Le capacità tecnologiche e produttive di JSC "Experimental Machine-Building Production", nonché l'esperienza accumulata nella produzione di apparecchiature per lo scambio di calore, ci consentono di produrre scambiatori di calore di alta qualità con ampia gamma applicazioni in vari settori.
Capacità produttive per la produzione di scambiatori di calore:
- produzione di scambiatori di calore sia su disegno del cliente che secondo vari standard, GOST e TU, compresa la produzione di scambiatori di calore a fascio tubiero e a fascio tubiero
- produzione di scambiatori di calore, sia da materiale dell'Appaltatore che da materiale del Cliente, con controllo dei materiali in entrata
- realizzazione della documentazione tecnica prove idrauliche fino a 10 MPa (100 kg/cm2)
- controlli non distruttivi dei giunti saldati (capillare, ultrasonico (ultrasuoni), radiografici) eseguiti da specialisti qualificati nel nostro laboratorio certificato
- disponibilità di mezzi di sollevamento in abbinamento per ferrovia direttamente in officina, consentendo la produzione e la spedizione di scambiatori di calore e unità condensatrici di peso superiore a 100 tonnellate
- applicazione (su richiesta del cliente) di protettivo rivestimenti anticorrosivi per la protezione da ambienti chimicamente aggressivi, ecc.
- realizzazione di un efficace isolamento termico degli scambiatori di calore e delle unità condensanti (su richiesta del cliente)
- disponibilità di personale qualificato
|
|
|
I nostri vantaggi:
- Il prodotto soddisfa requisiti tecnici cliente
- Utilizzando tutta l'esperienza accumulata dall'azienda
- Interazione flessibile con il cliente
- Nessuna difficoltà di coordinazione
- Garanzia di lavorazione
- Miglioramento continuo della tecnologia di produzione e delle capacità produttive
Scambiatore di calore (o scambiatore di calore)- questo è un dispositivo in cui il calore viene trasferito da un ambiente di lavoro all'altro.
Liquidi, gas e vapori possono essere utilizzati come refrigeranti. Negli scambiatori di calore, a seconda dello scopo, si svolgono i processi di riscaldamento o raffreddamento, ebollizione, condensazione e molti altri processi tecnologici utilizzati nell'industria metallurgica, petrolchimica, della raffinazione del petrolio, del gas, chimica e di altro tipo (compresa l'energia) e dei servizi pubblici.
Secondo il metodo di trasferimento del calore, gli scambiatori di calore sono suddivisi in miscelazione E superficiale.
Scambiatori di calore con miscelazione di liquidi refrigeranti, in tali scambiatori di calore con miscelazione i liquidi refrigeranti sono in contatto diretto e miscelati e lo scambio di calore è accompagnato da un trasferimento di massa.
Negli scambiatori di calore superficiali il trasferimento di calore avviene attraverso una solida parete divisoria e non vi è alcun contatto diretto tra i liquidi refrigeranti.
Esistono anche scambiatori di calore recuperativi e rigenerativi.
Scambiatori di calore recuperativi- si tratta di scambiatori di calore in cui i refrigeranti freddi e caldi si muovono in canali diversi e lo scambio di calore avviene attraverso la parete tra di loro.
IN scambiatori di calore rigenerativi I refrigeranti entrano in contatto alternativamente con la parete solida.
Il calore si accumula nella parete al contatto con un liquido refrigerante caldo e viene rilasciato al contatto con un liquido refrigerante freddo/
Scambiatori di calore a miscelazione
Scambiatori di calore a miscelazione (contatto).- si tratta di scambiatori di calore con mezzi di miscelazione, progettati per effettuare processi di trasferimento di calore e di massa mediante miscelazione diretta.
Questa è la loro principale differenza rispetto agli scambiatori di calore superficiali. Apparecchi a getto d'acqua-vapore (PSA), utilizzando un iniettore a getto come base, sono gli scambiatori di calore a miscelazione del tipo a getto più comuni. La progettazione degli scambiatori di calore a miscelazione è più semplice di quelli superficiali; il calore viene utilizzato in modo più completo grazie al contatto diretto dei refrigeranti.
Va tuttavia notato che la miscelazione di scambiatori di calore con mezzi di miscelazione è adatta solo se il processo consente tale miscelazione. Attualmente circuiti termici le grandi unità di potenza con una capacità da 300 a 1200 MW per centrali termoelettriche e centrali nucleari contengono riscaldatori di condensa di tipo misto. L'utilizzo di tali dispositivi aumenta l'efficienza complessiva del gruppo turbina. Tuttavia, il numero aggiuntivo di pompe per il pompaggio della condensa, i requisiti di protezione contro l’ingresso di acqua e le difficoltà nel posizionamento dei riscaldatori limitano l’uso diffuso dei riscaldatori misti. Questo tipo di scambiatore di calore è ampiamente utilizzato anche negli impianti per il recupero del calore dei gas di combustione, del vapore di scarico, ecc.
Gli scambiatori di calore con recupero di superficie più comuni nell'industria sono:
- scambiatori di calore a fascio tubiero
- scambiatori di calore a piastre
- scambiatori di calore a piastre
- scambiatori di calore alettati
- scambiatori di calore volumetrici e sommergibili
- scambiatori di calore twistati
- bobina
- scambiatori di calore a spirale
- scambiatori di calore a due tubi (tipo tubo in tubo).
