I en markedsøkonomi kan det betragtes som en af de hovedfaktorer, der direkte påvirker fastlæggelsen af strategien for teknologisk omudstyr og teknisk omudstyr enhver virksomhed. Pålidelighed, effektivitet, tilgængelighed af garanti og service i dag er grundlæggende elementer, som den økonomiske succes og velstand for alle deltagere i økonomiske forbindelser er baseret på.
Ved køb af nye typer udstyr styres enhver organisation primært af ovenstående kriterier. Højkvalitets skal-og-rør varmevekslere er netop så effektivt og økonomisk udstyr. I dag er relevansen af disse enheder for virksomheder af enhver profil og fokus ikke engang i tvivl. I dag er skal-og-rør varmevekslere de fleste bred anvendelse findes i petrokemiske, kemiske og Fødevareindustri, inden for boliger og kommunale tjenester og energiindustrien.
Synligheden og lysstyrken af sådanne nye tekniske og økonomiske løsninger, som har mange fordele sammenlignet med forældede typer udstyr, i På det sidste tiltrække flere og flere virksomheder fra forskellige brancher National økonomi. Skal-og-rør-varmevekslere kan trods alt reducere forbruget af varmeressourcer betydeligt, hvilket har en positiv effekt på produktionsomkostningerne og dermed den endelige pris. Og dette er ekstremt vigtigt i moderne økonomiske realiteter med deres betingelser for hård konkurrence.
Skal-og-rør-varmevekslere er enheder, hvor varmevekslingsprocessen finder sted mellem forskellige arbejdsmedier (uanset deres teknologiske specifikationer og energiformål). Som regel udfører sådanne enheder funktionerne som varmeapparater, fordampere, kondensatorer, pasteurisatorer, afluftere, economizers osv.
Skal- og rørvarmevekslere kan have et ekstremt forskelligartet teknologisk formål og bruges til fremstilling af en lang række profiler. Udvalget af deres applikationer er i dag usædvanligt bredt. En skal-og-rør varmeveksler, hvis vigtigste strukturelle elementer er bundter af rør med gitter, et hus, dyser og dæksler, kan bruges som en enhed, hvor overførsel af termisk energi er den vigtigste teknologiske proces, eller som en reaktor, hvor varmevekslingen udelukkende er af hjælpefunktion.
Funktionsprincippet for skal-og-rør varmevekslere er baseret på processen med varmeoverførsel fra et medium, der bevæger sig med høj hastighed inde i rør med lille diameter til et medium, der cirkulerer i huset. For at øge intensiveringen af varmevekslingsprocessen er sådanne enheder ofte udstyret med specielle skillevægge i rør- og mellemrørsrummene.
Skal- og rørvarmevekslere kan have en lodret, vandret eller skrå rumlig orientering (afhængigt af kravene og i overensstemmelse med installationens lette). Sådanne enheder er et fuldt udbygget alternativ til pladevarmevekslere, i sammenligning med hvilke de, selv om de har en lavere energioverførselseffektivitet, har en relativ enkel design samt lave omkostninger, hvilket kan være et afgørende argument ved valg sådant udstyr.
Skal- og rørvarmevekslere er overfladevarmevekslere af rekuperativ type. Den brede udbredelse af disse enheder skyldes primært designets pålidelighed og et stort udvalg af designmuligheder til forskellige driftsforhold:
Enkeltfasede strømninger, kogning og kondensation;
Lodret og vandret udførelse;
Bredt udvalg af kølevæsketryk, fra vakuum til 8,0 MPa;
Varmeudvekslingsoverfladearealer spænder fra små (1 m2) til ekstremt store (1000 m2 eller mere);
Mulighed for at bruge forskellige materialer i overensstemmelse med kravene til omkostningerne ved enheder, aggressivitet, temperaturforhold og kølevæsketryk;
Brugen af forskellige varmeveksleroverfladeprofiler både inden i og uden for rørene og forskellige turbulatorer;
Mulighed for at fjerne rørbundtet til rengøring og reparation.
Skelne følgende typer skal-og-rør varmevekslere:
Varmevekslere med faste rørplader (stive rørvarmevekslere);
Varmevekslere med faste rørplader og en linsekompensator på huset;
Varmevekslere med flydende hoved;
Varmevekslere med U-formede rør.
Skal-og-rør varmevekslere med faste rørplader er kendetegnet ved deres enkle design og derfor lavere omkostninger (fig. 1).
