Теплообменник что это такое


Виды теплообменников

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.

www.teploprofi.com

Какие бывают виды теплообменников (теплообменных аппаратов)?

В современном мире уже созданы десятки разнообразных инженерных решений, которые решают большое количество бытовых проблем. Особенно важным является вопрос поддержания оптимальной температуры в доме, на производстве и в других условиях, поэтому и были изобретены теплообменники.

Что такое теплообменник? Это теплообменное оборудование, которое передает энергию тепла от одного объекта или среды другому. Подобные инженерные хитрости широко применяются для нагрева воды или воздуха в быту, однако некоторые виды теплообменников используются действительно уникально.

Какие бывают теплообменники (теплообменные аппараты)?

Основные типы теплообменников по принципу действия могут подразделяться на несколько видов, среди которых классификация по механизму обмена тепловой энергии. Первый тип называется поверхностным, так как среды с различной температурой отделены друг от друга тонкими стенками и кожухом емкостей. Оборудование поверхностного вида подразделяется на:

• рекуперативные, где теплообмен выполняется через тонкие стенки контуров, а направленность потока постоянное;

• регенеративные, где направленность потока изменяется.

Другим менее популярным вариантом является смесительный теплообменный аппарат, в котором жидкости или газы непосредственно смешиваются друг с другом. Практика показывает, что зачастую производители отдают предпочтение именно первому варианту, так как им важно сохранить химическую «чистоту» жидкости. Также существуют направления промышленности, где используются теплообменники смесительные достаточно активно. Они особенно популярны в тех процессах, где состав сред имеет похожий состав.

Основные виды теплообменников (теплообменных аппаратов)

Инженеры старались создать все новые типы теплообменных аппаратов, так как зачастую для каждой промышленности или даже задачи требовалось абсолютно новое устройство теплообменника. Многие специалисты отмечают, что основные виды теплообменников состоят из четырех категорий: пластинчатый, кожухотрубный, витой и спиральный.

Пластинчатые теплообменники - это конструкция из большого количества пластин с гофрированным рисунком, изготовленных из нержавеющей стали. Они разделены уплотнениями, установленные без применения клеевых смесей, но позволяющие плотно прилегать друг к другу. Прокладки обеспечивают абсолютную герметичность и не допускают смешивания сред. Пластины, за счет своего малого размера и геометрическому строению, обеспечивают высокие показатели КПД. В свою очередь, пластинчатые теплообменники подразделяются на разборный, паяный (пластины скреплены при помощи пайки и не используются уплотнения), сварной или полусварной тип (соединены с помощью сварных швов).

Кожухотрубный теплообменник стал самым популярным из-за простоты своей конструкции. Они выполняются в виде устройства с большим количеством трубочек, которые собираются в единый пучок, а затем дополнительно покрываются изолирующим кожухом. Их можно встретить практически в каждой холодильной установке, испарителе, подогревателе и тому подобных устройствах. К сожалению, большие размеры и низкий КПД стали причиной изобретения новых типов теплообменников.

Витой теплообменник - это аппарат, в котором жидкости циркулируют по двум пространствам: внутри трубок и между ними. Их высокая энергоэффективность позволяет применять их морозильных камерах.

Спиральные теплообменники - разновидность теплообменников, имеющая форму спирали, что ясно из названия. Их основным преимуществом является возможность использовать их для нагрева вязких, агрессивных и неоднородных веществ.

Заказать теплообменник сейчасРасчет и подбор за 15 минут

Самыми популярными среди остальных стали пластинчатые теплообменники, благодаря малогабаритности, лёгкой чистке, быстрой сборке и с минимальным гидравлическим сопротивлением. В структуру аппаратов входят концевые камеры, стяжные шпильки, стойки для крепления и пластины с резиновыми прокладками, разделённых между собой. Производятся пластины из тонких листов стали. Герметичность оборудования сравнительно с окружающей средой достигается с помощью уплотнений. Они также не допускают смешивание сред, участвующих в процессе теплообмена, которые присоединяются к поверхности пластин. Направление рабочей среды может протекать одновременно по потоку и против него, так и по отдельности

Пластины устанавливаются одна за другой с поворотом на 180 градусов, создавая пакет из четырёх коллекторов, которые подводят и отводят жидкость. Крайние пластины не принимают участия в ходе теплообмена.

Принцип работы пластинчатого теплообменника

Работает теплообменник по перекрёстной схеме. Секции по очереди наполняются подогреваемой и остужаемой средой. Посредством пластин совершается теплообмен. Уплотнители различной формы обеспечивают заполнение секций.

Пластинчатые теплообменные аппараты организованы таким образом, что среды перемещаются навстречу друг другу: охлаждаемая выходит снизу и выходит в верхний патрубок, а нагревающая наоборот. Подобным образом действует похожие аппараты. Отличается только модель для ГВС тем, что средой, проходящей через корпус, может быть только вода.

Сферы применения теплообменников (теплообменных аппаратов)

Основные виды теплообменников применяются практически в каждой сфере человеческой деятельности, однако чаще всего они встречаются:

Нефтегазовая индустрия. Для нагрева или охлаждения до оптимальной температуры нефти, пара, вязких жидкостей, газа, кислот, щёлочей.

Металлургия. Для уменьшения температуры, производимого печами и гидравлическими устройствами, применяется теплообменное оборудование, выступающее в роли охладителя.

Пищевая промышленность. При производстве пищевых и спиртосодержащих продуктов применяют теплообменники, которые осуществляют пастеризацию, охлаждение и возможное испарение произведённых продуктов.

Судостроение. В морском деле теплообменник отвечает за охлаждение двигателя и всей центральной системы. Рабочей средой может применяться морская вода. Также теплообменные аппараты используются для работы отопления и ГВС на крупных суднах.

ЖКХ. В бытовых условиях для подогрева воздуха или воды, в системах тёплого пола, геотермальном отоплении и для рекуперации тепла используются пластинчатые теплообменники. Работают при температуре до 150оC и при давлении до 16кПа.

Подобрать необходимый теплообменник под Ваш объектПредоставим цену дилера, доставка по РФ и Казахстану в срок

Обращайтесь к нам! Квалифицированные инженеры компании «Комплексное снабжение» произведут грамотный расчет любого вида теплообменника и подберут оптимальный вариант по соотношению цена-качество. На все оборудование предоставляем официальную гарантию.

Свяжитесь с нами по удобному Вам способу: 8-804-333-71-04 (звонок бесплатный), или же напишите на электронную почту [email protected]

С наиболее полной информацией о теплообменном оборудовании Вы всегда можете ознакомиться на нашем сайте

Какие бывают виды теплообменников в pdf

sn22.ru

Теплообменные аппараты: виды, устройство, принцип работы

Теплообменник – техническое устройство, предназначенное для передачи тепла между нагретой средой и холодной. Чаще всего теплообмен осуществляется через элементы конструкции аппарата, хотя встречаются агрегаты, принцип действия которых основан на смешении двух сред.

Области применения теплообменных аппаратов:

  • системы отопления;
  • металлургия;
  • энергетика;
  • тепловые пункты;
  • химическая и пищевая промышленности;
  • системы кондиционирования и вентилирования воздуха;
  • коммунальное хозяйство;
  • атомная и холодильная отрасли.

Виды теплообменных аппаратов

Теплообменные аппараты подразделяются на несколько групп в зависимости от:

  • типа взаимодействия сред (поверхностные и смесительные);
  • типа передачи тепла (рекуперативные и регенеративные);
  • типа конструкции;
  • направления движения теплоносителя и теплопотребителя (одноходовые и многоходовые).

