Diseños de intercambiadores de calor. Diagrama de principio de funcionamiento del intercambiador de calor de placas.

Intercambiador de calor de carcasa y tubos- Se trata de un dispositivo para el intercambio de calor entre dos flujos diferentes. Un medio se calienta gracias al agente refrigerante del otro. Dos medios diferentes pueden cambiar su estado de agregación, pero no se produce mezcla durante la transferencia de energía. El intercambio de calor se produce a través de las paredes del dispositivo. Las tuberías suelen tener nervaduras para aumentar la superficie de transferencia de calor.

Tipos de intercambiadores de calor

Hay intercambiadores de calor varios tipos. Su diámetro puede oscilar entre 159 y 3000 mm. Presión máxima - 160 kg/cm2. La longitud puede variar desde varias decenas hasta 10.000 mm. Tipos de unidades:

1. Con rejillas integradas realizadas en forma de tubo.
2. El diseño de un intercambiador de calor de carcasa y tubos puede incluir un compensador de temperatura.
3. Un dispositivo equipado con un cabezal flotante.
4. Con dispositivo en forma de U.
5. Conjunto. Dispone de compensador y cabezal flotante incorporado.

En este vídeo aprenderás cómo se clasifican los intercambiadores de calor:

El diseño del intercambiador de calor de carcasa y tubos, que contiene placas de tubos, tiene un acoplamiento rígido de todos los elementos. Estos dispositivos se utilizan con mayor frecuencia en las industrias petrolera o química. Este tipo de dispositivos representa aproximadamente las tres cuartas partes del mercado total. En este tipo, las placas de tubos se sueldan desde el interior a las paredes de la carrocería y se fijan a ellas mediante un acoplamiento rígido. tubos de intercambio de calor. Esto evita cualquier cambio de todos. elementos constituyentes dentro del caso.

Un intercambiador de calor de carcasa y tubos compensa el alargamiento debido al calor mediante compresión longitudinal o con la ayuda de insertos flexibles especiales en expansores. Esta es una estructura semirrígida.

Un dispositivo con cabeza flotante se considera mucho más avanzado. El cabezal flotante es una rejilla móvil especial. Se mueve por todo el sistema de tuberías junto con la tapa. Un dispositivo de este tipo es más caro, pero también mucho más fiable.

Hay intercambiadores de calor de paso único y de paso múltiple.

Para un dispositivo con un sistema de tuberías en forma de U, dos extremos están soldados a una rejilla. El ángulo de rotación es de 180° y el radio es de 4 diámetros de tubería. Gracias a este diseño, los tubos del interior de la carcasa se pueden extender libremente.

Hay intercambiadores de calor de paso único y de paso múltiple. La elección depende de la dirección del movimiento del refrigerante dentro del aparato. En una sola pasada, el relleno se mueve por el camino más corto. Mayoría ejemplo brillante este tipo de dispositivo - Este es un calentador de agua GDP, que se utiliza en sistemas de calefacción. Este dispositivo se utiliza mejor en lugares donde no se necesita una alta tasa de transferencia de calor (la diferencia entre la temperatura ambiente y el portador de calor es mínimo).

Los dispositivos de múltiples pasadas tienen particiones transversales especiales. Proporcionan la redirección del flujo de refrigerante. Se utiliza donde se requieren altas tasas de transferencia de calor. Los dispositivos tubulares también se dividen en flujo simple, flujo cruzado y contraflujo.

Para que el intercambiador de calor pueda funcionar en condiciones extremas, en lugar de lo habitual tubos de acero Utilice vidrio o grafito. La carcasa se cierra mediante juntas.

Principio de funcionamiento

El dispositivo tiene un principio de funcionamiento bastante simple. Un intercambiador de calor de carcasa y tubos separa los medios. No hay mezcla de productos dentro de la estructura. La transferencia de calor se produce a lo largo de las paredes de los elementos tubulares., que separan los refrigerantes. Un portador está ubicado dentro de las tuberías y el otro se suministra bajo presión al espacio entre tuberías. Estados agregados ambos portadores de energía pueden diferir. Puede ser gas, vapor o líquido.

Principio de funcionamiento intercambiador de calor de carcasa y tubos Consiste en los procesos normales de transferencia de energía entre líquidos y diversos gases. Para aumentar el coeficiente de transferencia de energía térmica, se utilizan velocidades de movimiento de productos bastante altas dentro de la estructura. Para vapor o gas, generan de 8 a 25 m/s. Para refrigerantes líquidos la velocidad mínima es de 1,5 m por segundo.

El calor atraviesa las paredes de esta unidad.

Diseño de un aparato de carcasa y tubo.

La principal ventaja de un intercambiador de calor de carcasa y tubos y razón principal su popularidad radica en alta confiabilidad diseños. Incluye cámaras de distribución, que están equipadas con tubos. También se proporcionan una carcasa cilíndrica, un haz de tubos y un cierto número de rejillas. Toda la estructura se complementa con cubiertas que se ubican en los extremos. El kit incluye soportes que permiten colocar el dispositivo en un plano horizontal. También hay un soporte para montar el dispositivo en cualquier lugar del espacio.

Para aumentar el intercambio de calor entre el refrigerante, se utilizan tuberías cubiertas con nervaduras especiales. Si la tarea es reducir la transferencia de calor, entonces el cuerpo se cubre con algún tipo de capa aislante del calor. De esta forma se pueden aumentar significativamente las propiedades acumulativas del producto. Se utilizan diseños especiales en los que una tubería se ubica en la segunda.

Para la fabricación de la carcasa se utiliza chapa de acero gruesa (a partir de 4 mm). Para producir rejillas, la mayoría de las veces se toma el mismo material, pero su espesor es mucho mayor (a partir de 2 cm). El elemento principal es un haz de tubos fabricados de un material que tiene una alta conductividad térmica. Este haz se fija por uno o ambos lados sobre placas tubulares.

Ventajas y desventajas

Estos dispositivos tienen varias ventajas, lo que garantiza una competitividad suficiente en el mercado. sistemas de intercambio de calor. Principales ventajas del equipo:

1. El diseño proporciona una excelente resistencia a los golpes hidráulicos. Sistemas similares no tienen esta característica.
2. Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos son capaces de funcionar en condiciones extremas o con productos bastante contaminados.
3. Son muy fáciles de usar. Fácil de realizar limpieza mecanica equipo, está planeado mantenimiento. El equipo tiene una alta mantenibilidad.

Este intercambiador de calor tiene ventajas y desventajas.

A pesar de todas las ventajas, este dispositivo también tiene desventajas. Estos deben considerarse antes de comprar. Dependiendo del uso previsto, pueden ser necesarios otros sistemas similares. Desventajas del dispositivo:

1. La eficiencia es menor que la de los productos en placa. Esto se debe a que los intercambiadores de carcasa y tubos tienen menos superficie para transferir calor.
2. Tiene tallas grandes. lo potencia costo final, así como los costos operativos.
3. El coeficiente de transferencia de calor depende en gran medida de la rapidez con la que se mueve el agente.

A pesar de todas sus deficiencias, los dispositivos de carcasa y tubos han encontrado su lugar en el mercado de intercambiadores de calor. Siguen siendo populares y se utilizan en muchas industrias.

Ámbito de aplicación

Los productos de carcasa y tubos se utilizan como parte de redes de servicios públicos Vivienda y servicios comunales. También se utilizan en estaciones de calefacción para proporcionar agua caliente edificios residenciales. Los puntos de calefacción individuales tienen ciertas ventajas sobre el suministro central de agua y calefacción: proporcionan calor a edificios y otros objetos de manera mucho más eficiente que una red de calefacción centralizada.

