الوصف الفني

المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب التي تنتجها شركة Geoclima- كافٍ جهاز معقد، وهناك أنواع كثيرة منه. إنهم ينتمون إلى نوع المتعافين. تنقسم المبادلات الحرارية إلى أنواع حسب اتجاه حركة سائل التبريد.

أنواع المبادلات الحرارية ذات القشرة والأنبوب:

• التدفق المتقاطع
• التيار المعاكس.
• التدفق المباشر.

حصلت المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب على هذا الاسم لأن الأنابيب الرفيعة التي يتحرك من خلالها سائل التبريد تقع في منتصف الغلاف الرئيسي. تعتمد السرعة التي تتحرك بها المادة على عدد الأنابيب الموجودة في منتصف الغلاف. ويعتمد معامل نقل الحرارة بدوره على سرعة حركة المادة. قذيفة وأنبوب مبادلات حراريةيتم استخدام CROM / GEOCLIMA للتدفئة/التبريد والتكثيف/التبخر لمختلف الوسائط السائلة والبخارية في عمليات مختلفةإنتاج.

يتم إنتاج المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب في روسيا بأنواع الأجهزة التالية:

• مبادلات حرارية ذات غلاف وأنبوب Geoclima للغازات المضغوطة
• مبادلات حرارية ذات غلاف وأنبوب Geoclima لاستعادة حرارة غازات العادم
• مبادلات حرارية ذات غلاف وأنبوب Geoclima لتبريد الغاز الحيوي
• مبادلات حرارية ذات غلاف وأنبوب Geoclima – بخار/ماء
• مبادلات حرارية ذات غلاف وأنبوب Geoclima لثاني أكسيد الكربون
• مبادلات حرارية ذات غلاف وأنبوب Geoclima مصنوعة من مواد خاصة (inox 304، 316، 316L، 316Ti، 321، 90Cu10NiFe، 70Cu30NiFe، الفولاذ الكربوني، التيتانيوم)
• مبادلات حرارية ذات غلاف وأنبوب Geoclima مع أنابيب محورية. (يستخدم للتدفئة وتبريد الغازات والزيوت والوسائط العدوانية واستخلاص الحرارة من النفايات غازات المداخن. ظروف تشغيل المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب مع الأنابيب المحورية CROM؛ الضغط -300ATM، درجة الحرارة +600*C.
• المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب Geoclima هي من النوع المغمور (يحدث دوران المبرد في المساحة بين الأنابيب، ويحدث دوران الماء عبر الأنابيب).

الخصائص

إن استخدام التطورات والتقنيات المتقدمة في إنشاء المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب يضمن أقصى قدر من كفاءة نقل الحرارة بنفس الأبعاد.

لتصنيع المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب، يتم استخدام السبائك والفولاذ عالي القوة. يتم استخدام هذه الأنواع من الفولاذ لأن هذه الأجهزة تعمل عادةً في بيئة شديدة العدوانية يمكن أن تسبب التآكل.

وتنقسم المبادلات الحرارية أيضًا إلى أنواع. يتم إنتاج الأنواع التالية من هذه الأجهزة:

• مع معوض غلاف درجة الحرارة؛
• مع أنابيب ثابتة
• مع أنابيب على شكل حرف U.
• برأس عائم
• من الممكن أيضًا استخدام مختلف حلول التصميمعلى سبيل المثال، يمكن استخدام رأس عائم ومعوض درجة الحرارة في تصميم واحد.

يتم تصنيف الأجهزة ذات الغلاف والأنبوب وفقًا لوظائفها:

• مبادلات حرارية عالمية
• المبخرات
• المكثفات.
• ثلاجات؛

وفقا لموقعها، والمبادلات الحرارية هي:

• أفقي؛
• رَأسِيّ

الخصائص المميزة للمعدات:
الميزة الرئيسية والأكثر أهمية هي المتانة العالية من هذا النوعوحدات مطرقة المياه. معظم أنواع المبادلات الحرارية المنتجة اليوم لا تتمتع بهذه الجودة.

الميزة الثانية هي أن وحدات الغلاف والأنبوب لا تتطلب بيئة نظيفة. معظم الأجهزة في البيئات العدوانيةالعمل بشكل غير مستقر. على سبيل المثال، لا تمتلك المبادلات الحرارية اللوحية هذه الخاصية وتكون قادرة على العمل حصريًا في بيئات نظيفة.

الميزة الثالثة المهمة للمبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب هي كفاءتها العالية. من حيث الكفاءة يمكن مقارنتها مبادل حراري لوحة، وهو الأكثر فعالية في معظم النواحي.

وبالتالي، يمكننا أن نقول بثقة أن المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب هي واحدة من الوحدات الأكثر موثوقية ودائمة وعالية الكفاءة:

• إنتاجية عالية
• الاكتناز
• مصداقية
• براعة في الاستخدام.

المبادلات الحرارية هي أجهزة تعمل على نقل الحرارة من مادة التبريد (مادة ساخنة) إلى مادة باردة (ساخنة). يمكن استخدام الغاز أو البخار أو السائل كمبردات. اليوم، تعد المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب هي الأكثر استخدامًا على نطاق واسع من بين جميع أنواع المبادلات الحرارية. مبدأ تشغيل المبادل الحراري ذو الغلاف والأنبوب هو أن المبردات الساخنة والباردة تتحرك عبر قناتين مختلفتين.

وتحدث عملية التبادل الحراري بين جدران هذه القنوات.

وحدة التبادل الحراري

المبادل الحراري هو جهاز معقد إلى حد ما، وهناك العديد من الأصناف منه. المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب هي نوع من المبادلات الحرارية الاسترجاعية. تنقسم المبادلات الحرارية إلى أنواع حسب اتجاه حركة سائل التبريد. هم:

• التدفق المتقاطع
• التيار المعاكس.
• التدفق المباشر.

حصلت المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب على هذا الاسم لأن الأنابيب الرفيعة التي يتحرك من خلالها سائل التبريد تقع في منتصف الغلاف الرئيسي. تعتمد السرعة التي تتحرك بها المادة على عدد الأنابيب الموجودة في منتصف الغلاف. ويعتمد معامل نقل الحرارة بدوره على سرعة حركة المادة.