Наиболее наглядно классификация теплообменных аппаратов представлена на следующем изображении (если нужно увеличить картинку, то просто кликните по ней):

Рис. 1. Виды устройств теплообменников в зависимости от принципа работы

По типу взаимодействия сред

Поверхностные

Теплообменные аппараты данного вида подразумевают, что среды (теплоноситель и теплопотребитель) между собой не смешиваются, а теплопередача происходит через контактную поверхность – пластины в пластинчатых теплообменниках или трубки в кожухотрубных.

Смесительные

Кроме поверхностных теплообменников используются агрегаты, в основе эксплуатации которых лежит непосредственный контакт двух веществ.

Наиболее известным вариантом смесительных теплообменников являются градирни:

Рис. 2. Градирни – один из видов смесительных ТО

Градирни используются в промышленности для охлаждения больших объемов жидкости (воды) направленным потоком воздуха.

К смесительным теплообменникам относятся:

  • паровые барботеры;
  • сопловые подогреватели;
  • градирни;
  • барометрические конденсаторы.

По типу передачи тепла

Рекуперативные

В данном виде устройств теплопередача происходит непрерывно через контактную поверхность. Примером такого теплообменного аппарата является пластинчатый разборный теплообменник.

Регенеративные

Отличаются от рекуператоров тем, что движение теплоносителя и теплопотребителя имеют периодический характер. Основная область применения таких установок – охлаждение и нагрев воздушных масс.

Установки с подобным типом действия нужны в многоэтажных офисных зданиях, когда теплый отработанный воздух выходит из здания, но его энергию передают свежему входящему потоку.

Рис. 3. Регенеративный теплообменник

На изображении видно, как в теплообменник поступают 2 потока: горячий (I) и холодный (II). Проходя через коллектор 1, горячая среда нагревает гофрированную ленту, свернутую в спираль. В это время через коллектор 3, проходит холодный поток.

Спустя какое-то время (от нескольких минут до нескольких часов), когда коллектор 1, заберет достаточное количество тепла (точное время зависит от тех. процесса), крыльчатки 2 и 4 поворачиваются.

Таким образом изменяется направление потоков I и II. Теперь холодный поток идет через коллектор 1 и забирает тепло.

По типу конструкции

Вариаций конструкций теплообменных аппаратов очень много. Их выбор и подбор конкретной модели зависит от большого количества условий эксплуатации и технических характеристик:

  • мощность теплообменника;
  • давление в системе;
  • тип сред (агрессивные или нет);
  • рабочие температуры;
  • прочие требования.

Подробную классификацию типов конструктивов теплообменных аппаратов можно посмотреть выше на Рис. 1.

По направлению движения сред

Одноходовые теплообменники

В данном виде агрегатов теплоноситель и теплопотребитель пересекают внутренний объем теплообменника однократно по кратчайшему пути. Наглядно это показано в следующем видео:

Подобная схема движения в ТО используется в простых случаях, когда не требуется повышать теплоотдачу от теплоносителя хладогенту. Кроме того, одноходовые теплообменники требуют более редкого обслуживания и промывки, так как на внутренних поверхностях скапливается меньше отложений и загрязнений.

Многоходовые теплообменники

Применяются, когда рабочие среды плохо отдают или принимают тепло, поэтому КПД теплообменного аппарата увеличивают за счет более длительного контакта теплоносителя с пластинами агрегата.

Пример работы двухходового пластинчатого теплообменника представлен в данном видео:

Устройство теплообменника

Как отмечалось выше, конструкции теплообменных аппаратов очень сильно отличаются между собой, поэтому подробно о каждой из них будет рассказано в следующих статьях.

В качестве примера можно рассмотреть пластинчатый разборный теплообменник, как наиболее современный и вытесняющий старые поколения теплообменных аппаратов: кожухотрубные (кожухотрубчатые), «труба в трубе» и другие виды.

Данный вид ТО состоит из двух главных пластин: подвижной и неподвижной прижимных плит. Обе плиты имеют несколько отверстий.

Отверстия, имеющие входящее и выходящее назначение потоков, надежно укрепляют специальной прокладкой и прочными кольцами спереди и сзади соответственно.

Рис. 4. Устройство РПТО

При монтаже к входным и выходным отверстиям через патрубки подключаются элементы трубопровода. Для соединения могут быть использованы трубы различного диаметра и с разным типом резьбы (современные требования предлагают использовать резьбу ГОСТа №12815 и ГОСТа №6357). Оба вида имеют прямую зависимость от устройства и его вида.

Посередине между прижимными плитами размещается множество пластин. Толщина пластин находится в пределах всего 0,5 мм, изготавливаются они, только из нержавеющей стали или титана с помощью метода холодной штамповки.

Все слои пластин перемежаются тонкой специальной уплотнительной резиной, которая устанавливается между всеми слоями пластин. Материал резины обладает заметной повышенной устойчивостью к высоким температурам, благодаря которой рабочие каналы становятся полностью герметичными.

Прямые направляющие снизу и сверху обеспечивают фиксацию пакета пластин, а также являются направляющими при сборке агрегата. Пластины сжимаются до необходимого размера при помощи затяжных гаек.

Внутреннее расположение пластин выбрано не случайно, каждая пластина через одну повернута на 180° относительно, рядом расположенных, соседних пластин. Благодаря данному устройству теплообменного аппарата входящее канальное отверстие имеет двойное уплотнение.

Наглядно устройство пластинчатого теплообменника, его сборку и принцип действия можно посмотреть в данном видео:

Принцип работы теплообменника

Передняя и задняя плита имеют отверстия, которые подключаются к трубопроводу. По ним теплоноситель и теплопотребитель поступают внутрь агрегата. 

Рис. 5. Движение сред внутри пакета пластин

Пристенный слой гофрированного типа, в условиях потока, имеющего большую скорость, начинает постепенно набирать турбулентность. Каждая среда перемещается на встречу друг другу с разных сторон пластины, чтобы избежать смешения.

Параллельно расположенные пластины формируют рабочие каналы. Перемещаясь по всем каналам, каждая среда производит тепловой обмен и покидает внутренние пределы оборудования. Это означает, что все пластины являются самым важным элементом среди всех деталей теплообменника.

Потоки внутри пластинчатого теплообменника могут идти по одноходовым и многоходовым схемам в зависимости от технических характеристик и условий решаемой задачи:

Рис. 6. Схемы движения теплоносителей в пластинчатом разборном теплообменнике в зависимости от принципа работы

Заключение

В данной статье вы смогли ознакомиться с видами теплообменников, их назначением, сферами применения. В следующей статье мы подробно рассмотрим пластинчатые теплообменники - в чем их особенность, какие виды существуют и как они отличаются между собой, поэтому подписывайтесь на e-mail рассылку и новости в соцсетях, чтобы не пропустить их.

Стоит помнить, что в настоящее время кожухотрубные (кожухотрубчатые) теплообменники активно вытесняются пластинчатыми, поскольку последние более универсальны и просты в обслуживании.

Если вам нужно подобрать теплообменник под свою задачу, то вы можете посмотреть модели, которые поставляет наша компании в соответствующих разделах каталога.

Если же у вас возникают трудности, то свяжитесь с нашими инженерами или заполните форму в разделе: Подбор теплообменника онлайн

proteplo.org

Теплообменные аппараты

Теплообменный аппарат или теплообменник – это техническое устройство, в котором физический принцип передачи тепла от теплой среды к холодной без применения внешней энергии, превращен в технологический процесс. Он не является самостоятельным прибором и применяется в комплексе с другим тепловым оборудованием, поэтому должен соответствовать ему по параметрам.

