Disegni di scambiatori di calore. Schema del principio di funzionamento dello scambiatore di calore a piastre

Scambiatore di calore a fascio tubiero- Si tratta di un dispositivo per lo scambio di calore tra due flussi diversi. Un mezzo viene riscaldato grazie all'agente refrigerante dell'altro. Due mezzi diversi possono cambiare il loro stato di aggregazione, ma durante il trasferimento di energia non avviene alcuna miscelazione. Lo scambio di calore avviene attraverso le pareti del dispositivo. I tubi sono spesso nervati per aumentare la superficie di scambio termico.

Tipi di scambiatori di calore

Ci sono scambiatori di calore vari tipi. Il loro diametro può variare da 159 a 3000 mm. Pressione massima: 160 kg/cm2. La lunghezza può variare da alcune decine a 10.000 mm. Tipi di unità:

1. Con griglie integrate realizzate sotto forma di tubo.
2. La progettazione di uno scambiatore di calore a fascio tubiero può includere un compensatore di temperatura.
3. Dispositivo dotato di testa flottante.
4. Con dispositivo a U.
5. Combinato. Ha un compensatore e una testa flottante incorporata.

In questo video imparerai come vengono classificati gli scambiatori di calore:

Il design dello scambiatore di calore a fascio tubiero, che contiene piastre tubiere, prevede un accoppiamento rigido di tutti gli elementi. Tali dispositivi sono spesso utilizzati nell'industria petrolifera o chimica. Questo tipo di dispositivi rappresenta circa i tre quarti del mercato totale. In questa tipologia le piastre tubiere vengono saldate dall'interno alle pareti della carrozzeria, e fissate ad esse con un accoppiamento rigido tubi di scambio termico. Ciò evita eventuali spostamenti di tutti elementi costitutivi all'interno della custodia.

Uno scambiatore di calore a fascio tubiero compensa l'allungamento dovuto al calore mediante compressione longitudinale o con l'ausilio di speciali inserti flessibili negli espansori. Questa è una struttura semirigida.

Un dispositivo con testa mobile è considerato molto più avanzato. La testa flottante è una speciale griglia mobile. Si muove attraverso il sistema di tubazioni insieme alla copertura. Un dispositivo del genere è più costoso, ma anche molto più affidabile.

Esistono scambiatori di calore a passaggio singolo e multiplo

Per un dispositivo con un sistema di tubi a forma di U, due estremità sono saldate su una griglia. L'angolo di rotazione è di 180° e il raggio varia da 4 diametri di tubo. Grazie a questo design, i tubi all'interno dell'alloggiamento possono essere estesi liberamente.

Esistono scambiatori di calore a passaggio singolo e multiplo. La scelta dipende dalla direzione del movimento del liquido refrigerante all'interno dell'apparecchio. In un unico passaggio, il riempitivo si muove lungo il percorso più breve. Maggior parte fulgido esempio questo tipo di dispositivo - Questo è uno scaldabagno GDP, che viene utilizzato negli impianti di riscaldamento. Tale dispositivo viene utilizzato al meglio in luoghi in cui non è necessaria un'elevata velocità di trasferimento del calore (la differenza tra la temperatura ambiente e il portatore di calore è minimo).

I dispositivi multi-pass hanno partizioni trasversali speciali. Forniscono il reindirizzamento del flusso del refrigerante. Utilizzato dove sono richieste elevate velocità di trasferimento del calore. I dispositivi tubolari si dividono anche in a flusso singolo, a flusso incrociato e a flusso controcorrente.

In modo che lo scambiatore di calore possa essere utilizzato condizioni estreme, invece del solito tubi d'acciaio utilizzare vetro o grafite. L'alloggiamento è sigillato mediante guarnizioni.

Principio di funzionamento

Il dispositivo ha un principio di funzionamento abbastanza semplice. Uno scambiatore di calore a fascio tubiero separa i fluidi. Non vi è alcuna mescolanza di prodotti all'interno della struttura. Il trasferimento di calore avviene lungo le pareti degli elementi tubolari, che separano i refrigeranti. Un trasportatore si trova all'interno dei tubi e l'altro viene fornito sotto pressione nello spazio intertubo. Stati aggregati entrambi i vettori energetici possono differire. Può essere gas, vapore o liquido.

Principio di funzionamento scambiatore di calore a fascio tubiero consiste nei normali processi di trasferimento di energia tra liquidi e gas vari. Per aumentare il coefficiente di trasferimento di energia termica, vengono utilizzate velocità di movimento dei prodotti piuttosto elevate all'interno della struttura. Per vapore o gas generano da 8 a 25 m/s. Per liquidi refrigeranti la velocità minima è di 1,5 m al secondo.

Il calore passa attraverso le pareti di questa unità

Progettazione di un apparato a fascio tubiero

Il vantaggio principale di uno scambiatore di calore a fascio tubiero e motivo principale la sua popolarità risiede nel alta affidabilità disegni. Comprende camere di distribuzione dotate di tubi. Viene inoltre previsto un involucro cilindrico, un fascio di tubi ed un certo numero di griglie. L'intera struttura è completata da coperture che si trovano alle estremità. Il kit comprende supporti che consentono di posizionare il dispositivo su un piano orizzontale. C'è anche un supporto per montare il dispositivo ovunque nello spazio.

Per aumentare lo scambio termico tra il liquido di raffreddamento, vengono utilizzati tubi ricoperti con nervature speciali. Se il compito è ridurre il trasferimento di calore, il corpo è coperto da una sorta di strato termoisolante. In questo modo puoi aumentare significativamente le proprietà di accumulo del prodotto. Vengono utilizzati design speciali in cui un tubo si trova nel secondo.

Per realizzare l'involucro viene utilizzata lamiera d'acciaio spessa (da 4 mm). Per produrre grigliati, molto spesso viene utilizzato lo stesso materiale, ma il suo spessore è molto maggiore (da 2 cm). L'elemento principale è un fascio di tubi realizzati con un materiale ad alta conduttività termica. Questo fascio viene fissato su uno o entrambi i lati su piastre tubiere.

Vantaggi e svantaggi

Questi dispositivi presentano numerosi vantaggi, che garantiscono una sufficiente competitività sul mercato sistemi di scambio termico. Principali vantaggi dell'attrezzatura:

1. Il design offre un'eccellente resistenza agli shock idraulici. Sistemi simili non hanno questa caratteristica.
2. Gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono in grado di funzionare in condizioni estreme o con prodotti fortemente contaminati.
3. Sono molto facili da usare. Facile da eseguire pulizia meccanica attrezzatura, è prevista manutenzione. L'apparecchiatura ha un'elevata manutenibilità.

Questo scambiatore di calore ha sia pro che contro

Nonostante tutti i vantaggi, questo dispositivo presenta anche degli svantaggi. Questi dovrebbero essere considerati prima dell'acquisto. A seconda della destinazione d'uso potrebbero essere necessari altri sistemi simili. Svantaggi del dispositivo:

1. L'efficienza è inferiore a quella dei prodotti in lamiera. Questo perché gli scambiatori a fascio tubiero hanno una superficie inferiore per trasferire il calore.
2. Ha grandi dimensioni. Lo potenzia costo finale, nonché i costi operativi.
3. Il coefficiente di trasferimento del calore dipende fortemente dalla velocità con cui si muove l'agente.

Nonostante tutti i loro difetti, i dispositivi a fascio tubiero hanno trovato la loro nicchia nel mercato degli scambiatori di calore. Rimangono popolari e vengono utilizzati in molti settori.

Ambito di applicazione

I prodotti a fascio tubiero vengono utilizzati come parte di reti di utilità Servizi abitativi e comunali. Sono utilizzati anche nelle stazioni di riscaldamento per fornire acqua calda edifici residenziali. I singoli punti di riscaldamento presentano alcuni vantaggi rispetto alla fornitura centralizzata di riscaldamento e acqua: forniscono calore agli edifici e ad altri oggetti in modo molto più efficiente rispetto a una rete di riscaldamento centralizzata.