لتصنيع المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب، يتم استخدام السبائك والفولاذ عالي القوة. يتم استخدام هذه الأنواع من الفولاذ لأن هذه الأجهزة تعمل عادةً في بيئة شديدة العدوانية يمكن أن تسبب التآكل.
وتنقسم المبادلات الحرارية أيضًا إلى أنواع. يتم إنتاج الأنواع التالية من هذه الأجهزة:

• مع معوض غلاف درجة الحرارة؛
• مع أنابيب ثابتة
• مع أنابيب على شكل حرف U.
• مع رأس عائم.

مزايا المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب

وحدات شل وأنبوب في مؤخرايزداد الطلب عليها، ويفضل معظم المستهلكين هذا النوع من الوحدات. هذا الاختيار ليس عرضيًا - فوحدات الغلاف والأنبوب تتمتع بالعديد من المزايا.

مبادل حراري

الميزة الرئيسية والأكثر أهمية هي المقاومة العالية لهذا النوع من الوحدات للمطرقة المائية. معظم أنواع المبادلات الحرارية المنتجة اليوم لا تتمتع بهذه الجودة.

الميزة الثانية هي أن وحدات الغلاف والأنبوب لا تتطلب بيئة نظيفة. معظم الأجهزة في البيئات العدوانية غير مستقرة. على سبيل المثال، لا تمتلك المبادلات الحرارية اللوحية هذه الخاصية وتكون قادرة على العمل حصريًا في بيئات نظيفة.
الميزة الثالثة المهمة للمبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب هي كفاءتها العالية. من حيث الكفاءة، يمكن مقارنتها بمبادل حراري لوحي، وهو الأكثر كفاءة في معظم النواحي.

وبالتالي، يمكننا أن نقول بثقة أن المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب هي واحدة من الوحدات الأكثر موثوقية ودائمة وعالية الكفاءة.

مساوئ وحدات القشرة والأنبوب

وعلى الرغم من كل المزايا، إلا أن هذه الأجهزة لها أيضًا بعض العيوب، والتي تستحق الذكر أيضًا.

العيب الأول والأكثر أهمية هو أحجام كبيرة. وفي بعض الحالات، يجب التخلي عن استخدام هذه الوحدات على وجه التحديد بسبب أبعادها الكبيرة.

العيب الثاني هو الاستهلاك العالي للمعادن وهو السبب سعر مرتفعالمبادلات الحرارية قذيفة وأنبوب.

مبادل حراري معدني

المبادلات الحرارية، بما في ذلك تلك ذات الغلاف والأنبوب، هي أجهزة متقلبة إلى حد ما. عاجلا أم آجلا، يحتاجون إلى إصلاحات، وهذا يستلزم عواقب معينة. الجزء "الأضعف" من المبادل الحراري هو الأنابيب. هم في أغلب الأحيان مصدر المشكلة. عند إجراء أعمال الإصلاح، تأكد من مراعاة أنه نتيجة لأي تدخل، قد ينخفض ​​نقل الحرارة.

بمعرفة هذه الميزة للوحدات، يفضل معظم المستهلكين ذوي الخبرة شراء مبادلات حرارية بـ "احتياطي".

مبادل حراري قذيفة وأنبوب: الخصائص التقنية ومبدأ التشغيل

5 (100%) الأصوات: 3

الآن سوف نلقي نظرة على الخصائص التقنية ومبدأ التشغيل للمبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب، بالإضافة إلى حساب معلماتها وميزات الاختيار عند الشراء.

توفر المبادلات الحرارية عملية التبادل الحراري بين السوائل، ولكل منها درجات حرارة مختلفة. حاليًا، وجد المبادل الحراري ذو الغلاف والأنبوب تطبيقه بنجاح كبير في مختلف الصناعات: الكيميائية والنفط والغاز. لا توجد صعوبات في تصنيعها، فهي موثوقة ولديها القدرة على تطوير سطح كبير لنقل الحرارة في جهاز واحد.

لقد حصلوا على هذا الاسم بسبب وجود غلاف يخفي الأنابيب الداخلية.

الجهاز ومبدأ التشغيل

الهيكل: هيكل من حزم الأنابيب المثبتة في ألواح الأنابيب (شبكات) من الأغطية والأغلفة والدعامات.

المبدأ الذي يعمل به المبادل الحراري ذو الغلاف والأنبوب بسيط للغاية. يتكون من حركة المبردات الباردة والساخنة عبر قنوات مختلفة. يحدث التبادل الحراري على وجه التحديد بين جدران هذه القنوات.

مبدأ تشغيل المبادل الحراري للقشرة والأنبوب

المزايا والعيوب

اليوم، هناك طلب على المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب بين المستهلكين ولا تفقد مكانتها في السوق. ويرجع ذلك إلى العدد الكبير من المزايا التي تتمتع بها هذه الأجهزة:

1. مقاومة عالية ل. وهذا يساعدهم على تحمل تغيرات الضغط بسهولة وتحمل الأحمال الثقيلة.
2. لا يتطلب بيئة نظيفة. وهذا يعني أنها يمكن أن تعمل مع سائل منخفض الجودة لم تتم معالجته مسبقًا، على عكس العديد من الأنواع الأخرى من المبادلات الحرارية التي لا يمكنها العمل إلا في البيئات غير الملوثة.
3. كفاءة عالية.
4. ارتداء المقاومة.
5. متانة. مع الرعاية المناسبة، ستعمل وحدات الغلاف والأنبوب لسنوات عديدة.
6. سلامة الاستخدام.
7. قابلية الصيانة.
8. العمل في بيئة عدوانية.

وبالنظر إلى المزايا المذكورة أعلاه، يمكننا أن نقول عن موثوقيتها وكفاءتها العالية ومتانتها.

المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب في الصناعة

بالرغم من عدد كبيرعلى الرغم من المزايا الملحوظة للمبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب، إلا أن هذه الأجهزة لها أيضًا عدد من العيوب:

• الحجم والوزن الكبير: يتطلب وضعهم غرفة ذات حجم كبير، وهو أمر غير ممكن دائمًا؛
• ارتفاع استهلاك المعادن: وهذا هو السبب الرئيسي لارتفاع سعرها.