Современные модели теплообменников характеризуются высоким уровнем безопасности, производительностью, минимальными потерями тепловой энергии в рабочем процессе, сниженными затратами теплоносителя и его циркуляции. Эти аппараты изготавливаются из новейших материалов, которые стойки к разрушительному коррозийному воздействию, что значительно увеличивает их ресурс. Чтобы понять работу этих устройств, рассмотрим теплообменный процесс.

Понятие теплообмена

Теплообмен представляет собой необратимый физический процесс, когда тепло передается от горячих тел или сред к холодным. На этом физическом законе базируется функционал теплообменного аппарата. Процесс происходит естественно, без совершения какой-либо работы над телом или средой. Он заканчивается, когда разницы температуры выравниваются. Теплообмен осуществляется 3-мя способами:

  • За счет теплопроводности. В этом случае теплота переходит от одного тела к другому при контакте. Материалы, в частности нержавеющие стали, характеризуются разной способностью проводить тепло. Большими показателями характеризуется металлы, кроме свинца и ртути. Тепловой обмен осуществляется во взаимодействии молекул одного вещества с другим. Интенсивность теплообмена измеряется коэффициентом теплопроводности k, который лежит в диапазоне от k = 600…2000 (Вт/м2K) для вязких сред (например, сахарный сироп) до k = 2000…7000 (Вт/м2K) для воды.
  • Излучением. Это электромагнитные волны, которые испускает вещество при нагревании до конкретных температурных значений. Эту энергию испускают любые тела, в том числе и биологические организмы. Чем выше температурные показатели у вещества, тем большие параметры у излучения. Эта энергия частично улавливается другими телами и частично отбрасывается. Темные предметы интенсивней поглощают тепловое излучение, светлые – больше отражают. Теплообмен излучением играет малозаметную роль и в программах по расчету теплообменников, как правило, не учитывается.
  • Конвекция – это тип теплообмена, при котором выполняются обменные процессы тепловой энергии в потоках газообразных веществ и жидкостей. В твердых веществах конвекция не происходит. Конвекция бывает двух видов: естественная и вынужденная. Первая возникает при неоднородном разогреве. Вынужденный процесс происходит, когда газ или жидкость принудительно перемешиваются. На вынужденном принципе базируется работа теплообменных аппаратов.

Определение и классификация

Теплообменные аппараты – это технологические устройства, которые выполняют передачу тепла межу двумя средами. Установки различаются по принципу действия на два типа:

  • Рекуператоры. В этих устройствах теплоносители отделены друг от друга стенкой. К ним относится большинство современных, в том числе теплообменники для горячего водоснабжения.
  • Регенераторы. В этих аппаратах среды, между которыми происходит теплообмен, поочередно касаются одной и той же поверхности. По регенеративному принципу тепло накапливается в твердом веществе во время контакта с горячим носителем и отдается холодному.

Теплообменник работает и на нагрев, и на охлаждение. Этот фактор расширяет сферы применения установок. Теплообменные устройства применяются:

  • в коммунальном хозяйстве;
  • на нефтеперерабатывающих, нефтяных, химических предприятиях;
  • в энергетической отрасли;
  • на пищевых и фармацевтических комбинатах;
  • в газовой промышленности.

Конкретная модель выбирается в зависимости от условий предстоящей эксплуатации. Разработаны такие аппараты, которые помимо теплообмена выполняют смежные функции. Теплообменные установки, действующие на рекуперативном принципе, подразделяются на виды по направлению движения среды:

  1. прямоточные;
  2. параллельное движение по одну маршруту;
  3. противоточные (наиболее часто встречаются в пластинчатых теплообменниках);
  4. противоточные, при встречном параллельном движении.

Устройство, принцип работы простейшего теплообменника

Теплообменные аппараты различаются устройством, но работают на одном принципе. Чтобы понять его, рассмотрим конструкцию простейшей установки. Элементарный прибор – это емкость с кожухом, охлаждающим и нагревающим. Рубашка окружает емкость и создает кольцевое пространство, в которое подается жидкость или пар (теплоноситель). Если в кольцевое пространство залить холодную воду, то среда в основной емкости охлаждается. Если рубашка будет наполнена теплоносителем, вещество в основном резервуаре будет нагреваться.

Схемы подключения

Теплообменный технический аппарат подключается к системе тремя способами:

  1. Независимая конфигурация.
  2. Параллельная конфигурация (или 1-ступенчатая) предполагает монтаж оборудования соответственно названию между двумя коммуникациями. Регулировка выполняется 1-им клапаном. Смысл процесса – это постоянное фиксирование заданной температуры. Это простая структура, обеспечивающая хороший теплообмен, но потребляет большие объемы теплоносителя.
  3. Двухступенчатая конфигурация рационально использует тепловую энергию обратного потока. Подготовка жидкости выполняется в группе из 2-х агрегатов. Такой теплообменник называется моноблок, то есть 2 пластинчатых теплообменника, изготовленные на одной раме. Первая ступень теплообмена нагревает воду обратным потоком воды из системы отопления примерно до +40 градусов. Вторая ступень теплообмена продолжает процедуру и доводит показатели температуры воды до +60 градусов, что соответствует общепринятому нормативу по температуре ГВС. В этом случае между теплообменными аппаратами может быть установлено любой тип соединения. Этот способ характеризуется низким расходом теплоносителя – до 40% за счет использования оставшегося неиспользованным тепла обратного потока системы отопления, и, соответственно, высоким КПД.

Грамотный выбор схемы подключения гарантирует экономичность эксплуатации. Для этого нужно правильно увязать гидравлические режимы горячего водоснабжения и отопления.

Технические характеристики и преимущества теплообменников

Любой теплообменный охладительный или нагревательный аппарат устроен по принципу обмена теплом между средами, но конструкции – различны. Устройства создаются в широком ассортименте. Чтобы правильно сделать выбор, нужно знать:

  • виды устройств;
  • их конструкции;
  • технические и эксплуатационные параметры;
  • назначение.

В различных сферах жизнедеятельности человека наиболее востребованы аппараты рекуперативного типа, они классифицируются по следующим видам:

  • миниканальные;
  • смесительные;
  • погружные;
  • паяные;
  • поверхностные;
  • оросительные;
  • пластинчатые;
  • ребристые;
  • кожухотрубные и прочие.

Пластинчатые аппараты высоко популярны, в сравнении с другими конструкциями. Они производительны, безопасны, надежны и относительно дешевы в изготовлении и эксплуатации. Это проточные установки. Они представляют собой пластины, собранные в пакет пластин, между которыми формируются нагревающий и нагреваемый каналы. Пакет пластин устанавливается в раму с рабочим давлением 10, 16 или 25 бар.

Потоки разделены стенками, поэтому перемешивание сред исключается. От качества прокладочного материала, числа пластин в пакете, размеров и формы зависят условия, в которых будет эксплуатироваться устройство. Базовые эксплуатационные параметры теплообменников:

  • габариты установки;
  • диапазон температур;
  • вид исполнения;
  • материалы, из которых выполняются базовые элементы;
  • номинальное давление;
  • расходы теплоносителя.

Правильный выбор – это первый критерий надежной работы систем. Как и всякая техника, нуждаются в техническом обслуживании, замене расходных материалов, текущем ремонте. Особенностью ухода за теплообменным оборудованием является промывка внутренних стенок пластин. Поскольку внутри конструкции циркулируют горячие среды, при температуре выше +40 градусов образуются посторонние вещества: накипь, ржавчина, а также возможно образование химических соединений. Они осаждаются на стенках и мешают передаче тепла, то есть снижают коэффициенты теплопередачи.