Los intercambiadores de calor de este tipo también se utilizan en las industrias del petróleo, la química y el gas. Se utilizan en el campo de la ingeniería termoeléctrica, donde los refrigerantes tienen altas velocidades de transferencia de temperatura. Y estas no son todas las industrias donde se utilizan dichos equipos. Se puede encontrar en evaporadores rehervidores o en refrigeradores de condensadores de intercambio de calor por aire, columnas de destilación. Ha encontrado aplicación en la producción de cerveza y en la industria alimentaria.

Operar el dispositivo

El intercambiador de calor tubular tiene una larga vida útil. Para que pueda desempeñar su función de manera eficiente y funcionar durante mucho tiempo, es necesario realizar un mantenimiento programado de manera oportuna. La mayoría de las veces, la unidad está llena de líquido que no ha pasado por las etapas de filtración. Esto conduce a la obstrucción gradual de los tubos, lo que impide que el líquido refrigerante se mueva libremente por todo el sistema. Es necesario realizar oportuna y sistemáticamente limpieza mecanica todos los elementos del producto de carcasa y tubo. También es necesario lavar los componentes a alta presión.

Si es necesario reparar un aparato tubular, el primer paso es realizar medidas de diagnóstico. Esto le permite descubrir los principales problemas. La parte más vulnerable son las trompas, que suelen sufrir daños. El diagnóstico se realiza mediante pruebas hidráulicas.

Todo equipo de intercambio de energía térmica es bastante caprichoso. Esto incluye dispositivos de carcasa y tubo. Al realizar cualquier intervención en la estructura para reparaciones, se debe tener en cuenta que esto puede afectar el coeficiente de conductividad térmica y, en consecuencia, el intercambio de calor entre los medios. Muchas empresas y individuos compre varias instalaciones a la vez para poder conectarse rápidamente a otro dispositivo.

Es importante recordar que pueden surgir ciertas dificultades a la hora de regular equipos a base de condensado. Absolutamente cualquier cambio implica un aumento o disminución de la transferencia de calor. También hay que tener en cuenta que el cambio de área se produce de forma no lineal.

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Descargue el dibujo del intercambiador de calor y el calentador.

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Descargue el dibujo del intercambiador de calor y del calentador de vapor secundario.

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Descarga el plano del evaporador intercambiador de calor en la producción de vapor secundario.

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Descargue el plano del intercambiador de calor y del calentador de agua de alimentación.

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Descargue el plano del intercambiador de calor y caldera de la columna de extracción.

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Descarga el dibujo del intercambiador de calor y calentador de agua de red.

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Descargue el dibujo del intercambiador de calor y el sobrecalentador.

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Descargue el plano del economizador de agua.

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Descarga un dibujo de una caldera de vapor con detalles.

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Descargue el dibujo de un calentador de ácido nítrico.

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Descarga el dibujo del recuperador con detalles.

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Descargue un dibujo de un recuperador en la producción de aminas alifáticas superiores con detalles.

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Descargue el dibujo de un intercambiador de calor para un enfriador de amoníaco líquido.

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Descargue un dibujo de un intercambiador de calor y un enfriador de aminas en la producción de aminas alifáticas superiores.

Dependiendo del método de transferencia de calor, existen dos grupos principales de intercambiadores de calor.:

• - Intercambiadores de calor de superficie, en los que la transferencia de calor entre los medios de intercambio de calor se produce a través de la superficie de intercambio de calor que los separa: una pared ciega;
• - Intercambiadores de calor de mezcla, en los que se transfiere calor de un medio a otro cuando están en contacto directo.

Con mucha menos frecuencia se utilizan intercambiadores de calor regenerativos, en los que los medios líquidos se calientan debido a su contacto con medios previamente calentados. sólidos- una boquilla que llena el aparato, calentada periódicamente por otro refrigerante.

El diseño de los intercambiadores de calor debe ser sencillo, fácil de instalar y reparar. En algunos casos, el diseño del intercambiador de calor debe garantizar la menor contaminación posible de la superficie de intercambio de calor y ser fácilmente accesible para su inspección y limpieza.

Transferencia de energía en forma de calor que se produce entre cuerpos que tienen diferentes temperaturas, se llama transferencia de calor.

La fuerza impulsora de cualquier proceso de intercambio de calor es la diferencia de temperatura entre un cuerpo más calentado y uno menos calentado, en presencia de la cual el calor se mueve espontáneamente, de acuerdo con la segunda ley de la termodinámica, de un cuerpo más calentado a uno menos calentado.

Los cuerpos que intervienen en el intercambio de calor se denominan refrigerantes.

Dónde descargar dibujos de intercambiadores de calor

• Consulta de búsqueda: dibujo de un intercambiador de calor en Perm: le permitirá descargarlo en Perm y en la región de Perm, por ejemplo, para la Universidad Politécnica Nacional de Investigación de Perm.
• Consulta de búsqueda: dibujo de un intercambiador de calor en Kazán: le permitirá descargarlo en Kazán, por ejemplo, para especialidades técnicas de la Universidad Nacional de Investigación de Kazán.
• Consulta de búsqueda: dibujo de un intercambiador de calor en Omsk: le permitirá descargarlo de la Universidad Técnica Estatal de Omsk.

Intercambiadores de calor de carcasa y tubos

Estos intercambiadores de calor se encuentran entre los intercambiadores de calor de superficie más utilizados. Intercambiador de calor de carcasa y tubos de estructura rígida, que consta de una carcasa o carcasa 1 y placas de tubos 2 soldadas a ella. Un haz de tubos 3 está fijado a las placas de tubos y se fijan cubiertas 4 a las placas de tubos. (con juntas y tornillos).

En un intercambiador de calor de carcasa y tubos, uno de los medios de intercambio de calor se mueve dentro de las tuberías (en el espacio de las tuberías) y el otro se mueve en el espacio entre tubos.

Los medios de comunicación suelen estar dirigidos en contracorriente entre sí. En este caso, el medio calentado se dirige de abajo hacia arriba y el medio que desprende calor se dirige en la dirección opuesta. Esta dirección de movimiento de cada medio coincide con la dirección en la que este medio tiende a moverse bajo la influencia de cambios en su densidad cuando se calienta o se enfría.

Además, con las direcciones indicadas del movimiento de los medios, más distribución uniforme velocidades y condiciones idénticas de transferencia de calor sobre el área de la sección transversal del aparato. De lo contrario, por ejemplo, cuando se suministra un medio más frío (calentado) desde arriba del intercambiador de calor, la parte más calentada del líquido, al ser más ligera, puede acumularse en la parte superior del aparato, formando zonas "estancadas".

A caudales de fluido relativamente bajos, la velocidad de su movimiento en las tuberías es baja y, en consecuencia, los coeficientes de transferencia de calor son bajos. Para aumentar este último para una determinada superficie de intercambio de calor, se puede reducir el diámetro de las tuberías, aumentando correspondientemente su altura (longitud). Sin embargo, los intercambiadores de calor de pequeño diámetro y altura considerable son inconvenientes para la instalación, requieren grandes instalaciones y un mayor consumo de metal para la fabricación de piezas que no participan directamente en el intercambio de calor (carcasa del dispositivo). Por lo tanto, es más racional aumentar la tasa de transferencia de calor mediante el uso de intercambiadores de calor de múltiples pasos.

En un intercambiador de calor de múltiples pasos, la carcasa 1, las placas de tubos 2, las tuberías 3 y las cubiertas 4 fijadas en ellos son las mismas que en un intercambiador de calor de un solo paso. Usando particiones transversales 5 instaladas en las cubiertas del intercambiador de calor, las tuberías se colocan. dividido en secciones, o pasajes, a través de los cuales se mueve el líquido que fluye secuencialmente en el espacio de tubos del intercambiador de calor. Normalmente, la división en pasajes se realiza de tal manera que todas las secciones contengan aproximadamente la misma cantidad de tuberías.

