогрева.

Компактность

Основной фактор, играющий большую роль при компоновке и размещении оборудования — его компактность. Размеры пластинчатого теплообменника меньше, чем, например, кожухотрубного. Более высокое значение коэффициента теплопередачи позволяет достичь и более компактных размеров. Так, теплопередающая поверхность составляет 99,0 — 99,8% от общей площади пластины.

Далее, все подсоединительные порты находятся на его неподвижной плите, что делает монтаж и подключение теплообменника значительно более простым. Кроме того, для ремонтных работ требуется значительно меньше площади, чем при ремонте теплообменников другого типа.

Небольшая величина недогрева

Движение теплоносителя по каналам тонким слоем, высокая турбулентность его потока обеспечивает высокий коэффициент теплоотдачи. При этом гофрированная поверхность пластины дает возможность получить турбулентный поток уже при относительно небольших скоростях движения потока теплоносителя. Поэтому величина недогрева в этом случае при расчетных режимах работы достигает 1-2 оС, в то время как для кожухотрубных теплообменников в лучшем случае эта величина составляет 5-10 оС.

Низкие потери давления

Конструктивная особенность пластинчатых теплообменников позволяет уменьшать гидравлическое сопротивление, например, за счет плавного изменения общей ширины канала. Кроме этого, максимальная величина допустимых гидравлических потерь может быть уменьшена увеличением количества каналов в теплообменнике. В свою очередь, уменьшение гидравлического сопротивления снижает расход электроэнергии на насосах.

Небольшие трудозатраты при ремонте теплообменника

Периодические ремонты оборудования всегда связаны со сборно- разборочными работами. Демонтаж кожухотрубного теплообменника — это весьма сложное инженерное мероприятие. Для демонтировки и извлечения пучка труб необходимо использование подъемных механизмов и весь процесс разборки занимает достаточно много времени. При ремонте пластинчатого теплообменника применение подъемных механизмов не требуется. С ремонтом свободно и достаточно быстро справится бригада в 2-3 человека.

Кроме того, мощность теплообменника может быть плавно изменена увеличением поверхности теплообмена. Это его особенность важна, когда, например, при расширении производства, возникает необходимость увеличения мощности теплообменного оборудования. В этом случае достаточно, не заменяя всего теплообменника, прибавить нужное количество пластин.

Область применения

  • Охлаждение воды на промышленных ТЭС
  • В сталелитейном производстве
  • Автомобильная промышленность
  • В системах отопления, водоснабжения и вентиляции в любых зданиях применяются пластинчатые теплообменники разборного типа;
  • Пластинчатые теплообменники используются на производстве в системе душевых сеток;
  • Воду в бассейнах подогревают часто именно пластинчатыми теплообменниками;
  • Пластинчатые теплообменники служат для охлаждения жидких пищевых продуктов, гидравлического, трансформаторного и моторного масел;
  • Для систем напольного отопления используют пластинчатые теплообменники разборные;
  • Теплоснабжение небольших районов или высотных зданий обеспечивается зачастую пластинчатыми теплообменниками.

виды, принцип работы, технические характеристики, схема обвязки

Эффективный и экономичный нагрев или охлаждение рабочей среды в современной промышленности, жилищно-коммунальной сфере пищевой и химической отраслях осуществляется с помощью теплообменников (ТО). Существует несколько типов теплообменных агрегатов, однако наибольшее распространение получили пластинчатые теплообменники.

В статье будут подробно рассмотрены конструкция, область применения и принцип работы пластинчатого теплообменника. Особое внимание будет уделено конструктивным особенностям различных моделей, правилам эксплуатации и особенностям технического обслуживания. Кроме того, будет представлен перечень ведущих отечественных и зарубежных производителей пластинчатых ТО, продукция которых пользуется повышенным спросом у российских потребителей.

Устройство и принцип работы

Конструкция разборного пластинчатого теплообменника включает в себя:

  • стационарную переднюю плиту на которой монтируются входные и выходные патрубки;
  • неподвижную прижимную плиту;
  • подвижную прижимную плиту;
  • пакет теплообменных пластин;
  • уплотнения из термостойкого и устойчивого к воздействию агрессивных сред материала;
  • верхнюю несущую базу;
  • нижнюю направляющую базу;
  • станину;
  • комплект стяжных болтов;
  • Набор опорных лап.

Такая компоновка агрегата обеспечивает максимальную интенсивность теплообмена между рабочими средами и компактные габариты устройства.

Конструкция разборного пластинчатого теплообменника

Чаще всего, теплообменные пластины изготавливаются методом холодной штамповки из нержавеющей стали толщиной от 0,5 до 1 мм, однако, при использовании в качестве рабочей среды химически активных соединений, могут использоваться титановые или никелевые пластины.

Все пластины, входящие в состав рабочего комплекта, имеют одинаковую форму и устанавливаются последовательно, в зеркальном отражении. Такая методика установки теплообменных пластин обеспечивает не только формирование щелевых каналов, но и чередование первичного и вторичного контуров.

Каждая пластина имеет 4 отверстия, два из которых обеспечивают циркуляцию первичной рабочей среды, а два других изолируются дополнительными контурными прокладками, исключающими возможность смешивания рабочих сред. Герметичность соединения пластин обеспечивается специальными контурными уплотнительными прокладками, изготовленными из термостойкого и устойчивого к воздействию активных химических соединений материала. Устанавливаются прокладки в профильные канавки и фиксируются с помощью клипсового замка.

Принцип работы пластинчатого теплообменника

Оценка эффективности любого пластинчатого ТО осуществляется по следующим критериям:

  • мощности;
  • максимальной температуре рабочей среды;
  • пропускной способности;
  • гидравлическому сопротивлению.

Исходя из этих параметров подбирается необходимая модель теплообменника. В разборных пластинчатых теплообменниках регулировать пропускную способность и гидравлическое сопротивление можно, изменяя количество и тип пластинчатых элементов.

Интенсивность теплообмена обусловлена режимом течения рабочей среды:

  • при ламинарном течении теплоносителя интенсивность теплообмена минимальна;
  • для переходного режима характерно увеличение интенсивности теплообмена за счет появления завихрений в рабочей среде;
  • максимальная интенсивность теплообмена достигается при турбулентном движении теплоносителя.

Рабочие характеристики пластинчатого ТО рассчитываются для турбулентного течения рабочей среды.

В зависимости от расположения канавок, различают три типа теплообменных пластин:

  1. с «мягкими» каналами (канавки расположены под углом 600). Для таких пластин характерна незначительная турбулентность и небольшая интенсивность теплообмена, однако «мягкие» пластины обладают минимальным гидравлическим сопротивлением;
  2. со «средними» каналами (угол рифления от 60 до 300). Пластины являются переходным вариантом и отличаются средними показателями турбулентности и интенсивности теплопередачи;
  3. с «жесткими» каналами (угол рифления 300). Для таких пластин характерна максимальная турбулентность, интенсивный теплообмен и значительное увеличение гидравлического сопротивления.

Для увеличения эффективности теплообмена движение первичной и вторичной рабочей среды осуществляется в противоположном направлении. Процесс теплообмена между первичной и вторичной рабочими средами происходит следующим образом:

  1. Теплоноситель подается на входные патрубки теплообменника;
  2. При перемещении рабочих сред по соответствующим контурам, сформированным из теплообменных пластинчатых элементов, происходит интенсивная теплопередача от нагретой среды нагреваемой;
  3. Через выходные патрубки теплообменника нагретый теплоноситель направляется по назначению (в отопительные, вентиляционные, водопроводные системы), а остывший теплоноситель снова попадает в рабочую зону теплогенератора.

Принцип работы пластинчатого теплообменного аппарата

Для обеспечения эффективной работы системы необходима полная герметичность теплообменных каналов, которая обеспечивается уплотнительными прокладками.

Требования к прокладкам

Для обеспечения полной герметичности профильных каналов и предотвращения утечки рабочих сред, уплотнительные прокладки должны обладать необходимой термостойкостью и достаточной устойчивостью к воздействиям агрессивной рабочей среды.

В современных пластинчатых теплообменниках применяются следующие виды прокладок:

  • этиленпропиленовые (EPDM). Применяются при работе с горячей водой и паром в температурном диапазоне от -35 до +1600С, непригодны для жирных и масляных сред;
  • NITRIL прокладки (NBR) используются для работы с маслянистыми рабочими средами, температура которых не превышает 1350С;
  • VITOR прокладки рассчитаны на работу с агрессивными рабочими средами при температуре не более 1800С.