Для сохранения работоспособности оборудования на протяжении всего срока эксплуатации, необходима регулярная промывка системы отопления, охлаждения и подачи горячей воды. Разработаны и используются несколько технологий очистки, но лучшие результаты показывает химический метод (безразборным или разборным способами). Промывку выполняют либо согласно графику регламента, либо при появлении признаков засора.

Выводы

Теплообменный аппарат – это надежная, производительная и безопасная установка. Еще недавно считали импортное оборудование более безопасным и долговечным, но теперь пластинчатые теплообменники российского производства ничем не уступают аналогам зарубежного производства, но реализуются по разумным ценам.

Наша компания реализует теплообменные установки любого типа и производства. Поставки выполняются в любой регион России. Продукция сертифицирована, соответствует техническим нормативам РФ и сопровождается гарантиями. Наши менеджеры с помощью инженерных расчетов помогут вам грамотно подобрать модель для конкретных условий эксплуатации.

www.e8company.ru

Разновидности теплообменников для отопления: как разобраться в них и выбрать нужный?

Теплообменник — неотъемлемый элемент системы отопления, в котором происходит процесс обмена теплом между несколькими средами.

Существует несколько разновидностей теплообменников.

Facebook

Twitter

Google+

Vkontakte

Odnoklassniki

Устройство представляет собой 2 плиты: одна из них статическая, а другая — подвижная. Обе они с отверстиями, между которыми зафиксированы загерметизированные прокладками пластины.

Суть принципа работы такого прибора в том, что пластины гофрированного типа образуют каналы, по которым циркулирует жидкость. Повышение коэффициента переданного тепла от её прогретой части к холодной возникает за счёт увеличения площади контакта.

В пристенном слое гофрированного типа со временем образуется процесс турбулентности. По разным сторонам одной пластины происходит перемещение отдельной среды. Такой способ движения предотвращает их перемешивание.

Прогрев обеих сред возникает вследствие присоединения устройства к трубопроводу. После того как среда закончит своё прохождение по всем каналам, она покинет теплообменник.

Такое оборудование делает возможным:

  • эксплуатировать при необходимости полученного от носителя энергии вторичного тепла для бытовых нужд;
  • применять остаточное тепло при поступлении электроэнергии;
  • формировать необходимый температурный режим для проведения химических процессов;
  • удерживать температурный режим теплоносителя на установленном уровне в бытовых отопительных системах.

Виды

Существуют следующие виды теплообменников.

Смесительные водяные

Представляют собой приборы, в которых тепло передаётся через непосредственный контакт двух сред: горячей и холодной.

Суть действия такого теплообменника в том, что в специальной камере соединяются жидкость и пар, скорость которого при этом превышает сверхзвуковое значение.

Разгоняет его до такого показателя расчётное сопло. За счёт такого смешивания и происходит прогрев жидкости и паровая конденсация, а теплоноситель требуемой температуры циркулирует по системе отопления.

Камера прибора предусматривает наличие конденсационного вакуума. Работа теплообменника этой разновидности возможна даже при условии малого парового давления.

Поверхностные

Конструкция таких приборов представлена в виде биметаллических труб с алюминиевым оребрением накатного типа.

В этих устройствах происходит процесс обтекания твёрдого покрытия воздухом. Температуры поверхности и воздушного потока отличаются.

Тепловой обмен между средами осуществляется через стенку с нанесённым на неё специальным теплопроводящим материалом. Контура полностью изолированы друг от друга.

Поверхностные теплообменники делятся на 2 типа:

  • регенеративные (направление потока среды имеет свойство меняться);
  • рекуперативные (обмен теплом от одного теплоносителя к другому осуществляется через неплотные стенки контура, при этом направление потока среды остаётся постоянным).
Рекуперативный и его разновидности

Они подразделяются в соответствие с особенностями конструкции и областью применения.

Кожухотрубчатые

Это самые простые устройства. Они состоят из большого числа маленьких трубопроводов, которые спаяны в единый пучок и помещены в кожух. Такие теплообменники довольно громоздкие и занимают много места.

Применяются в испарителях, холодильниках, нагревателях, конденсаторах.

Погруженные

Представляют собой змеевики плоской либо цилиндрической форм, погруженные в ёмкость с жидкостью.

Эти теплообменники считаются неэффективными вследствие того, что с внешней стороны змеевика наблюдается низкий уровень теплоотдачи, а процесс омывания жидкостью проходит в крайне малом количестве.

Справка! Использование погруженного теплообменника будет продуктивным, если жидкость в ёмкости будет закипать или содержать механические дополнения.

Погруженные аппараты применяются в качестве холодильников и конденсаторов, а также для прогрева воды и растворов технологического типа.

Вам также будет интересно:

Приборы этой разновидности представляют собой 2 трубы, расположенные внутри друг друга и имеющие отличные диаметры. Так жидкость, нагрев или охлаждение которой требуется произвести, напрямую контактирует с теплоносителем.

Трубы для теплового обмена зафиксированы вдоль друг друга. За счёт разницы между их диаметрами у теплоносителя не возникает препятствий при его циркуляции.

Применяются такие теплообменники преимущественно в пищевой промышленности, в частности, в виноделии и при производстве молочной продукции.

А также использование таких приборов широко распространено в нефтяной, газовой, химической промышленностях.

Оросительные

Теплообменники этого типа представляют собой прямые трубы, расположенные друг над другом и орошаемые водой с наружной стороны. Они фиксируются с помощью сварки или применения «калачей» на фланцах. Орошающая жидкость идёт через верхний жёлоб, края которого имеют форму в виде зубчиков. Часть жидкости, подаваемой для орошения трубопроводов, испаряется.

Широко распространено использование таких агрегатов в качестве конденсаторов в холодильниках.

Графитовые: что это такое

Теплообменники блочного строения. Все прямоугольные или цилиндрические составляющие прочно зафиксированы специальными резиновыми или тефлоновыми прокладками и крышками.

Внутри этой конструкции происходит движение жидкости по перекрёстной схеме.

Изначально для устранения пористости графита его обрабатывают специальными смолами из формальдегида. Одна или обе среды при этом являются коррозионно-активными.

Важно! Если обе жидкости агрессивные, то обязательно по бокам на прижимные плиты наносятся специальные пластины из графита.

За счёт устойчивого воздействия таких приборов их применение пользуется большой популярностью в химической промышленности.

Пластинчатые воздушные с вентилятором

По своей конструкции делятся на разборные и паяные. Первые имеют большое распространение в силу того, что их можно разбирать и собирать, а при необходимости прочистки и увеличивать их эффективность путём наращивания дополнительных пластин.

Прибор состоит из пластин, между которыми расположены прокладки из резины, 2 концевые камеры, болты для стягивания и рама.

Стальные пластины имеют толщину 0,7 мм, их проточная сторона гофрирована или ребристая.

С целью герметизации процесса теплообмена к пластинами фиксируются прокладки из резины.

Теплоноситель в таких теплообменниках может перемещаться в прямом, обратном направлениях или смешанно.

Применяются такие устройства в отоплении, вентиляции, кондиционировании и холодильных установках. Кроме того, он используется в текстильной, нефтяной, целлюлозно-бумажной и других промышленностях.

Пластинчато-ребристые: принцип работы

Суть конструкции такого теплообменника в том, что есть единая система из раздельных пластин, между которыми расположены ребристые насадки.

Их разновидности представлены в широком диапазоне.

Для грамотной подборки формы каналов для прохождения жидкости, требуется использование различных насадок.

Важно! Применение таких устройств для теплового обмена возможно при температуре неагрессивных жидких и газообразных сред от +200 °C до —270 °C.