Debido al área de la sección transversal total más pequeña de las tuberías colocadas en una sección en comparación con la sección transversal de todo el haz de tubos, la velocidad del fluido en el espacio de las tuberías de un intercambiador de calor de múltiples pasos aumenta (en relación con la velocidad en un intercambiador de calor de un solo paso) por un factor de igual al numero se mueve. Por lo tanto, en un intercambiador de calor de cuatro pasos, la velocidad en las tuberías, en igualdad de condiciones, es cuatro veces mayor que en uno de un solo paso. Para aumentar la velocidad y alargar la trayectoria del movimiento del medio en el espacio entre tubos, se utilizan particiones segmentadas 6 en los intercambiadores de calor horizontales, estas particiones también son soportes intermedios para el haz de tubos.

Un aumento en la intensidad del intercambio de calor en los intercambiadores de calor de múltiples pasos va acompañado de un aumento en la resistencia hidráulica y un diseño más complejo del intercambiador de calor. Esto dicta la elección de una velocidad económicamente viable, determinada por el número de carreras del intercambiador de calor, que normalmente no supera las 5-6. Los intercambiadores de calor de pasos múltiples funcionan según el principio de corriente mixta, que se sabe que conduce a cierta reducción. fuerza motriz transferencia de calor en comparación con el movimiento puramente contracorriente de los medios involucrados en la transferencia de calor.

En los intercambiadores de calor de paso único y especialmente de pasos múltiples, la transferencia de calor puede deteriorarse debido a la liberación de aire y otros gases no condensables disueltos en el líquido (o vapor). Para su extracción periódica se instalan grifos de purga en la parte superior de la carcasa del intercambiador de calor.

Los intercambiadores de calor de paso único y de paso múltiple pueden ser verticales u horizontales. Los intercambiadores de calor verticales son más fáciles de operar y ocupan un área de producción más pequeña. Los intercambiadores de calor horizontales suelen ser de múltiples pasos y funcionan a altas velocidades de los medios involucrados en el intercambio de calor para minimizar la estratificación de los líquidos debido a la diferencia en sus temperaturas y densidades, así como para eliminar la formación de zonas estancadas. .

Si la diferencia de temperatura promedio entre las tuberías y la carcasa en intercambiadores de calor de estructura rígida, es decir, con placas de tubos fijas soldadas al cuerpo se vuelve importante, entonces los tubos y la carcasa se alargan de manera desigual. Esto provoca una tensión importante en las placas tubulares, puede alterar la estanqueidad de la conexión entre los tubos y las placas y provocar su destrucción. soldaduras, mezcla inaceptable de medios intercambiadores de calor. Por lo tanto, cuando la diferencia de temperatura entre la carcasa y las tuberías es superior a 500 °C, o cuando las tuberías tienen una longitud significativa, se utilizan intercambiadores de calor de carcasa y tubos de diseño no rígido, que permiten cierto movimiento de las tuberías con respecto a el cuerpo del aparato.

Para reducir las deformaciones de temperatura causadas por la gran diferencia de temperatura entre las tuberías y la carcasa, la longitud significativa de las tuberías, así como la diferencia en el material de las tuberías y la carcasa, se utilizan intercambiadores de calor de carcasa y tubos con compensador de lente. Se utilizan lentes de compensación 1 en el cuerpo sujeto a deformación elástica. Este diseño es simple, pero es aplicable a presiones excesivas bajas en el espacio anular (6 atm).

Descargar plano Intercambiadores de calor de carcasa y tubos con dispositivos de compensación:

a - con compensador de lente; b - con cabeza flotante; c - con tubos en forma de U; 1 - compensador; 2 - placa tubular móvil; 3 - Tubos en forma de U.

Si es necesario asegurar grandes movimientos de tuberías y carcasas, se utiliza un intercambiador de calor con cabezal flotante (Fig. 1.2b). La placa tubular inferior es móvil, lo que permite que todo el haz de tubos se mueva libremente independientemente del cuerpo del aparato. Esto evita peligrosos deformación por temperatura tuberías y violación de la estanqueidad de su conexión con las placas de tubos. Sin embargo, la compensación extensiones de temperatura logrado en en este caso debido a la complejidad y el peso del diseño del intercambiador de calor.

En un intercambiador de calor de carcasa y tubos con tubos en forma de U, los propios tubos actúan como dispositivos de compensación. Al mismo tiempo, se simplifica y simplifica el diseño del aparato, que tiene sólo una placa tubular fija. La superficie exterior de los tubos se puede limpiar fácilmente retirando todo el tubo del cuerpo del aparato. Además, en los intercambiadores de calor de este diseño, que son de dos o múltiples pasos, se consigue un intercambio de calor bastante intenso. Desventajas de los intercambiadores de calor de tubos en U: Difíciles de limpiar superficie interior tuberías, la dificultad de colocar una gran cantidad de tuberías en una placa tubular.

En la industria química también se utilizan intercambiadores de calor con tubos dobles. En un lado del aparato hay dos rejillas de tubos, en una rejilla hay un haz de tubos de menor diámetro, abiertos en ambos extremos, y en la otra rejilla. hay tuberias diámetro mayor con extremos izquierdos cerrados, instalados concéntricamente con respecto a las tuberías. El medio se mueve a través de los espacios anulares entre las tuberías y se retira del espacio entre tuberías a través de las tuberías. Otro medio se mueve de arriba a abajo a lo largo del espacio entre tubos de la carcasa del intercambiador de calor, lavando las tuberías desde el exterior. En los intercambiadores de calor de este diseño, los tubos pueden alargarse bajo la influencia de la temperatura, independientemente del cuerpo del intercambiador de calor.

Intercambiador de calor de carcasa y tubos con doble tubería:

Intercambiadores de calor elementales. Para aumentar la velocidad de movimiento del medio en el espacio anular sin el uso de tabiques que dificulten la limpieza del aparato, se utilizan intercambiadores de calor elementales. Cada elemento de dicho intercambiador de calor es un simple intercambiador de calor de carcasa y tubos. Los medios calentados y enfriados pasan sucesivamente elementos individuales, que consta de un haz de tubos en una carcasa de pequeño diámetro. Un intercambiador de calor que consta de tales elementos (pasos) permite un exceso de presión significativo en el espacio entre tubos; Puede considerarse como una modificación de un intercambiador de calor de carcasa y tubos de múltiples pasos.

En los intercambiadores de calor elementales, el movimiento mutuo de los medios se acerca a un esquema efectivo de contraflujo puro. Sin embargo, debido a la división de la superficie total de intercambio de calor en elementos separados, el diseño se vuelve más engorroso y aumenta el coste del intercambiador de calor.

Intercambiadores de calor de doble tubo

Los intercambiadores de calor de este diseño, también llamados intercambiadores de calor tubo dentro de tubo, constan de varios elementos tubulares conectados en serie, formados por dos tubos dispuestos concéntricamente. Un refrigerante se mueve a través de los tubos interiores y el otro a través del espacio anular entre los tubos interiores y los tubos exteriores. Tuberías internas(generalmente con un diámetro de 57-108 mm) se conectan mediante rollos, y los tubos externos con un diámetro de 76-159 mm se conectan mediante tubos.

Gracias a la pequeña sección transversal del espacio difícil y entre tubos en los intercambiadores de calor de dos tubos, incluso con caudales bajos, bastante altas velocidades líquidos, normalmente igual a 1-1,5 m/seg. Esto permite obtener coeficientes de transferencia de calor más altos y lograr cargas térmicas más altas por unidad de masa del aparato que en los intercambiadores de calor de carcasa y tubos. Además, al aumentar las velocidades del refrigerante, disminuye la posibilidad de que se depositen contaminantes en la superficie de intercambio de calor.