Gli scambiatori di calore di questo tipo vengono utilizzati anche nell'industria petrolifera, chimica e del gas. Sono utilizzati nel campo dell'ingegneria dell'energia termica, dove i refrigeranti hanno velocità di trasferimento ad alta temperatura. E non sono tutti i settori in cui vengono utilizzate tali apparecchiature. Può essere trovato negli evaporatori ribollitori o nei condensatori raffreddatori con scambio di calore d'aria, colonne di distillazione. Ha trovato applicazione nella produzione della birra e nell'industria alimentare.

Utilizzo del dispositivo

Lo scambiatore di calore tubolare ha una durata elevata. Affinché possa svolgere il suo ruolo in modo efficiente e servire a lungo, è necessario effettuare tempestivamente la manutenzione programmata. Molto spesso, l'unità è piena di liquido che non ha attraversato le fasi di filtrazione. Ciò porta ad un graduale intasamento dei tubi, che impedisce al fluido refrigerante di muoversi liberamente attraverso il sistema. È necessario effettuare tempestivamente e sistematicamente pulizia meccanica tutti gli elementi del prodotto a fascio tubiero. È inoltre necessario lavare i componenti ad alta pressione.

Se è necessario riparare un apparato tubolare, il primo passo è eseguire misure diagnostiche. Ciò consente di scoprire i problemi principali. La parte più vulnerabile sono i tubi, che molto spesso sono danneggiati. La diagnostica viene eseguita utilizzando test idraulici.

Tutte le apparecchiature per lo scambio di energia termica sono piuttosto capricciose. Ciò include i dispositivi a fascio tubiero. Quando si effettuano eventuali interventi di riparazione sulla struttura, si deve tenere conto che ciò può influenzare il coefficiente di conducibilità termica e, di conseguenza, lo scambio termico tra i mezzi. Molte aziende e individui acquista più installazioni contemporaneamente in modo da poterti connettere rapidamente a un altro dispositivo.

È importante ricordare che possono sorgere alcune difficoltà durante la regolazione delle apparecchiature basate sulla condensa. Assolutamente qualsiasi modifica comporta un aumento o una diminuzione del trasferimento di calore. Va inoltre tenuto presente che il cambiamento di area avviene in modo non lineare.

Disegni di scambiatori di calore in Compass

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Scarica il disegno dello scambiatore di calore e del riscaldatore.

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Scarica il disegno dello scambiatore di calore e del generatore di vapore secondario.

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Scarica il disegno dello scambiatore evaporatore nella produzione di vapore secondario.

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Scarica il disegno dello scambiatore di calore e del boiler della colonna di stripping.

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Scarica il disegno dello scambiatore di calore e dello scaldacqua di rete.

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Scarica il disegno dello scambiatore di calore e del surriscaldatore.

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Scarica il disegno dell'economizzatore d'acqua.

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Scarica un disegno di una caldaia a vapore con i dettagli.

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Scarica il disegno di un riscaldatore di acido nitrico.

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Scarica il disegno del recuperatore con i dettagli.

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Scarica il disegno di un recuperatore per la produzione di ammine alifatiche superiori con i dettagli.

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Scarica il disegno di uno scambiatore di calore per un refrigeratore ad ammoniaca liquida.

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Scarica il disegno di uno scambiatore di calore e di un refrigeratore per ammine nella produzione di ammine alifatiche superiori.

A seconda del metodo di trasferimento del calore, esistono due gruppi principali di scambiatori di calore:

• - Scambiatori di calore superficiali, in cui il trasferimento di calore tra i mezzi scambiatori di calore avviene attraverso la superficie di scambio termico che li separa - una parete cieca;
• - Scambiatori di calore misti, in cui il calore viene trasferito da un mezzo all'altro quando sono in contatto diretto.

Molto meno frequentemente vengono utilizzati scambiatori di calore rigenerativi, nei quali i fluidi liquidi vengono riscaldati attraverso il contatto con fluidi precedentemente riscaldati. solidi- un ugello che riempie l'apparecchio, periodicamente riscaldato da un altro liquido di raffreddamento.

La progettazione degli scambiatori di calore dovrebbe essere semplice, facile da installare e riparare. In alcuni casi, la progettazione dello scambiatore di calore deve garantire la minima contaminazione possibile della superficie di scambio termico ed essere facilmente accessibile per l'ispezione e la pulizia.

Trasferimento di energia sotto forma di calore che avviene tra corpi aventi temperature diverse, è chiamato trasferimento di calore.

La forza motrice di qualsiasi processo di scambio termico è la differenza di temperatura tra un corpo più riscaldato e uno meno riscaldato, in presenza della quale il calore spontaneamente, secondo la seconda legge della termodinamica, si sposta da un corpo più riscaldato a uno meno riscaldato.

I corpi coinvolti nello scambio termico sono chiamati refrigeranti.

Dove scaricare i disegni degli scambiatori di calore

• Query di ricerca: disegno di uno scambiatore di calore a Perm - ti consentirà di scaricarlo a Perm e nella regione di Perm, ad esempio, per l'Università Politecnica Nazionale di Ricerca di Perm.
• Query di ricerca: disegno di uno scambiatore di calore a Kazan - ti consentirà di scaricarlo a Kazan, ad esempio, per le specialità tecniche dell'Università nazionale di ricerca di Kazan.
• Query di ricerca: disegno di uno scambiatore di calore a Omsk - ti consentirà di scaricarlo dall'Università tecnica statale di Omsk.

Scambiatori di calore a fascio tubiero

Questi scambiatori di calore sono tra gli scambiatori di calore superficiali più comunemente utilizzati. scambiatore di calore a fascio tubiero costituito da una struttura rigida, costituita da un alloggiamento, o involucro 1, e piastre tubiere 2 saldate ad esso. Nelle piastre tubiere è fissato un fascio di tubi 3. Le coperture 4 sono fissate alle piastre tubiere (con guarnizioni e bulloni).

In uno scambiatore di calore a fascio tubiero, uno dei mezzi scambiatori di calore si muove all'interno dei tubi (nello spazio dei tubi) e l'altro si muove nello spazio tra i tubi.

I media sono solitamente diretti l’uno controcorrente l’altro. In questo caso, il mezzo riscaldato è diretto dal basso verso l'alto e il mezzo che emette calore è diretto nella direzione opposta. Questa direzione di movimento di ciascun mezzo coincide con la direzione in cui questo mezzo tende a muoversi sotto l'influenza dei cambiamenti nella sua densità quando viene riscaldato o raffreddato.

Inoltre, con le direzioni indicate del movimento dei media, di più distribuzione uniforme velocità e condizioni identiche di trasferimento del calore sull'area della sezione trasversale dell'apparecchio. Diversamente, ad esempio, quando un mezzo più freddo (riscaldato) viene alimentato dall'alto dello scambiatore di calore, la parte più riscaldata del liquido, essendo più leggera, può accumularsi nella parte superiore dell'apparecchio, formando zone “stagnanti”.

A portate del fluido relativamente basse, la velocità del suo movimento nei tubi è bassa e, di conseguenza, i coefficienti di trasferimento del calore sono bassi. Per aumentare quest'ultimo, a parità di superficie di scambio termico, è possibile ridurre il diametro dei tubi, aumentandone corrispondentemente l'altezza (lunghezza). Tuttavia, gli scambiatori di calore di piccolo diametro e notevole altezza sono scomodi per l'installazione, richiedono locali alti e un maggiore consumo di metallo per la fabbricazione di parti non direttamente coinvolte nello scambio termico (involucro del dispositivo). Pertanto, è più razionale aumentare la velocità di trasferimento del calore utilizzando scambiatori di calore a passaggi multipli.

In uno scambiatore di calore a passaggio multiplo, l'alloggiamento 1, le piastre tubiere 2, i tubi 3 e i coperchi 4 fissati in essi sono gli stessi di uno scambiatore di calore a passaggio singolo Utilizzando i divisori trasversali 5 installati nei coperchi dello scambiatore di calore, i tubi sono diviso in sezioni, o passaggi, attraverso i quali si muove sequenzialmente il liquido che scorre nello spazio tubiero dello scambiatore di calore. Tipicamente, la divisione in passaggi viene effettuata in modo tale che tutte le sezioni contengano approssimativamente lo stesso numero di tubi.