На графиках представлена зависимость срока службы уплотнений от условий эксплуатации:

Что касается крепления уплотнительных прокладок, существует два способа:

  • на клей;
  • с помощью клипсы.

Первый способ из-за трудоемкости и длительности укладки применяется редко, кроме того, при использовании клея значительно усложняется техническое обслуживание агрегата и замена уплотнений.

Клипсовый замок обеспечивает быстрый монтаж пластин и простоту замены вышедших из строя уплотнений.

Виды пластинчатых теплообменных аппаратов и их применение

По способу соединения теплообменных пластин теплообменник может быть:

  • разборной;
  • паяный;
  • полусварной;
  • сварной.

Конструкция и принцип работы разборных пластинчатых ТО были описаны выше. Рассмотрим более подробно особенности конструкции и область применения паяных, полусварных и сварных теплообменников.

Паяный пластинчатый теплообменник

Агрегат широко используется для:

  • нагрева и охлаждения рабочих сред;
  • испарения;
  • конденсации;
  • утилизации и рекуперации тепловой энергии.

Теплообменные пластины ППТО изготавливаются из нержавеющей стали. Сборка пакета осуществляется аналогично с разборными теплообменниками, после чего производится пайка медным или никелевым припоем, в зависимости от агрессивности рабочей среды: для более агрессивных сред используется никель.

К наиболее существенным преимуществам паяных ПТО можно отнести:

  • высокую надежность;
  • возможность работы в широком температурном диапазоне;
  • легкость и небольшие габариты;
  • надежность конструкции;
  • простоту монтажа и технического обслуживания;
  • доступную стоимость.

Особенно хорошо паяные ПТО зарекомендовали себя в холодильных и замкнутых отопительных системах.

Полусварные пластинчатые теплообменники

Главной конструктивной особенностью полусварных теплообменников является попарное сваривание штампованных пластин, в результате чего формируется отдельный герметичный модуль. Сборка ПСПТО осуществляется также, как и разборного теплообменника, различие состоит в том, что вместо отдельных пластин используются готовые сварные модули.

Между первичными и вторичными модулями устанавливаются прокладки из термостойкой резины. Отсутствие внутренних прокладок позволяет существенно увеличить рабочее давление в системе и температуру рабочей среды.

Благодаря высоким эксплуатационным характеристикам ПСПТО получили широкое распространение следующих областях:

  • в системах вентиляции и кондиционирования;
  • в химическом и фармацевтическом производстве;
  • в пищевой промышленности;
  • в системах рекуперации;
  • в отопительных системах;
  • в системах централизованной подачи горячей воды.

Среди наиболее значимых преимуществ данной конструкции можно выделить:

  • широкий диапазон рабочих температур;
  • отсутствие герметизирующих прокладок;
  • инертность к агрессивным рабочим средам;
  • простоту монтажа и технического обслуживания.

В отличии от сборных ПТО, полусварные агрегаты практически полностью исключают возможность неправильной сборки.

Сварные пластинчатые теплообменники

Отсутствие уплотнений является главной особенностью конструкции сварных теплообменных аппаратов. Гофрированные пластины сварены в один блок, в котором рабочая среда протекает по внутренним каналам, а нагреваемая – по внешним.

Применяются СПТО при работе с агрессивными средами при повышенных температурах и высоком давлении рабочих сред.

Конструктивные особенности сварных теплообменников обеспечивают следующие преимущества:

  • компактность;
  • высокий коэффициент теплопередачи;
  • незначительные теплопотери;
  • простоту технического обслуживания.

Отсутствие уплотнений в сварных ПТО обеспечивает полную герметичность рабочих каналов, что позволяет работать в экстремальных условиях.

Технические характеристики

Как правило, технические характеристики пластинчатого теплообменника определяются количеством пластин и способом их соединения. Ниже приведены технические характеристики разборных, паяных, полусварных и сварных пластинчатых теплообменников:









Рабочие параметры

Единицы измерения

Разборные

Паяные

Полусварные

Сварные

КПД

%

95

90

85

85

Максимальная температура рабочей среды

0С

200

220

350

900

Максимальное давление рабочей среды

бар

25

25

55

100

Максимальная мощность

МВт

75

5

75

100

Средний период эксплуатации

лет

20

20

10 — 15

10 — 15

Исходя из приведенных в таблице параметров определяют необходимую модель теплообменника. Помимо этих характеристик, следует учесть тот факт, что полусварные и сварные теплообменники больше приспособлены к работе с агрессивными рабочими средами.

Для чего нужен теплообменник в отопительной системе

Объяснить наличие теплообменника в отопительной системе довольно просто. Большинство систем теплоснабжения в нашей стране спроектировано таким образом, что температура теплоносителя регулируется в котельной и подается нагретая рабочая среда непосредственно в радиаторы, установленные в квартире.

При наличии теплообменника, рабочая среда из котельной отпускается с четко определенными параметрами, например, 1000С. Попадая в первичный контур, нагретый теплоноситель не поступает в отопительные приборы, а нагревает вторичную рабочую среду, которая и попадает в радиаторы.

Преимущество такой схемы заключается в том, что регулировка температуры теплоносителя осуществляется на промежуточных индивидуальных тепловых станциях, откуда и подается потребителям.

Достоинства и недостатки

Широкое распространение пластинчатых теплообменников обусловлено следующими достоинствами:

  • компактными габаритами. За счет использования пластин существенно увеличивается площадь теплообмена, что снижает общие габаритные размеры конструкции;
  • простотой монтажа, эксплуатации и технического обслуживания. Модульная конструкция агрегата позволяет легко разобрать и промыть требующие очистки элементы;
  • высоким КПД. Производительность ПТО составляет от 85 до 90%;
  • доступной стоимостью. Кожухотрубные, спиральные и блочные установки, при сходных технических характеристиках, стоят значительно дороже.

Недостатками пластинчатой конструкции можно считать:

  • необходимость заземления. Под действием блуждающих токов в тонких штампованных пластинах могут образовываться свищи и другие дефекты;
  • необходимость использования качественных рабочих сред. Поскольку поперечное сечение рабочих каналов небольшое, применение жесткой воды или некачественного теплоносителя может привести к засору, что снижает интенсивность теплопередачи.

Схемы обвязки пластинчатого теплообменника

Существует несколько способов подключения ПТО к отопительной системе. Наиболее простым принято считать параллельное включение с регулировочным клапаном, принципиальная схема которого приведена ниже:

Схема параллельного подключения ПТО

К недостаткам такого подключения можно отнести повышенную нагрузку на отопительный контур и небольшую эффективность нагрева воды при значительной разности температур.

Параллельное подключение двух теплообменников в двухступенчатую схему обеспечит более продуктивную и надежную работу системы:

Схема двухступенчатого параллельного подключения

1 – пластинчатый теплообменник; 2 – температурный регулятор; 2.1 – клапан; 2.2 – термостат; 3 – насос циркуляционный; 4 – счетчик расхода горячей воды; 5 – манометр.

Нагревающей средой для первой ступени служит обратный контур отопительной системы, а в качестве нагреваемой среды – холодная вода. Во втором контуре нагревательной средой служит теплоноситель из прямой магистрали отопительной системы, а в качестве нагреваемой среды – предварительно подогретый теплоноситель из первой ступени.

Инструкция по эксплуатации

К каждому заводскому пластинчатому теплообменнику обязательно прилагается подробная инструкция по эксплуатации, содержащая всю необходимую информацию. Ниже будут приведены некоторые основные положения, касающиеся всех типов ПТО.

Установка ПТО

  1. Место расположения агрегата должно обеспечивать свободный доступ к основным узлам для проведения технического обслуживания.
  2. Крепление подающих и отводящих магистралей должно быть жестким и герметичным.
  3. Устанавливать теплообменник следует на строго горизонтальную бетонную или металлическую основу, обладающую достаточной несущей способностью.

Пуско-наладочные работы

  1. Перед запуском агрегата необходимо проверить его герметичность согласно рекомендациям, приведенным в техническом паспорте изделия.
  2. При первичном запуске установки скорость повышения температуры не должна превышать 250С/ч, а давление в системе 10 Мпа/мин.
  3. Порядок проведения и объем пуско-наладочных работ должны четко соответствовать приведенному в паспорте агрегата перечню.

Эксплуатация агрегата

  1. В процессе использовании ПТО не допускается превышение температуры и давления рабочей среды. Перегрев или повышение давления могут привести к серьезным поломкам или полному выходу из строя агрегата.
  2. Для обеспечения интенсивного теплообмена между рабочими средами и увеличения КПД установки необходимо предусмотреть возможность очистки рабочих сред от механических примесей и вредных химических соединений.
  3. Значительно продлить срок службы устройства и увеличить его производительность позволит регулярное проведение технического обслуживания и своевременная замена поврежденных элементов.