وحدة التبادل الحراري

يتم تصنيف المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب اعتمادًا على الاتجاه الذي يتحرك فيه سائل التبريد.

ويتم تمييز الأنواع التالية وفقًا لهذا المعيار:

• مباشرة من خلال.
• التيار المعاكس.
• مفترق طرق

عدد الأنابيب الموجودة في قلب الغلاف يؤثر بشكل مباشر على السرعة التي ستتحرك بها المادة، وللسرعة تأثير مباشر على المعامل نقل الحرارة.

وبالنظر إلى هذه الخصائص، فإن المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب هي كذلك الأنواع التالية:

• مع معوض غلاف درجة الحرارة؛
• مع أنابيب ثابتة
• برأس عائم
• مع أنابيب على شكل حرف U.

يتكون النموذج ذو الأنابيب على شكل حرف U من لوح أنبوبي واحد يتم لحام هذه العناصر فيه. يتيح ذلك للجزء المستدير من الأنبوب أن يستقر دون عوائق على الدروع الدوارة في الهيكل، في حين أنها قادرة على التمدد خطيًا، مما يسمح باستخدامها في نطاقات درجات الحرارة الكبيرة. لتنظيف الأنابيب على شكل حرف U، تحتاج إلى إزالة الجزء بأكمله منها واستخدام مواد كيميائية خاصة.

حساب المعلمات

لفترة طويلة، كانت المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب تعتبر الأكثر إحكاما بين المبادلات الحرارية الموجودة. ومع ذلك، فقد ظهرت أنواع أكثر إحكاما بثلاث مرات من تلك ذات الغلاف والأنبوب. بالإضافة إلى ذلك، فإن ميزات التصميم لمثل هذا المبادل الحراري تؤدي إلى حدوث ضغوط حرارية بسبب اختلافات درجات الحرارة بين الأنابيب والغلاف. لذلك عند الاختيار وحدة مماثلةمن المهم جدًا إجراء الحساب الصحيح.

صيغة لحساب مساحة المبادل الحراري للقشرة والأنبوب

F — مساحة سطح التبادل الحراري؛
t av – متوسط ​​الفرق في درجات الحرارة بين المبردات;
ك – معامل نقل الحرارة.
س هي كمية الحرارة .

لتنفيذ الحساب الحرارييتطلب المبادل الحراري ذو الغلاف والأنبوب المؤشرات التالية:

• الحد الأقصى لاستهلاك مياه التدفئة.
• الخصائص الفيزيائية لسائل التبريد: اللزوجة، الكثافة، التوصيل الحراري، درجة الحرارة النهائية، السعة الحرارية للماء عند درجة حرارة متوسطة.

عند طلب مبادل حراري ذو غلاف وأنبوب، من المهم معرفة الخصائص التقنية التي يتمتع بها:

• الضغط في الأنابيب والغلاف.
• قطر الغلاف
• التنفيذ (أفقي/عمودي)؛
• نوع صفائح الأنبوب (المتحركة/الثابتة)؛
• النسخة المناخية.

من الصعب جدًا إجراء حساب مختص بنفسك. وهذا يتطلب المعرفة والفهم العميق لجوهر عملية عملها بالكامل أفضل طريقةسوف تتحول إلى المتخصصين.

تشغيل مبادل حراري أنبوبي

إن المبادل الحراري للقشرة والأنبوب هو جهاز يتميز بعمر خدمة طويل و معلمات جيدةعملية. ومع ذلك، مثل أي جهاز آخر، فإنه يتطلب صيانة مجدولة لتشغيل عالي الجودة وطويل الأمد. نظرًا لأن المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب تعمل في معظم الحالات بسائل لم يتم تنظيفه مسبقًا، فإن أنابيب الوحدة تصبح مسدودة عاجلاً أم آجلاً وتتشكل الرواسب عليها، مما يخلق عقبة أمام التدفق الحر لسائل العمل.

لضمان عدم انخفاض كفاءة المعدات وعدم تعطل وحدة الغلاف والأنبوب، يجب تنظيفها وغسلها بشكل منتظم.

بفضل هذا، سيكون قادرا على القيام به عمل عالي الجودةلفترة طويلة. عند انتهاء صلاحية الجهاز، يوصى باستبداله بجهاز جديد.

إذا كانت هناك حاجة لإصلاح مبادل حراري أنبوبي، فمن الضروري أولا تشخيص الجهاز. سيؤدي هذا إلى تحديد المشاكل الرئيسية وتحديد نطاق العمل الذي يتعين القيام به. أضعف جزء فيها هو الأنابيب، وفي أغلب الأحيان يكون السبب الرئيسي للإصلاح هو تلف الأنبوب.

لتشخيص المبادل الحراري ذو الغلاف والأنبوب، يتم استخدام هذه الطريقة الاختبارات الهيدروليكية.

في الوضع الحالي، من الضروري استبدال الأنابيب، وهذه عملية كثيفة العمالة. من الضروري سد العناصر الفاشلة، وهذا بدوره يقلل من مساحة سطح التبادل الحراري. تنفيذ أعمال التجديد، من الضروري أن نأخذ في الاعتبار حقيقة أن أي تدخل، حتى ولو كان بسيطًا، يمكن أن يسبب انخفاضًا في نقل الحرارة.

الآن أنت تعرف كيف يعمل المبادل الحراري ذو الغلاف والأنبوب، وما هي أنواعه وميزاته.

المبادل الحراري هو جهاز يتم من خلاله نقل الحرارة بين المبردات.

مبدأ التشغيل

المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب هي من النوع الاسترجاعي، حيث يتم فصل الوسائط بواسطة الجدران. يتضمن عملهم عمليات التبادل الحراري بين السوائل. في هذه الحالة، قد يكون هناك تغيير في حالة التجميع. يمكن أن يحدث التبادل الحراري أيضًا بين السائل والبخار أو الغاز.