Ris. 1.Skal og rør varmeveksler med faste rørplader:
1 - fordelingskammer; 2 - hylster; 3 - varmevekslerrør; 4 - tværgående skillevæg; 5 - rørgitter; 6 - bagkassedæksel; 7 - støtte; 8- fjernbetjeningsrør; 9-beslag; 10-skillevæg i fordelingskammeret; 11 - kofanger
En skal-og-rør varmeveksler er et bundt af varmevekslerrør placeret i et cylindrisk hus (hus). En af kølemidlerne bevæger sig inde i varmevekslerrørene, og den anden vasker den ydre overflade af rørene. Enderne af rørene fastgøres ved rulning, svejsning eller lodning til rørplader. Skillevægge monteres i varmevekslerens hus ved hjælp af afstandsrør. Skillevæggene understøtter rørene fra at falde og organiserer strømmen af kølevæske i mellemrørsrummet, hvilket intensiverer varmeoverførslen. Fittings er svejset til varmevekslerens hus for at tillade kølevæsken at komme ind og ud af mellemrørsrummet. I nogle tilfælde, ved kølevæskeindløbet i ringrummet, er der installeret kofangere, som er nødvendige for at reducere vibration af rørbundtet, ensartet fordeling af kølevæskestrømmen i ringrummet og reducere erosion af rørene nærmest indløbsfittingen. Et fordelingskammer og et bagdæksel med beslag til ind- og udløb af produktet fra rørrummet er fastgjort til varmevekslerens hus ved hjælp af en flangeforbindelse.
Afhængigt af placeringen af varmevekslerrørene skelnes varmevekslere af vandrette og lodrette typer.
Afhængig af antallet af skillevægge i fordelingskammeret og bagdækslet er skal-og-rør-varmevekslere opdelt i enkelt-, dobbelt- og multi-pass i rørrummet.
Afhængigt af antallet af langsgående skillevægge, der er installeret i annulus, er skal-og-rør varmevekslere opdelt i enkelt-pass og multi-pass i annulus.
Varmevekslere med faste rørplader anvendes, hvis den maksimale forskel i kølevæsketemperaturer ikke overstiger 80 0 C, og med en relativt kort længde af apparatet. Disse begrænsninger forklares af temperaturspændinger, der opstår i huset og i varmevekslerrørene, som kan forstyrre tætheden af apparatstrukturen.
For delvist at kompensere for temperaturspændinger i huset og i varmevekslerrørene anvendes specielle fleksible elementer (ekspandere, kompensatorer) installeret på enhedens hus. Sådanne varmevekslere kaldes varmevekslere med temperatur kompensator på kabinettet (fig. 2) .
Ris. 2. Lodret skal-og-rør varmeveksler med faste rørplader og en temperaturkompensator på huset:
1-fordelingskammer; 2 - rørplader; 3 - kompensator; 4 - hus; 5 - support; 6 - varmevekslerrør; 7 - tværgående skillevæg; 8 - bagkassedæksel; 9 - fjernrør; 10 - beslag
I enheder af denne type anvendes enkelt- og multi-element linsekompensatorer.
Skal-og-rør varmevekslere med et flydende hoved (med en bevægelig rørplade) er den mest almindelige type skal-og-rør varmevekslere (fig. 3). Den bevægelige rørplade tillader rørbundtet at bevæge sig frit uafhængigt af huset, hvilket reducerer termisk stress i både huset og varmevekslerrørene markant.
Ris. 3. Skal og rør varmeveksler med flydende hoved:
1 - fordelingskammerdæksel; 2 - fordelingskammer; 3 - fast rørplade; 4 - hus; 5 - varmevekslerrør; 6 - tværgående skillevæg; 7 - bevægelig rørplade; 8 - bagkassedæksel; 9 - flydende hoveddæksel; 10 - support; 11-rullers rørbundtstøtte
Varmevekslere af denne type udføres med to eller fire slag gennem rørrummet.
Enheder med et flydende hoved er oftest lavet med en enkelt passage gennem mellemrørsrummet. I enheder med to passager er der installeret en langsgående skillevæg i mellemrørsrummet.
Skal- og rørvarmevekslere med U-formede rør (fig. 4) har en rørplade, hvori begge ender af de U-formede varmevekslerrør rulles ind. Fraværet af andre stive forbindelser mellem de varmevekslere U-formede rør og kappen sikrer fri forlængelse af rørene, når deres temperatur ændres. Derudover er fordelen ved varmevekslere med U-formede rør, at der ikke er nogen aftagelig forbindelse inde i huset (i modsætning til varmevekslere med et flydende hoved), hvilket gør det muligt at bruge dem med succes i højt blodtryk kølemidler, der bevæger sig i rørrummet. Ulempen ved sådanne anordninger er vanskeligheden ved at rengøre de indre og ydre overflader af rør, som et resultat af hvilket de hovedsageligt bruges til rene produkter.
Ris. 4. Skal- og rørvarmeveksler med U-formede varmevekslerrør:
1 - fordelingskammer; 2-rørs gitter; 3 - hylster; 4 - varmevekslerrør; 5 - tværgående skillevæg; 6 - husdæksel; 7 - støtte; 8-rullers rørbundtstøtte
Effektiviteten af skal-og-rør varmevekslere stiger med stigende hastighed af kølevæskestrømme og graden af deres turbulisering. For at øge strømningshastigheden i mellemrørsrummet og deres turbulisering, forbedre kvaliteten af vask af varmeveksleroverfladen, er der installeret specielle tværgående skillevægge i mellemrørsrummet på skal-og-rør-varmevekslere. De fungerer også som understøtninger for det rørformede bundt, fikserer rørene i en given position og reducerer vibration af rørene.
I fig. Figur 5 viser tværgående skillevægge af forskellige typer. Segmentelle skillevægge er mest udbredte (fig. 5a).