Используются эти теплообменники в различных транспортных установках.

Оребрённо-пластинчатые

Их отличие от вышеуказанных видов в том, что в основании конструкции используются оребренные панели с тонкими стенами, сформированные путём высокочастотной сварки.

Все они зафиксированы поочерёдно с возможностью поворота на 90 °C.

Применение таких теплообменников часто встречается как в промышленности (в тепловых технологических процессах), так и в быту (система вентиляции с возвращением тепла).

Спиральные

Бывают горизонтальные и вертикальные. Их конструкция состоит из 2 тонких листов из металла, зафиксированных к керну и загнутых в форме спиралей. Для придания листам дополнительной жёсткости к ним по обеим сторонам с помощью сварки присоединены бобышки дистанции.

У спиральных каналов есть ограничения в виде торцевых крышек. Уплотнения таких проходов производят путём заваривания с одной стороны и уплотнения прокладкой — с другой. По мере её износа происходит заваривание и с другой стороны.

Таким образом, исключается вероятность спешивания теплоносителей.

Используется этот прибор в пищевой, металлургической, целлюлозно-бумажной, горнодобывающей, нефтяной, газовой и других областях промышленности.

Как подобрать теплообменник ЦТП

При выборе важно обращать внимание на основные технические характеристики оборудования:

Толщина и материал пластин

Чем ниже масса прибора, тем выше коэффициент теплоотдачи. При этом важно ориентироваться на рекомендуемую толщину пластин. В основном она варьируется от 0,4 мм до 0,7 мм, подходящий материал — нержавеющая сталь.

Вам также будет интересно:

Давление

Чем меньше этот показатель, тем ниже стоимость агрегата. Чтобы не наблюдалось сбоев в системе отопления, требуется обязательно знать это значение и указать его продавцу при приобретении.

Коэффициент передачи тепла

Это один из главных критериев выбора. Он показывает, какую единицу тепла способно передать устройство за определённое время от нагретой среды к холодной через площадь 1 кв. м. и разницу температур 1 К.

Для увеличения теплопередачи требуется меньшее количество пластин. Стоимость у такого теплообменника будет ниже. У оборудования с высокой ценой

Справка! При усилении потока возрастает и потребность в большом количестве чисток за счёт образования отложений.

Рекомендуемый и оптимальный коэффициент тепловой передачи — 7000 Вт/кв. м*К.

Масса

Вес теплообменника напрямую зависит от того, из какого материала он изготовлен. Прежде чем приобретать прибор, требуется определить, сколько места под него есть. При малых площадях лучше воздержаться от крупногабаритного оборудования.

Запас поверхности для теплообмена

У качественного агрегата этот показатель составляет 10—15%, в противном случае его работа не будет эффективной, так как малейший недогрев до установленной температуры или загрязнение приведут к прекращению рабочего процесса.

Помимо вышеуказанных параметров, также стоит учитывать количество тепловых потерь, основные свойства теплоносителя, характеристики труб для обмена теплом.

Типы и материалы

Разновидность теплообменника подбирается исходя из его целевого назначения и применяемого теплоносителя.

Самыми надёжными и долговечными считаются приборы из чугуна. Они не боятся коррозии и обладают высокой теплоёмкостью.

Минусы: крупногабаритность и медленная перестройка под заданное колебание температур. Они занимают достаточно много места.

У стальных агрегатов ощутимее ниже цена, но и уровень эффективности тоже занижен.

Самые распространённые — теплообменники из меди. У них высокий коэффициент теплопроводности, технологичности.

Для увеличения продолжения срока эксплуатации такие приборы с наружной стороны покрываются специальным защитным слоем.

Стальные теплообменники самые дешёвые, подвержены коррозии и имеют большой вес.

Популярные производители: фото

Все производители агрегатов дают гарантию на свою продукцию от 6 месяцев до 1 года.

Большим спросом пользуется продукция следующих фирм:

  • Sondex;

    Фото 1. Пластинчатый теплообменник, резьбовое соединение, толщина пластин 0,5 мм, производитель - «Sondex», Дания.

  • Ридан;
  • Alfa Laval;

    Фото 2. Пластинчатый теплообменник модели AQ2S, гофрированная поверхность пластин, производитель - «Alfa Laval».

  • Gea Машимпэкс;
  • Danfoss;

    Фото 3. Паяный пластинчатый теплообменник модели XB 04-1-8, изготовлен из кислотостойкой нержавеющей стали, производитель - «Danfoss».

  • Funke;
  • Этра.

Ознакомьтесь с видео, в котором рассказывается, как устроены кожухотрубные теплообменники.

Признаки засорённости

  • низкий напор горячей воды;
  • под кожухом скапливается и сыпется сажа;
  • после включения происходит быстрое отключение горелки;
  • плохой прогрев воды;

    Важно! Прежде чем начинать процесс очистки теплообменника необходимо убедиться, что исправны остальные элементы отопительной системы.

  • постоянное срабатывание тепловой защиты.
Оцени статью:

Будь первым!

Средняя оценка: 0 из 5. Оценили: 0 читателей.

Поделись с друзьями!

Facebook

Twitter

Google+

Vkontakte

Odnoklassniki

ogon.guru

Теплообменный аппарат. Виды, устройство, классификация теплообменников.

Теплообменный аппарат (теплообменник) — это устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя или несколькими средами. Устройства, в которых между средами происходит массообмен, называют массообменными аппаратами. Аппараты, в которых одновременно протекают тепло- и массообмен, называют тепломассообменными. Движущиеся среды, обменивающиеся теплотой или применяемые для передачи теплоты от более нагретых тел и веществ к менее нагретым, называют теплоносителями.

Наибольшее распространение в тепломассообменных и теплотехнологических установках получили следующие процессы: нагревание, охлаждение, конденсация, выпаривание, сушка, дистилляция, плавление, кристаллизация, затвердевание. По потенциалу теплоносителя теплотехническое оборудование можно разделить на низкотемпературное, среднетемпературное и высокотемпературное. К высокотемпературным установкам относятся промышленные печи, им соответствуют рабочие температуры в пределах 400...2000 °С. Низко- и среднетемпературное оборудование представляет собой теплообменные аппараты, установки для тепловлажностной обработки и сушки материалов и изделий, установки утилизации тепла и пр. Рабочий диапазон среднетемпературных процессов и установок находится, как правило, в пределах 150...700 °С. Процессы с более низкими температурами, до -150 °С, называют криогенными.

Изучение тепло- и массообменных процессов и установок дает возможность правильно осуществлять выбор теплоиспользующего оборудования для решения вопросов по экономии энергоресурсов на промышленных объектах, а это является одной из задач в работе инженера-энергетика.

1. Классификация теплообменного оборудования предприятий

Теплообменными аппаратами называются устройства, предназначенные для обмена теплотой между греющей и обогреваемой рабочими средами. Последние принято называть теплоносителями. Теплообменные аппараты различают по назначению, принципу действия, фазовому состоянию теплоносителей, конструктивным и другим знакам [3].

По назначению теплообменные аппараты делятся на подогреватели, испарители, конденсаторы, холодильники и т. д.

По принципу действия теплообменные аппараты могут быть разделены на рекуперативные, регенеративные и смесительные.

Рекуперативными называются такие аппараты, в которых тепло от горячего теплоносителя к холодному передается через разделяющую их стенку. Примером таких аппаратов являются паровые котлы, подогреватели, конденсаторы и др.

Регенеративными называются такие аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева омывается то горячим, то холодным теплоносителем. При протекании горячей жидкости тепло воспринимается стенками аппарата и в них аккумулируется, при протекании холодной жидкости это аккумулированное тепло ею воспринимается. Примером таких аппаратов являются регенераторы мартеновских и стеклоплавильных печей, воздухоподогреватели доменных печей и др.