المزايا والعيوب

المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب شائعة بسبب الصفات الإيجابية التالية:

• مقاومة الإجهاد الميكانيكيومطرقة المياه.
• متطلبات منخفضة للنظافة البيئية.
• موثوقية عالية ومتانة.
• مجموعة واسعة من النماذج.
• إمكانية الاستخدام مع بيئات مختلفة.

تشمل عيوب هذا النوع من النماذج ما يلي:

• معامل نقل الحرارة المنخفض.
• أبعاد كبيرة واستهلاك المعادن العالية.
• ارتفاع السعر بسبب زيادة استهلاك المعادن.
• الحاجة إلى استخدام الأجهزة ذات هامش كبير فيما يتعلق بتوصيل الأنابيب التالفة أثناء الإصلاحات؛
• التقلبات في مستوى المكثفات تغير بشكل غير خطي انتقال الحرارة في الأجهزة الأفقية.

تتمتع المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب بمعامل نقل حرارة منخفض. ويرجع ذلك جزئيًا إلى حقيقة أن مساحة السكن أكبر مرتين من إجمالي المقطع العرضي للأنابيب. إن استخدام حواجز التوجيه يجعل من الممكن زيادة سرعة السوائل وتحسين نقل الحرارة.

يمر المبرد عبر المساحة بين الأنابيب، ويتم توفير الوسط الساخن من خلال الأنابيب. وبالمثل، يمكن أيضًا تبريده. يتم ضمان كفاءة التبادل الحراري عن طريق زيادة عدد الأنابيب أو إنشاء تيار متقاطع للمبرد الخارجي.

التعويض عن التمدد الحراري

تختلف درجة حرارة المبردات ونتيجة لذلك يحدث تشوه حراري للعناصر الهيكلية. يتم تصنيع المبادل الحراري ذو الغلاف والأنبوب مع أو بدون تعويض الاستطالة. يُسمح بالتثبيت الصلب للأنابيب عندما يصل الفرق في درجة الحرارة بينها وبين الجسم إلى 25-30 درجة مئوية. وإذا تجاوز هذه الحدود، يتم استخدام معوضات درجة الحرارة التالية.

1. رأس "عائم" - لا تحتوي إحدى الشبكات على اتصال مع الغلاف وتتحرك بحرية في الاتجاه المحوري مع إطالة الأنابيب. التصميم هو الأكثر موثوقية.
2. يحتوي الجسم على معوض عدسة على شكل تمويج يمكن أن يتوسع أو ينكمش.
3. يتم تثبيت معوض صندوق الحشو في الجزء العلوي السفلي، والذي لديه القدرة على التحرك مع الشبكة أثناء التمدد الحراري.
4. تمتد الأنابيب على شكل حرف U بحرية في بيئة التبريد. العيب هو تعقيد التصنيع.

أنواع المبادلات الحرارية ذات القشرة والأنبوب

تصميم الأجهزة بسيط؛ هناك دائمًا طلب عليها. الجسم الأسطواني عبارة عن غلاف فولاذي قطر كبير. توجد على حوافها حواف مثبتة عليها الأغطية. في صفائح الأنابيب، يتم تأمين حزم الأنابيب عن طريق اللحام أو الحرق داخل الجسم.

المواد المستخدمة في الأنابيب هي الفولاذ والنحاس والنحاس والتيتانيوم. ألواح فولاذيةيتم تأمينها بين الشفاه أو ملحومة بالغلاف. بينها وبين الجسم بالداخل، تتشكل غرف تمر من خلالها المبردات. هناك أيضًا حواجز تعمل على تغيير حركة السوائل التي تمر عبر المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب. يتيح لك التصميم تغيير سرعة واتجاه التدفق الذي يمر بين الأنابيب، وبالتالي زيادة شدة نقل الحرارة.

يمكن وضع الأجهزة في الفضاء عموديًا أو أفقيًا أو مائلاً.

تختلف الأنواع المختلفة من المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب في موقع الأقسام وتصميم معوضات تمدد درجة الحرارة. مع وجود عدد صغير من الأنابيب في الحزمة، يكون للغلاف قطر صغير، وأسطح نقل الحرارة صغيرة. ولتعزيزها، يتم توصيل المبادلات الحرارية بشكل متسلسل إلى أقسام. أبسطها هو تصميم "الأنبوب داخل الأنبوب"، والذي غالبًا ما يتم تصنيعه بشكل مستقل. للقيام بذلك، من الضروري تحديد أقطار الداخلية و الأنبوب الخارجيوسرعة تدفق سائل التبريد. يتم ضمان سهولة التنظيف والإصلاح من خلال الأكواع التي تربط الأقسام المجاورة. غالبًا ما يستخدم هذا التصميم كمبادلات حرارية لأنبوب الماء والبخار.

المبادلات الحرارية الحلزونية عبارة عن قنوات مصنوعة شكل مستطيلوملحومة من صفائح تتحرك على طولها المبردات. الميزة هي سطح الاتصال الكبير بالسوائل، ولكن العيب هو الضغط المنخفض المسموح به.

تصميمات جديدة للمبادلات الحرارية

في الوقت الحاضر، بدأ إنتاج المبادلات الحرارية المدمجة ذات الأسطح المنسوجة والحركة المكثفة للسوائل في التطور. ونتيجة لذلك، فإن خصائصها التقنية قريبة من أجهزة اللوحة. لكن إنتاج هذا الأخير يتطور أيضا، ومن الصعب اللحاق بهم. يُنصح باستبدال المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب بمبادلات حرارية لوحية نظرًا للمزايا التالية:

العيب هو التلوث السريع للصفائح بسبب صغر حجم الفجوات بينها. إذا قمت بتصفية المبردات بشكل جيد، فسوف يعمل المبادل الحراري لفترة طويلة. جزيئات صغيرةلا يتم الاحتفاظ بها على ألواح مصقولة، كما أن اضطراب السوائل يمنع أيضًا ترسب الملوثات.

زيادة معدل التبادل الحراري للأجهزة

يقوم المتخصصون باستمرار بإنشاء مبادلات حرارية جديدة ذات غلاف وأنبوب. تحديدتحسين باستخدام الطرق التالية:

يؤدي اضطراب التدفقات السائلة إلى تقليل رواسب الحجم بشكل كبير على جدران الأنابيب. ونتيجة لذلك، لا يلزم إجراء أي إجراءات تنظيف ضرورية للأسطح الملساء.