Ris. 5. Tværgående skillevægge af skal-og-rør-enheder:
a - med en segmenteret udskæring; b - med en sektorudskæring; c - "disc-ring" partitioner; g - med en slidset udskæring; d - "solid"
Tværgående skillevægge med en sektorudskæring (fig. 5b) er udstyret med en yderligere langsgående skillevæg, der er lig med den halve indvendige diameter af apparathusets højde. En sektorudskæring med et areal svarende til en fjerdedel af apparatets sektion er placeret i tilstødende skillevægge i et skakternet mønster. I dette tilfælde roterer kølevæsken i mellemrørsrummet enten med eller mod uret.
Enheder med "solide" skillevægge (fig. 5d ) Anvendes normalt til rene væsker. I dette tilfælde strømmer væsken gennem det ringformede mellemrum mellem varmevekslerrørene og hullerne i skillevæggene.
For at øge den termiske effekt af varmevekslere med konstante rørlængder og varmevekslerdimensioner anvendes finner på den ydre overflade af varmevekslerrørene. Finnet varmevekslerrør bruges i tilfælde, hvor det er vanskeligt at sikre en høj varmeoverførselskoefficient fra en af kølemidlerne (gasformig kølevæske, tyktflydende væske, laminær strømning etc.). I fig. 6 viser muligheder for udvendige finner på varmevekslerrør.
Ris. 6.Findede rør:
a - med svejsede "trug-formede" ribber; b-med rullede ribben; c - med skrue riflede ribber; hr. med udpressede ribben; d - med påsvejste sylformede ribber
For at intensivere varmeoverførslen i rørrummet anvendes metoder til at påvirke flowet med anordninger, der turbuliserer kølevæsken i varmevekslerrørene. Til dette formål bruges de forskellige slags turbuliserende indsatser, hvis designmuligheder er vist i fig. 7.
Ris. 7. Varmevekslerrør med turbulatorer:
a - skrue hvirvler; b - tape hvirvler; c - membranrør med lodrette riller; g - membranrør med skrå riller; d - wire turbulatorer; e-turbuliserende indsatser
I skal-og-rør-varmevekslere er kølemidlet, der kommer ind i mellemrørsrummet, opdelt i flere strømme på grund af designegenskaber (fig. 8):
A – hovedtværstrømning;
B - strømmer i revnerne mellem hullerne i de tværgående skillevægge og varmevekslerrørene;
C - flyder mellem kanterne af skillevæggene og huset;
D – bypass flow gennem spalten mellem rørbundtet og kappen.
Opdelingen af kølevæskestrømmen, der kommer ind i ringrummet i flere strømme, komplicerer det hydrodynamiske billede af kølevæskens bevægelse betydeligt sammenlignet med den tværgående strøm af rørbundter og har en væsentlig indflydelse på både konvektiv varmeoverførsel og kølevæsketrykfaldet. Fordelingen af strømninger i ringrummet afhænger af varmevekslerens designkarakteristika, hvis optimering er hovedopgaven ved oprettelse af nye varmevekslere.
Ris. 8. Diagram over kølevæskestrømme i mellemrørsrummet i en skal-og-rør-varmeveksler:
A - hoved tværstrøm; B - strømmer i mellemrummene mellem hullerne i skillevæggene og rørene C - strømmer mellem skillevæggens kant og foringsrøret D - bypass flow gennem mellemrummet mellem rørbundtet og foringsrøret;
Det er nødvendigt at tage hensyn til fordelingen af kølevæskestrømme i ringrummet, da der ellers er betydelige fejl ved bestemmelse af den gennemsnitlige varmeoverførselskoefficient og kølevæsketrykfald s, som kan variere fra 50 til 150 %.
Afhængigt af perfektionen af varmevekslerens design ændres også fordelingen af strømninger i mellemrørsrummet. I et turbulent strømningsregime overstiger hovedstrømmen (A) ikke 40% af den samlede kølevæskestrøm, og i en laminær strømning - 25%.
Skal og rør varmevekslere er blandt de mest almindelige. De bruges i industri og transport som varmelegemer, kondensatorer, kølere, til forskellige flydende og gasformige medier. Hoved elementer skal og rør varmeveksler er: kappe (hus), rørbundt, kammerdæksler, rør, afspærrings- og reguleringsventiler, styreudstyr, understøtninger, ramme. Apparatets hus er svejset i form af en cylinder fra en eller flere, normalt stålplader. Tykkelsen af husets væg bestemmes af arbejdsmediets maksimale tryk i ringen og apparatets diameter. Bunden af kamrene kan være sfærisk svejset, elliptisk præget og, mindre almindeligt, flad. Tykkelsen af bundene bør ikke være mindre end skrogets tykkelse. Flanger svejses til de cylindriske kanter af huset til forbindelse med dæksler eller bunde. Afhængigt af placeringen af enheden i forhold til gulvet i rummet (lodret, vandret), skal passende understøtninger svejses til kroppen. Det lodrette arrangement af huset og hele varmeveksleren er at foretrække, da det område, der er optaget af enheden, i dette tilfælde er reduceret, og dets placering i arbejdsrummet er mere bekvemt.