A causa della minore area della sezione trasversale totale dei tubi disposti in una sezione rispetto alla sezione trasversale dell'intero fascio di tubi, la velocità del fluido nello spazio tubolare di uno scambiatore di calore a passaggi multipli aumenta (rispetto alla velocità in uno scambiatore di calore a passaggio singolo) di un fattore pari a uguale al numero si muove. Pertanto, in uno scambiatore di calore a quattro passaggi, la velocità nei tubi, a parità di altre condizioni, è quattro volte maggiore rispetto a uno a passaggio singolo. Per aumentare la velocità e allungare il percorso di movimento del fluido nello spazio intertubare, negli scambiatori di calore orizzontali vengono utilizzati divisori a segmenti, questi divisori sono anche supporti intermedi per il fascio tubiero.

Un aumento dell'intensità dello scambio termico negli scambiatori di calore multi-pass è accompagnato da un aumento della resistenza idraulica e da una progettazione più complessa dello scambiatore di calore. Ciò impone la scelta di una velocità economicamente fattibile, determinata dal numero di colpi dello scambiatore di calore, che solitamente non supera 5-6. Gli scambiatori di calore multipasso funzionano secondo il principio della corrente mista, che come è noto comporta una certa riduzione forza motrice trasferimento di calore rispetto al movimento puramente controcorrente dei mezzi coinvolti nel trasferimento di calore.

Negli scambiatori di calore a passaggio singolo e soprattutto a passaggio multiplo, il trasferimento di calore può deteriorarsi a causa del rilascio di aria e altri gas non condensabili disciolti nel liquido (o vapore). Per la loro rimozione periodica, nella parte superiore dell'involucro dello scambiatore di calore sono installati dei rubinetti di spurgo.

Gli scambiatori di calore a passaggio singolo e multiplo possono essere verticali o orizzontali. Gli scambiatori di calore verticali sono più facili da utilizzare e occupano un'area di produzione più piccola. Gli scambiatori di calore orizzontali sono solitamente realizzati a più passaggi e funzionano ad alte velocità dei fluidi coinvolti nello scambio di calore al fine di ridurre al minimo la stratificazione dei liquidi dovuta alla differenza di temperatura e densità, nonché di eliminare la formazione di zone stagnanti .

Se la differenza di temperatura media tra i tubi e l'involucro negli scambiatori di calore con struttura rigida, ad es. con piastre tubiere fisse saldate al corpo diventa significativo, quindi i tubi e il rivestimento vengono allungati in modo diseguale. Ciò causa notevoli sollecitazioni nelle piastre tubiere, può compromettere la tenuta del collegamento tra tubi e piastre e portare alla distruzione saldature, miscelazione inaccettabile dei mezzi scambiatori di calore. Pertanto, quando la differenza di temperatura tra l'involucro e i tubi è maggiore di 500°C, o quando i tubi sono di lunghezza significativa, vengono utilizzati scambiatori di calore a fascio tubiero con un design non rigido, che consentono un certo movimento dei tubi rispetto a il corpo dell'apparecchio.

Per ridurre le deformazioni termiche causate dalla grande differenza di temperatura tra i tubi e l'involucro, dalla notevole lunghezza dei tubi, nonché dalla differenza nel materiale dei tubi e dell'involucro, sono utilizzati scambiatori di calore a fascio tubiero con compensatore a lente vengono utilizzati che presentano sul corpo un compensatore di lente 1 soggetto a deformazione elastica. Questo disegno è semplice, ma è applicabile a basse pressioni in eccesso nell'anello (6 atm).

Scarica il disegno Scambiatori di calore a fascio tubiero con dispositivi di compensazione:

a - con un compensatore di lenti; b - con testa flottante; c - con tubi a forma di U; 1 - compensatore; 2 - piastra tubiera mobile; 3 - Tubi a U.

Qualora sia necessario garantire ampi movimenti delle tubazioni e dell'involucro, viene utilizzato uno scambiatore di calore a testa flottante (Fig. 1.2b). La piastra tubiera inferiore è mobile, il che consente all'intero fascio tubiero di muoversi liberamente indipendentemente dal corpo dell'apparecchio. Ciò impedisce pericolosi deformazione della temperatura tubi e violazione della tenuta della loro connessione con le piastre tubiere. Tuttavia, un risarcimento estensioni della temperatura raggiunto nel in questo caso a causa della complessità e del peso del design dello scambiatore di calore.

In uno scambiatore di calore a fascio tubiero con tubi a forma di U, i tubi stessi fungono da dispositivi di compensazione. Allo stesso tempo, la progettazione dell'apparato, che presenta una sola piastra tubiera fissa, viene semplificata e semplificata. La superficie esterna dei tubi può essere facilmente pulita rimuovendo l'intero tubo dal corpo dell'apparecchio. Inoltre, negli scambiatori di calore di questo tipo, che sono a due o più passaggi, si ottiene uno scambio di calore piuttosto intenso. Svantaggi degli scambiatori di calore con tubi a U: Difficili da pulire superficie interna tubi, la difficoltà di posizionare un gran numero di tubi in una piastra tubiera.

Nell'industria chimica vengono utilizzati anche scambiatori di calore a doppio tubo Su un lato dell'apparecchio sono presenti due griglie di tubi, in una griglia è presente un fascio di tubi di diametro inferiore, aperto su entrambe le estremità, e nell'altra griglia. ci sono i tubi diametro maggiore con estremità chiuse a sinistra, installate concentricamente rispetto ai tubi. Il fluido si muove attraverso gli spazi anulari tra i tubi e viene rimosso dallo spazio intertubo attraverso i tubi. Un altro mezzo si muove dall'alto verso il basso lungo lo spazio tra i tubi dell'alloggiamento dello scambiatore di calore, lavando i tubi dall'esterno. Negli scambiatori di calore di questo tipo, i tubi possono allungarsi sotto l'influenza della temperatura, indipendentemente dal corpo dello scambiatore di calore.

Scambiatore di calore a fascio tubiero con doppi tubi:

Scambiatori di calore elementari. Per aumentare la velocità di movimento del mezzo nell'anello senza l'uso di divisori che rendono difficile la pulizia dell'apparato, vengono utilizzati scambiatori di calore elementari. Ciascun elemento di tale scambiatore di calore è un semplice scambiatore di calore a fascio tubiero. I mezzi riscaldati e raffreddati passano successivamente singoli elementi, costituito da un fascio di tubi in un involucro di piccolo diametro. Uno scambiatore di calore costituito da tali elementi (passaggi) consente un significativo eccesso di pressione nello spazio intertubo; può essere considerato come una modifica di uno scambiatore di calore a fascio tubiero multipasso.

Negli scambiatori di calore elementari, il movimento reciproco dei fluidi si avvicina a uno schema efficace di puro controcorrente. Tuttavia, a causa della suddivisione della superficie totale di scambio termico in singoli elementi, la progettazione diventa più ingombrante e aumenta il costo dello scambiatore di calore.

Scambiatori di calore a doppio tubo

Gli scambiatori di calore di questo tipo, detti anche scambiatori di calore tubo in tubo, sono costituiti da diversi elementi tubolari collegati in serie, formati da due tubi disposti concentricamente. Un refrigerante si muove attraverso i tubi interni e l'altro attraverso lo spazio anulare tra i tubi interni ed i tubi esterni. Tubazioni interne(solitamente con un diametro di 57-108 mm) sono collegati da rulli e i tubi esterni con un diametro di 76-159 mm sono collegati da tubi.

Grazie alla piccola sezione trasversale dello spazio difficile e tra i tubi negli scambiatori di calore a due tubi, anche a basse portate, abbastanza alte velocità liquidi, solitamente pari a 1-1,5 m/sec. Ciò consente di ottenere coefficienti di scambio termico più elevati e di ottenere carichi termici più elevati per unità di massa dell'apparecchio rispetto agli scambiatori di calore a fascio tubiero. Inoltre, all’aumentare della velocità del refrigerante, diminuisce la possibilità di deposito di contaminanti sulla superficie dello scambio termico.