إن إنتاج المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب مع إدخال طرق جديدة يجعل من الممكن زيادة كفاءة نقل الحرارة بمقدار 2-3 مرات.

بالنظر إلى استهلاك الطاقة الإضافي والتكلفة، يحاول المصنعون غالبًا استبدال المبادل الحراري بمبادل حراري لوحي. بالمقارنة مع أنظمة الغلاف والأنبوب التقليدية، فهي أفضل بنسبة 20-30% في نقل الحرارة. وهذا يرتبط أكثر بتطور الإنتاج التكنولوجيا الجديدةوالتي لا تزال تواجه صعوبات.

تشغيل المبادلات الحرارية

الاجهزة تحتاج التفتيش الدوريوالسيطرة على العمل. يتم قياس المعلمات، مثل درجة الحرارة، من خلال قيم المدخلات والمخرجات الخاصة بها. إذا انخفضت كفاءة العمل، فأنت بحاجة إلى التحقق من حالة الأسطح. تؤثر رواسب الملح بشكل خاص على المعلمات الديناميكية الحرارية للمبادلات الحرارية حيث تكون الفجوات صغيرة. يتم تنظيف الأسطح كيميائياوكذلك من خلال استخدام الاهتزازات فوق الصوتية واضطراب تدفقات سائل التبريد.

يتكون إصلاح الأجهزة ذات الغلاف والأنبوب بشكل أساسي من إغلاق الأنابيب المتسربة، مما يؤدي إلى تفاقم خصائصها التقنية.

خاتمة

تتنافس المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب الأمثل مع المبادلات الحرارية اللوحية ويمكن استخدامها في العديد من مجالات التكنولوجيا. تتميز التصميمات الجديدة بأبعاد أصغر بكثير واستهلاك معدني، مما يجعل من الممكن تقليل مناطق العمل وتقليل تكاليف الإنشاء والتشغيل.

المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب وأنواعها وتصميمها

المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب- التصميم الأكثر شيوعًا لمعدات التبادل الحراري. وفقًا لـ GOST 9929، يتم تصنيع المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب الفولاذي من الأنواع التالية: HP - بألواح أنابيب ثابتة؛ المعارف التقليدية – مع معوض درجة الحرارةعلى الغلاف TP – برأس عائم؛ TU - مع أنابيب على شكل حرف U؛ TPK - برأس عائم ومعوض عليه (الشكل 2.49).

الشكل 2.49 - أنواع TOA ذات الغلاف والأنبوب

اعتمادًا على الغرض، يمكن أن تكون الأجهزة ذات الغلاف والأنبوب عبارة عن مبادلات حرارية وثلاجات ومكثفات ومبخرات؛ إنها مصنوعة بتمريرة فردية ومتعددة.

الشكل 2.50 - مبادل حراري أفقي ثنائي المسار من النوع TN

يتكون مبادل حراري أفقي ثنائي المسار مع صفائح أنبوبية ثابتة (نوع TN - الشكل 2.50) من غلاف ملحوم أسطواني 5 وغرفة توزيع 11 وغطاءين 4. تتكون حزمة الأنبوب (الشكل 2.51) من أنابيب 7 مثبتة في قسمين صفائح الأنبوب 3. صفائح الأنبوب ملحومة بالغلاف. يتم توصيل الأغطية وغرفة التوزيع والغلاف بواسطة الشفاه. تحتوي غرفة التغليف والتوزيع على تجهيزات لإدخال وإخراج المبردات من الأنابيب (التجهيزات 1، 12) والمساحات بين الأنابيب (التجهيزات 2، 10). يشكل القسم 13 في غرفة التوزيع ممرات تبريد عبر الأنابيب (الشكل 2.52). لإغلاق الاتصال بين القسم الطولي ولوحة الأنبوب، يتم استخدام حشية 14، توضع في أخدود الشبكة 3.

الشكل 2.51 - حزمة الأنابيب

الشكل 2.52 - TOA المزدوج	الشكل 2.53 - ورقة الأنبوب

يتم تصنيع المبادلات الحرارية لهذه المجموعة لضغط اسمي يتراوح بين 0.6-4.0 ميجا باسكال، بقطر يتراوح بين 159-1200 ملم، مع سطح تبادل حراري يصل إلى 960 مترًا مربعًا؛ يصل طولها إلى 10 أمتار، ووزنها إلى 20 طنًا، وتستخدم مبادلات حرارية من هذا النوع حتى درجات حرارة تصل إلى 350 درجة مئوية.

ومن ميزات الأجهزة من النوع TN أن الأنابيب متصلة بشكل صارم بصفائح الأنبوب (الشكل 2.53)، وأن الشبكات متصلة بالجسم. وفي هذا الصدد، يتم استبعاد إمكانية الحركات المتبادلة للأنابيب والغلاف؛ لذلك، تسمى الأجهزة من هذا النوع أيضًا بالمبادلات الحرارية ذات التصميم الصلب.

نظرًا لأن شدة انتقال الحرارة أثناء التدفق العرضي لسائل التبريد حول الأنابيب أعلى منها أثناء التدفق الطولي، يتم تثبيت الأقسام العرضية 6 المثبتة برباطات 5 في المساحة بين الأنابيب للمبادل الحراري، مما يضمن حركة متعرجة لسائل التبريد في المساحة بين الأنابيب على طول الجهاز.

عند مدخل وسط التبادل الحراري إلى مساحة الأنابيب البينية، يتم توفير مصد 9 - وهو عبارة عن لوحة مستديرة أو مستطيلة تحمي الأنابيب من التآكل المحلي.

ميزة الأجهزة من هذا النوع هي بساطتها في التصميم وبالتالي انخفاض تكلفتها.

ومع ذلك، لديهم اثنين من العيوب الرئيسية. أولاً، يعد تنظيف المساحة بين الأنابيب لمثل هذه الأجهزة أمراً صعباً، لذلك يتم استخدام المبادلات الحرارية من هذا النوع في الحالات التي يكون فيها الوسط الذي يمر عبر المساحة بين الأنابيب نظيفاً وغير عدواني، أي عندما لا تكون هناك حاجة للتنظيف.