Varmevekslerrørbundtet kan samles af glat stål sømløse, messing eller kobber lige eller U- og W-formede rør med en diameter fra et par millimeter til 57 mm og en længde fra et par centimeter til 6-9 m med en krop diameter på op til 1,4 m eller mere. Prøver af skal-og-rør og sektionsvarmevekslere med lavt riflede langsgående, radiale og spiralformede finner er ved at blive introduceret, især inden for køleteknologi og transport. Højden af den langsgående ribbe overstiger ikke 12-25 mm, og højden af fremspringet af rullede rør er 1,5-3,0 mm med 600-800 ribber pr. 1 m længde. Den ydre diameter af rør med lavradiale (roll-on) finner adskiller sig lidt fra diameteren af glatte rør, selvom varmeoverførselsoverfladen øges med 1,5-2,5 gange. Formen på en sådan varmevekslingsoverflade sikrer høj termisk effektivitet af enheden i arbejdsmiljøer med forskellige termofysiske egenskaber.
Afhængigt af bundtets design fastgøres både glatte og valsede rør i et- eller to-rørs gitre ved afbrænding, perling, svejsning, lodning eller samlinger. Af alle de anførte metoder bruges mere komplekse og dyre pakdåsetætninger mindre hyppigt, hvilket tillader langsgående bevægelse af rør under termisk forlængelse.
Anbringelse af rør i rørplader(Fig. 2.2) kan udføres på flere måder: langs siderne og hjørnerne af regulære sekskanter (skakbræt), langs siderne og hjørnerne af kvadrater (korridor), langs koncentriske cirkler og langs siderne og hjørnerne af sekskanter med diagonalen forskudt med vinkel β. For det meste er rørene placeret jævnt over hele gitterområdet langs siderne og spidserne af almindelige sekskanter. I enheder, der er designet til at fungere på forurenede væsker, anvendes rektangulær rørplacering ofte for at lette rengøringen af mellemrørsrummet.
Ris. 2.2 - Metoder til fastgørelse og placering af rør i rørplader: a - ved afbrænding; b - flaring med flange; c - flaring i glas med riller; g og d - svejsning; e - ved hjælp af en olietætning; 1 - langs siderne og hjørnerne af regelmæssige sekskanter (trekanter); 2 - langs koncentriske cirkler; 3 - langs siderne og toppene af firkanterne; 4 - langs siderne og hjørnerne af sekskanter med diagonalen forskudt med vinklen β
I vandrette skal-og-rør varmevekslere-kondensatorer for at reducere termisk modstand på den ydre overflade af rørene, forårsaget af en film af kondensat, anbefales det at placere rørene på siderne og hjørnerne af en sekskant med diagonalen forskudt med en vinkel β, mens der efterlades frie passager til damp i mellemrørsrummet.
Nogle muligheder for arrangement af rørbundter i huset er vist i (fig. 2.3). Hvis begge gitre af et bundt af lige rør er klemt mellem de øvre og nedre flanger af kroppen og dækslerne, vil en sådan anordning have en stiv struktur (fig. 2.3, a, b). Stive varmevekslere bruges, når temperaturforskellen mellem kroppen og rørene er relativt lille (ca. 25-30 ° C), og forudsat at kroppen og rørene er lavet af materialer med lignende værdier af deres forlængelseskoefficienter. Ved design af apparatet er det nødvendigt at beregne de spændinger, der opstår på grund af termisk forlængelse af rør i rørpladen, især ved krydset mellem rørene og gitteret. Baseret på disse spændinger bestemmes egnetheden eller uegnetheden af et apparat med stiv struktur i hvert enkelt tilfælde. Mulige muligheder skal-og-rør varmevekslere af fleksibelt design er også vist i (fig. 2.3, c, d, e, f).
Ris. 2.3 - Skemaer af skal-og-rør varmevekslere: a - med stiv fastgørelse af rørplader med segmenterede skillevægge; b - med stiv fastgørelse af rørplader med ringformede skillevægge; c - med en linsekompensator på kroppen; g - med U-formede rør; d - med dobbeltrør (rør i rør); e - med et "svævende" kamera lukket type; 1 - cylindrisk krop; 2 - rør; 3 - rørplade; 4 - øvre og nedre kamre; 5, 6, 9 - segmentelle, ringformede og langsgående skillevægge i det ringformede rum; 7 - linsekompensator; 8 - skillevæg i kammeret; 10 - indre rør; elleve - ydre rør; 12 - "svævende" kamera
I skal-og-rør varmeveksler med en linsekompensator på huset(Fig. 2.3, c) varmeudvidelse kompenseres ved aksial kompression eller spænding af denne kompensator. Det anbefales at bruge sådanne anordninger, når overtrykket i ringrummet ikke er højere end 2,5 10 5 Pa, og når kompensatoren ikke er deformeret med mere end 10-15 mm,
I varmevekslere med U-formet(Fig. 2.3, d), såvel som med W-formede rør, er begge ender af rørene fastgjort i en (normalt i den øverste) rørplade. Hvert af rørene i bundtet kan frit strækkes uafhængigt af forlængelsen af andre rør og elementer i apparatet. Samtidig opstår der ingen spændinger ved rørens samlinger med rørpladen og ved rørpladens forbindelse med kroppen. Disse varmevekslere er velegnede til drift ved høje tryk kølemidler. Enheder med bøjede rør kan dog ikke betragtes som de bedste på grund af vanskeligheden ved at producere rør med forskellige bøjningsradier, vanskeligheden ved at udskifte og ulejligheden ved at rense bøjede rør.