Allo stesso tempo, questi disegni di scambiatore di calore sono più ingombranti rispetto ai disegni a fascio tubiero, e richiedono un maggiore consumo di metallo per unità di superficie di scambio termico, che in dispositivi di questo tipo è formato solo da tubi interni.

Scarica il disegno Gli scambiatori di calore a doppio tubo possono funzionare in modo efficiente a basse portate di refrigerante, nonché a alte pressioni. Se è necessaria una grande superficie di scambio termico, questi dispositivi sono costituiti da più sezioni parallele.

Scambiatori di calore a batteria

Scarica scambiatori di calore sommergibili. In uno scambiatore di calore a spirale sommergibile, la goccia di liquido, gas o vapore si muove lungo una spirale costituita da tubi con un diametro di 15-75 mm, che è immersa in un liquido situato nel corpo del dispositivo. A causa del grande volume dell'alloggiamento in cui si trova la bobina, la velocità del fluido nell'alloggiamento è insignificante, il che provoca bassi valori del coefficiente di scambio termico all'esterno della bobina. Per aumentarlo, la velocità del fluido nell'alloggiamento viene aumentata installando al suo interno un vetro, ma allo stesso tempo il volume utilizzabile del corpo dell'apparecchio viene notevolmente ridotto. Allo stesso tempo, in alcuni casi, un grande volume di liquido che riempie l'alloggiamento ha anche un valore positivo, poiché garantisce un funzionamento più stabile dello scambiatore di calore durante le fluttuazioni del regime. I tubi della serpentina sono fissati alla struttura.

Negli scambiatori di calore di questo tipo le serpentine sono spesso costituite anche da tubi rettilinei collegati da rulli. A portate elevate, il fluido che si muove lungo una serpentina di tubi diritti viene prima diretto verso un collettore comune, dal quale entra in sezioni parallele di tubi e viene anche rimosso attraverso un collettore comune. Con questo collegamento parallelo sezioni, la velocità diminuisce e la lunghezza del percorso del flusso diminuisce, il che porta ad una diminuzione della resistenza idraulica dell'apparato.

Il trasferimento di calore nello spazio tra i tubi degli scambiatori di calore sommergibili è di bassa intensità, poiché il calore viene trasferito quasi per convezione libera. Pertanto, gli scambiatori di calore di questo tipo funzionano a bassi carichi termici. Nonostante ciò, gli scambiatori di calore ad immersione risultano silenziosi ampia applicazione grazie alla semplicità del dispositivo, al basso costo, all'accessibilità per la pulizia e la riparazione, nonché alla facilità di funzionamento ad alte pressioni e in ambienti chimicamente attivi. Vengono utilizzati per riscaldare superfici fino a 10-15 m2. Scarica il disegno dello scambiatore di calore sommergibile.

Se il vapore acqueo saturo viene utilizzato come agente riscaldante in uno scambiatore di calore sommergibile, il rapporto tra la lunghezza della bobina e il suo diametro non deve superare un certo limite; ad esempio, ad una pressione del vapore di 2 105-5 105 N/m2 (2-5 atm), questo rapporto non dovrebbe essere superiore a 200-275. In caso contrario, l'accumulo di condensa di vapore nella parte inferiore della batteria causerà una significativa diminuzione del tasso di scambio termico con un significativo aumento della resistenza idraulica.

Scambiatori di calore per irrigazione

Tale scambiatore di calore è costituito da serpentini costituiti da tubi diritti posti uno sopra l'altro, collegati tra loro da rulli. I tubi sono solitamente disposti in tratti verticali paralleli con collettori comuni per l'alimentazione e lo scarico del mezzo raffreddato. Dall'alto le serpentine vengono irrigate con acqua, distribuita uniformemente sotto forma di gocce e rivoli mediante una grondaia dai bordi frastagliati. Lo scarico delle acque reflue viene effettuato da una vasca installata sotto la batteria. Gli scambiatori di calore sprinkler vengono utilizzati principalmente come frigoriferi e condensatori, poiché circa la metà del calore viene rimossa mediante evaporazione dell'acqua di raffreddamento. Di conseguenza, il consumo di acqua è notevolmente ridotto rispetto al consumo di altri tipi di frigoriferi. Consumo di acqua relativamente basso - importante dignità scambiatori di calore per l'irrigazione, che, inoltre, si distinguono anche per la semplicità del design e la facilità di pulizia della superficie esterna dei tubi.

Nonostante il fatto che i coefficienti di trasferimento del calore negli scambiatori di calore per l'irrigazione che funzionano secondo il principio del flusso incrociato siano leggermente superiori a quelli di quelli sommergibili, i loro svantaggi significativi sono: ingombro, bagnatura irregolare della superficie esterna dei tubi, le cui estremità inferiori , con una diminuzione della portata dell'acqua di irrigazione, sono molto poco bagnati e praticamente non partecipano allo scambio termico. Inoltre, gli svantaggi di questi scambiatori di calore includono: corrosione dei tubi da parte dell'ossigeno dell'aria, presenza di gocce e spruzzi che penetrano nello spazio circostante.

A causa dell'evaporazione dell'acqua, che aumenta in caso di irrigazione insufficiente, vengono spesso installati scambiatori di calore di questo tipo all'aperto; sono recintati grate in legno(tapparelle), principalmente per ridurre al minimo il trascinamento di spruzzi d'acqua.

Gli scambiatori di calore per l'irrigazione funzionano a bassi carichi termici e i loro coefficienti di trasferimento termico non sono elevati. Sono spesso realizzati con materiali chimicamente resistenti.

Descrizione del progetto del condensatore

Il vantaggio dei condensatori a fascio tubiero è la possibilità di creare velocità elevate o addirittura identiche di entrambi i refrigeranti e, di conseguenza, elevati coefficienti di trasferimento del calore. I loro svantaggi includono un'elevata resistenza idraulica e un significativo consumo di metallo.

I più utilizzati sono i condensatori a fascio tubiero utilizzati per lo scambio termico tra flussi in vari stati di aggregazione (vapore-liquido, liquido-liquido, gas-gas, gas-liquido). Il dispositivo è costituito da un fascio di tubi posto all'interno di un corpo cilindrico (guscio) saldato da lamiera d'acciaio, meno spesso fusa. I tubi vengono arrotolati in due piastre tubiere o saldati ad esse, a seconda delle proprietà dei materiali strutturali. Molto spesso vengono utilizzati tubi con diametri: 25x2; 38X2; 57X2,5mm; la loro lunghezza raggiunge solitamente i 6 m. I tubi sono disposti in fascio secondo uno schema a scacchiera, lungo i vertici di un triangolo equilatero, con un passo t = (1,25-1,30) dн, dove dн -. D.O. tubi L'apparecchio è dotato di due coperchi rimovibili con raccordi per l'ingresso e l'uscita del liquido refrigerante che si muove all'interno dei tubi. Gli spazi tra tubi e intertubi sono separati. Il secondo refrigerante si muove nello spazio intertubo, dotato di raccordi di ingresso e uscita. Di norma, il flusso che si muove attraverso i tubi contiene particelle solide in sospensione (per facilitare la pulizia), è ad alta pressione (per non appesantire la carrozzeria) o ha proprietà aggressive (per proteggere la carrozzeria dalla corrosione).

Progettazione di un frigorifero a fascio tubiero da:

• alloggiamenti;
• tubi;
• foglio tubiero;
• coperture;
• raccordi per l'entrata e l'uscita dallo spazio delle tubazioni;
• raccordi per l'ingresso e l'uscita dallo spazio intertubo;
• partizioni trasversali dello spazio intertubo;
• gambe di supporto, rispettivamente, per le posizioni verticale e orizzontale dell'apparecchio.

Il liquido caldo entra in uno spazio tubiero costituito da tubi. Il liquido refrigerante freddo entra nell'anello, a seguito del contatto di due liquidi refrigeranti con flussi di calore diversi, avviene lo scambio di calore e flussi di calore vengono livellati, determinando così la temperatura di ingresso impostata per il liquido di raffreddamento caldo o freddo. I refrigeranti entrano nello spazio del tubo utilizzando il raccordo 6 e nello spazio tra i tubi tramite un raccordo. L'apparecchio è dotato di coperchi ellittici e di fondo; il fissaggio dell'apparecchio avviene tramite gambe di sostegno 8. I tubi sono fissati alla piastra tubiera 8 mediante svasatura.