Al mismo tiempo, estos dibujos de intercambiadores de calor son más voluminosos que los de carcasa y tubos, y requieren un mayor consumo de metal por unidad de superficie de intercambio de calor, que en dispositivos de este tipo está formado únicamente por tuberías internas.

Descargar dibujo Los intercambiadores de calor de doble tubo pueden funcionar eficientemente a bajos caudales de refrigerante, así como a altas presiones. Si se requiere una gran superficie de intercambio de calor, estos dispositivos están formados por varias secciones paralelas.

Intercambiadores de calor de bobina

Descarga de intercambiadores de calor sumergibles. En un intercambiador de calor de serpentín sumergible, la gota de líquido, gas o vapor se mueve a lo largo de un serpentín en espiral hecho de tubos con un diámetro de 15 a 75 mm, que se sumerge en un líquido ubicado en el cuerpo del dispositivo. Debido al gran volumen de la carcasa en la que se encuentra el serpentín, la velocidad del fluido en la carcasa es insignificante, lo que provoca valores bajos del coeficiente de transferencia de calor fuera del serpentín. Para aumentarlo, se aumenta la velocidad del fluido en la carcasa instalando un vidrio interno en ella, pero al mismo tiempo se reduce significativamente el volumen utilizable del cuerpo del aparato. Al mismo tiempo, en algunos casos, un gran volumen de líquido que llena la carcasa también tiene un valor positivo, ya que garantiza un funcionamiento más estable del intercambiador de calor durante las fluctuaciones del régimen. Los tubos de la bobina están unidos a la estructura.

En los intercambiadores de calor de este tipo, las baterías suelen estar formadas también por tubos rectos conectados mediante rodillos. A altos caudales del medio que se mueve a lo largo de una bobina de tubos rectos, primero se dirige a un colector común, desde donde ingresa a secciones paralelas de tuberías y también se elimina a través de un colector común. con esto conexión paralela secciones, la velocidad disminuye y la longitud de la trayectoria del flujo disminuye, lo que conduce a una disminución en la resistencia hidráulica del aparato.

La transferencia de calor en el espacio entre tubos de los intercambiadores de calor sumergibles es de baja intensidad, ya que el calor se transfiere casi por convección libre. Por tanto, los intercambiadores de calor de este tipo funcionan con cargas térmicas bajas. A pesar de esto, los intercambiadores de calor de inmersión resultan bastante amplia aplicación debido a la simplicidad del dispositivo, bajo costo, accesibilidad para limpieza y reparación, así como facilidad de operación a altas presiones y en ambientes químicamente activos. Se utilizan para calentar superficies de hasta 10-15 m2. Descargue el dibujo del intercambiador de calor sumergible.

Si se utiliza vapor de agua saturado como agente calefactor en un intercambiador de calor sumergible, entonces la relación entre la longitud del serpentín y su diámetro no debe exceder un cierto límite; por ejemplo, a una presión de vapor de 2 105-5 105 N/m2 (2-5 atm), esta relación no debe ser superior a 200-275. De lo contrario, la acumulación de vapor condensado en la parte inferior del serpentín provocará una disminución significativa en la intensidad de transferencia de calor con un aumento significativo de la resistencia hidráulica.

Intercambiadores de calor para riego

Un intercambiador de calor de este tipo consta de serpentines formados por tubos rectos colocados uno encima del otro y conectados entre sí mediante rodillos. Las tuberías suelen estar dispuestas en tramos verticales paralelos con colectores comunes para el suministro y descarga del medio enfriado. Desde arriba, los serpentines se riegan con agua, distribuida uniformemente en forma de gotas y chorros mediante un canalón con bordes dentados. Las aguas residuales se descargan desde una bandeja instalada debajo del serpentín. Los intercambiadores de calor de aspersores se utilizan principalmente como refrigeradores y condensadores, y aproximadamente la mitad del calor se elimina mediante la evaporación del agua de refrigeración. Como resultado, el consumo de agua se reduce drásticamente en comparación con su consumo en otros tipos de frigoríficos. Consumo de agua relativamente bajo - dignidad importante Intercambiadores de calor para riego, que, además, también se distinguen por su sencillez de diseño y facilidad de limpieza de la superficie exterior de las tuberías.

A pesar de que los coeficientes de transferencia de calor en los intercambiadores de calor para riego que funcionan según el principio de corriente cruzada son algo más altos que los de los sumergibles, sus desventajas importantes son: volumen, humectación desigual de la superficie exterior de las tuberías, cuyos extremos inferiores , con una disminución del caudal de agua de riego, se humedecen muy mal y prácticamente no participan en el intercambio de calor. Además, las desventajas de estos intercambiadores de calor incluyen: corrosión de las tuberías por el oxígeno del aire, presencia de gotas y salpicaduras que ingresan al espacio circundante.

Debido a la evaporación del agua, que aumenta con un riego insuficiente, los intercambiadores de calor de este tipo se instalan con mayor frecuencia en al aire libre; estan cercados rejas de madera(persianas), principalmente para minimizar el arrastre de salpicaduras de agua.

Los intercambiadores de calor para riego funcionan con cargas térmicas bajas y sus coeficientes de transferencia de calor no son altos. A menudo están fabricados con materiales químicamente resistentes.

Descripción del diseño del condensador.

La ventaja de los condensadores de carcasa y tubos es la posibilidad de crear velocidades altas e incluso idénticas de ambos refrigerantes y, en consecuencia, altos coeficientes de transferencia de calor. Sus desventajas incluyen una alta resistencia hidráulica y un importante consumo de metal.

Los más utilizados son los condensadores de carcasa y tubos que se utilizan para el intercambio de calor entre flujos en varios estados de agregación (vapor-líquido, líquido-líquido, gas-gas, gas-líquido). El dispositivo consta de un haz de tubos colocados dentro de un cuerpo cilíndrico (carcasa) soldado de chapa de acero, con menos frecuencia fundido. Los tubos se enrollan en dos placas tubulares o se sueldan a ellas, dependiendo de las propiedades de los materiales estructurales. La mayoría de las veces se utilizan tuberías con diámetros: 25x2; 38X2; 57X2,5mm; su longitud suele alcanzar los 6 m. Los tubos se colocan en un haz en forma de tablero de ajedrez, a lo largo de los vértices de un triángulo equilátero, con un paso t = (1,25-1,30) dн, donde dн -. SOBREDOSIS. tubería El dispositivo está equipado con dos tapas extraíbles con accesorios para la entrada y salida del refrigerante que se mueve dentro de las tuberías. Los espacios entre tuberías y tuberías están separados. El segundo refrigerante se mueve en el espacio entre tuberías, equipado con accesorios de entrada y salida. Como regla general, el flujo que circula por las tuberías contiene partículas sólidas en suspensión (para facilitar la limpieza), está bajo alta presión (para no sobrecargar la carrocería) o tiene propiedades agresivas (para proteger la carrocería de la corrosión).

Diseño de un frigorífico de carcasa y tubos a partir de:

• viviendas;
• tubería;
• lámina tubular;
• cubiertas;
• accesorios para entrada y salida del espacio de tuberías;
• accesorios para entrada y salida del espacio entre tuberías;
• particiones transversales del espacio entre tuberías;
• patas de apoyo, respectivamente, para las posiciones vertical y horizontal del aparato.