В рекуперативных и регенеративных аппаратах процесс передачи тепла неизбежно связан с поверхностью твердого тела. Поэтому такие аппараты называются также поверхностными.

В смесительных аппаратах процесс теплопередачи происходит путем непосредственного соприкосновения и смешения горячего и холодного теплоносителей. В этом случае теплопередача протекает одновременно с материальным обменом. Примером таких теплообменников являются башенные охладители (градирни), скрубберы и др.

Если участвующие в тепломассообмене горячий и холодный теплоносители перемещаются вдоль поверхности нагрева в одном и том же направлении, тепломассообменный аппарат называют прямоточным, при встречном движении теплоносителей и сред — противоточным, а при перекрестном движении — перекрестноточным. Перечисленные схемы движения теплоносителей и сред в аппаратах называют простыми. В том случае, когда направление движения хотя бы одного из потоков по отношению к другому меняется, говорят о сложной схеме движения теплоносителей и сред.

2. Виды и свойства теплоносителей

В качестве теплоносителей в зависимости от назначения производственных процессов могут применяться: водяной пар, горячая вода, дымовые и топочные газы, высокотемпературные и низкотемпературные теплоносители.

Водяной пар как греющий теплоноситель получил большое распространение вследствие ряда своих достоинств:

1. Высокие коэффициенты теплоотдачи при конденсации водяного пара позволяют получать относительно небольшие поверхности теплообмена.

2. Большое изменение энтальпии при конденсации водяного пара позволяет расходовать малое его массовое количество для передачи сравнительно больших количеств теплоты.

3. Постоянная температура конденсации при заданном давлении дает возможность наиболее просто поддерживать постоянный режим и регулировать процесс в аппаратах.

Основным недостатком водяного пара является значительное повышение давления в зависимости от температуры насыщения.

Наиболее часто употребляемое давление греющего пара в теплообменниках составляет от 0,2 до 1,2 МПа. Теплообменники с паровым обогревом для высоких температур получаются очень тяжелыми и громоздкими по условиям обеспечения прочности, имеют толстые фланцы и стенки, весьма дороги и поэтому применяются редко.

Горячая вода получила большое распространение в качестве греющего теплоносителя, особенно в системах отопления и вентиляционных установках. Подогрев воды осуществляется в специальных водогрейных котлах или водонагревательных установках ТЭЦ и котельных. Достоинством воды как теплоносителя является сравнительно высокий коэффициент теплоотдачи

Дымовые и топочные газы как греющая среда применяются обычно на месте их получения для непосредственного обогрева промышленных изделий и материалов, если физико-химические характеристики последних не изменяются при взаимодействии с сажей и золой.

Достоинством топочных газов является возможность нагрева ими материала до весьма высоких температур. Однако оно не всегда может быть использовано вследствие трудности регулировки и возможности перегрева материала. Высокая температура топочных газов приводит к большим тепловым потерям. Газы, покидающие топку с температурой выше 1000 °С, доходят до потребителя с температурой не выше 700 °С, так как осуществить удовлетворительную термоизоляцию при таком высоком уровне температур достаточно трудно.

К недостаткам дымовых и топочных газов при использовании их в качестве теплоносителя можно отнести следующее:

1. Малая плотность газов, которая влечет за собой необходимость получения больших объемов для обеспечения достаточной теплопроизводительности, что приводит к созданию громоздких трубопроводов.

2. Вследствие малой удельной теплоемкости газов их необходимо подавать в аппараты в большом количестве с высокой температурой; последнее обстоятельство вынуждает применять огнеупорные материалы для трубопроводов. Прокладка таких газопроводов, а также создание запорных и регулирующих приспособлений по тракту течения газа связаные с большими трудностями.

3. Вследствие низкого коэффициента теплоотдачи со стороны газов теплоиспользующая аппаратура должна иметь большие поверхности нагрева и поэтому получается весьма громоздкой.

К высокотемпературным теплоносителям относятся: минеральные масла, органические соединения, расплавленные металлы и соли. Низкотемпературные теплоносители — это вещества, кипящие при температурах ниже 0 °С. К ним относят: аммиак, двуокись углерода, сернистый ангидрид, фреоны.

3. Рекуперативные теплообменные аппараты

Рекуперативные теплообменные аппараты — это установки, работающие в периодическом или в стационарном тепловом режиме. Аппараты периодического действия обычно представляют собой сосуды большой вместимости, которые через определенные промежутки времени заполняют обрабатываемым материалом или одним из теплоносителей, нагревают или охлаждают его, а затем удаляют. В стационарном режиме работают, как правило, аппараты непрерывного действия. Конструкции современных рекуперативных теплообменных аппаратов весьма разнообразны и предназначены для работы с теплоносителями типов жидкость-жидкость, пар-жидкость, газ-жидкость.

Значительно чаще используются теплообменные аппараты непрерывного действия, среди которых наибольшее распространение получили кожухотрубчатые теплообменники (рис. 1). Кожухотрубные теплообменники представляют собой аппараты, выполненные из пучков труб, скрепленных при помощи трубных решеток и ограниченных кожухами и крышками. Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из них разделено перегородками на несколько ходов.

В кожухотрубчатых теплообменниках обычно применяют трубы внутренним диаметром не менее 12 мм и не более 38 мм, так как при увеличении диаметра труб значительно снижается компактность теплообменника и возрастает его металлоемкость.

Длина трубного пучка колеблется от 0,9 до 5...6 м. Толщина стенки труб — от 0,5 до 2,5 мм. Трубные решетки служат для закрепления в них труб при помощи развальцовки, запайки или сальниковых соединений. Кожух аппарата представляет собой цилиндр, сваренный из одного или нескольких стальных листов. Он снабжен фланцами, к которым болтами крепятся крышки. Толщина стенки кожуха определяется максимальным давлением рабочей среды и диаметром аппарата, но не делается тоньше 4 мм. Из-за различия температур греющей и нагреваемой сред кожух и трубы работающего аппарата также имеют различные температуры. Для компенсации напряжений, возникающих в результате различия температурных расширений труб и кожуха, применяют линзовые компенсаторы, U- и W-образные трубы, теплообменники с плавающими камерами (рис. 1).

Рис. 1. Кожухотрубчатые рекуперативные теплообменные аппараты: а, б — с жестким креплением труб в трубных решетках; в — с линзовыми компенсаторам корпусе; г, д — с U- и W-образными трубками; е — с нижней плавающей распределительной камерой

С целью интенсификации теплообмена увеличивают скорость теплоносителей с низким коэффициентом теплоотдачи, для чего теплообменники по теплоносителю, проходящему в трубах, делают двух-, четырех- и многоходовыми, а в межтрубном пространстве устанавливают сегментные или концентрические поперечные перегородки (рис. 1).

Если перепады давления между греющей и нагреваемой средами в аппарате достигают 10 МПа и более, применяют змеевиковые теплообменники с витыми трубами (рис. 2, а), концы которых вваривают в распределительные коллекторы или в меньшие по размерам, чем в кожухотрубных аппаратах, трубные решетки. Эти аппараты более компактны, а также позволяют обеспечить более высокие скорости и коэффициенты теплоотдачи от теплоносителя, движущегося в трубах, в случае малых его расходов.