L'area di flusso dello spazio intertubo è significativamente più grande (a volte 2 volte) della sezione trasversale aperta totale dei tubi, pertanto, alle stesse portate volumetriche dei refrigeranti, il coefficiente di trasferimento di calore dal lato dello spazio intertubo risulta essere più basso. Per eliminare questo fenomeno, ricorrono all'aumento della velocità del refrigerante posizionando varie partizioni nello spazio intertubo. I dispositivi a fascio tubiero sono posizionati verticalmente o orizzontalmente a seconda delle condizioni locali; se è necessario allungare il percorso del liquido di raffreddamento, possono essere collegati in serie e se è impossibile posizionare il numero richiesto di tubi in un alloggiamento, sono collegati in parallelo. Per allungare il percorso dei refrigeranti al fine di aumentarne la velocità e intensificare il trasferimento di calore, vengono utilizzati dispositivi multi-pass. Pertanto, in un apparecchio a due passaggi, grazie al divisorio 1 nel coperchio superiore 2, il refrigerante attraversa prima i tubi solo per metà del fascio e in senso opposto attraverso la seconda metà del fascio.

Facilità di produzione, manutenibilità, buona caratteristiche prestazionali e l'affidabilità della progettazione rendono l'apparato di recupero o a fascio tubiero uno dei tipi più comuni apparecchiature di riscaldamento. Possono essere utilizzati i seguenti mezzi di lavoro: gas, acqua, vapore, aria, olio, ecc. Maggiore è la loro popolarità, più spesso gli specialisti si trovano ad affrontare la necessità di effettuare calcoli per la loro selezione. Fortunatamente, il progresso non si ferma. È stato sviluppato un programma per la selezione dei recuperatori. Diciamo di più a riguardo.

Riso. 1 Schema fascio tubiero
scambiatore di calore

A cosa si riduce il calcolo di uno scambiatore di calore a fascio tubiero? Verso la determinazione della superficie di scambio termico e delle temperature finali del liquido refrigerante. Su cosa si basa? In preparazione equilibrio termico recuperatore secondo uno schema dato (vedi Fig. 1) e determinazione del coefficiente di scambio termico.

Dati iniziali:

• temperature iniziali di entrambi i mezzi (riscaldante e riscaldato), la loro pressione e flusso di massa.
• caratteristiche fisiche dei liquidi refrigeranti (viscosità, densità, conduttività termica, ecc.).
• la temperatura finale di uno dei mezzi di temperatura.

Calcolo della superficie.

Il programma determina potenza termica recuperatore dall’equazione del bilancio termico.

Equazione del bilancio termico

• Q = Av*Ϭt.
• G - portata massica del mezzo, kg/s.
• Ϭt - variazione della temperatura ambiente, °C.

Sostituiamo la potenza risultante nell'equazione del coefficiente di scambio termico e da essa troviamo la superficie di riscaldamento (scambio di calore), m2.

• F = Q/k∆t.
• Q - potenza termica, già determinata dall'equazione del bilancio termico, W.
• k è il coefficiente di trasmissione del calore attraverso la parete divisoria, W/m2K, determinato con un calcolo piuttosto complesso.
• ∆t – differenza di temperatura media, che è determinata dallo schema di movimento del mezzo riscaldante e riscaldato (controcorrente, flusso in avanti), °C.

Dopo aver determinato la superficie riscaldante dello scambiatore di calore dall'ultima equazione, dal database dei recuperatori standard viene selezionata un'opzione con caratteristiche simili.

Riso. 2

Il calcolo sopra descritto era preliminare. Successivamente inizia la fase più difficile e lunga: il calcolo di verifica dello scambiatore di calore a fascio tubiero. Vengono calcolate le sezioni di flusso per il fluido riscaldante e riscaldato, viene calcolata la potenza dello scambiatore di calore, viene modificato il modello di flusso del fluido e tutto viene ricalcolato. Infine il programma determina il fattore di sicurezza per la superficie riscaldante.

Questa riserva è necessaria nel caso in cui il carico sullo scambiatore di calore cambi improvvisamente (cattivo funzionamento delle pompe di alimentazione, formazione di fanghi nelle tubazioni, parte del fascio tubiero ha dovuto essere tappato per riparazioni). Infine il programma calcolerà la massa del recuperatore. Questo è conveniente: c'è immediatamente lavoro per i costruttori (viene emesso un compito per le fondazioni).

Il programma utilizza il metodo di numerose iterazioni per trovare opzioni ottimali e lo visualizza come elenco. Anche se nessuna opzione per un tipico circuito di condensatori è adatta a te, avrai tra le mani un calcolo che contiene tutti i dati per lo sviluppo di un progetto funzionante.

In precedenza, questo lavoro veniva svolto manualmente, puoi farlo ora, ma ci vuole molto tempo per scegliere schema ottimale nessuno lo farà: sceglieranno il primo che passa per temperatura. Allora perché preoccuparsi per diversi giorni se il programma ti fornirà il calcolo di uno scambiatore di calore a fascio tubiero letteralmente in pochi minuti?

Scambiatore di calore a fascio tubiero. Principio di progettazione e funzionamento

Consideriamo uno scambiatore di calore a fascio tubiero, il cui disegno vediamo nella Figura 2. Descriviamone la struttura, osservando la sequenza del suo assemblaggio.

Riso. 3

• I tubi su cui sono preinstallate le griglie distanziatrici vengono saldati tra le griglie dei tubi. Questi ultimi oltre a distanziare i tubi del fascio, rendono anche lo scambiatore multipasso, aumentando l'efficienza termica del suo circuito. Questo disegno si forma sistema di tubazioni recuperatore.
• Due raccordi sono saldati all'involucro: ingresso e uscita medi. Le flange sono saldate alle estremità dell'involucro.
• I collegamenti per l'alimentazione e l'uscita del fluido sono saldati sul fondo del recuperatore. Le flange corrispondenti alle flange dell'involucro sono saldate.
• Il sistema di tubazioni è inserito nell'involucro. Le piastre tubiere sono fissate tra le flange del fondo e dell'involucro, sigillate con guarnizioni e collegate con bulloni o prigionieri (vedere Fig. 3). Ciò consente di riparare facilmente gli scambiatori di calore a fascio tubiero: allentare la connessione a flangia e rimuovere il fascio tubiero.

Il mezzo di riscaldamento può circolare nello spazio intertubo oppure può passare attraverso il sistema di tubazioni. Entrambe le varianti dello schema sono ugualmente probabili. Tutto dipende caratteristiche fisiche ambiente e facilità di installazione delle condotte di alimentazione. Lo schema dello scambiatore di calore a fascio tubiero è incluso nel calcolo del programma.

Compensazione della dilatazione termica

Uno scambiatore di calore a fascio tubiero, il cui principio di funzionamento si basa sempre sul trasferimento di calore dal mezzo riscaldante al mezzo riscaldato attraverso una parete divisoria, ha un punto che influenza notevolmente la sua progettazione. Nel caso in cui le temperature del mezzo riscaldante e del mezzo riscaldato differiscano notevolmente, la progettazione deve prevedere una compensazione per le estensioni della temperatura. Se ciò non viene fatto, l'alloggiamento si espanderà più velocemente del fascio tubiero (o viceversa). Ciò porterà alla deformazione dei tubi, il che significa che le riparazioni sono inevitabili. Opzioni possibili le soluzioni sono mostrate in Fig. 4

Riso. 4

I e II - riscaldamento e mezzo riscaldato.