Промывка пластинчатого теплообменника

Функциональность и работоспособность агрегата в значительной степени зависит от качественной и своевременной промывки. Частота промывки обусловлена интенсивностью работы и особенностями технологических процессов.

Методика проведения очистных работ

Образование накипи в теплообменных каналах является наиболее распространенным видом загрязнения ПТО, ведущим к снижению интенсивности теплообмена уменьшению общего КПД установки. Удаление накипи производится с помощью химической промывки. Если помимо накипи присутствуют другие виды загрязнения, необходимо произвести механическую очистку пластин теплообменника.

Химическая промывка

Метод применяется для очистки всех типов ПТО, и эффективен при незначительном загрязнении рабочей зоны теплообменника. Для проведения химической очистки не требуется разборка агрегата, что позволяет значительно сократить время проведения работ. Кроме того, для очистки паяных и сварных теплообменников другие методы не применяются.

Химическая промывка теплообменного оборудования производится в следующей последовательности:

  1. специальный моющий раствор вводится в рабочую зону теплообменника, где под воздействием химически активных реагентов происходит интенсивное разрушение накипи и других отложений;
  2. обеспечение циркуляции моющего средства по первичному и вторичному контурам ТО;
  3. промывка теплообменных каналов водой;
  4. слив чистящих препаратов из теплообменника.

В процессе проведения химической очистки особое внимание следует уделить окончательной промывке агрегата, поскольку химически активные компоненты моющих средств могут разрушить уплотнения.

Наиболее распространенные виды загрязнений и способы очистки

В зависимости от используемых рабочих сред, температурных режимов и давления в системе, природа загрязнений может быть различной, поэтому для эффективной очистки необходимо правильно подобрать моющее средство:

  • очистка от накипи и металлических отложений используются растворы фосфорной, азотной или лимонной кислоты;
  • для удаления оксида железа подойдет ингибированная минеральная кислота;
  • органические отложения интенсивно разрушаются гидроксидом натрия, а минеральные – азотной кислотой;
  • жировые загрязнения удаляют с помощью специальных органических растворителей.

Поскольку толщина теплообменных пластин составляет всего 0,4 – 1 мм, особое внимание следует уделять концентрации активных элементов в моющем составе. Превышение допустимой концентрации агрессивных компонентов может привести к разрушению пластин и уплотнительных прокладок.

Широкое применение пластинчатых теплообменников в различных отраслях современной промышленности и коммунального хозяйства обусловлено высокой производительностью, компактными габаритными размерами, простотой монтажа и технического обслуживания. Еще одним преимуществом ПТО является оптимальное соотношение цена/качество.

Виды теплообменников и их отличия

29/03/2016Рубрика:

Какие бывают виды теплообменников?

Прежде чем говорить о видах теплообменников, давайте разберемся, что же это за устройства и где они используется? Любой теплообменник предназначен для передачи тепла от нагретой среды к холодной (или наоборот). То есть, он позволяет быстро нагреть или охладить жидкость или газ до нужной температуры.

Но, несмотря на общее предназначение, теплообменники отличаются по множеству параметров. Даже внешне эти приборы часто совсем не похожи друг на друга. Выбор подходящего устройства зависит от того, где оно будет использоваться.

Где используются теплообменники?

Область применения теплообменников достаточно широка. Приведем самые распространенные примеры:

  • В системах отопления, водоснабжения и проточной и приточной вентиляции зданий.
  • В химической и нефтеперерабатывающей промышленности для охлаждения и нагрева нефтяных продуктов.
  • В пищевой промышленности для охлаждения и пастеризации различных жидкостей: молока, пива, соков и т.д.
  • На морских судах для опреснения соленой воды;
  • Для охлаждения масел и охлаждающих жидкостей в различных технологических процессах.

Какими бывают теплообменники?

По способу передачи тепла все приборы можно поделить на два вида:

  • Поверхностные — здесь нагреваемая среда отделена от теплоносителя. Теплообмен происходит через тонкие стенки, и среды не смешиваются.
  • Смесительные — в этих теплообменниках среды смешиваются и контактируют друг с другом напрямую.

В большинстве случаев требуется, чтобы среды были отделены друг от друга. Ведь вы же не будете смешивать нефтепродукты или пищевые жидкости с водой и т.д. Смесительные теплообменники применяются для сред, одинаковых по химическому составу. Такие технологические требования встречаются достаточно редко, поэтому поверхностные теплообменники получили более широкое распространение.

Основные виды теплообменников

Существует множество различных видов и конструкций теплообменников. Среди них много сложных узконаправленных устройств. Мы не будем на них останавливаться и расскажем вам о самых распространенных видах и их особенностях:

  • Пластинчатые — состоят из множества ребристых пластин. Отличаются высоким КПД и компактными размерами. Такие теплообменники могут быть разборными, паяными, сварными или полусварными. В разборных моделях можно изменять количество пластин по своему усмотрению.
  • Кожухотрубные — самые простые теплообменники. Они представляют собой множество мелких труб, собранных в пучок при помощи пайки и заключенных в кожух. Используются в холодильниках, испарителях, нагревателях, конденсаторах и других приборах. Но они не так эффективны, как пластинчатые или витые модели, и к тому же занимают много места.
  • Витые — представляют собой концентрический змеевик. Одна жидкость курсирует по трубкам, другая — в пространстве между ними. Отличаются компактностью и высоким КПД. Используются в различных морозильных установках.
  • Спиральные — изготавливаются из двух стальных листов, приваренных к разделителю и свернутых в спираль. Могут использоваться даже с вязкими, агрессивными и неоднородными средами.

Это основные виды теплообменников. Хотите получить более подробную информацию? Вы всегда сможете связаться с нашими консультантами или прочитать статьи на сайте компании Теплопрофи.

Остались вопросы?

Получить консультацию специалиста можно по телефону в вашем городе. Также вы можете отправить свой вопрос на наш электронный ящик [email protected] (отвечаем в течении 30 минут).

Поделиться записью со знакомыми:

Пластинчатые теплообменники: типы, принцип работы, конструкция

Назначение

Теплообменники – это устройства, используемые для передачи энергии между двумя жидкостями при различных температурах. Они повышают энергоэффективность, потому что энергия потоков, уже находящихся в системе, может быть передана в другую часть процесса, а не просто потрачена впустую. В новую эру устойчивого развития растущая настоятельная необходимость экономии энергии и снижения общего воздействия на окружающую среду сделала больший акцент на использовании теплообменников с более высокой тепловой эффективностью. В этом новом сценарии пластинчатый теплообменник может сыграть важную роль.

История

Пластинчатые теплообменники были впервые введены в 1923 году для пастеризации молока, но в настоящее время используются во многих областях применения в химической, нефтяной, климатической, холодильной, молочной, фармацевтической, пищевой и медицинской промышленности. Это связано с их уникальными преимуществами, такими как гибкая тепловая конструкция (пластины могут быть просто добавлены или удалены для удовлетворения различных требований к тепловому режиму или обработке), простота очистки для поддержания строгих гигиенических условий, хороший контроль температуры (необходимый в криогенных процессах) и лучшие характеристики теплопередачи.

Типы пластинчатых теплообменников

Пластинчатый теплообменник (ПТ) – это компактный тип теплообменника, который использует серию тонких пластин для передачи тепла между двумя жидкостями. Существует четыре основных типа ПТ:

  • разборные,
  • паяные,
  • сварные
  • полусварные.

Пластинчатый разборный теплообменник – устройство, в котором основную функцию теплопередачи между теплоносителями выполняет пакет пластин. Среды не смешиваются между собой благодаря чередованию пластин с плотными резиновыми прокладками, которые образуют два контура движения (рисунок 1).

Рисунок 1 – Типичный пластинчатый теплообменник.

Свое название «разборные» подобный тип агрегатов получил за то, что пакет пластин не только собирается, но и разбирается во время регулярного обслуживания (промывки) или ремонта.