ثانيا: الاختلاف الكبير بين درجات حرارة الأنابيب والغلاف في هذه الأجهزة يؤدي إلى استطالة أكبر للأنابيب مقارنة بالغلاف، مما يسبب حدوث إجهادات حرارية في صفيحة الأنبوب 5، يعطل كثافة تدحرج الأنبوب في الشبكة ويؤدي إلى اختراق وسيلة تبادل حراري إلى أخرى. لذلك، يتم استخدام المبادلات الحرارية من هذا النوع عندما لا يزيد فرق درجة الحرارة بين وسائط التبادل الحراري التي تمر عبر الأنابيب والمساحة بين الأنابيب عن 50 درجة مئوية وعندما يكون طول الجهاز قصيرًا نسبيًا.

جهاز القشرة والأنبوبمع معوض عدسة على الجسم (النوع TK) موضح في الشكل 2.54أ. تحتوي هذه الأجهزة على غلاف أسطواني 1، حيث توجد حزمة الأنبوب 2؛ يتم ربط صفائح الأنبوب 3 ذات الأنابيب المتوهجة بجسم الجهاز. يتم إغلاق المبادل الحراري من كلا الطرفين بأغطية 4. الجهاز مزود بتجهيزات 5 لوسائط التبادل الحراري. يمر وسط واحد عبر الأنابيب، والآخر يمر عبر الفضاء بين الأنابيب. تحتوي المبادلات الحرارية مع معوض درجة الحرارة من النوع TK على صفائح أنبوبية ثابتة ومجهزة بعناصر مرنة خاصة 6 (عدسات) للتعويض عن الاختلافات في استطالة الغلاف والأنابيب التي تنشأ نتيجة للاختلافات في درجات الحرارة. في أغلب الأحيان، تستخدم الأجهزة من نوع TK معوضات عدسة أحادية ومتعددة العناصر (الشكل 2.55)، يتم تصنيعها عن طريق التدحرج من قذائف أسطوانية قصيرة. يتم لحام عنصر العدسة الموضح في الشكل 2.55ب من عدستين شبه تم الحصول عليهما من ورقة عن طريق الختم.

تتناسب القدرة التعويضية لمعوض العدسة تقريبًا مع عدد عناصر العدسة الموجودة فيه، ومع ذلك، لا يُنصح باستخدام المعوضات مع أكثر من أربع عدسات، نظرًا لانخفاض مقاومة الانحناء للعلبة بشكل حاد. لزيادة القدرة التعويضية لمعوض العدسة، يمكن ضغطه مسبقًا عند تجميع الغلاف (إذا كان مخصصًا لعملية الشد) أو تمديده (إذا كان مخصصًا لعملية الضغط).

عند تركيب معوض العدسة على الأجهزة الأفقية، قم بحفر ثقب في الجزء السفلي من كل عدسة فتحات الصرفمع مقابس لتصريف المياه بعد الاختبار الهيدروليكي للجهاز.

تحتوي المبادلات الحرارية ذات الأنابيب على شكل حرف U من النوع TU (الشكل 2.56) على ورقة أنبوب واحدة يتم لف طرفي الأنابيب على شكل حرف U 7 فيها، مما يضمن استطالة مجانية للأنابيب عندما تتغير درجة حرارتها. عيب هذه الأجهزة هو صعوبة التنظيف السطح الداخليالأنابيب، والتي يتم استخدامها في المقام الأول للمنتجات النظيفة.

الشكل 2.56 - نوع المبادل الحراري TU

يمكن أن تكون المبادلات الحرارية من هذا النوع أفقية أو رأسية. يتم تصنيعها بقطر يتراوح بين 325-1400 ملم وأنابيب بطول 6-9 أمتار، لضغوط اسمية تصل إلى 6.4 ميجاباسكال ولدرجات حرارة تشغيل تصل إلى 450 درجة مئوية. وزن المبادل الحراري يصل إلى 30 طن.

لضمان فصل مدخلات ومخرجات سائل التبريد، يتم توفير حاجز في غرفة التوزيع (الشكل 2.57).

المبادلات الحرارية من النوع TU عبارة عن ممرين في مساحة الأنبوب وممر واحد أو ممرين في الفضاء الحلقي.

الشكل 2.57 - حزمة الأنابيب مع الأنابيب على شكل حرف U

في الأجهزة من نوع TU مجانًا التمدد الحراريالأنابيب: يمكن لكل أنبوب أن يتمدد بشكل مستقل عن الغلاف والأنابيب المجاورة. يجب ألا يزيد فرق درجة الحرارة بين جدران الأنابيب على طول الممرات في هذه الأجهزة عن 100 درجة مئوية. خلاف ذلك، قد تنشأ ضغوط خطيرة على درجة الحرارة في ورقة الأنبوب بسبب قفزة درجة الحرارة عند تقاطع جزأين.

تتمثل ميزة تصميم الجهاز من النوع TU في إمكانية إزالة حزمة الأنابيب بشكل دوري (انظر الشكل 2.57) لتنظيف السطح الخارجي للأنابيب أو استبدال كاملشعاع. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن السطح الخارجي للأنابيب في هذه الأجهزة غير مناسب للتنظيف الميكانيكي.

نظرًا لأن التنظيف الميكانيكي للسطح الداخلي للأنابيب في الأجهزة من النوع TU أمر مستحيل عمليًا، فيجب توجيه الوسط الذي لا يشكل رواسب تتطلب التنظيف الميكانيكي إلى مساحة الأنابيب لهذه الأجهزة.

يتم تنظيف السطح الداخلي للأنابيب في هذه الأجهزة بالماء أو البخار أو منتجات الزيت الساخن أو الكواشف الكيميائية. في بعض الأحيان يتم استخدام الطريقة الهيدروميكانيكية (توفير تدفق سائل يحتوي على مادة كاشطة، الكرات الصلبة، وما إلى ذلك).