Desuden under driftsforhold kl ensartet fordeling kølevæske ved indgangen til rørene vil have en uens temperatur på denne kølevæske ved udgangen fra dem pga. forskellige områder varmeoverførselsflader på disse rør.
I skal-og-rør varmevekslere med dobbeltrør(Fig. 2.3, e) hvert element består af to rør: det ydre - med en lukket nedre ende og det indre - med en åben ende. Øverste ende inderrør mindre diametre sikres ved afbrænding eller svejsning i den øverste rørplade og røret større diameter- i den nederste rørplade. Under sådanne installationsforhold kan hvert element, der består af to rør, frit forlænges uden forekomst af termiske spændinger. Det opvarmede medium bevæger sig gennem det indre rør og derefter gennem den ringformede kanal mellem det ydre og indre rør. Varmestrømmen fra varmemediet til det opvarmede medium overføres gennem væggen udvendigt rør. Derudover deltager overfladen af det indre rør også i varmeoverførselsprocessen, fordi temperaturen på det opvarmede medium i den ringformede kanal er højere end temperaturen af det samme medium i det indre rør.
I skal-og-rør varmeveksler med et lukket "flydende" kammer(Fig. 2.3, e) rørbundtet er samlet af lige rør forbundet med to rørplader. Det øverste gitter er fastspændt mellem husets øverste flange og flangen øvre kammer. Den nederste rørplade er ikke forbundet med huset, den kan sammen med det nedre kammer i rørrummet frit bevæge sig langs varmevekslerens akse. Disse varmevekslere er mere avancerede end andre ikke-stive enheder. En vis stigning i omkostningerne til enheden på grund af en stigning i kroppens diameter i området af det "flydende" kammer og på grund af behovet for at fremstille et ekstra dæksel er berettiget af enkelheden og pålideligheden af driften. Enhederne kan være lodrette og vandrette.
Andre typer varmevekslere med kompensation af termiske forlængelser, som f.eks. med en bælgkompensator på det øverste afgreningsrør, der fjerner (tilfører) kølevæske fra det indvendige rørrum, med en pakdåse af det øverste afgreningsrør eller rørplade osv. på grund af kompleksiteten i fremstillingen, lav driftssikkerhed og lave tilladte kølevæsketryk vil i fremtiden kun blive brugt i undtagelsestilfælde.
Varmevekslernes rør- og rørrum er adskilt og danner to kredsløb til cirkulation af to kølemidler. Men om nødvendigt kan der ikke tilføres et, men to eller endda tre opvarmede medier til in-line-kredsløbet, der adskiller disse strømme med skillevægge placeret i apparatets dæksler.
I praksis, når man designer sådanne enheder, er det muligt at retfærdiggøre og sikre optimal hastighed kun ét kølemiddel, der passerer gennem in-pipe-kredsløbet, mens rørenes placering i rørpladen og antallet af slag gennem rørene ændres. Multi-pass-enheder oprettes ved at installere passende skillevægge i varmevekslerens øvre og nedre kamre.
Strømningshastigheden i mellemrørsrummet bestemmes af betingelserne for placering af rør i rørpladen. Typisk er det åbne tværsnit for passage af kølevæske i ringen 2-3 gange større end det åbne tværsnit af rørene, derfor er strømningshastigheden i ringen 2 med lige volumetriske strømningshastigheder for begge medier. -3 gange mindre end i rørene. Om nødvendigt kan segment- eller ringformede skillevægge installeres i mellemrørsrummet, hvilket reducerer det åbne tværsnit og giver stivhed til rørbundtet. Naturligvis vil strømningshastigheden i mellemrørsrummet i dette tilfælde stige, langsgående-tværskylning af rørbundtet vil blive organiseret, og varmevekslingsforholdene vil forbedres.
I vand-vand eller generelt væske-væske varmevekslere tilrådes det at lede arbejdsmediet med en lavere strømningshastighed pr. tidsenhed (eller med en højere viskositet) ind i in-line kredsløbet, selvom der i nogle tilfælde kan være afvigelser fra dette princip, for eksempel i oliekøleanlæg (fig. .2.3, b).
I damp-væske varmevekslere, især ved forhøjede dampparametre, er der stor forskel mellem temperaturerne på rørvæggene og huset. Til sådanne tilfælde af væskeopvarmning bruges der oftest enheder af ikke-stivt design, med undtagelse af dampkondensatorer, der arbejder under vakuum. Damp passerer normalt i mellemrørsrummet fra top til bund, og væske - inde i rørene. Kondensat fjernes fra bunden af huset gennem et kondensafløb. Påkrævet stand, at sørge for normalt arbejde damp-væske varmeveksler er fjernelse af ikke-kondenserbare gasser fra den øvre del af mellemrørsrummet og fra det nedre volumen over kondensatoverfladen. Ellers vil varmevekslingsforholdene på den ydre overflade af rørene forringes, og apparatets termiske ydeevne vil falde kraftigt.