El líquido caliente entra en un espacio de tuberías formado por tuberías. El refrigerante frío ingresa al espacio anular como resultado del contacto de dos refrigerantes con diferentes flujos de calor, se produce el intercambio de calor y el calor fluye están nivelados, determinando así la temperatura de entrada establecida para el refrigerante frío o caliente. Los refrigerantes ingresan al espacio de la tubería mediante el racor 6 y al espacio entre tubos, mediante un racor. El aparato tiene cubiertas elípticas y un fondo; el aparato se fija mediante patas de soporte 8. Los tubos se fijan a la placa tubular 8 mediante abocardado.

El área de flujo del espacio entre tuberías es significativamente mayor (a veces 2 veces) que la sección transversal abierta total de las tuberías, por lo tanto, a los mismos caudales volumétricos de refrigerantes, el coeficiente de transferencia de calor desde el lado del espacio entre tuberías resulta ser menor. Para eliminar este fenómeno, recurren a aumentar la velocidad del refrigerante colocando varias particiones en el espacio entre tuberías. Los dispositivos de carcasa y tubo se ubican vertical u horizontalmente según las condiciones locales; si es necesario alargar el camino del refrigerante, se pueden conectar en serie, y si es imposible colocar la cantidad requerida de tuberías en una carcasa, se conectan en paralelo. Para alargar el recorrido de los refrigerantes con el fin de aumentar su velocidad e intensificar la transferencia de calor, se utilizan dispositivos de paso múltiple. Así, en un aparato de dos pasos, gracias a la partición 1 en la cubierta superior 2, el refrigerante pasa primero a través de las tuberías sólo a través de la mitad del haz y en dirección opuesta a través de la segunda mitad del haz.

Facilidad de fabricación, mantenibilidad, buena características de rendimiento y la confiabilidad del diseño hacen que el aparato recuperativo o de carcasa y tubo sea uno de los tipos más comunes equipo de calefacción. Se pueden utilizar los siguientes medios de trabajo: gas, agua, vapor, aire, aceite, etc. Cuanto mayor es su popularidad, más a menudo los especialistas se enfrentan a la necesidad de realizar cálculos para su selección. Afortunadamente, el progreso no se detiene. Se desarrolló un programa para la selección de recuperadores. Te contamos más al respecto.

Arroz. 1 Diagrama de carcasa y tubos.
intercambiador de calor

¿A qué se reduce el cálculo de un intercambiador de calor de carcasa y tubos? Hacia la determinación de la superficie de intercambio de calor y las temperaturas finales del refrigerante. ¿En qué se basa? En preparación balance de calor recuperador según un esquema determinado (ver Fig. 1) y determinación del coeficiente de transferencia de calor.

Datos iniciales:

• temperaturas iniciales de ambos medios (calentado y calentado), su presión y flujo másico.
• características físicas de los refrigerantes (viscosidad, densidad, conductividad térmica, etc.).
• la temperatura final de uno de los medios de temperatura.

Cálculo de superficies.

El programa determina energía térmica recuperador de la ecuación del balance de calor.

Ecuación del equilibrio térmico

• Q = Av* Ϭt.
• G - caudal másico del medio, kg/s.
• Ϭt - cambio en la temperatura ambiente, °C.

Sustituimos la potencia resultante en la ecuación del coeficiente de transferencia de calor y encontramos a partir de ella la superficie de calentamiento (intercambio de calor), m2.

• F = Q/k ∆t.
• Q - potencia térmica, ya determinada a partir de la ecuación del equilibrio térmico, W.
• k es el coeficiente de transferencia de calor a través de la pared divisoria, W/m2K, determinado mediante un cálculo bastante complejo.
• ∆t – diferencia de temperatura media, que determina el patrón de movimiento del medio calentado y calentado (contracorriente, flujo directo), °C.

Una vez determinada la superficie de calentamiento del intercambiador de calor a partir de la última ecuación, se selecciona una opción con características similares de la base de datos de recuperadores estándar.

Arroz. 2

El cálculo descrito anteriormente fue preliminar. Después de eso, comienza la etapa más difícil y larga: el cálculo de verificación del intercambiador de calor de carcasa y tubos. Se calculan las secciones de flujo para el medio calentado y calentado, se calcula la resistencia del intercambiador de calor, se cambia el patrón de flujo del medio y se vuelve a calcular todo. En última instancia, el programa determina el factor de seguridad de la superficie calefactora.

Esta reserva es necesaria en caso de que la carga en el intercambiador de calor cambie repentinamente (mal funcionamiento de las bombas de alimentación, formación de lodo en las tuberías, parte del haz de tubos tuvo que taparse para reparaciones). Finalmente el programa calculará la masa del recuperador. Esto es conveniente: inmediatamente hay trabajo para los constructores (se emite una tarea para los cimientos).

El programa utiliza el método de numerosas iteraciones para encontrar opciones optimas y lo muestra como una lista. Incluso si no le conviene ninguna opción para un circuito de condensador típico, tendrá en sus manos un cálculo que contiene todos los datos para desarrollar un proyecto funcional.

Anteriormente este trabajo se hacía manualmente, ahora puedes hacerlo, pero lleva mucho tiempo elegir esquema óptimo nadie lo hará, elegirán el primero que pase por temperatura. Entonces, ¿por qué molestarse durante varios días si el programa le proporcionará un cálculo de un intercambiador de calor de carcasa y tubos literalmente en minutos?

Intercambiador de calor de carcasa y tubos. Principio de diseño y funcionamiento.

Consideremos un intercambiador de calor de carcasa y tubos, cuyo dibujo vemos en la Figura 2. Describamos su diseño, observando la secuencia de su montaje.

Arroz. 3

• Entre las rejillas tubulares se sueldan tuberías con rejillas espaciadoras preinstaladas. Estos últimos no sólo distancian los tubos del haz, sino que también hacen que el intercambiador de calor sea multipaso, aumentando la eficiencia térmica de su circuito. Este diseño forma sistema de tuberías recuperador.
• Dos accesorios están soldados a la carcasa: entrada y salida del medio. Las bridas están soldadas a los extremos de la carcasa.
• Las conexiones para el suministro y salida del medio están soldadas en la parte inferior del recuperador. Las bridas correspondientes a las bridas de la carcasa están soldadas.
• El sistema de tuberías se inserta en la carcasa. Las placas tubulares se sujetan entre las bridas del fondo y la carcasa, se sellan con juntas y se conectan con pernos o pernos (ver Fig. 3). Esto permite reparar fácilmente los intercambiadores de calor de carcasa y tubos: afloje la conexión de brida y retire el haz de tubos.

El medio calefactor puede circular en el espacio entre tuberías o puede atravesar el sistema de tuberías. Ambas variantes del esquema son igualmente probables. todo depende de caracteristicas fisicas Medio ambiente y facilidad de instalación de tuberías de suministro. El diagrama del intercambiador de calor de carcasa y tubos está incluido en el cálculo del programa.

Compensación por expansión térmica.

Un intercambiador de calor de carcasa y tubos, cuyo principio de funcionamiento se basa siempre en la transferencia de calor del medio calefactor al medio calentado a través de una pared divisoria, tiene un punto que influye en gran medida en su diseño. Si las temperaturas del medio calefactor y del medio calentado difieren mucho, el diseño debe prever una compensación para las ampliaciones de temperatura. Si no se hace esto, la carcasa se expandirá más rápido que el haz de tubos (o viceversa). Esto provocará la deformación de las tuberías, por lo que las reparaciones son inevitables. Posibles opciones Las soluciones se muestran en la Fig. 4.

Arroz. 4

I y II - calentamiento y medio calentado.