Рис. 2. Змеевиковые и секционные рекуперативные теплообменные аппараты: а — с витой трубчатой поверхностью нагрева (змеевиковый); б — секционный; в — «труба в трубе»

Секционные теплообменники (рис. 2, б), как и кожухотрубчатые, применяют в самых различных областях. Они характеризуются меньшим, чем в кожухотрубчатых аппаратах, различием скоростей в межтрубном пространстве и в трубах при равных расходах теплоносителей. Из них удобно подбирать необходимую площадь поверхности нагрева и изменять ее в случае необходимости. Однако у секционных теплообменников велика доля дорогостоящих элементов — трубных решеток, фланцев, переходных камер, калачей, компенсаторов и т. п.; выше расход металла на единицу поверхности нагрева, больше длина пути теплоносителей, а следовательно, больше расход электроэнергии на их прокачку. В случае малых тепловых мощностей секции выполняют по типу теплообменников «труба в трубе», у которых в наружную трубу вставлена единственная внутренняя труба меньшего диаметра (рис. 2, в).

Разборные многопоточные теплообменники «труба в трубе» нашли применение в технологических установках заводов нефтяной, химической, газовой и других отраслей промышленности при температурах от - 40 до +450 °С и давлениях до 2,5...9,0 МПа. Для улучшения теплообмена трубы могут иметь продольные ребра или поперечную винтовую накатку.

Спиральные теплообменники—аппараты, в которых каналы для теплоносителей образованы двумя свернутыми в спирали на специальном станке листами (рис. 3). Расстояние между ними фиксируется приваренными бобышками или штифтами. В соответствии с ГОСТ 12067—80 навивку спиральных теплообменников производят из рулонной стали шириной от 0,2 до 1,5 м с поверхностями нагрева от 3,2 до 100 м2 при расстоянии между листами от 8 до 12 мм и толщине стенок 2 мм для давления до 0,3 МПа и 3 мм — до 0,6 МПа. Зарубежные фирмы изготовляют специальные теплообменники из рулонного материала (углеродистых и легированных сталей, никеля, титана, алюминия, их сплавов и некоторых других) шириной от 0,1 до 1,8 м, толщиной от 2 до 8 мм при расстоянии между листами от 5 до 25 мм. Поверхности нагрева составляют от 0,5 до 160 м2.

Рис. 3. Спиральный теплообменник: а — принципиальная схема спирального теплообменника; б — способы соединения спиралей с торцевыми крышками

Спиральные теплообменники устанавливают по штуцерам горизонтально и вертикально. Их часто монтируют блоками по два, четыре, восемь аппаратов и применяют для нагревания и охлаждения жидкостей и растворов. Вертикальные аппараты используют также для конденсации чистых паров и паров из парогазовых смесей. В последнем случае на коллекторе для конденсата имеется штуцер для удаления неконденсирующегося газа.

Пластичные теплообменники (рис. 4, а, б) имеют щелевидные каналы, образованные параллельными пластинками. В простейшем случае пластины могут быть плоскими. Для интенсификации теплообмена и повышения компактности пластинам при изготовлении придают различные профили (рис. 4, в, г), а между плоскими пластинами помещают профилированные вставки. Первые профилированные пластины изготовлялись из бронзы фрезерованием и отличались повышенной металлоемкостью и стоимостью. В настоящее время пластины штампуют из листовой стали (углеродистой, оцинкованной, легированной), алюминия, мельхиора, титана и других металлов и сплавов. Толщина пластин — от 0,5 до 2 мм. Поверхность теплообмена одной пластины — от 0,15 до 1,4 м2, расстояние между пластинами — от 2 до 5 мм.

Рис. 4. Пластинчатые теплообменники: а — пластинчатый воздухоподогреватель; б — разборный пластинчатый теплообменник для тепловой обработки жидких сред; в — гофрированные пластины; г — профили каналов между пластинами; I, II — вход и выход теплоносителя

Теплообменники делаются:

а) разборными;

б) неразборными.

В разборных аппаратах герметизацию каналов обеспечивают с помощью прокладок на основе синтетических каучуков. Их целесообразно применять при необходимости чистки поверхностей с обеих сторон. Они выдерживают температуры в диапазоне от -20 до 140...150 °С и давления не более 2...2,5 МПа. Неразборные пластинчатые теплообменники выполняют сварными. Они могут работать при температурах до 400 °С и давлениях до 3 МПа. Из попарно сваренных пластин изготовляют полуразборные теплообменники. К аппаратам этого же типа относятся блочные, которые набирают из блоков, образованных несколькими сваренными пластинами. Пластинчатые теплообменные аппараты применяют для охлаждения и нагревания жидкостей, конденсации чистых паров и паров из парогазовых смесей, а также в качестве греющих камер выпарных аппаратов.

Ребристые теплообменники (рис. 5) применяются в тех случаях, когда коэффициент теплоотдачи для одного из теплоносителей значительно ниже, чем для второго. Поверхность теплообмена со стороны теплоносителя с низким коэффициентом теплоотдачи увеличивают по сравнению с поверхностью теплообмена со стороны другого теплоносителя. Из рис. 5 (е...и) видно, что ребристые теплообменники изготовляют самых различных конструкций. Ребра выполняют поперечными, продольными, в виде игл, спиралей, из витой проволоки и т. д.

Трубы с наружным и внутренним продольным оребрением изготовляют методами литья, сварки, вытяжкой из расплава через фильеру, выдавливанием металла, нагретого до пластического состояния, через матрицу. Для закрепления ребер на трубах и пластинах используют также гальванические покрытия, покраску. Для повышения эффективности ребер их изготовляют из более теплопроводных, чем стальные трубы, материалов: меди, латуни, чаще из алюминия. Однако из-за нарушения контакта между ребром или ребристой рубашкой и стальной несущей трубой биметаллические трубы применяют при температурах не выше 280 °С, трубы с навивным оребрением — до 120 °С; навивные завальцованные в канавку ребра выдерживают температуру до 330 °С, но быстро корродируют у основания в загрязненном воздухе и других агрессивных газах.

Рис. 5. Типы ребристых теплообменников: а — пластинчатый; б — чугунная трубка с круглыми ребрами; в — трубка со спиральным оребрением; г — чугунная трубка с внутренним оребрением; д — плавниковое оребрение трубок; е — чугунная трубка с двухсторонним игольчатым оребрением; ж — проволочное (биспиральное) оребрение трубок; з — продольное оребрение трубок; и — многоребристая трубка

4. Регенеративные теплообменные аппараты

Для повышения эффективности теплотехнологических систем, работающих в широком интервале перепадов температуры между теплоносителями, часто оказывается целесообразным применение регенеративных теплообменных аппаратов.

Регенеративным теплообменным аппаратом называют устройство, в котором передача теплоты от одного теплоносителя к другому происходит с помощью теплоаккумулирующей массы, называемой насадкой. Насадка периодически омывается потоками горячего и холодного теплоносителей. В течение первого периода (периода нагревания насадки) через аппарат пропускают горячий теплоноситель, при этом отдаваемая им теплота расходуется на нагревание насадки. В течение второго периода (периода охлаждения насадки) через аппарат пропускают холодный теплоноситель, который нагревается за счет теплоты, аккумулированной насадкой. Периоды нагревания и охлаждения насадки продолжаются от нескольких минут до нескольких часов.

Для осуществления непрерывного процесса теплопередачи от одного теплоносителя к другому необходимы два регенератора: в то время, когда в одном из них происходит охлаждение горячего теплоносителя, в другом нагревается холодный теплоноситель. Затем аппараты переключаются, после чего в каждом из них процесс теплопередачи протекает в обратном направлении. Схема соединения и переключения пары регенераторов приведена на рис. 6.