• 1 - involucro recuperatore.
• Sistema a 2 tubi.
• 3 - compensatore.
• 4 - testa del sistema di tubazioni.

a) Scambiatore di calore con compensatore a lente, al quale sono saldate due parti indipendenti dell'alloggiamento. Questa esecuzione (circuito) è adatta solo per recuperatori con basse temperature e pressione. Se si forniscono refrigeranti con parametri elevati, non è possibile evitare di fermarsi per le riparazioni (il funzionamento di un compensatore sottile in tali condizioni è impossibile). Scambiatore di calore a fascio tubiero, il cui disegno è mostrato in Fig. 2 si applica specificamente agli scambiatori di calore a lenti.

b) Recuperatore a testa flottante. Il sistema di tubi è serrato su un solo lato tra le flange del corpo e il coperchio (fondo). D'altra parte, le estremità dei tubi sono saldate in una camera separata (testa), che non è collegata rigidamente al corpo. In questo modo è possibile allungare il fascio tubiero e la carrozzeria indipendentemente l'uno dall'altro. La riparazione in questo caso non sarà un problema: il sistema di tubi viene estratto insieme alla testa.

c) Scambiatore di calore a tubi Forma a U. Il coperchio, dove entra il mezzo riscaldante, è diviso da un divisorio in due camere. Il principio su cui si basa lo scambio termico: il fluido I entra in una camera e lungo la metà dei tubi a U, passando attraverso l'intero scambiatore di calore a fascio tubiero, ritorna nella seconda camera del coperchio di aspirazione. Il mezzo II entra in un ugello dell'involucro, circola nello spazio intertubo ed esce attraverso il secondo ugello. L'alloggiamento e il sistema di tubazioni si espandono indipendentemente l'uno dall'altro.

Il programma di calcolo per uno scambiatore di calore a fascio tubiero richiede dati iniziali chiaramente formulati. Affinché il recuperatore funzioni perfettamente e le soste per riparazioni siano rare, è necessario un circuito correttamente definito.

Ci sono diverse caratteristiche che sono molto importanti per il calcolo. Questo:

• Velocità del liquido di raffreddamento. Quindi per liquidi refrigeranti liquidi ω = 0,6...6 m/s, per liquidi refrigeranti gassosi ω = 3-30 m/s. Maggiore è la velocità, maggiore è la potenza termica dello scambiatore di calore. Ma allo stesso tempo aumenta anche il consumo di energia (carico) sulla pompa di alimentazione, che deve “spingere” il fluido attraverso il sistema. Molto spesso le velocità vengono deliberatamente sottovalutate.
• Nella scelta del diametro e del materiale del fascio tubiero è necessario considerare:
  • qualità dell'acqua (vapore). Scorie e incrostazioni ridurranno il trasferimento di calore e la produzione di calore del recuperatore.
  • Come condizioni peggiori, in cui funzionerà lo scambiatore di calore, migliore dovrebbe essere l'acciaio con cui sarà realizzato. Se devi fare un lavaggio acido, non puoi farlo senza l’acciaio inossidabile. Tempo migliore spendere soldi nella produzione invece di fermare costantemente il recuperatore per le riparazioni.
• Restrizioni sulle dimensioni. Le sue dimensioni non devono superare le dimensioni massime possibili di trasporto.
• Manutenibilità. Dopo l'installazione davanti al recuperatore deve esserci spazio sufficiente per poter riparare gli scambiatori di calore a fascio tubiero (rimuovere il sistema di tubazioni dall'involucro). Anche il lavoro dei saldatori richiede spazio di manovra. Se ciò non è possibile, allora il progetto (circuito) mostrato in Fig. 5.
• Facilità d'uso. La sua progettazione dovrebbe garantire il libero accesso a valvole, dispositivi di controllo e flange.
• Tecnologia di produzione. L'opera stessa (tecnologia) e la gamma dei materiali impongono alcune restrizioni. Quindi, ad esempio, sarà molto difficile trovare un foglio con uno spessore di 9 mm, mentre quello da 10 mm può essere acquistato da qualsiasi azienda. È costoso produrre molte parti. Si consiglia di modificare immediatamente tali elementi di progettazione. Ecc., ecc.

Riso. 5

Inizialmente, il calcolo errato del recuperatore e la scelta di uno schema inappropriato sono le ragioni principali per cui viene riparato lo scambiatore di calore. Programma di calcolo scambiatori di calore accelererà notevolmente il processo di calcolo e ridurrà il tasso di errore a zero. La semplice interfaccia del programma sarà comprensibile anche a un calcolatore alle prime armi.

Scambiatori di calore a piastre utilizzato nella fornitura di acqua calda, nel condizionamento dell'aria, negli impianti di riscaldamento di abitazioni private e aziende, in punti e reti di riscaldamento come riscaldatori, frigoriferi o condensatori. Gli scambiatori di calore effettuano il trasferimento di calore tra diversi mezzi, ad esempio vapore-liquido, vapore-gas-liquido, liquido-liquido, gas-gas. Il calore viene trasferito da un mezzo caldo (refrigerante) a uno freddo.

Strutturalmente, gli scambiatori di calore sono uno scambiatore di calore recuperativo con un sistema di piastre stampate ondulate, strettamente premute l'una contro l'altra.

Le dimensioni standard degli scambiatori di calore sono descritte in GOST 15518-87 "Scambiatori di calore a piastre. Tipi, parametri e dimensioni principali".

Parametri tecnici per l'utilizzo degli scambiatori di calore a piastre:

• superficie di scambio termico 1-800 m 2
• pressione di esercizio- non inferiore a 0,002 MPa
• temperatura del mezzo di lavoro - -70°С...+200°С

Principio di funzionamento e progettazione degli scambiatori di calore a piastre

Il liquido di raffreddamento e il mezzo riscaldato si muovono l'uno verso l'altro lungo le piastre riunite in un pacchetto. I piatti nella confezione hanno stesse dimensioni. Le piastre sono posizionate una rispetto all'altra ruotate di 180°C. Tra i pacchi lavorati si formano canali a fessura con piastre posizionate sul telaio. I liquidi si muovono attraverso questi canali. Pertanto, c'è un'alternanza di canali attraverso i quali il liquido di raffreddamento si muove in una direzione e il mezzo riscaldato nell'altra. La tenuta dei canali è assicurata da una guarnizione di contorno in gomma su ciascuna piastra. La guarnizione è installata in quattro fori scanalati: attraverso due scanalature avviene l'alimentazione/scarico dei liquidi; gli altri due fori prevedono la miscelazione di due liquidi di diversa temperatura. In caso di possibile sfondamento delle scanalature, il liquido fuoriuscito fuoriesce attraverso le scanalature di drenaggio.

Il movimento tortuoso dei fluidi crea turbolenza nei flussi. L'intensità dello scambio termico aumenta a causa della differenza di temperatura derivante dal controcorrente di due liquidi diversi. Resistenza idraulica allo stesso tempo piuttosto basso. La formazione di incrostazioni durante lo scambio termico è ridotta al minimo grazie all'utilizzo di materiali resistenti alla corrosione (acciaio zincato, titanio, alluminio) lavorati mediante stampaggio a freddo. Le guarnizioni sono tradizionalmente realizzate con polimeri a base di gomma (naturale o sintetica).

Disegno dello scambiatore di calore a piastre

1 piastra fissa, 2 guide superiori, 3 piastre mobili, 4 supporti, 5, 6 pacchi piastre, 7 guide inferiori, 8 tiranti

Tipologie di scambiatori di calore a piastre

Strutturalmente, gli scambiatori di calore a piastre sono disponibili in due tipologie principali:

1. scambiatori di calore a piastre guarnizionati
2. scambiatori di calore a piastre non separabili (brasati, saldati)

Quelli più comunemente utilizzati sono gli scambiatori di calore a piastre guarnizionati, il cui design è descritto sopra.

Gli scambiatori di calore a piastre possono essere prodotti in diversi modelli: a passaggio singolo, a doppio passaggio, a tre passaggi.