• 1 - carcasa del recuperador.
• Sistema de 2 tuberías.
• 3 - compensador.
• 4 - cabezal del sistema de tuberías.

a) Intercambiador de calor con lente compensadora, al que se sueldan dos partes independientes de la carcasa. Este diseño (circuito) sólo es adecuado para recuperadores con bajas temperaturas y presión. Si le suministra refrigerantes con parámetros altos, no se puede evitar detenerse para realizar reparaciones (el funcionamiento de un compensador delgado en tales condiciones es imposible). Intercambiador de calor de carcasa y tubos, cuyo dibujo se muestra en la Fig. 2 se aplica específicamente a los intercambiadores de calor de lentes.

b) Recuperador con cabezal flotante. El sistema de tuberías está intercalado por un solo lado entre las bridas del cuerpo y la tapa (abajo). Por otro lado, los extremos de los tubos están soldados en una cámara separada (cabeza), que no está conectada rígidamente al cuerpo. De esta manera, el haz de tubos y el cuerpo se pueden extender independientemente uno del otro. La reparación en este caso no será un problema: el sistema de tuberías se retira junto con el cabezal.

c) Intercambiador de calor con tubos. forma de U. La tapa, por donde entra el medio calefactor, está dividida mediante un tabique en dos cámaras. El principio en el que se basa el intercambio de calor: el medio I ingresa a una cámara y a lo largo de la mitad de los tubos en forma de U, pasando por todo el intercambiador de calor de carcasa y tubos, regresa a la segunda cámara de la tapa de entrada. El medio II entra por una boquilla de la carcasa, circula en el espacio entre tuberías y sale por la segunda boquilla. La carcasa y el sistema de tuberías se expanden independientemente uno del otro.

El programa de cálculo de un intercambiador de calor de carcasa y tubos requiere datos iniciales claramente formulados. Para que el recuperador funcione sin problemas y las paradas para reparaciones sean raras, se necesita un circuito correctamente definido.

Hay varias características que son muy importantes para el cálculo. Este:

• Velocidad del refrigerante. Entonces, para refrigerantes líquidos ω = 0,6...6 m/s, para refrigerantes gaseosos ω = 3-30 m/s. Cuanto mayor sea la velocidad, mayor será la potencia térmica del intercambiador de calor. Pero al mismo tiempo, también aumenta el consumo de energía (carga) en la bomba de alimentación, que necesita "empujar" el medio a través del sistema. La mayoría de las veces, las velocidades se subestiman deliberadamente.
• Al elegir el diámetro y el material del haz de tubos, es necesario tener en cuenta:
  • Calidad del agua (vapor). La escoria y las incrustaciones reducirán la transferencia de calor y la producción de calor del recuperador.
  • cómo peores condiciones En el que funcionará el intercambiador de calor, mejor deberá ser el acero con el que estará fabricado. Si tienes que lavar con ácido, entonces no puedes hacerlo sin acero inoxidable. mejor momento gastar dinero en fabricación en lugar de detener constantemente el recuperador para repararlo.
• Restricciones de tamaño. Sus dimensiones no deben exceder las dimensiones máximas posibles de transporte.
• Mantenibilidad. Después de la instalación, delante del recuperador debe quedar suficiente espacio para poder reparar los intercambiadores de calor de carcasa y tubos (retirar el sistema de tuberías de la carcasa). El trabajo de los soldadores también requiere margen de maniobra. Si esto no es posible, entonces el diseño (circuito) que se muestra en la Fig. 5.
• Facilidad de uso. Su diseño debe permitir el libre acceso a válvulas, dispositivos de control y bridas.
• Tecnología de fabricación. El trabajo en sí (tecnología) y la variedad de materiales imponen ciertas restricciones. Así, por ejemplo, será muy difícil encontrar una chapa con un espesor de 9 mm, mientras que la de 10 mm se puede comprar en cualquier empresa. Es caro producir muchas piezas. Es aconsejable cambiar dichos elementos de diseño inmediatamente. Etc., etc.

Arroz. 5

Inicialmente, el cálculo incorrecto del recuperador y la elección de un esquema inadecuado son las principales razones por las que se repara el intercambiador de calor. Programa de cálculo intercambiadores de calor acelerará significativamente el proceso de cálculo y reducirá la tasa de error a cero. La sencilla interfaz del programa será comprensible incluso para un calculador novato.

Intercambiadores de calor de placas Se utiliza en el suministro de agua caliente, aire acondicionado, sistemas de calefacción de viviendas particulares y empresas, en puntos y redes de calefacción como calentadores, frigoríficos o condensadores. Los intercambiadores de calor realizan la transferencia de calor entre diferentes medios, por ejemplo, vapor-líquido, vapor-gas-líquido, líquido-líquido, gas-gas. El calor se transfiere de un medio caliente (refrigerante) a uno frío.

Estructuralmente, los intercambiadores de calor son un intercambiador de calor recuperativo con un sistema de placas onduladas estampadas, muy apretadas entre sí.

Los tamaños estándar de los intercambiadores de calor se describen en GOST 15518-87 "Intercambiadores de calor de placas. Tipos, parámetros y dimensiones principales".

Parámetros técnicos para el uso de intercambiadores de calor de placas:

• área de intercambio de calor 1-800 m 2
• presión de trabajo- no inferior a 0,002 MPa
• temperatura de los medios de trabajo - -70°С...+200°С

Principio de funcionamiento y diseño de intercambiadores de calor de placas.

El refrigerante y el medio calentado se acercan entre sí a lo largo de placas unidas formando un paquete. Las placas en el paquete tienen mismos tamaños. Las placas están situadas entre sí giradas 180°C. Se forman canales hendidos entre los paquetes mecanizados con placas ubicadas en el marco. Los líquidos se mueven a través de estos canales. Así, se produce una alternancia de canales a través de los cuales se mueve el refrigerante en una dirección y el medio calentado en la otra. La estanqueidad de los canales está garantizada por una junta de contorno de goma en cada placa. La junta se instala en cuatro ranuras: a través de dos ranuras se suministran/descargan los líquidos; los otros dos orificios permiten mezclar dos líquidos de diferentes temperaturas. En caso de una posible rotura de las ranuras, el líquido que se escapa sale por las ranuras de drenaje.

El movimiento tortuoso de los fluidos crea turbulencias en los flujos. La intensidad del intercambio de calor aumenta debido a la diferencia de temperatura en el contraflujo de dos líquidos diferentes. Resistencia hidráulica al mismo tiempo bastante bajo. La formación de incrustaciones durante la transferencia de calor se minimiza mediante el uso de materiales resistentes a la corrosión (acero galvanizado, titanio, aluminio) procesados ​​mediante estampado en frío. Las juntas se fabrican tradicionalmente a partir de polímeros a base de caucho (naturales o sintéticos).

Dibujo del intercambiador de calor de placas.

1 placa fija, 2 guía superior, 3 placa móvil, 4 soportes, 5, 6 paquetes de placas, 7 guía inferior, 8 pernos de sujeción

Tipos de intercambiadores de calor de placas.

Estructuralmente, los intercambiadores de calor de placas se dividen en dos tipos principales:

1. intercambiadores de calor de placas con juntas
2. Intercambiadores de calor de placas no separables (soldados con soldadura fuerte)

Los más utilizados son los intercambiadores de calor de placas con juntas, cuyo diseño se describe anteriormente.

Los intercambiadores de calor de placas se pueden fabricar en varios diseños: de paso único, de doble paso y de tres pasos.

Movimiento del flujo en intercambiadores de calor de paso único, paso doble y tres pasos

Ventajas de los intercambiadores de calor de placas.

• la superficie de transferencia de calor es del 99-99,8% de la superficie total del intercambiador de calor
• alto coeficiente de transferencia de calor
• reutilizable
• fácil instalación, porque Los elementos de fijación se encuentran en un lado del intercambiador de calor.
• Posibilidad de cambiar el ancho y el número de canales para reducir las pérdidas hidráulicas.
• la posibilidad de aumentar la superficie de intercambio de calor para aumentar la transferencia de calor mediante la instalación de placas adicionales

Dependiendo del método de transferencia de calor, se distinguen dos grupos principales de intercambiadores de calor:

1) intercambiadores de calor de superficie, en los que la transferencia de calor entre los medios de intercambio de calor se produce a través de la superficie de intercambio de calor que los separa: una pared en blanco;

2) intercambiadores de calor de mezcla, en los que el calor se transfiere de un medio a otro cuando están en contacto directo.