Рис. 6. Схема регенератора с неподвижной насадкой: I — холодный теплоноситель, II — горячий теплоноситель

Переключение производится поворотом клапанов (шиберов) 1 и 2. Направление движения теплоносителей показано стрелками. Обычно переключение регенераторов производится автоматически через определенные промежутки времени.

Из применяемых в технике регенераторов можно выделить конструкции аппаратов, работающих в областях высоких, средних и очень низких температур. В металлургической и стеклоплавильной промышленности применяют регенераторы с неподвижной насадкой из огнеупорных кирпичей. Воздухонагреватели доменных печей выделяются своими размерами. Два или несколько совместно работающих таких воздухонагревателя имеют высоту до 50 м и диаметр до 11 м, они могут нагревать до 1300 °С примерно 500 000 м3/ч воздуха. На рис. 7, а представлен продольный разрез воздухонагревателя доменной печи с кирпичной насадкой. В камере сгорания сжигают горючие газы. Продукты сгорания поступают в воздухонагреватель сверху и, двигаясь вниз, нагревают насадку, а сами при этом охлаждаются и выходят снизу. После переключения шибера воздух движется снизу вверх через насадку в обратном направлении и при этом нагревается. Другим примером высокотемпературного регенератора является воздухонагреватель сталеплавильной печи (рис. 7, б). Г азообразное (жидкое) топливо и воздух перед подачей в печь нагреваются за счет теплоты продуктов сгорания.

Рис. 7. Некоторые типы регенераторов: а — схема мартеновской печи с регенераторами: 1 — шибер; 2 — горелки; 3 — насадка; б — воздухоподогреватель доменной печи: 1 — теплоаккумулирующая насадка; 2 — камера сгорания; 3 — выход горячего дутья; 4 — вход воздуха в камеру сгорания; 5 — вход горячего газа; 6 — вход холодного дутья; 7 — уходящие газы; в — регенеративный аппарат системы Юнгстрема; г — схема регенератора с падающей насадкой

Теплообменники, работающие при высоких температурах, обычно изготовляют из огнеупорного кирпича. Недостатками регенераторов с неподвижной кирпичной насадкой являются громоздкость, усложнение эксплуатации, связанное с необходимостью периодических переключений регенераторов, колебания температуры в рабочем пространстве печи, смещение теплоносителей во время переключения шибера.

Для среднетемпературных процессов в технике используют воздухонагреватели непрерывного действия с вращающимся ротором системы Юнгстрема (рис. 7, в). Регенеративные вращающиеся подогреватели (РВП) применяют на электростанциях в качестве воздухонагревателей для использования теплоты дымовых газов, выходящих из котлов. В качестве насадки в них используют плоские или гофрированные металлические листы, прикрепленные к валу. Насадка в виде ротора вращается в вертикальной или горизонтальной плоскости с частотой 3...6 об./мин и попеременно омывается то горячими газами (при этом нагреваясь), то холодным воздухом (при этом охлаждаясь). Преимуществами РВП перед регенераторами с неподвижной насадкой являются: непрерывный режим работы, практически постоянная средняя температура нагреваемого воздуха, компактность, недостатками — дополнительный расход электроэнергии, сложность конструкции и невозможность герметичного отделения полости нагрева от полости охлаждения, поскольку через них проходит одна и та же вращающаяся насадка.

5. Смесительные теплообменные аппараты

В тепломассообменных аппаратах и установках контактного (смесительного) типа процессы тепло- и массообмена протекают при непосредственном соприкосновении двух и более теплоносителей.

Тепловая производительность контактных аппаратов определяется поверхностью соприкосновения теплоносителей. Поэтому в конструкции аппарата предусматривается разделение потока жидкости на мелкие капли, струи, пленки, а газового потока — на мелкие пузырьки. Передача теплоты в них происходит не только путем кондуктивной теплопередачи, но и путем обмена массой, причем при массопередаче возможен даже переход теплоты от холодного теплоносителя к горячему. Например, при испарении холодной воды в горячем газе теплота испарения переносится от жидкости к газу.

Контактные теплообменники нашли широкое применение для конденсации паров, охлаждения газов водой, нагревания воды газами, охлаждения воды воздухом, мокрой очистки газов и т. п.

По направлению потока массы контактные теплообменники могут быть разделены на две группы:

1) аппараты с конденсацией пара из газовой фазы. При этом происходят осушка и охлаждение газа и нагревание жидкости (конденсаторы, камеры кондиционеров, скрубберы);

2) аппараты с испарением жидкости в потоке газа. При этом увлажнение газа сопровождается его охлаждением и нагреванием жидкости или его нагреванием и охлаждением жидкости (градирни, камеры кондиционеров, скрубберы, распылительные сушилки).

По принципу диспергирования жидкости контактные аппараты могут быть насадочными, каскадными, барботажными, полыми с разбрызгивателями и струйными (рис. 8).

Каскадные (полочные) аппараты применяются преимущественно в качестве конденсаторов смещения (рис. 8, а). В полом вертикальном цилиндре установлены на определенном расстоянии одна от другой (350...550 мм) плоские перфорированные полки в виде сегментов. Охлаждающая жидкость подается в аппарат на верхнюю полку. Основная масса жидкости вытекает через отверстия в полке тонкими струями, меньшая ее часть переливается через борт на нижележащую полку.

Пар для конденсации подается через патрубок в нижней части конденсатора и движется в аппарате противотоком к охлаждающей жидкости. Жидкость вместе с конденсатом выводится через нижний патрубок аппарата и барометрическую трубу, а воздух отсасывается через верхний патрубок вакуум-насосом. Кроме сегментных полок в барометрических конденсаторах применяются кольцевые, конические и иной формы полки.

Барботажные аппараты (рис. 8, б) отличаются простотой конструкции, их применяют для нагревания воды паром, выпаривания агрессивных жидкостей и растворов, содержащих шламы, взвеси и кристаллизующиеся соли, горячими газами и продуктами сгорания топлива. Принцип работы барботажных подогревателей и испарителей состоит в том, что перегретый паp или горячие газы, поступающие в погруженные барботеры, диспергируются в пузырьки, которые при всплытии отдают теплоту жидкости и одновременно насыщаются водяным паром. чем больше пузырьков образуется в растворе, тем лучше структура барботажного слоя и тем больше межфазная поверхность. Структура барботажного слоя зависит от размеров газовых пузырьков и режима их движения.

Рис. 8. Виды смесительных теплообменников: а — каскадный теплообменник; б —барботажный; в — полый с разбрызгивателем; г — струйный; д — насадочная колонна: 1 — контактная камера; 2 — насадка; 3 — штуцер для входа газа; 4 — патрубок для подачи жидкости; 5 — штуцер для удаления газа; 6 — спускной штуцер для жидкости; 7 — распылительное устройство; 8 — распределительная тарелка; 9 — решетка

Полые контактные теплообменники (с разбрызгивателями) нашли применение при конденсации паров, охлаждении, сушке и увлажнении газов, упаривании и сушке растворов, нагревании воды и др. На рис. 8, в показана схема контактного водонагревательного теплообменника.

Струйные (эжекторные аппараты) применяются редко и только для конденсации паров. На рис. 8, г показана схема такого конденсатора.

Конструктивно смесительные теплообменные аппараты выполняются в виде колонн из материалов, устойчивых к воздействию обрабатываемых веществ, и рассчитываются на соответствующее рабочее давление. Насадочные и полые аппараты чаще всего изготовляются железобетонными или кирпичными. Каскадные, барботажные и струйные аппараты выполняются из металла. Высота колонн обычно в несколько раз превышает их поперечное сечение.

Каждому типу контактного устройства свойственны особенности, которые следует учитывать при выборе аппарата.

www.eti.su


Смотрите также