Movimento del flusso negli scambiatori di calore a passaggio singolo, doppio e tre passaggi

Vantaggi degli scambiatori di calore a piastre

• la superficie di trasferimento del calore è pari al 99-99,8% della superficie totale dello scambiatore di calore
• elevato coefficiente di scambio termico
• riutilizzabile
• facile installazione, perché gli elementi di fissaggio si trovano su un lato dello scambiatore di calore
• possibilità di modificare la larghezza e il numero dei canali per ridurre le perdite idrauliche
• possibilità di aumentare la superficie di scambio per aumentare lo scambio termico mediante l'installazione di piastre aggiuntive

A seconda del metodo di trasferimento del calore, esistono due gruppi principali di scambiatori di calore:

1) scambiatori di calore superficiali, in cui il trasferimento di calore tra i mezzi scambiatori di calore avviene attraverso la superficie di scambio termico che li separa - una parete cieca;

2) scambiatori di calore a miscelazione, in cui il calore viene trasferito da un mezzo all'altro quando sono a diretto contatto.

Gli scambiatori di calore rigenerativi vengono utilizzati molto meno frequentemente nell'industria chimica, in cui il riscaldamento dei mezzi liquidi avviene a causa del loro contatto con solidi precedentemente riscaldati: un ugello che riempie l'apparato, periodicamente riscaldato da un altro refrigerante.

Gli scambiatori di calore di superficie sono i più comuni e i loro design sono molto diversi. Di seguito sono considerati progetti tipici, per lo più normalizzati, di scambiatori di calore di superficie e condensatori di miscelazione comuni.

La tecnologia chimica utilizza scambiatori di calore realizzati con la maggior parte vari metalli(acciai al carbonio e legati, rame, titanio, tantalio, ecc.), nonché da materiali non metallici, come grafite, teflon, ecc. La scelta del materiale è dettata principalmente dalla sua resistenza alla corrosione e conducibilità termica, e dalla la progettazione dello scambiatore di calore dipende in modo significativo dalle proprietà del materiale selezionato.

I progetti degli scambiatori di calore dovrebbero essere semplici, facili da installare e riparare. In alcuni casi, la progettazione dello scambiatore di calore deve garantire la minima contaminazione possibile della superficie di scambio termico ed essere facilmente accessibile per l'ispezione e la pulizia.

Scambiatori di calore tubolari

Scambiatori di calore a fascio tubiero. Questi scambiatori di calore sono tra gli scambiatori di calore superficiali più comunemente utilizzati. Nella fig. VSH-11 UN mostra uno scambiatore di calore a fascio tubiero di costruzione rigida, che consiste in un alloggiamento o involucro 1, e piastre tubiere ad esso saldate 2. Nelle piastre tubiere è fissato un fascio di tubi 3. Le coperture sono fissate alle piastre tubiere (su guarnizioni e bulloni) 4.

In uno scambiatore di calore a fascio tubiero, uno dei mezzi di scambio calore IO si muove all'interno dei tubi (nello spazio del tubo), e l'altro II- nello spazio intertubo.

I media sono solitamente diretti l’uno controcorrente l’altro. In questo caso, il mezzo riscaldato è diretto dal basso verso l'alto e il mezzo che emette calore è diretto nella direzione opposta. Questa direzione di movimento di ciascun mezzo coincide con la direzione in cui questo mezzo tende a muoversi sotto l'influenza dei cambiamenti nella sua densità quando viene riscaldato o raffreddato.

Inoltre, con le direzioni indicate del movimento dei media, si ottiene una distribuzione più uniforme delle velocità e identiche condizioni di trasferimento del calore sull'area della sezione trasversale dell'apparato. Diversamente, ad esempio, quando un mezzo più freddo (riscaldato) viene alimentato dall'alto dello scambiatore di calore, la parte più riscaldata del liquido, essendo più leggera, può accumularsi nella parte superiore dell'apparecchio, formando zone “stagnanti”.

I tubi nei reticoli sono solitamente posizionati uniformemente lungo i perimetri di esagoni regolari, cioè lungo i vertici dei triangoli equilateri (Fig. VIII-12, a), meno spesso sono posizionati in cerchi concentrici (Fig. VIII-12, b).

In alcuni casi, quando è necessario garantire un'adeguata pulizia della superficie esterna dei tubi, questi vengono posizionati lungo il perimetro dei rettangoli (Fig. VIII-12, c). Tutto questi metodi il posizionamento dei tubi persegue un obiettivo: garantire il posizionamento più compatto della superficie di scambio termico richiesta all'interno dell'apparecchio. Nella maggior parte dei casi la massima compattezza si ottiene disponendo i tubi lungo i perimetri di esagoni regolari.

Riso. VIII-12. Metodi per posizionare i tubi negli scambiatori di calore:

a - lungo i perimetri degli esagoni regolari; b - lungo cerchi concentrici;

V- lungo i perimetri dei rettangoli (disposizione a corridoio)

I tubi vengono fissati nelle griglie molto spesso mediante svasatura (Fig. VIII -13, UN, b), e una connessione particolarmente forte (necessaria nel caso di funzionamento dell'apparecchio a pressioni elevate) si ottiene installando fori nelle piastre tubiere con scanalature anulari, che vengono riempite con tubo metallico durante il processo di svasatura (Fig. VIII -13, B). Inoltre, utilizzano il fissaggio dei tubi mediante saldatura (Fig. VIII -13, c), se il materiale del tubo non può essere estratto ed è consentita una connessione rigida dei tubi con la piastra tubiera, nonché la saldatura (Fig. VIII - 13, d), utilizzato principalmente per il collegamento di tubi in rame e ottone. Occasionalmente si utilizza il collegamento dei tubi alla rete mediante guarnizioni (Fig. VIII -13, D), consentendo il libero movimento longitudinale dei tubi e la possibilità di una loro rapida sostituzione. Tale connessione può ridurre significativamente la deformazione termica dei tubi (vedi sotto), ma è complessa, costosa e non sufficientemente affidabile.

Lo scambiatore di calore mostrato in Fig. VIII-11, UN,è a senso unico. A portate del fluido relativamente basse, la velocità del suo movimento nei tubi di tali scambiatori di calore è bassa e, quindi, i coefficienti di trasferimento del calore sono bassi. Per aumentare quest'ultimo, a parità di superficie di scambio termico, è possibile ridurre il diametro dei tubi, aumentandone corrispondentemente l'altezza (lunghezza). Tuttavia, gli scambiatori di calore di piccolo diametro e notevole altezza sono scomodi per l'installazione, richiedono locali alti e un maggiore consumo di metallo per la fabbricazione di parti non direttamente coinvolte nello scambio termico (involucro del dispositivo). Pertanto, è più razionale aumentare la velocità di trasferimento del calore utilizzando scambiatori di calore a passaggi multipli.

In uno scambiatore di calore a passaggi multipli (Fig. VIII-11, B) alloggiamento 1, piastre tubiere 2, tubi rinforzati in essi 3 e coperchi 4 identici a quelli mostrati in Fig. VIII-11, UN. Con l'aiuto delle partizioni trasversali 5 installate nei coperchi degli scambiatori di calore, i tubi sono divisi in sezioni, o passaggi, lungo i quali si muove in sequenza il liquido che scorre nello spazio tubolare dello scambiatore di calore. Tipicamente, la divisione in passaggi viene effettuata in modo tale che tutte le sezioni contengano approssimativamente lo stesso numero di tubi.

A causa della minore area della sezione trasversale totale dei tubi disposti in una sezione rispetto alla sezione trasversale dell'intero fascio tubiero, la velocità del fluido nello spazio tubolare di uno scambiatore di calore a passaggi multipli aumenta (rispetto alla velocità in uno scambiatore di calore a passaggio singolo) per un numero di volte pari al numero di passaggi. Pertanto, in uno scambiatore di calore a quattro passaggi (Fig. VIII-11, b), la velocità nei tubi, a parità di altre condizioni, è quattro volte maggiore rispetto a uno a passaggio singolo. Per aumentare la velocità e allungare il percorso di movimento del mezzo nell’anulus (Fig. VIII-11, B) fungere da partizioni segmentali 6. Negli scambiatori di calore orizzontali tali divisori costituiscono anche supporti intermedi del fascio tubiero.