I komplekse industrielle termiske kraftværker bruges kondensatorer, som spiller en hjælperolle i denne proces. Valget af type og design af kondensatoren afhænger af det tryk, hvorved faseovergangsprocessen finder sted, og behovet for at bevare kondensatet. I denne forbindelse bør overflade- og blandingskondensatorer overvejes.
Overflade skal og rør kondensatorer stiv vandret type konstruktion er kompakt, praktisk til placering i kombination med andet udstyr, men samtidig er de dyrere end at blande dem. Arrangementet af rør i gitteret af overfladekondensatorer udføres i henhold til muligheden vist i fig. 2.2 (4) eller fig. 2.2(1). Langs strømmen af vand i rørene er kondensatorerne lavet af to- og fire-pass. Damp kondenserer i mellemrørsrummet, hvori der er tilvejebragt frie passager til damp nederste rækker rør Denne metode til dampkondensering sikrer renheden af kondensatet, som kan tjene som næringsmedium til dampgeneratorer. Disse kondensatorer kan opretholde et tryk fra 5000 til 3000 Pa.
Et stort antal forskellige skal-og-rør varmevekslere masseproduceres af specialiserede fabrikker, så i mange tilfælde er det muligt at vælge en varmeveksler, der opfylder designkarakteristika fra et katalog.
Skal- og rørvarmevekslere er en varmeveksler mellem to strømme med opvarmning af et medium (væske, gasformigt) på grund af et kølemiddel. Under den termiske proces blandes de to medier ikke, de kan ændre deres aggregeringstilstand. Varme og kolde kølemidler bevæger sig i forskellige kanaler, og varmeudveksling sker gennem rørbundternes vægge. For at øge varmeoverførselsfladen anvendes rørfinner, hvilket gøres ved at vikle ståltape.
Enheden har fået sit navn fra huset med rør placeret indeni, hvorigennem genopretning udføres. Enhedens driftstemperaturområde er fra -60°C til +600°C. Afhængigt af dens formål kan den fungere som varmeveksler, køleskab, kondensator eller fordamper.
Produktet bruges i varmeteknik til udstyr Brugsvandsanlæg. Den høje effektivitet af varmevekslere reducerer brændstofforbruget brugt på den teknologiske proces eller varmeforsyning. Skal- og rørvarmevekslere har altid indtaget en førende position i efterspørgslen på markedet varmeudstyr. I løbet af de sidste 15-20 år er der dukket mange nye analoger op med fremragende egenskaber. Men varmeingeniører foretrækker at bruge disse gennemtestede, pålidelige varmeenheder.
Hvilke typer varmevekslere findes der?
I henhold til GOST 9929-82 produceres skal-og-rør-varmevekslerprodukter med en diameter fra 15,9 cm til 300 cm og kan modstå tryk i området fra vakuum til 160 kgf/cm². Enhedens længde kan være fra et par centimeter til 8-9 meter.
Varmevekslerfladen kan nå flere tusinde kvadratmeter.
Produkterne fås i følgende typer:
N – med fast indbyggede rørgitre;
K – med temperaturkompensator;
P - med flydende hoved;
U - s U-form rørformede elementer;
PC – kombineret, udstyret med et flydende hoved med indbygget kompensator.
Skal- og rørvarmevekslere med faste rørplader har et stivt komponentdesign. De er mest almindelige i olie- og gasindustrien og kemisk industri. Denne type fylder 75 % af det samlede marked for skal-og-rør-varmevekslere. Særpræg Denne type er, at varmevekslerrørene er stift fastgjort til rørplader (udvidet), som igen er svejset til husets indervæg. I denne henseende er muligheden for gensidige bevægelser af elementer i fordelingskammeret udelukket.
For at tilføre og fjerne kølevæske fra rør og mellemrør samt for at fjerne kondensat er produkter udstyret med fittings eller andet rørledningsfittings, der forlader varmeveksleren. Intensiteten af varmeoverførsel under tværgående bevægelse af strømmen er højere, så den er rettet langs en zigzag-bane. For at gøre dette skal du installere tværgående skillevægge, som de ikke støder op til indre overflade beklædning, hvilket efterlader et hul til flowbevægelse. For at koncentrere strømmen tættere på rørbundtet bruges specielle plader til at indsnævre arbejdsrum kameraer.
I en skal-og-rør varmeveksler med en kompensator på huset termisk forlængelse kompenseres ved langsgående kompression eller forlængelse af fleksible indsatser og ekspandere. Sådanne enheder bruges, når overdreven deformation af kompensatoren er inden for 10-15 mm. I en sådan halvstiv struktur kan linse, kirtel eller bælg ekspansionsled bruges til at kompensere temperaturudvidelser og rørforvrængning.