Конструкция разборного теплообменника

Разборный теплообменник состоит из следующих элементов:

Рисунок 2 – Конструкция пластинчатого теплообменнника

ПТ состоит из:

  • пакета тонких прямоугольных пластин с отверстиями, через которые протекают два потока жидкости, где происходит теплопередача. Пластины теплообменного аппарата, выполнены из нержавеющей стали или титана, прижимаются друг к другу с использованием уплотнительных прокладок. Количество пластин зависит от технических параметров и требований к оборудованию.
  • рамная пластина (неподвижная прижимная плита),
  • прижимная пластина (подвижная прижимная плита), прижимает весь пакет к неподвижной прижимной плите с помощью элементов крепления: стяжных болтов, подшипников, стопорных шайб.
  • несущая база – направляющая балка, на которую надеваются пластины во время сборки агрегата.
  • опорная станина – вертикальный элемент, к которому прикрепляются направляющие балки (верхняя и нижняя несущие балки).
  • верхние и нижние стержни и винты для сжатия пакета пластин.

Индивидуальный пластинчатый теплообменник может вместить до 700 пластин. Когда пакет пластин сжимается, отверстия в углах пластин образуют непрерывные туннели или коллекторы, через которые текучие среды проходят, пересекая пакет пластин и выходя из оборудования. Промежутки между тонкими пластинами теплообменника образуют узкие каналы, которые попеременно пересекаются горячей и холодной жидкостями и обеспечивают небольшое сопротивление теплопередаче.

Типовые пластины и прокладки

Пластины

Самая важная и самая дорогая часть ПТ – это его термические пластины, которые изготавливаются из металла, металлического сплава или даже специальных графитовых материалов, в зависимости от области применения.

Примеры материалов для изготовления ПТ, обычно встречающиеся в промышленном применении:

  • нержавеющая сталь,
  • титан,
  • никель,
  • алюминий,
  • инколой,
  • хастеллой,
  • монель,
  • тантал.

Пластины могут быть плоскими, но в большинстве случаев имеют гофры, которые оказывают сильное влияние на теплогидравлические характеристики устройства. Некоторые из основных типов пластин показаны на рисунке 3, хотя большинство современных ПТ используют шевронные типы пластин.

Рисунок 3Типичные категории пластинчатых гофр: (а) стиральная доска, (б) зигзагообразная, (в) шевронная или елочка, (г) выступы и углубления, (д) стиральная доска со вторичными гофрами, (е) косая стиральная доска.

Каналы, образованные между соседними пластинами, создают закрученное движение для жидкостей, как видно на рисунке 4.

Рисунок 4 – Турбулентный поток в каналах пластинчатого теплообменника.

Угол шеврона обращен в смежных листах, так что, когда пластины затягиваются, гофры обеспечивают многочисленные точки контакта, которые поддерживают оборудование. Уплотнение пластин достигается прокладками, установленными по периметру.

Рисунок 5 – Технические характеристики пластин

Прокладки

Прокладки обычно представляют собой формованные эластомеры, выбранные на основе их совместимости с жидкостью и условий температуры и давления. Многопроходные устройства могут быть реализованы в зависимости от расположения прокладок между пластинами. Бутиловые или нитрильные каучуки – это материалы, обычно используемые при изготовлении прокладок.

Рисунок 6 – Технические характеристики прокладок

Схемы движения потоков в пластинчатом теплообменнике

Однопроходная схема

Простейшие схемы пластинчатых теплообменников – это те, в которых обе жидкости делают только один проход, поэтому нет никакого изменения направления потоков. Они известны как однопроходные схемы 1-1, и есть два типа: противоточные и параллельные. Большим преимуществом однопроходной компоновки является то, что входы и выходы жидкости могут быть установлены в неподвижной пластине, что позволяет легко открывать оборудование для технического обслуживания и очистки, не нарушая работу трубопроводов. Это наиболее широко используемая однопроходная конструкция, известная как U-образная компоновка. Существует также однопроходная Z-схема, в которой имеется вход и выход жидкости через обе торцевые пластины (рисунок 9).

Рисунок 9Механизм работы однопроходного ПТ: а) U-образное расположение и Б) Z-образное расположение.

Противоточный поток, где потоки текут в противоположных направлениях, обычно предпочтительнее из-за достижения более высокой тепловой эффективности, по сравнению с параллельным потоком, где потоки текут в одном направлении.

Многопроходная схема

Многопроходные устройства могут также использоваться для повышения теплопередачи или скорости потока потоков и обычно требуются, когда существует существенная разница между расходами потоков (рисунок 10).

Рисунок 10Многопроходный пластинчатый теплообменник.

Пластины ПТ могут обеспечивать вертикальный или диагональный поток, в зависимости от расположения прокладок. Для вертикального потока вход и выход данного потока расположены на одной стороне теплообменника, тогда как для диагонального потока они находятся на противоположных сторонах. Сборка пакета пластин включает чередование пластин “а” и “в” для соответствующих потоков. Монтаж пакета пластин в режиме вертикального потока требует только соответствующей конфигурации прокладок, поскольку устройства А и в эквивалентны (они поворачиваются на 180°, как показано на рисунке 11а). Это невозможно в случае диагонального потока, для которого требуются оба типа монтажных пластин (рисунок 11б). Плохое распределение потока с большей вероятностью происходит в массиве вертикального потока.

Рисунок 11(a) пластина с вертикальным потоком,  (б) пластина с диагональным потоком

Достоинства и недостатки

Достоинства

  1. Гибкость: простая разборка позволяет адаптировать ПТ к новым технологическим требованиям путем простого добавления или удаления пластин, или изменения количества проходов. Кроме того, разнообразие моделей пластинчатых гофр, доступных вместе с возможностью использования их комбинаций в одном и том же ПТ, означает, что различные конформации блока могут быть протестированы в ходе процедур оптимизации.
  2. Хороший контроль температуры: благодаря узким каналам, образованным между соседними пластинами, в ПТ содержится лишь небольшой объем жидкости. Таким образом, устройство быстро реагирует на изменения технологических условий с коротким временем запаздывания, так что температура легко контролируется. Это важно, когда необходимо избегать высоких температур. Кроме того, форма каналов уменьшает возможность возникновения застойных зон (мертвого пространства) и зон перегрева.
  3. Низкая стоимость производства: поскольку пластины только спрессовываются (или склеиваются) вместе, а не свариваются, производство ПТ может быть относительно недорогим. Для изготовления пластин могут быть использованы специальные материалы, чтобы сделать их более устойчивыми к коррозии и/или химическим реакциям.
  4. Эффективная теплопередача: гофры пластин и малый гидравлический диаметр усиливают образование турбулентного потока, так что для жидкостей можно получить высокие скорости теплопередачи. Следовательно, до 90% тепла может быть восстановлено, по сравнению только с 50% в случае кожухотрубных теплообменников.
  5. Компактность: высокая тепловая эффективность ПТ означает, что они имеют очень малую площадь. При той же площади теплопередачи ПТ часто могут занимать на 80% меньшую площадь (иногда в 10 раз меньше), чем кожухотрубные теплообменники (Рисунок 7).
  6. Уменьшение загрязнения: уменьшение загрязнения происходит в результате сочетания высокой турбулентности и короткого времени пребывания жидкости. Поправочные коэффициенты на загрязнения для ПТ могут быть в десятки раз ниже, чем для кожухотрубных теплообменников.
  7. Простота осмотра и очистки: поскольку компоненты PHE могут быть разделены, можно очистить и проверить все детали, которые подвергаются воздействию жидкостей. Эта особенность необходима в пищевой и фармацевтической промышленности.
  8. Простое обнаружение утечек: прокладки имеют вентиляционные отверстия (рисунок 8), которые предотвращают смешивание жидкостей в случае отказа, что также облегчает обнаружение утечек.

Рисунок 7Иллюстрация типичной разницы размеров между ПТ и кожухотрубным теплообменником для заданной тепловой нагрузки

Рисунок 8 – Вентиляционные каналы в прокладках для обнаружения возможных утечек

Недостатки

  1. Ограничения температуры и давления: важное ограничение ПТ связано с пластинчатыми прокладками. Давление и температура, превышающие 25 атм и 160 °С соответственно, недопустимы, поскольку они могут привести к утечке стандартных прокладок. Однако прокладки, изготовленные из специальных материалов, выдерживают температуру до 400 °С, и есть возможность приварить или припаять пластины друг к другу, чтобы работать в более тяжелых условиях. Это имело бы дополнительные преимущества увеличения эксплуатационных пределов, а также возможность работы с агрессивными жидкостями, поскольку это исключило бы необходимость в прокладках. Однако ПТ утратит свои основные преимущества гибкости и простоты очистки, а оборудование станет более дорогим.
  2. Высокий перепад давления: из-за гофрированных пластин и небольшого пространства потока между ними перепад давления из-за трения высок, что увеличивает затраты на перекачку. Падение давления может быть уменьшено путем увеличения числа проходов за проход и разделения потока на большее число каналов. Это уменьшает скорость потока в канале, следовательно, уменьшая коэффициент трения. Однако коэффициент конвективной теплопередачи также снижается, что снижает эффективность работы теплообменника.
  3. Фазовый переход: в особых случаях ПТ могут использоваться в операциях конденсации или испарения, но не рекомендуются для газов и паров из-за ограниченного пространства внутри каналов и ограничений давления.
  4. Типы жидкостей: обработка жидкостей, которые являются высоковязкими или содержат волокнистый материал, не рекомендуется из-за высокого перепада давления и проблем распределения потока внутри ПТ. Следует также учитывать совместимость между жидкостью и материалом прокладки. Следует избегать легковоспламеняющихся или токсичных жидкостей из-за возможности утечки.
  5. Утечка: трение между металлическими пластинами может вызвать износ и образование небольших отверстий, которые трудно обнаружить. В качестве меры предосторожности рекомендуется нагнетать технологическую жидкость под давлением, чтобы уменьшить риск загрязнения в случае утечки из пластины.