Los intercambiadores de calor regenerativos se utilizan con mucha menos frecuencia en la industria química, en la que el calentamiento de los medios líquidos se produce debido a su contacto con sólidos previamente calentados: una boquilla que llena el aparato, calentada periódicamente por otro refrigerante.

Los intercambiadores de calor de superficie son los más habituales y sus diseños son muy diversos. A continuación se consideran diseños típicos, en su mayoría normalizados, de intercambiadores de calor de superficie y condensadores de mezcla comunes.

La tecnología química utiliza intercambiadores de calor fabricados con los materiales más varios metales(aceros al carbono y aleados, cobre, titanio, tantalio, etc.), así como de materiales no metálicos, como grafito, teflón, etc. La elección del material viene dictada principalmente por su resistencia a la corrosión y su conductividad térmica, y la El diseño del intercambiador de calor depende significativamente de las propiedades del material seleccionado.

Los diseños de los intercambiadores de calor deben ser sencillos, fáciles de instalar y reparar. En algunos casos, el diseño del intercambiador de calor debe garantizar la menor contaminación posible de la superficie de intercambio de calor y ser fácilmente accesible para su inspección y limpieza.

Intercambiadores de calor tubulares

Intercambiadores de calor de carcasa y tubos. Estos intercambiadores de calor se encuentran entre los intercambiadores de calor de superficie más utilizados. En la figura. VSH-11 A muestra un intercambiador de calor de carcasa y tubos de construcción rígida, que consta de una carcasa o carcasa 1, y láminas de tubos soldadas a él 2. Un haz de tubos se fija en las placas de tubos. 3. Las cubiertas están unidas a las placas de tubos (en juntas y pernos). 4.

En un intercambiador de calor de carcasa y tubos, uno de los medios de intercambio de calor I se mueve dentro de las tuberías (en el espacio de la tubería), y el otro II- en el espacio entre tuberías.

Los medios de comunicación suelen estar dirigidos en contracorriente entre sí. En este caso, el medio calentado se dirige de abajo hacia arriba y el medio que desprende calor se dirige en la dirección opuesta. Esta dirección de movimiento de cada medio coincide con la dirección en la que este medio tiende a moverse bajo la influencia de cambios en su densidad cuando se calienta o se enfría.

Además, con las direcciones indicadas del movimiento de los medios, se logra una distribución más uniforme de velocidades y condiciones idénticas de transferencia de calor en el área de la sección transversal del aparato. De lo contrario, por ejemplo, cuando se suministra un medio más frío (calentado) desde arriba del intercambiador de calor, la parte más calentada del líquido, al ser más ligera, puede acumularse en la parte superior del aparato, formando zonas "estancadas".

Las tuberías en celosías generalmente se colocan uniformemente a lo largo de los perímetros de hexágonos regulares, es decir, a lo largo de los vértices de triángulos equiláteros (Fig. VIII-12, a), con menos frecuencia se colocan en círculos concéntricos (Fig. VIII-12, b).

En algunos casos, cuando es necesario asegurar una limpieza conveniente de la superficie exterior de las tuberías, se colocan a lo largo del perímetro de los rectángulos (Fig. VIII-12, c). Todo estos métodos La colocación de tuberías persigue un objetivo: garantizar la colocación más compacta de la superficie de intercambio de calor requerida dentro del aparato. En la mayoría de los casos, la mayor compacidad se consigue colocando los tubos a lo largo de los perímetros de hexágonos regulares.

Arroz. VIII-12. Métodos para colocar tuberías en intercambiadores de calor:

a - a lo largo de los perímetros de los hexágonos regulares; b - a lo largo de círculos concéntricos;

V- a lo largo de los perímetros de los rectángulos (disposición de pasillo)

Las tuberías se fijan en rejillas con mayor frecuencia mediante abocardado (Fig. VIII -13, A, b), y una conexión particularmente fuerte (necesaria en el caso de funcionamiento del aparato a presiones elevadas) se logra instalando orificios en las placas de tubos con ranuras anulares, que se llenan con metal de tubería durante el proceso de abocardado (Fig. VIII). -13, b). Además, utilizan la fijación de tuberías mediante soldadura (Fig. VIII -13, c), si el material de la tubería no se puede extraer y se permite una conexión rígida de las tuberías con la placa tubular, así como soldadura (Fig. VIII - 13, d), utilizado principalmente para conectar tuberías de cobre y latón. En ocasiones se utiliza la conexión de tuberías a la red mediante juntas (Fig. VIII -13, d), permitiendo el libre movimiento longitudinal de las tuberías y la posibilidad de su rápida sustitución. Una conexión de este tipo puede reducir significativamente la deformación térmica de las tuberías (ver más abajo), pero es compleja, costosa y no lo suficientemente confiable.

El intercambiador de calor mostrado en la Fig. VIII-11, A, es unidireccional. A caudales de fluido relativamente bajos, la velocidad de su movimiento en las tuberías de tales intercambiadores de calor es baja y, por lo tanto, los coeficientes de transferencia de calor son bajos. Para aumentar este último para una determinada superficie de intercambio de calor, se puede reducir el diámetro de las tuberías, aumentando correspondientemente su altura (longitud). Sin embargo, los intercambiadores de calor de pequeño diámetro y altura considerable son inconvenientes para la instalación, requieren grandes instalaciones y un mayor consumo de metal para la fabricación de piezas que no participan directamente en el intercambio de calor (carcasa del dispositivo). Por lo tanto, es más racional aumentar la tasa de transferencia de calor mediante el uso de intercambiadores de calor de múltiples pasos.

En un intercambiador de calor de múltiples pasos (Fig. VIII-11, b) carcasa 1, placas de tubos 2, tubos reforzados en ellos 3 y tapas 4 idénticos a los mostrados en la Fig. VIII-11, A. Con la ayuda de particiones transversales 5 instaladas en las tapas del intercambiador de calor, las tuberías se dividen en secciones o conductos a lo largo de los cuales se mueve secuencialmente el líquido que fluye en el espacio de la tubería del intercambiador de calor. Normalmente, la división en pasajes se realiza de tal manera que todas las secciones contengan aproximadamente la misma cantidad de tuberías.

Debido al área de la sección transversal total más pequeña de las tuberías colocadas en una sección en comparación con la sección transversal de todo el haz de tubos, la velocidad del fluido en el espacio de las tuberías de un intercambiador de calor de múltiples pasos aumenta (en relación con la velocidad en un intercambiador de calor de un solo paso) en un número de veces igual al número de pasos. Por lo tanto, en un intercambiador de calor de cuatro pasos (Fig. VIII-11, b), la velocidad en las tuberías, en igualdad de condiciones, es cuatro veces mayor que en uno de un solo paso. Para aumentar la velocidad y alargar la trayectoria de movimiento del medio en el anillo (Fig. VIII-11, b) servir como particiones segmentarias 6. En los intercambiadores de calor horizontales, estas particiones también son soportes intermedios para el haz de tubos.