Un aumento dell'intensità dello scambio termico negli scambiatori di calore multi-pass è accompagnato da un aumento della resistenza idraulica e da una progettazione più complessa dello scambiatore di calore. Ciò impone la scelta di una velocità economicamente fattibile, determinata dal numero di colpi dello scambiatore di calore, che solitamente non supera 5-6. Gli scambiatori di calore multipasso funzionano secondo il principio della corrente mista, che, come è noto, porta ad una leggera diminuzione della forza motrice del trasferimento di calore rispetto al movimento puramente controcorrente dei fluidi coinvolti nello scambio termico. Negli scambiatori di calore a passaggio singolo e soprattutto a passaggio multiplo, il trasferimento di calore può deteriorarsi a causa del rilascio di aria e altri gas non condensabili disciolti nel liquido (o vapore). Per la loro rimozione periodica, nella parte superiore dell'involucro dello scambiatore di calore sono installati dei rubinetti di spurgo.

Gli scambiatori di calore a passaggio singolo e multiplo possono essere verticali o orizzontali. Gli scambiatori di calore verticali sono più facili da utilizzare e occupano un'area di produzione più piccola. Gli scambiatori di calore orizzontali sono solitamente realizzati a più passaggi e funzionano ad alte velocità dei fluidi coinvolti nello scambio di calore al fine di ridurre al minimo la stratificazione dei liquidi dovuta alla differenza di temperatura e densità, nonché di eliminare la formazione di zone stagnanti .

Se la differenza media di temperatura tra tubi e mantello negli scambiatori di calore a struttura rigida, cioè con piastre tubiere fisse saldate al corpo, diventa significativa (circa uguale o maggiore di 50°C), allora i tubi e il mantello si allungano in modo disomogeneo . Ciò provoca uno stress significativo nei tubi

Riso. VIII-14. Scambiatori di calore a fascio tubiero con compensazione

dispositivi:

UN - con compensatore ottico; b - con testa flottante; c - con tubi a forma di U;

1 - compensatore; 2 - piastra tubiera mobile; 3 - Tubi a forma di U.

griglie, possono interrompere la tenuta del collegamento dei tubi con le griglie, portare alla distruzione delle saldature e alla miscelazione inaccettabile dei mezzi di scambio termico. Pertanto, quando la differenza di temperatura tra i tubi e l'involucro è superiore a 50°C, o quando i tubi hanno una lunghezza significativa, vengono utilizzati scambiatori di calore a fascio tubiero di concezione non rigida, che consentono un certo movimento del tubazioni relative all'involucro dell'apparecchio.

Per ridurre le deformazioni termiche causate dalla grande differenza di temperatura tra i tubi e l'involucro, dalla lunghezza significativa dei tubi, nonché dalla differenza nel materiale dei tubi e dell'involucro, sono utilizzati scambiatori di calore a fascio tubiero con un sistema all-in -vengono utilizzati un compensatore (Fig. VIII-14, a), che hanno un compensatore a lente 1, soggetto a deformazione elastica. Questo disegno è semplice, ma è applicabile per piccole pressioni in eccesso nell'anello, solitamente non superiori a 6 10 6 N/m 2 (6 A).

Se è necessario garantire grandi movimenti di tubi e involucri, viene utilizzato uno scambiatore di calore a testa flottante (Fig. VIII-14, B). Piastra tubiera inferiore 2 è mobile, il che consente all'intero fascio di tubi di muoversi liberamente indipendentemente dal corpo dell'apparecchio. Ciò impedisce pericolose deformazioni termiche dei tubi e l'interruzione della tenuta del loro collegamento con le piastre tubiere. Tuttavia, in questo caso la compensazione per l'espansione della temperatura si ottiene rendendo la progettazione dello scambiatore di calore più complessa e più pesante.

In uno scambiatore di calore a fascio tubiero con tubi a forma di U (Fig. VIII-14, c), i tubi stessi 3 svolgere la funzione di dispositivi di compensazione. Allo stesso tempo, la progettazione dell'apparato, che presenta una sola piastra tubiera fissa, viene semplificata e semplificata. La superficie esterna dei tubi può essere facilmente pulita rimuovendo l'intero tubo dal corpo dell'apparecchio. Inoltre, negli scambiatori di calore di questo tipo, che sono a due o più passaggi, si ottiene uno scambio di calore piuttosto intenso. Svantaggi degli scambiatori di calore con tubi a U: difficoltà nella pulizia della superficie interna dei tubi, difficoltà nel posizionare un gran numero di tubi nella piastra tubiera.

Gli scambiatori di calore a fascio tubiero in acciaio sono standardizzati secondo GOST 9929-67.

IN Nell'industria chimica vengono utilizzati anche scambiatori di calore a doppio tubo (Fig. VIII-15). Su un lato dell'apparecchio sono presenti due griglie di tubi e nella griglia 1 è fissato un fascio di tubi 2 diametro minore, aperto ad entrambe le estremità e nel reticolo 3 - tubi 4 diametro maggiore con estremità sinistre chiuse, installato concentricamente rispetto ai tubi 2. Mercoledì IO si muove lungo gli spazi anulari tra i tubi 2 E 4 e viene rimosso dallo spazio intertubale dello scambiatore di calore attraverso tubi 2. Altro ambiente II si muove dall'alto verso il basso lungo lo spazio intertubale dell'alloggiamento dello scambiatore di calore, lavando i tubi 4 al di fuori. Negli scambiatori di calore di questo tipo, i tubi possono allungarsi sotto l'influenza della temperatura, indipendentemente dal corpo dello scambiatore di calore.

Scambiatori di calore elementari. Per aumentare la velocità di movimento del mezzo nell'anello senza l'uso di divisori che rendono difficile la pulizia dell'apparato, vengono utilizzati scambiatori di calore elementari. Ciascun elemento di tale scambiatore di calore è un semplice scambiatore di calore a fascio tubiero. I mezzi riscaldati e raffreddati passano in sequenza attraverso elementi separati costituiti da un fascio di tubi in un involucro di piccolo diametro. Uno scambiatore di calore costituito da tali elementi (passaggi) consente un significativo eccesso di pressione nello spazio intertubo; può essere considerato come una modifica di uno scambiatore di calore a fascio tubiero multipasso.

Negli scambiatori di calore elementari, il movimento reciproco dei fluidi si avvicina a uno schema efficace di puro controcorrente. Tuttavia, a causa della suddivisione della superficie totale di scambio termico in singoli elementi, la progettazione diventa più ingombrante e aumenta il costo dello scambiatore di calore.

Scambiatori di calore a doppio tubo. Gli scambiatori di calore di questo tipo, detti anche scambiatori di calore tubo in tubo, sono costituiti da diversi elementi tubolari collegati in serie, formati da due tubi disposti concentricamente (Fig. VIII-16). Un refrigerante si muove attraverso i tubi interni 1 , e l'altro - lungo lo spazio anulare tra l'1 interno e l'esterno 2 tubi. Tubi interni (solitamente 57-108 di diametro mm) sono collegati da rulli 3 e tubi esterni aventi un diametro di 76-159 mm,- tubi 4.

Riso. VIII-16. Scambiatore di calore a due tubi: 1 - tubi interni;

2 - tubi esterni; 3 - Kalach; 4 - ramo del tubo.

A causa delle piccole sezioni trasversali del tubo e dello spazio tra i tubi negli scambiatori di calore a due tubi, anche a basse portate, si ottengono velocità del fluido piuttosto elevate, solitamente pari a 1-1,5 m/sec. Ciò consente di ottenere coefficienti di scambio termico più elevati e di ottenere carichi termici più elevati per unità di massa dell'apparecchio rispetto agli scambiatori di calore a fascio tubiero. Inoltre, all’aumentare della velocità del refrigerante, diminuisce la possibilità di deposito di contaminanti sulla superficie dello scambio termico.

Allo stesso tempo, questi scambiatori di calore sono più ingombranti rispetto a quelli a fascio tubiero e richiedono un maggiore consumo di metallo per unità di superficie di scambio termico, che in dispositivi di questo tipo è formato solo da tubazioni interne.

Gli scambiatori di calore a doppio tubo possono funzionare in modo efficiente a basse portate di refrigerante, nonché a pressioni elevate.

Se è necessaria una grande superficie di scambio termico, questi dispositivi sono costituiti da più sezioni parallele.