أحد العيوب الأكثر شيوعًا في المبادل الحراري للقشرة والأنبوب من النوع TU هو انتهاك إحكام الاتصال بين الأنابيب وصفيحة الأنبوب بسبب ضغوط الانحناء الكبيرة جدًا الناشئة عن كتلة الأنابيب و المتوسطة التي تتدفق فيها. وفي هذا الصدد، تم تجهيز المبادلات الحرارية من نوع TU التي يبلغ قطرها 800 مم أو أكثر بدعامات أسطوانية لسهولة التركيب وتقليل ضغوط الانحناء في حزمة الأنابيب.

تشمل عيوب المبادلات الحرارية من النوع TU الحشو السيئ نسبيًا للغلاف بالأنابيب بسبب القيود الناجمة عن ثني الأنابيب. عادة ما يتم تصنيع الأنابيب على شكل حرف U أنابيب مرنةفي حالة باردة أو ساخنة.

تشمل العيوب الكبيرة للأجهزة من نوع TU أيضًا استحالة استبدال الأنابيب (باستثناء الأنابيب الخارجية) عند تعطلها، وكذلك صعوبة وضع الأنابيب، خاصة إذا كان هناك عدد كبير منها.

وبسبب هذه العيوب، لم تجد المبادلات الحرارية من هذا النوع استخدامًا واسع النطاق.

تعد المبادلات الحرارية ذات الرأس العائم من النوع TP (مع لوح أنبوبي متحرك) أكثر أنواع الأجهزة السطحية شيوعًا (الشكل 2.58). تسمح لوحة الأنبوب المتحركة لحزمة الأنبوب بالتحرك بحرية بغض النظر عن الهيكل. في الأجهزة من هذا التصميم، يمكن أن تنشأ الضغوط الحرارية فقط عندما يكون هناك اختلاف كبير في درجات حرارة الأنابيب.

يتم توحيد المبادلات الحرارية لهذه المجموعة وفقا للضغوط الاسمية Р у = 1.6 - 6.4 ميجاباسكال، وأقطار الجسم 325-1400 ملم وأسطح التسخين 10-1200 م2 وأطوال الأنابيب 3-9 م. وتستخدم المبادلات الحرارية عند درجات حرارة تصل إلى 450 درجة مئوية.

في المبادلات الحرارية من هذا النوع، يمكن إزالة حزم الأنابيب بسهولة نسبيًا من الهيكل، مما يسهل إصلاحها أو تنظيفها أو استبدالها.

يتكون المكثف الأفقي ثنائي المسار من النوع TP من غلاف 10 وحزمة أنبوب. يتم توصيل لوح الأنبوب الأيسر 1 عن طريق وصلة شفة بالغلاف وغرفة التوزيع 2، المجهزة بقسم 4. يتم إغلاق الحجرة بغطاء مسطح 3. يتم تثبيت لوح الأنبوب الأيمن المتحرك بحرية داخل الغلاف و يشكل مع الغطاء 8 المرفق به "رأسًا عائمًا". على جانب الرأس العائم، يتم إغلاق الجهاز بغطاء 7. عندما يتم تسخين الأنابيب وتطويلها، يتحرك الرأس العائم داخل الغلاف.

لضمان حرية حركة حزمة الأنابيب داخل الغلاف في الأجهزة التي يبلغ قطرها 800 مم أو أكثر، تم تجهيز حزمة الأنابيب بمنصة دعم 6. تم تصميم التركيب العلوي 9 لإدخال البخار وبالتالي يحتوي على مساحة تدفق كبيرة؛ تم تصميم التركيب السفلي 5 لتصريف المكثفات وله أبعاد أصغر.

تعتبر معاملات نقل الحرارة الكبيرة أثناء التكثيف مستقلة عمليا عن طريقة حركة الوسط. تعمل الأقسام العرضية الموجودة في المساحة بين الأنابيب لهذا الجهاز فقط على دعم الأنابيب وإضفاء الصلابة على حزمة الأنابيب.

على الرغم من أن الأجهزة من النوع TP توفر تعويضًا جيدًا لتشوهات درجة الحرارة، إلا أن هذا التعويض ليس كاملاً، نظرًا لأن الاختلاف في تمدد درجة حرارة الأنابيب نفسها يؤدي إلى تشوه صفائح الأنبوب. في هذا الصدد، في المبادلات الحرارية متعددة الممرات من النوع TP التي يبلغ قطرها أكثر من 1000 مم، عندما يكون هناك فرق كبير في درجة الحرارة (أعلى من 100 درجة مئوية) بين درجات حرارة مدخل ومخرج الوسط في حزمة الأنبوب، وكقاعدة عامة، يتم تثبيت رأس عائم بقطر منقسم.

أهم عنصر في المبادلات الحرارية ذات الرأس العائم هو الاتصال بين لوح الأنبوب العائم والغطاء. يجب أن يضمن هذا الاتصال إمكانية إزالة الحزمة بسهولة من الغلاف والجهاز بالإضافة إلى الحد الأدنى من الفجوة بين الغلاف وحزمة الأنابيب. يسمح الخيار الموضح في الشكل 2.59أ بإزالة حزمة الأنبوب، ولكن الفجوة Δ أكبر (على الأقل مما هي عليه في المبادلات الحرارية من النوع TH) بعرض شفة الرأس العائمة. التثبيت وفقًا لهذا المخطط هو الأبسط. غالبًا ما يستخدم في مبخرات مساحة البخار.

وضع رأس عائم داخل غطاء يبلغ قطره قطر أكبرالغلاف يسمح لك بتقليل الفجوة. ولكن هذا يجعل تفكيك الجهاز أكثر صعوبة، حيث لا يمكن إزالة الرأس العائم من غلاف المبادل الحراري (الشكل 2.59ب).

تُستخدم حزم الأنابيب ذات الرأس العائم بشكل خاص في المبخرات ذات مساحة البخار.

في هذه الأجهزة، يجب إنشاء سطح كبير لمرآة التبخر، وبالتالي فإن قطر غلاف المبخر أكبر بكثير من قطر حزمة الأنبوب، والأقسام الموجودة في الحزمة تعمل فقط على زيادة صلابتها. في المبخر (الشكل 2.60)، يتم الحفاظ على مستوى السائل في المبيت 11 بواسطة القسم 2. ولضمان وجود حجم كافٍ من مساحة البخار وزيادة سطح التبخر، تكون المسافة من مستوى السائل إلى أعلى المبيت حوالي 30% من قطرها. توجد حزمة الأنبوب 3 في مبيت المبخر على عوارض عرضية 4.