ТЕПЛООБМЕННИКИ

Теплообменник — это устройство, используемое для передачи тепла между двумя или более жидкостями. Жидкости могут быть одно- или двухфазными и, в зависимости от типа теплообменника, могут быть разделены или находиться в прямом контакте. Устройства, включающие источники энергии, такие как стержни ядерного топлива или огневые нагреватели, обычно не рассматриваются как теплообменники, хотя многие принципы, заложенные в их конструкции, одинаковы.

Чтобы обсудить теплообменники, необходимо дать некоторую форму категоризации.Обычно используются два подхода. Первый рассматривает конфигурацию потока в теплообменнике, а второй основан на классификации типа оборудования в первую очередь по конструкции. Оба рассмотрены здесь.

Классификация теплообменников по конфигурации потока

Существует четыре основных конфигурации потока:

На рисунке 1 показан идеализированный противоточный теплообменник, в котором две жидкости текут параллельно друг другу, но в противоположных направлениях.Этот тип организации потока позволяет максимально изменить температуру обеих жидкостей и, следовательно, является наиболее эффективным (где эффективность — это количество фактически переданного тепла по сравнению с теоретическим максимальным количеством тепла, которое может быть передано).

Рисунок 1. Противоток.

В теплообменниках с прямоточным потоком потоки текут параллельно друг другу и в том же направлении, как показано на рисунке 2. Это менее эффективно, чем противоток, но обеспечивает более однородную температуру стенок.

Рисунок 2. Попутный поток.

По эффективности теплообменники с перекрестным потоком занимают промежуточное положение между противоточными и параллельными теплообменниками. В этих установках потоки текут под прямым углом друг к другу, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Поперечный поток.

В промышленных теплообменниках часто встречаются гибриды вышеуказанных проточных типов. Примерами являются комбинированные теплообменники с поперечным / противотоком и многоходовые теплообменники.(См., Например, рисунок 4.)

Рис. 4. Поперечный / противоточный поток.

Классификация теплообменников по конструкции

В этом разделе теплообменники классифицируются в основном по их конструкции, Garland (1990) (см. Рисунок 5). Первый уровень классификации — разделение типов теплообменников на рекуперативные и регенеративные. Рекуперативный теплообменник имеет отдельные пути потока для каждой жидкости, и жидкости протекают одновременно через теплообменник, обмениваясь теплом через стенку, разделяющую пути потока.Рекуперативный теплообменник имеет единственный путь потока, по которому попеременно проходят горячие и холодные жидкости.

Рисунок 5. Классификация теплообменников.

Регенеративные теплообменники

В регенеративном теплообменнике путь потока обычно состоит из матрицы, которая нагревается, когда горячая жидкость проходит через нее (это известно как «горячий обдув»). Это тепло затем передается холодной жидкости, когда она протекает через матрицу («холодный удар»).Рекуперативные теплообменники иногда называют емкостными теплообменниками . Хороший обзор регенераторов дает Walker (1982).

Регенераторы в основном используются для рекуперации тепла газа / газа на электростанциях и в других энергоемких отраслях. Два основных типа регенератора — статический и динамический. Оба типа регенераторов являются кратковременными в эксплуатации, и, если при их проектировании не будут приняты особые меры, обычно происходит перекрестное загрязнение горячего и холодного потоков.Однако использование регенераторов, вероятно, расширится в будущем, поскольку предпринимаются попытки повысить энергоэффективность и утилизировать больше низкопотенциального тепла. Однако, поскольку регенеративные теплообменники, как правило, используются для специальных применений, рекуперативные теплообменники более распространены.

Рекуперативные теплообменники

Существует много типов рекуперативных теплообменников, которые можно в широком смысле сгруппировать в непрямой контакт, прямой контакт и специальные. В теплообменниках с косвенным контактом теплоносители разделяются с помощью трубок, пластин и т. Д., Теплообменники с прямым контактом не разделяют жидкости, обмениваясь теплом, и фактически полагаются на то, что жидкости находятся в тесном контакте.

В этом разделе кратко описаны некоторые из наиболее распространенных типов теплообменников, и они организованы в соответствии с классификацией, приведенной на рисунке 5.

В этом типе пары разделены стенкой, обычно металлической. Примерами являются трубчатые теплообменники, см. Рисунок 6, и пластинчатые теплообменники, см. Рисунок 7.

Трубчатые теплообменники очень популярны из-за гибкости, которую проектировщик должен учитывать в широком диапазоне давлений и температур.Трубчатые теплообменники можно разделить на несколько категорий, из которых кожухотрубный теплообменник является наиболее распространенным.

Кожухотрубный теплообменник состоит из ряда трубок, установленных внутри цилиндрической оболочки. На рисунке 8 показан типичный блок, который можно найти на нефтехимическом заводе. Две жидкости могут обмениваться теплом, одна жидкость течет по внешней стороне трубок, а вторая жидкость течет по трубкам. Жидкости могут быть одно- или двухфазными и могут течь в параллельном или перекрестном / противотоке.Кожухотрубный теплообменник состоит из четырех основных частей:

  • Передняя часть — это то место, где жидкость входит в трубную часть теплообменника.

  • Задний конец — это место, где жидкость на трубной стороне выходит из теплообменника или где она возвращается в передний коллектор в теплообменниках с несколькими проходами на трубной стороне.

  • Пучок труб — состоит из труб, трубных решеток, перегородок, стяжек и т. Д. Для удержания пучка вместе.

  • Кожух — содержит пучок труб.

Популярность кожухотрубных теплообменников привела к разработке стандарта для их обозначения и использования. Это стандарт ассоциации производителей трубчатых теплообменников (TEMA). Обычно кожухотрубные теплообменники изготавливаются из металла, но для специальных применений (например, с использованием сильных кислот в фармацевтических препаратах) могут использоваться другие материалы, такие как графит, пластик и стекло. Также нормально, что трубы прямые, но в некоторых криогенных применениях используются спиральные катушки или катушки Хэмпсона .Простая форма кожухотрубного теплообменника — это двухтрубный теплообменник. Этот теплообменник состоит из одной или нескольких трубок, содержащихся внутри трубы большего размера. В самой сложной форме нет большой разницы между многотрубным двухтрубным теплообменником и кожухотрубным теплообменником. Однако двухтрубные теплообменники, как правило, имеют модульную конструкцию, поэтому несколько блоков могут быть соединены болтами для достижения требуемой нагрузки. Книга E.A.D. Сондерс [Saunders (1988)] дает хороший обзор трубчатых теплообменников.

К другим типам трубчатых теплообменников относятся:

  • Печи — технологическая жидкость проходит через печь в прямых или спирально намотанных трубах, а нагрев осуществляется горелками или электрическими нагревателями.

  • Пластинчатые трубы — в основном используются в системах рекуперации тепла и кондиционирования воздуха. Трубки обычно монтируются в какой-либо форме воздуховода, а пластины действуют как опоры и обеспечивают дополнительную площадь поверхности в виде ребер.

  • С электрическим нагревом — в этом случае жидкость обычно течет по внешней стороне электрически нагреваемых трубок (см. Джоулев нагрев).

  • Теплообменники с воздушным охлаждением состоят из пучка труб, вентиляторной системы и несущей конструкции. Трубки могут иметь ребра различного типа для обеспечения дополнительной площади поверхности со стороны воздуха. Воздух либо всасывается через трубы вентилятором, установленным над пучком (принудительная тяга), либо продувается через трубы вентилятором, установленным под пучком (принудительная тяга). Как правило, они используются в местах, где есть проблемы с получением достаточного количества охлаждающей воды.