Designet af enheden anses for at være mere avanceret flydende hoved. Et af rørpladerne er fastgjort stift, det andet gitter bevæger sig frit sammen med rørsystem. Flydende madlavning er en bevægelig rist med låg, som den er udstyret med. En vis stigning i prisen på enheden på grund af en stigning i kroppens diameter og en ekstra bund er berettiget af større driftssikkerhed.
I produktet med U-formede rør begge ender af rørbundtet er fastgjort til en rørplade, røret bøjes i en 180° løkke med en radius på 4d eller mere. Dette gør det muligt for rørene at strække sig frit mod bøjningen af rørbundtet.
Baseret på bevægelsesretningen af mediet i apparatet er der enkelt-/multipas varmevekslere. I en engangsproces bevæger stoffet sig én gang ad den korteste vej fra input til output. Mest fremtrædende repræsentant Denne type er vand-vandvarmeren af BNP, brugt i varmesystemerÅh. Hvornår er det bedst at bruge sådan en enhed? Det er bedst, hvor høj intensitet af varmevekslingsprocessen ikke er påkrævet, og hvor der er en lille forskel mellem kølevæskens temperatur og miljøet.
I multi-pass systemer omdirigeres flowet ved hjælp af et system af langsgående og tværgående skillevægge i volumenet. Det anses for optimalt at anvende en varmeveksler i termiske anlæg med høj hastighed bevægende eller lavt varmeoverførselsmiddel. Ifølge midlets bevægelsesmetode skelnes de direkte flow, modstrøm og krydsstrøm Produkter.
Til at betjene varmeveksleren i aggressive miljøer I stedet for et stålbundt af rør bruges grafit- eller glasrør, og kroppen er forseglet med tætninger af specielle materialer.
På hvilket princip fungerer enhederne?
Genvindingsprincippet, der anvendes i funktionaliteten, er baseret på separat varmeveksling uden at blande produkterne. Varmeoverførsel fra et mere opvarmet medium til et mindre opvarmet medium sker gennem væggene i rørene, der adskiller de to midler. I dette tilfælde overholdes princippet om modstrøm, da det sikrer optimal varmeoverførsel. Et kølemiddel (væske, gas, damp) tilføres under tryk ind i rummet mellem rørene, det andet cirkulerer gennem rørene og kan variere aggregeringstilstand fra den første.
Dernæst opstår varmevekslingsprocesser mellem flydende og gasformige stoffer i normal tilstand. For at øge varmeoverførselskoefficienter, tilstrækkelig høje hastigheder Produkter. For damp og gas skal den være 8–25 m/s, for flydende midler fra 1,5 m/s. For at øge varmeoverførslen er rørene udstyret med specielle finner.
Hvad består et skal-og-rør-apparat af?
Den største fordel ved en skal-og-rør varmeveksler og grunden til dens popularitet er dens enkle, men meget pålideligt design. Den består af et fordelingskammer udstyret med dyser, et cylindrisk hus, rørplader og et rørbundt. Designet er suppleret med endestykker og understøtninger til placering på en vandret base eller fastgørelser for en anden orientering i rummet.
For at intensivere varmeoverførslen anvendes rør med udvendige ribber, som øger varmeoverførslen. Hvis du skal reducere varmeoverførslen ind miljø og øger varmeakkumulerende egenskaber, beklædningen er dækket med et varmeisolerende lag. Der er også "rør-i-rør"-design. Huset er oftest udført i stålplade med en tykkelse på mindst 4 mm. Ristene er oftest lavet af samme materiale og har en tykkelse på mindst 20 mm. Det vigtigste strukturelle element er bjælken metalrør, på den ene eller begge sider er den fastgjort til rørpladerne.
Produktmærkning
Mærkningen af varmevekslere består af en sekvens af alfanumeriske kodetegn. For eksempel står forkortelsen 1400 TKG-1.5-0.5 - M1/40D-6-1-U-I for:
diameter 1400 mm;
tryk inde i rørene 1,5 MPa;
det samme, kun i mellemrummet mellem rørene 0,5 MPa;
materiale type M1;
ribbede rør med en diameter på 40 mm;
produktlængde 6 m;
envejs design;
bruges i tempererede klimaer;
Der er enheder til fastgørelse af ekstern termisk isolering.
Fordele og ulemper ved produkter
Skal og rør varmevekslere har en række fordele, der giver konkurrencemæssige fordele i sit varmevekslersegment på markedet for termisk udstyr:
1. De er meget modstandsdygtige over for vandslag, mens andre analoger ikke har denne evne.
2. De kan arbejde med forurenede produkter eller i aggressive miljøer, i modsætning til andre varmevekslere. For eksempel virker pladeanaloger udelukkende på et rent middel.
3. Let at vedligeholde (let at producere mekanisk rengøring), teknisk vedligeholdelse og høj vedligeholdelsesevne.
Ulemperne ved produkter af denne type er:
1. Lavere koefficient sammenlignet med pladeprodukter nyttig handling, mindre varmeoverførselsoverfladeareal.
2. Store dimensioner, hvilket resulterer i øget materialeforbrug og omkostninger ved enheden.
3. Betydelig afhængighed af varmeoverførsel af hastigheden af det bevægelige middel.
Anvendelsesområde for enhederne
Skal- og røranordninger bruges som basisudstyr til varmepunkter og forsyningsnetværk boliger og kommunale ydelser. Individuel varmepunkter(ITP) har væsentlige fordele før den centraliserede varme- og vandforsyning. De leverer mere effektivt energi til faciliteter og leverer termisk regime bygninger end varmeværker.