.

الشكل 2.60 - المبخر

لسهولة تركيب حزمة الأنبوب، يتم توفير فتحة 10 في القسم 2 والجزء السفلي الأيسر، والتي يمكن من خلالها إدخال كابل من الرافعة في الجهاز. يتم إدخال المنتج إلى المبخر من خلال التركيب 5؛ ولحماية حزمة الأنابيب من التآكل، يتم تركيب مصد 6 فوق هذا التركيب، ويتم تفريغ الأبخرة من خلال التركيب 9، والمنتج من خلال التركيب 1. يتم توفير المبرد إلى حزمة الأنبوب ويتم تفريغه من خلال التركيبات 7، 8. في مثل هذه الأجهزة، يمكن تركيب العديد من حزم الأنابيب.

أنابيب التبادل الحراري للأجهزة الفولاذية ذات الغلاف والأنبوب هي أنابيب صناعية يتم إنتاجها تجاريًا مصنوعة من الكربون والفولاذ المقاوم للتآكل والنحاس. القطر أنابيب التبادل الحرارييؤثر بشكل كبير على سرعة سائل التبريد ومعامل نقل الحرارة في مساحة الأنبوب وأبعاد الجهاز. كلما كان قطر الأنابيب أصغر، زاد عددها التي يمكن وضعها في دوائر في غلاف بقطر معين. ومع ذلك، فإن الأنابيب ذات القطر الصغير تسد ​​بشكل أسرع عند العمل مع المبردات الملوثة، وتنشأ بعض الصعوبات عندما التنظيف الميكانيكيوتأمين هذه الأنابيب عن طريق إحراقها. في هذا الصدد، الأكثر استخداما أنابيب الصلببقطر خارجي 20 و 25 ملم. تستخدم الأنابيب التي يبلغ قطرها 38 و 57 ملم عند العمل مع السوائل الملوثة أو اللزجة.

ومع زيادة طول الأنابيب وانخفاض قطر الجهاز، تنخفض تكلفته. أرخص مبادل حراري بطول أنبوب 5-7 م.

يتم تثبيت الأنابيب في الشبكات في أغلب الأحيان عن طريق الحرق (الشكل 2.61أ، ب)، مع اتصال قوي بشكل خاص (ضروري إذا كان الجهاز يعمل عند ضغط دم مرتفع) يتم تحقيق ذلك عن طريق إنشاء ثقوب في صفائح الأنابيب بأخاديد حلقية، والتي يتم ملؤها بمعدن الأنابيب أثناء عملية الحرق (الشكل 2.61ب). بالإضافة إلى ذلك، يستخدمون تثبيت الأنابيب عن طريق اللحام (الشكل 2.61ج)، إذا كان لا يمكن سحب مادة الأنابيب للخارج وكان التوصيل الصلب للأنابيب بصفيحة الأنبوب مسموحًا به، وكذلك اللحام (الشكل 2.61د)، المستخدم للتوصيل بشكل رئيسي أنابيب النحاس والنحاس. في بعض الأحيان، يستخدمون توصيل الأنابيب بالشبكة باستخدام الأختام (الشكل 2.61هـ)، والتي تسمح بالحركة الطولية الحرة للأنابيب وإمكانية استبدالها بسرعة. هذا الاتصال يمكن أن يقلل بشكل كبير تشوه درجة الحرارةالأنابيب، ولكنها معقدة ومكلفة وغير موثوقة بدرجة كافية.

الطريقة الأكثر شيوعًا لربط الأنابيب بالشبكات هي الحرق. يتم إدخال الأنابيب في فتحات الشبكة مع بعض الخلوص، ثم يتم دحرجتها من الداخل أداة خاصةمجهزة بكرات (المتداول). لتكثيف نقل الحرارة، يتم استخدام المضطربات في بعض الأحيان - وهي عناصر تعمل على اضطراب أو تدمير الطبقة الحدودية لسائل التبريد على السطح الخارجي للأنابيب. أدت الرغبة في تكثيف انتقال الحرارة من مبرد غير فعال (الغازات والسوائل اللزجة) إلى تطوير تصاميم مختلفةأنابيب ذات زعانف. لقد ثبت أن الزعانف لا تزيد من سطح نقل الحرارة فحسب، بل تزيد أيضًا من معامل نقل الحرارة من سطح الزعانف إلى المبرد بسبب اضطراب التدفق بواسطة الزعانف. ومع ذلك، في هذه الحالة، من الضروري أن تأخذ في الاعتبار التكاليف المتزايدة لضخ المبرد.

يتم استخدام الأنابيب ذات الأضلاع الطولية (الشكل 2.62 أ) والمقسمة (الشكل 2.62 ب)، مع الأضلاع المستعرضة ذات الأشكال المختلفة (الشكل 2.62 ج). يمكن صنع الزعانف على الأنابيب على شكل أضلاع حلزونية (الشكل 2.62 د)، وإبر بسماكات مختلفة، وما إلى ذلك.

الشكل 2.62 - الأنابيب ذات الزعانف

يتم تثبيت الأقسام العرضية والطولية في المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب.

تم تصميم الأقسام العرضية (الشكل 2.63)، الموضوعة في المساحة بين الأنابيب للمبادلات الحرارية، لتنظيم حركة سائل التبريد في الاتجاه العمودي على محور الأنابيب وزيادة سرعة سائل التبريد في المساحة بين الأنابيب. وفي كلتا الحالتين يزداد معامل انتقال الحرارة على السطح الخارجي للأنابيب.

يتم أيضًا تثبيت الأقسام العرضية في المساحة البينية للمكثفات والمبخرات، حيث يكون معامل نقل الحرارة على السطح الخارجي للأنابيب أعلى من المعامل الموجود على سطحها الداخلي. في هذه الحالة، تعمل الأقسام كدعم لحزمة الأنابيب، حيث تقوم بتثبيت الأنابيب على مسافة معينة من بعضها البعض، كما تقلل أيضًا من اهتزاز الأنابيب.