  • Тепловые трубы, сосуды с мешалкой и теплообменники из графитовых блоков можно рассматривать как трубчатые или помещать в Рекуперативные «Особые предложения». Тепловая труба состоит из трубы, материала фитиля и рабочей жидкости. Рабочая жидкость поглощает тепло, испаряется и переходит на другой конец тепловой трубы, где конденсируется и выделяет тепло. Затем жидкость под действием капилляров возвращается к горячему концу тепловой трубы для повторного испарения. Сосуды с мешалкой в ​​основном используются для нагрева вязких жидкостей.Они состоят из емкости с трубками внутри и мешалки, такой как пропеллер или ленточный винтовой импеллер. Трубки несут горячую жидкость, а мешалка вводится для обеспечения равномерного нагрева холодной жидкости. Теплообменники с угольным блоком обычно используются, когда необходимо нагреть или охладить агрессивные жидкости. Они состоят из твердых блоков углерода, в которых просверлены отверстия для прохождения жидкости. Затем блоки скрепляются болтами вместе с коллекторами, образуя теплообменник.

Пластинчатые теплообменники отделяют жидкости, обменивающиеся теплом, с помощью пластин.У них обычно есть улучшенные поверхности, такие как ребра или тиснение, и они либо скреплены вместе, спаяны или сварены. Пластинчатые теплообменники в основном используются в криогенной и пищевой промышленности. Однако из-за высокого отношения площади поверхности к объему, малого количества жидкостей и способности обрабатывать более двух паров они также начинают использоваться в химической промышленности.

Пластинчатые и рамные теплообменники состоят из двух прямоугольных концевых элементов, которые удерживают вместе несколько рельефных прямоугольных пластин с отверстиями на углу для прохождения жидкостей.Каждая из пластин разделена прокладкой, которая герметизирует пластины и обеспечивает поток жидкости между пластинами, см. Рис. 9. Этот тип теплообменника широко используется в пищевой промышленности, поскольку его можно легко разобрать для очистки. Если утечка в окружающую среду является проблемой, можно сварить две пластины вместе, чтобы гарантировать, что жидкость, протекающая между сваренными пластинами, не сможет протекать. Однако, поскольку некоторые прокладки все еще присутствуют, утечка все еще возможна. Паяные пластинчатые теплообменники предотвращают возможность утечки за счет пайки всех пластин вместе, а затем приваривания входных и выходных отверстий.

Рисунок 6. Классификация трубчатых теплообменников.

Рисунок 7. Классификация пластинчатого теплообменника.

Рисунок 8. Кожухотрубный теплообменник.

Рисунок 9. Пластинчато-рамный теплообменник.

Пластинчато-ребристые теплообменники состоят из ребер или прокладок, зажатых между параллельными пластинами. Ребра могут быть расположены так, чтобы допускать любую комбинацию поперечного или параллельного потока между соседними пластинами. Также возможно пропустить до 12 потоков жидкости через один теплообменник за счет тщательного расположения коллекторов.Обычно они изготавливаются из алюминия или нержавеющей стали и спаяны вместе. Их основное применение — сжижение газа из-за их способности работать с близкими температурами.

Пластинчатые теплообменники в некоторых отношениях аналогичны кожухотрубным. Прямоугольные трубы с закругленными углами уложены друг на друга, образуя пучок, который помещается внутри оболочки. Одна жидкость проходит через трубки, тогда как жидкость течет параллельно через зазоры между трубками.Они, как правило, используются в целлюлозно-бумажной промышленности, где требуются проточные каналы большего размера.

Спиральные пластинчатые теплообменники образуются путем наматывания двух плоских параллельных пластин вместе в змеевик. Затем концы уплотняются прокладками или свариваются. Они в основном используются с вязкими, сильно загрязняющими жидкостями или жидкостями, содержащими частицы или волокна.

В теплообменниках этой категории не используется поверхность теплопередачи, из-за чего они часто дешевле косвенных теплообменников.Однако, чтобы использовать теплообменник прямого контакта с двумя жидкостями, они должны быть несмешиваемыми, или, если будет использоваться одна жидкость, она должна претерпеть фазовый переход. (См. Прямая контактная теплопередача.)

Наиболее легко узнаваемая форма теплообменника с прямым контактом — градирня с естественной тягой, которая используется на многих электростанциях. Эти агрегаты состоят из большой примерно цилиндрической оболочки (обычно более 100 м в высоту) и насадки внизу для увеличения площади поверхности. Охлаждаемая вода разбрызгивается на набивку сверху, в то время как воздух проходит через дно набивки и поднимается вверх через башню за счет естественной плавучести.Основная проблема, связанная с этим и другими типами градирен с прямым контактом, заключается в постоянной необходимости восполнения подачи охлаждающей воды за счет испарения.

Конденсаторы прямого контакта иногда используются вместо трубчатых конденсаторов из-за их низких капитальных затрат и затрат на обслуживание. Существует множество вариантов конденсатора прямого контакта. В простейшей форме охлаждающая жидкость разбрызгивается сверху емкости над паром, поступающим сбоку емкости. Затем конденсат и охлаждающая жидкость собираются внизу.Большая площадь поверхности распылителя гарантирует, что они являются достаточно эффективными теплообменниками.

Закачка пара используется для нагрева жидкости в резервуарах или в трубопроводах. Пар способствует передаче тепла за счет турбулентности, создаваемой впрыском, и передает тепло за счет конденсации. Обычно конденсат не собирается.

Прямой нагрев в основном используется в сушилках, где влажное твердое вещество сушится путем пропускания его через поток горячего воздуха. Другая форма прямого нагрева — это горение под водой.Он был разработан в основном для концентрирования и кристаллизации коррозионных растворов. Жидкость испаряется пламенем, и выхлопные газы направляются вниз в жидкость, которая находится в резервуаре.

Воздухоохладитель с мокрой поверхностью в некоторых отношениях похож на теплообменник с воздушным охлаждением. Однако в этом типе устройства вода распыляется по трубкам, а вентилятор всасывает воздух и воду по пучку труб. Вся система закрыта, и теплый влажный воздух обычно выбрасывается в атмосферу.

Скребковые теплообменники состоят из емкости с рубашкой, через которую проходит жидкость, и вращающегося скребка, который непрерывно удаляет отложения с внутренних стенок емкости. Эти агрегаты используются в пищевой и фармацевтической промышленности в тех случаях, когда на нагретых стенках сосуда с рубашкой образуются отложения.

Статические регенераторы или регенераторы с неподвижным слоем не имеют движущихся частей, кроме клапанов. В этом случае горячий газ проходит через матрицу в течение фиксированного периода времени, в конце которого происходит реверсирование, горячий газ отключается, а холодный газ проходит через матрицу.Основная проблема с этим типом агрегата заключается в том, что и горячий, и холодный поток прерывистый. Чтобы преодолеть это и обеспечить непрерывную работу, требуются по крайней мере два статических регенератора или можно использовать роторный регенератор.

В роторном регенераторе насадка цилиндрической формы вращается вокруг оси цилиндра между парой газовых уплотнений. Горячий и холодный газ протекает одновременно через воздуховоды с обеих сторон газовых уплотнений и через вращающуюся насадку. (См. Рекуперативные теплообменники.)

Термический анализ любого теплообменника включает решение основного уравнения теплопередачи.

(1)

Это уравнение рассчитывает количество тепла, передаваемого через область dA, где T h и T c — локальные температуры горячей и холодной жидкости, α — местный коэффициент теплопередачи, а dA — местная дополнительная площадь, на которой α основано. Для плоской стены

(2)

где δ w — толщина стенки, λ w — ее теплопроводность.

Для однофазного обтекания стенки α для каждого из потоков является функцией Re и Pr. Когда происходит конденсация или кипение, α также может зависеть от разницы температур. Как только коэффициент теплопередачи для каждого потока и стены известен, общий коэффициент теплопередачи U определяется как

(3)

где сопротивление стенки r w равно 1 / α w . Общая скорость теплопередачи между горячей и холодной текучими средами тогда определяется выражением

(4)

Это уравнение предназначено для постоянных температур и коэффициентов теплопередачи.В большинстве теплообменников это не так, поэтому используется другая форма уравнения

(5)

где — общая тепловая нагрузка, U — средний общий коэффициент теплопередачи, а ΔT M — средняя разница температур. Расчет ΔT M и отказ от предположения о постоянном коэффициенте теплопередачи описаны в разделе «Средняя разница температур».