Udstyr til varmeveksling Denne type er uundværlig i tilfælde, hvor det er nødvendigt at sikre isolering af kølevæsketryk og temperatur i sekundært kredsløb Brugsvand fra netværksvandforsyning. Dette gælder især, hvis varmeanlægget er tilsluttet varmeforsyningsnettet via selvstændig ordning tiltrædelse. Dette sker når statisk tryk, for eksempel varmeanlæg af tilsluttede bygninger på grund af ujævnt terræn højere end i netledningen. Eller omvendt, når trykket i netværkets "retur" er højere end i servicevarmesystemet.
Varmevekslere af denne type bruges i olie-, gas- og kemiske industrier. De kan findes i store termiske kraftværker, hvor der anvendes kølemidler med høje parametre. Det mangfoldige anvendelsesområde er ikke begrænset til disse industrier. De bruges som fordampere i genopvarmere, luftkølede kondensatorer, destillationskolonner. Kan også bruges til at køle råvarer, komponenter el færdige produkter. De er meget brugt i teknologiske processer mejeri, øl og andre fødevareindustrier.
Varmevekslere er enheder, der tjener til at overføre varme fra et kølemiddel (varmt stof) til et koldt stof (opvarmet). Gas, damp eller væske kan bruges som kølemidler. I dag er skal-og-rør varmevekslere den mest udbredte af alle typer varmevekslere. Funktionsprincippet for en skal-og-rør-varmeveksler er, at varme og kolde kølemidler bevæger sig gennem to forskellige kanaler. Varmevekslingsprocessen sker mellem væggene i disse kanaler.
Varmevekslerenhed
Typer og typer af skal-og-rør varmevekslere
Varmeveksler – nok kompleks enhed, og der er mange varianter af det. Skal- og rørvarmevekslere er en type rekuperativ varmeveksler. Varmevekslere er opdelt i typer afhængigt af kølevæskens bevægelsesretning. De er:
- kryds-flow;
- modstrøm;
- direkte flow.
Skal-og-rør varmevekslere får deres navn, fordi de tynde rør, som kølevæsken bevæger sig igennem, er placeret i midten af hovedskallen. Den hastighed, hvormed stoffet vil bevæge sig, afhænger af, hvor mange rør der er i midten af huset. Varmeoverførselskoefficienten vil til gengæld afhænge af stoffets bevægelseshastighed.
Til fremstilling af skal-og-rør-varmevekslere anvendes legerings- og højstyrkestål. Disse typer stål bruges, fordi disse enheder som regel fungerer i et ekstremt aggressivt miljø, der kan forårsage korrosion.
Varmevekslere er også opdelt i typer. Følgende typer af disse enheder fremstilles:
- med temperaturhuskompensator;
- med faste rør;
- med U-formede rør;
- med flydende hoved.
Fordele ved skal- og rørvarmevekslere
Skal- og rørenheder har for nylig været i høj efterspørgsel, og de fleste forbrugere foretrækker denne type enhed. Dette valg er ikke tilfældigt - skal-og-rør-enheder har mange fordele.
Varmeveksler
Den vigtigste og mest markante fordel er den høje modstand af denne type enheder mod vandhammer. De fleste typer varmevekslere, der produceres i dag, har ikke denne kvalitet.
Den anden fordel er, at skal- og rørenheder ikke kræver et rent miljø. De fleste enheder fungerer ustabilt i aggressive miljøer. For eksempel har pladevarmevekslere ikke denne egenskab og er i stand til udelukkende at fungere i rene miljøer.
Den tredje væsentlige fordel ved skal-og-rør varmevekslere er deres høje effektivitet. Med hensyn til effektivitet kan det sammenlignes med pladevarmeveksler, hvilket er det mest effektive i de fleste henseender.
Således kan vi med tillid sige, at skal-og-rør varmevekslere er en af de mest pålidelige, holdbare og yderst effektive enheder.
Ulemper ved skal-og-rør-enheder
På trods af alle fordelene har disse enheder også nogle ulemper, som også er værd at nævne.
Den første og mest markante ulempe er store størrelser. I nogle tilfælde må brugen af sådanne enheder opgives netop på grund af deres store dimensioner.
Den anden ulempe er det høje metalforbrug, hvilket er årsagen høj pris skal og rør varmevekslere.
Metal varmevekslerVarmevekslere, herunder skal-og-rør, er ret lunefulde enheder. Før eller siden skal de repareres, og det har visse konsekvenser. Den "svageste" del af varmeveksleren er rørene. De er oftest kilden til problemet. Når man dirigerer reparationsarbejde Det skal tages i betragtning, at varmeoverførslen kan falde som følge af enhver indgriben.
Ved at kende denne funktion ved enhederne foretrækker de fleste erfarne forbrugere at købe varmevekslere med en "reserve".