Un aumento en la intensidad del intercambio de calor en los intercambiadores de calor de múltiples pasos va acompañado de un aumento en la resistencia hidráulica y un diseño más complejo del intercambiador de calor. Esto dicta la elección de una velocidad económicamente viable, determinada por el número de carreras del intercambiador de calor, que normalmente no supera las 5-6. Los intercambiadores de calor de múltiples pasos funcionan según el principio de corriente mixta, lo que, como es sabido, conduce a una ligera disminución de la fuerza motriz de la transferencia de calor en comparación con el movimiento puramente contracorriente de los medios involucrados en el intercambio de calor. En los intercambiadores de calor de paso único y especialmente de pasos múltiples, la transferencia de calor puede deteriorarse debido a la liberación de aire y otros gases no condensables disueltos en el líquido (o vapor). Para su extracción periódica se instalan grifos de purga en la parte superior de la carcasa del intercambiador de calor.

Los intercambiadores de calor de paso único y de paso múltiple pueden ser verticales u horizontales. Los intercambiadores de calor verticales son más fáciles de operar y ocupan un área de producción más pequeña. Los intercambiadores de calor horizontales suelen ser de múltiples pasadas y funcionan a altas velocidades de los medios involucrados en el intercambio de calor para minimizar la estratificación de los líquidos debido a la diferencia en sus temperaturas y densidades, así como para eliminar la formación de zonas estancadas.

Si la diferencia de temperatura media entre las tuberías y la carcasa en intercambiadores de calor de estructura rígida, es decir, con placas de tubos fijas soldadas al cuerpo, se vuelve significativa (aproximadamente igual o superior a 50 °C), entonces las tuberías y la carcasa se alargan de manera desigual. . Esto provoca una tensión significativa en las tuberías.

Arroz. VIII-14. Intercambiadores de calor de carcasa y tubos con compensación.

dispositivos:

A - con compensador de lente; b - con cabeza flotante; c - con tubos en forma de U;

1 - compensador; 2 - placa tubular móvil; 3 - Tuberías en forma de U.

rejillas, pueden alterar la estanqueidad de la conexión de las tuberías con las rejillas, provocar la destrucción de las soldaduras y una mezcla inaceptable de los medios de intercambio de calor. Por lo tanto, cuando la diferencia de temperatura entre las tuberías y la carcasa es superior a 50°C, o cuando las tuberías tienen una longitud importante, se utilizan intercambiadores de calor de carcasa y tubos de diseño no rígido, que permiten cierto movimiento de la tubería. tuberías en relación con la carcasa del aparato.

Para reducir las deformaciones por temperatura causadas por la gran diferencia de temperatura entre las tuberías y la carcasa, la importante longitud de las tuberías, así como la diferencia en el material de las tuberías y la carcasa, se utilizan intercambiadores de calor de carcasa y tubos con un todo incluido. -Se utiliza un compensador (Fig. VIII-14, a), que tiene un compensador de lente 1, sujeto a deformación elástica. Este diseño es simple, pero es aplicable para pequeños excesos de presión en el anillo, que generalmente no exceden 6 10 6 N/m 2 (6 en).

Si es necesario asegurar grandes movimientos de tuberías y carcasas, utilice un intercambiador de calor con cabezal flotante (Fig. VIII-14, b). Hoja de tubo inferior 2 es móvil, lo que permite que todo el haz de tuberías se mueva libremente independientemente del cuerpo del dispositivo. Esto evita deformaciones peligrosas por temperatura de los tubos y la alteración de la estanqueidad de su conexión con las placas tubulares. Sin embargo, en este caso se consigue compensar la expansión térmica haciendo que el diseño del intercambiador de calor sea más complejo y pesado.

En un intercambiador de calor de carcasa y tubos con tubos en forma de U (Fig. VIII-14, c), los propios tubos 3 realizar la función de dispositivos de compensación. Al mismo tiempo, se simplifica y simplifica el diseño del aparato, que tiene sólo una placa tubular fija. La superficie exterior de los tubos se puede limpiar fácilmente retirando todo el tubo del cuerpo del aparato. Además, en los intercambiadores de calor de este diseño, que son de dos o múltiples pasos, se consigue un intercambio de calor bastante intenso. Desventajas de los intercambiadores de calor con tubos en forma de U: dificultad para limpiar la superficie interior de los tubos, dificultad para colocar una gran cantidad de tubos en la placa de tubos.

Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos de acero están estandarizados según GOST 9929-67.

EN En la industria química también se utilizan intercambiadores de calor con doble tubería (Fig. VIII-15). En un lado del aparato hay dos rejillas de tubos y un haz de tubos está fijado en la rejilla 1. 2 de menor diámetro, abierto en ambos extremos, y en la celosía 3 - tuberías 4 diámetro mayor con extremos izquierdos cerrados, instalados concéntricamente con respecto a las tuberías 2. Miércoles I se mueve a lo largo de los espacios anulares entre las tuberías 2 Y 4 y se retira del espacio entre tubos del intercambiador de calor a través de tuberías 2. Otro ambiente II se mueve de arriba a abajo a lo largo del espacio entre tubos de la carcasa del intercambiador de calor, lavando las tuberías 4 afuera. En los intercambiadores de calor de este diseño, los tubos pueden alargarse bajo la influencia de la temperatura, independientemente del cuerpo del intercambiador de calor.

Intercambiadores de calor elementales. Para aumentar la velocidad de movimiento del medio en el espacio anular sin el uso de tabiques que dificulten la limpieza del aparato, se utilizan intercambiadores de calor elementales. Cada elemento de dicho intercambiador de calor es un simple intercambiador de calor de carcasa y tubos. Los medios calentados y enfriados pasan secuencialmente a través de elementos separados que consisten en un haz de tubos en una carcasa de pequeño diámetro. Un intercambiador de calor que consta de tales elementos (pasos) permite un exceso de presión significativo en el espacio entre tubos; Puede considerarse como una modificación de un intercambiador de calor de carcasa y tubos de múltiples pasos.

En los intercambiadores de calor elementales, el movimiento mutuo de los medios se acerca a un esquema efectivo de contraflujo puro. Sin embargo, debido a la división de la superficie total de intercambio de calor en elementos individuales, el diseño se vuelve más engorroso y aumenta el coste del intercambiador de calor.

Intercambiadores de calor de doble tubo. Los intercambiadores de calor de este diseño, también llamados intercambiadores de calor tubo en tubo, constan de varios elementos tubulares conectados en serie, formados por dos tubos dispuestos concéntricamente (Fig. VIII-16). Un refrigerante se mueve a través de las tuberías internas. 1 , y el otro, a lo largo del espacio anular entre el 1 interno y el externo 2 tubería. Tuberías internas (generalmente de 57 a 108 de diámetro). milímetros) están conectados por rodillos 3, y tubos exteriores que tienen un diámetro de 76-159 milímetros,- tuberías 4.

Arroz. VIII-16. Intercambiador de calor de dos tubos: 1 - tubos internos;

2 - tuberías externas; 3 - kalach; 4 - ramal de tubería.

Debido a las pequeñas secciones transversales de la tubería y el espacio entre tubos en los intercambiadores de calor de dos tubos, incluso con caudales bajos, se logran velocidades de fluido bastante altas, generalmente iguales a 1-1,5 m/s. Esto permite obtener coeficientes de transferencia de calor más altos y lograr cargas térmicas más altas por unidad de masa del aparato que en los intercambiadores de calor de carcasa y tubos. Además, al aumentar las velocidades del refrigerante, disminuye la posibilidad de que se depositen contaminantes en la superficie de intercambio de calor.

Al mismo tiempo, estos intercambiadores de calor son más voluminosos que los de carcasa y tubos y requieren un mayor consumo de metal por unidad de superficie de intercambio de calor, que en dispositivos de este tipo está formado únicamente por tuberías internas.

Los intercambiadores de calor de doble tubo pueden funcionar de manera eficiente a bajos caudales de refrigerante, así como a altas presiones.

Si se requiere una gran superficie de intercambio de calor, estos dispositivos están formados por varias secciones paralelas.