Расчет U и ΔT M требует информации о типе теплообменника, геометрии (например,g., размер проходов в пластине или диаметр трубы), ориентация потока, чистый противоток или поперечный поток и т. д. Затем можно рассчитать общую нагрузку с использованием предполагаемого значения AT и сравнить с требуемой нагрузкой. Затем можно внести изменения в предполагаемую геометрию и U, ΔT M и пересчитать, чтобы в конечном итоге перейти к решению, которое равно требуемой нагрузке. Однако при выполнении термического анализа на каждой итерации также следует проверять, не превышен ли допустимый перепад давления.Компьютерные программы, такие как TASC от HTFS (Heat Transfer and Fluid Flow Service), автоматически выполняют эти вычисления и оптимизируют конструкцию.

Механические аспекты

Все типы теплообменников должны подвергаться механической конструкции в той или иной форме. Любой теплообменник, работающий при давлении выше атмосферного, должен быть спроектирован в соответствии с местным кодом конструкции сосуда под давлением , например ASME VIII (Американское общество инженеров-механиков) или BS 5500 (Британский стандарт).Эти нормы определяют требования к резервуару высокого давления, но не касаются каких-либо специфических особенностей конкретного типа теплообменника. В некоторых случаях для определенных типов теплообменников существуют специальные стандарты. Два из них перечислены ниже, но в целом отдельные производители определяют свои собственные стандарты.

ССЫЛКИ

Гарланд, У. Дж. (1990) Частное сообщение.

Уокер, Г. (1982) Industrial Heat Exchangers-A Basic Guide , Hemisphere Publishing Corporation.

Rohsenow, W. M. и Hartnett, J. P. (1973) Handbook of Heat Transfer , New York: McGraw-Hill Book Company. DOI: 10.1016 / 0017-9310 (75)

-9

Сондерс, Э. А. Д. (1988) Теплообменники — выбор, проектирование и строительство, Longman Scientific and Technical. DOI: 10.1016 / 0378-3820 (89)

-5

Ассоциация производителей трубчатых теплообменников, (1988 г.) (ТЕМА), седьмое издание. Кожухотрубные теплообменники .

Американский институт нефти (API) 661: Теплообменники с воздушным охлаждением для нефтяной промышленности .

.

Страница не найдена — Решения для обеспечения надежности на протяжении всего срока службы

  • Меню
  • Дом
  • Консультации
    • Оперативное улучшение
    • Управление активами жизненного цикла
    • Мастерство обслуживания
    • Путь здоровья растений EAM
    • Поставщик и контроль поставщиков
    • Успех бизнес-процессов
  • Обучение
    • Курсы онлайн-обучения
    • Общественные и внутренние курсы
    • Обучение персонала ТОиР
  • Статьи
    • Управление активами предприятия
    • Управление техническим обслуживанием
    • Планирование техобслуживания
    • Техническое обслуживание
    • Повышение надежности
    • Обеспечение качества работы
    • Точное обслуживание
    • Бережливое управление процессами
    • Тимбилдинг
  • Учебники
    • Управление активами предприятия
    • Жизненный цикл здоровья растений EAM
    • Управление техническим обслуживанием
    • Планирование техобслуживания
    • Управление надежностью
    • Улучшение процессов
    • Система менеджмента качества
    • Бережливое управление процессами
  • Часто задаваемые вопросы
    • Управление активами предприятия
    • Управление техническим обслуживанием
    • Планирование техобслуживания
    • Техническое обслуживание
    • Повышение надежности
    • Обеспечение качества работы
    • Точное обслуживание
    • Бережливое управление процессами
    • Тимбилдинг
  • Интернет-магазин
    • Магазин Каталог
    • Онлайн-курсы по техническому обслуживанию
    • Онлайн-курс Maint Planning
    • Управление активами предприятия
    • Управление техническим обслуживанием
    • Повышение надежности
    • Экономичность и операционное превосходство
    • Надежность машин
  • Свяжитесь с нами
    • Карта сайта
  • Блог LRS
  • Навигация
    • Дом
    • Консультации
      • Оперативное улучшение
      • Управление активами жизненного цикла
      • Мастерство обслуживания
      • Путь здоровья растений EAM
      • Поставщик и контроль поставщиков
      • Успех бизнес-процессов
    • Обучение
      • Курсы онлайн-обучения
      • Общественные и внутренние курсы
      • Обучение персонала ТОиР
    • Статьи
      • Управление активами предприятия
      • Управление техническим обслуживанием
      • Планирование техобслуживания
      • Техническое обслуживание
      • Повышение надежности
      • Обеспечение качества работы
      • Точное обслуживание
      • Бережливое управление процессами
      • Тимбилдинг
    • Учебники
      • Управление активами предприятия
      • Жизненный цикл здоровья растений EAM
      • Управление техническим обслуживанием
      • Планирование техобслуживания
      • Управление надежностью
      • Улучшение процессов
      • Система менеджмента качества
      • Бережливое управление процессами
    • Часто задаваемые вопросы
      • Управление активами предприятия
      • Управление техническим обслуживанием
      • Планирование техобслуживания
      • Техническое обслуживание
      • Повышение надежности
      • Обеспечение качества работы
      • Точное обслуживание
      • Бережливое управление процессами
      • Тимбилдинг
    • Интернет-магазин
      • Магазин Каталог
      • Онлайн-курсы по техническому обслуживанию

.Конструкция теплообменника

и типы теплообменников

Конструкция теплообменника и типы теплообменников Статья Руководства по альтернативным источникам энергии 10/03/2014 02/08/2020 alternative energy tutorials alternative energy tutorials Руководства по альтернативным источникам энергии

Пожалуйста, поделитесь / добавьте в закладки:

Теплообменник Дизайн

solar hot water icon solar hot water icon Мы используем теплообменник каждый день в наших домах, на рабочих местах и ​​в транспортных средствах, даже не подозревая об этом. Теплообменник — это устройство для теплопередачи, которое обменивает (отсюда и название) тепловую энергию от одного источника и передает ее другому при разных температурах.В большинстве конструкций теплообменников жидкости или газы, используемые для передачи тепла, разделены и не смешиваются.

Теплообменники существуют уже много лет и обычно используются в традиционных системах теплового отопления, а также в системах кондиционирования воздуха, холодильном оборудовании, транспортных средствах, а теперь и в системах рекуперации тепла от возобновляемых источников энергии, таких как солнечные тепловые панели, геотермальные и другие типы применения солнечной тепловой энергии.

heat exchanger design heat exchanger design

Типовая конструкция теплообменника

Но наиболее распространенные типы теплообменников, которые мы видим и используем ежедневно, включают в себя домашние радиаторы центрального отопления, автомобильные радиаторы, конденсаторы и испарители HVAC, задние ящики для печей, маслоохладители и т. Д.Использование теплообменников в нашей повседневной жизни, большое или малое, бесконечно. Если вы когда-либо использовали грелку в постели на ночь, чтобы согреть ноги, то вы слишком хорошо знаете, какие преимущества могут принести теплообменники.

Итак, , как работает теплообменник . Теплообменник представляет собой пассивную гофрированную массу металла, которая передает тепло от одной рабочей жидкости к другой. Первичный теплоноситель поглощает тепло от источника тепла, будь то горелка, бойлер или другой вид нагревательного устройства, а затем циркулирует через теплообменник, где тепло отводится от жидкости (воды или газа) и передается вторичному. жидкость, опять же вода или газ, который циркулирует и рассеивает тепло (радиатор) в дом или атмосферу.

Солнечные водонагревательные системы используют технологию теплообменника для передачи тепла от солнца в циркулирующую воду, а многие косвенные системы используют теплообменник, который отделен от солнечных коллекторов. Эти типы теплообменников широко известны как теплообменники вода-вода, поскольку и первичная, и вторичная жидкости представляют собой воду, возможно, смешанную с антикоррозийным средством.

Теплообменники с воздушным охлаждением — это еще один тип конструкции теплообменников, применяемый в автомобилях для охлаждения двигателя.Первичная жидкость — это вода, а вторичная жидкость — это воздух, продуваемый вентиляторами через ребра теплообменника. Обычно в теплообменнике нет движущихся частей, только внешние вентиляторы для циркуляции воздуха.

На выбор доступно множество конструкций теплообменников, включая трубчатые, двухтрубные, плоские, спиральные и змеевиковые. Выбор одного типа конструкции теплообменника зависит от многих факторов. Большинство теплообменников классифицируются по их конструкции, способу передачи тепла и компактности поверхности.Это величина площади поверхности, от которой тепло может рассеиваться или передаваться, по сравнению с физическим размером.

Некоторые из наиболее распространенных конструкций теплообменников и типы включают:

Типы конструкции теплообменника

  • 1. Конструкция теплообменника с трубчатым и кожухом
  • 2. Конструкция теплообменника с двойной трубкой или шпилькой
  • 3. Плоская пластина и ребристые теплообменники
  • 4. Радиаторы и солнечные теплообменники
  • 5. Спиральные теплообменники
  • 6.Воздухоохладители, чиллеры и конденсаторы
  • 7. Влажные градирни

Конструкция трубчатого теплообменника

Трубчатый теплообменник — безусловно, самая простая конструкция. Первичная жидкость циркулирует по прямым или концентрическим трубам в форме U-образной трубы. Эти первичные трубки заключены во внешнюю герметичную трубку, по которой циркулирует вторичная жидкость. Обычно они применяются в небольших системах передачи тепла вода-вода. Преимуществом этого типа конструкции является гибкость, поскольку трубчатые теплообменники могут быть добавлены или удалены по мере необходимости.Также любое количество теплообменников может быть соединено вместе последовательно или параллельно.

Конструкция трубчатого теплообменника — двойной поток

tubular heat exchanger designs tubular heat exchanger designs

Несмотря на то, что конструкция однопроходного теплообменника очень проста и проста, эффективность этого типа конструкции теплообменника с одним проходом может быть увеличена за счет направленного потока вторичной жидкости в направлении, противоположном направлению первичный поток для улучшения поглощения тепла и эффективности. Если и первичная, и вторичная текучие среды текут в одном направлении, это называется «параллельным потоком».Если первичная и вторичная жидкости текут в противоположном направлении, это называется «противотоком». Также внутренняя тепловая трубка может быть либо одной голой трубкой, снабженной ребрами для увеличения площади поверхности, либо многотрубной конструкцией, как показано.

Конструкция плоского пластинчатого теплообменника

Плоские пластинчатые теплообменники — еще один распространенный тип конструкции, обеспечивающий повышенную эффективность для своего размера по сравнению с трубчатыми конструкциями. Плоские пластинчатые теплообменники обеспечивают относительно большую поверхность теплообмена в небольшом пространстве, а также могут работать при более высоких давлениях жидкости.

Плоские пластинчатые теплообменники состоят из множества тонких металлических пластин, соединенных или «уложенных друг на друга», с небольшим пространством между каждой пластиной, чтобы позволить теплоносителю циркулировать, отводя тепло от пластин по мере его прохождения. Эти отдельные пластины обычно соединяются с помощью резиновых прокладок и уплотнений для предотвращения утечки и направления теплоносителей через альтернативные проточные каналы. Другие типы плоских пластинчатых теплообменников включают паяные или сварные теплообменники.

flat plate heat exchanger design flat plate heat exchanger design Поскольку площадь поверхности плоских пластинчатых теплообменников велика, это обеспечивает максимальный контакт между двумя жидкими теплоносителями, что обеспечивает эффективную и действенную теплопередачу. Так же, как и в трубчатой ​​конструкции, поток жидкости двух жидких теплоносителей может быть либо параллельным, либо противотоком, при этом каждая пластина имеет четыре отверстия, служащих впускным и выпускным отверстиями.

Пластинчато-ребристые и трубчато-ребристые теплообменники — это еще один более распространенный тип теплообменников, относящихся к категории «компактных теплообменников».Они состоят из плоских, гофрированных или решетчатых металлических пластин, которые приклеиваются, припаиваются или привариваются к серии плоских, круглых или прямоугольных труб. Этот тип конструкции теплообменника использовался в течение многих лет с отдельными ребрами или пластинчатыми ребрами в самых разных областях применения.

Компактные теплообменники получили свое название от того факта, что их конструкция обеспечивает очень большую тепловую поверхность при небольших физических размерах. Компактность теплообменника обычно выражается в нескольких м. 2 / м 3 физических размеров с плотностью поверхности более 1000 м.

Компактные теплообменники обычно используются в качестве автомобильных радиаторов охлаждения воды и масла, в системах кондиционирования воздуха, в системах рекуперации технологического и отходящего тепла, преобразования тепловой энергии океана, в геотермальных и солнечных тепловых системах. Фактически везде, где есть потребность в небольшом, компактном, легком, компактном и экономичном теплообменнике.

tubular fin exchanger design tubular fin exchanger design Мы видели, что теплообменник представляет собой механическое устройство, которое используется для передачи тепловой энергии между двумя или более циркулирующими жидкостями при разных температурах.Эти жидкости обычно разделены некоторой формой поверхности теплопередачи, будь то трубчатая, плоская или оребренная конструкция. Теплообменники обычно классифицируются в зависимости от их конструкции, компактности и способа передачи тепла от первичной жидкости к вторичной.

Теплообменники обычно используются на транспорте, в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, в технологических процессах, в энергетике, рекуперации тепла, возобновляемых источниках энергии и в других подобных приложениях. Типы теплообменников, обычно используемых в нашей повседневной жизни, включают автомобильные радиаторы и охладители, кондиционеры, геотермальные испарители и конденсаторы.

Технология и дизайн теплообменников прошли долгий путь на протяжении многих лет, и наблюдается устойчивый прогресс в уменьшении размеров и компактности радиаторов, чиллеров, испарителей и конденсаторов для повышения эффективности преобразования.

Компактные теплообменники становятся все более стандартными и имеют большую удельную поверхность теплообмена на единицу объема, превышающую 800 м 2 / м 3 . В компактных теплообменниках две жидкости обычно движутся перпендикулярно друг другу, при этом первичная жидкость является жидкостью, а вторичная жидкость — нагнетаемым воздухом.Конечно, тепловые характеристики любого теплообменника со временем будут ухудшаться в результате накопления грязи и отложений на теплопередающих поверхностях, поскольку слой отложений представляет собой дополнительное сопротивление передаче тепла.

.

Теплообменник | преобразование энергии

Теплообменник , любое из нескольких устройств, передающих тепло от горячей к холодной жидкости. Во многих инженерных приложениях желательно повышать температуру одной жидкости при охлаждении другой. Это двойное действие экономично достигается за счет теплообменника. Среди его применений — охлаждение одной нефтяной фракции при нагревании другой, охлаждение воздуха или других газов водой между стадиями сжатия и предварительный нагрев воздуха для горения, подаваемого в топку котла, с использованием горячего дымового газа в качестве теплоносителя.Другие применения включают передачу тепла от металлов к воде на атомных электростанциях и рекуперацию тепловой энергии из выхлопных газов газовой турбины путем передачи тепла сжатому воздуху на его пути к камерам сгорания. Теплообменники широко используются на электростанциях, работающих на ископаемом топливе и атомных электростанциях, в газовых турбинах, системах отопления и кондиционирования воздуха, холодильной и химической промышленности. Устройствам дают разные имена, когда они служат для специальных целей. Таким образом, котлы, испарители, пароперегреватели, конденсаторы и охладители могут считаться теплообменниками.

Теплообменники изготавливаются с разной схемой протока и в разном исполнении. Возможно, самым простым является теплообменник с концентрической трубкой или двухтрубным теплообменником, показанный на рис. 1, в котором одна труба помещается внутри другой. Входной и выходной каналы предусмотрены для двух жидкостей. На схеме холодная текучая среда течет через внутреннюю трубу, а теплая текучая среда в том же направлении через кольцевое пространство между внешней и внутренней трубами. Такое расположение потока называется параллельным потоком.Тепло передается от теплой жидкости через стенку внутренней трубы (так называемую поверхность нагрева) к холодной жидкости. Теплообменник также может работать в противотоке, в котором две жидкости текут параллельно, но в противоположных направлениях. Концентрические трубчатые теплообменники изготавливаются несколькими способами, например, в виде змеевика или в виде прямых секций, размещенных рядом и соединенных последовательно.

Рисунок 1: Принцип работы теплообменника с параллельным потоком Encyclopædia Britannica, Inc.

Самым распространенным типом теплообменника является кожухотрубный теплообменник, показанный на рисунке 2.В нем используется пучок трубок, по которым протекает одна из жидкостей. Эти трубки заключены в кожух с приспособлениями для протекания другой жидкости через промежутки между трубками. В большинстве конструкций этого типа свободная жидкость течет примерно перпендикулярно трубкам, содержащим другую жидкость, в так называемом перекрестном потоке. В ядерных реакторах топливные стержни могут заменять трубки, а охлаждающая жидкость, текущая вокруг стержней, отводит тепло, выделяемое в процессе деления.

Рис. 2: Поперечный поток теплообменника кожухотрубного типа Encyclopædia Britannica, Inc..

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о