Secondo il loro schema progettuale, i riscaldatori a fascio tubiero possono essere:
- scambiatori di calore a fascio tubiero con fissaggio rigido delle estremità dei tubi nelle piastre tubiere principali (estremità);
- scambiatori di calore a fascio tubiero con divisori trasversali intermedi lungo la lunghezza dei tubi (tra le piastre tubiere principali);
- scambiatori di calore a fascio tubiero con compensatore a lente sull'alloggiamento;
- scambiatori di calore a fascio tubiero con tubi a U;
- scambiatori di calore a fascio tubiero con camera flottante;
- scambiatori di calore a fascio tubiero con compensatore a soffietto sulla tubazione di alimentazione;
- scambiatori di calore a fascio tubiero con fasci tubieri disposti trasversalmente rispetto all'involucro.
- semplicità di progettazione, tecnologia di produzione, installazione e riparazione
- maggiore potenza termica dei dispositivi rispetto a quelli a piastra
- sono più adatti alla pulizia, il che facilita notevolmente la manutenzione e ne aumenta la durata (il processo di pulizia è particolarmente efficace utilizzando i sistemi di pulizia delle sfere (ssho))
- manutenibilità e la fattibilità economica della sostituzione di singole parti dei dispositivi
- come conseguenza di tutto quanto sopra, minori costi operativi degli scambiatori di calore a fascio tubiero
Scambiatori di calore alettati vengono utilizzati per aumentare lo scambio termico attraverso le pareti metalliche delle alette nei casi in cui i coefficienti di scambio termico su entrambi i lati della parete sono molto diversi: ad esempio quando si trasferisce il calore dal vapore condensante alla parete e dalla parete all'aria riscaldata. Le alette della superficie di scambio termico vengono introdotte dal lato della parete con coefficiente di scambio termico inferiore. Nell'industria vengono utilizzati scambiatori di calore con vari tipi di alette: a rondella, a piastre, a spirale, a filo, ad aletta, a spacco trasversale e longitudinale, ecc. Per le alette degli scambiatori di calore viene selezionato un materiale termoconduttore a pareti sottili, che viene fissato alla parete mediante saldatura, brasatura, zigrinatura, ecc.
Scambiatori di calore a piastre vengono utilizzati per effettuare lo scambio termico tra gas e altri liquidi refrigeranti, solitamente con bassi coefficienti di scambio termico. Strutturalmente, questi dispositivi sono assemblati da piastre stampate che formano canali per un refrigerante su un lato della piastra e per un altro sull'altro.
Le piastre sono separate da distanziatori tra loro, possono essere saldate a coppie e formate superficie richiesta scambio termico.
Vantaggi degli scambiatori di calore a piastreè la loro compattezza, significatività, superficie riscaldante specifica rispetto al volume. Buona efficienza termica per una gamma di combinazioni di parametri del refrigerante.
Gli svantaggi del design della piastra può essere attribuito all'impossibilità di utilizzare fluidi ad alte pressioni, piccole potenza termica, durata utile limitata, difficoltà di funzionamento, pulizia, tenuta e riparazione. Maggiori requisiti per la qualità dei liquidi refrigeranti.
Scambiatori di calore a piastre sono costituiti da un sistema di piastre separatrici, tra le quali sono presenti superfici nervate - ugelli fissati alle piastre. Gli scambiatori di calore ad alette, di norma, non sono separabili e si differenziano per il tipo di alette (lisce, ondulate, intermittenti, ecc.), nonché nella direzione del mezzo di lavoro (equicorrente, controcorrente , flusso incrociato).
Negli scambiatori di calore volumetrici (scambiatori di calore a fascio tubiero con tubi a forma di U) uno dei mezzi è concentrato in un volume aperto o in un recipiente di grande volume, e il secondo scorre attraverso un fascio tubiero di tubi diritti, a forma di U o a spirale. Vengono utilizzati scambiatori di calore volumetrici a serpentino tubolare immerso o a fascio di tubi diritti.
Scambiatori di calore twistati comune nelle industrie della refrigerazione e chimiche. In tali dispositivi è possibile accogliere una superficie di scambio termico maggiore rispetto ai dispositivi a tubi diritti. Uno scambiatore di calore twistato è costituito da un tubo centrale (nucleo) sul quale sono avvolti a spirale fasci di tubi. Il passo di avvolgimento e la distanza tra i tubi vengono scelti in base alla condizione di pari lunghezza dei tubi. Diverse file di tubi hanno direzioni di avvolgimento diverse (sinistra e destra). I distanziatori creano uno spazio tra i tubi. I fasci di tubi ritorti forniscono compensazione della temperatura e densità nei luoghi in cui sono incorporati. Di norma, i sistemi di tubi ritorti sono a più passaggi.
Scambiatori di calore a batteria sono dispositivi a fascio tubiero contenenti tubi a serpentina, le cui spire si trovano lungo una linea elicoidale. Possono esserci più bobine collegate al collettore di alimentazione del liquido di raffreddamento. Negli scambiatori di calore vapore-acqua, il mezzo riscaldante, il vapore, viene solitamente fornito dall'alto, mentre il mezzo raffreddato, l'acqua, viene fornito allo spazio intratubo dal basso. I dispositivi sono ampiamente utilizzati anche negli impianti di riscaldamento a condensa e alimentare l'acqua le turbine a vapore, ad esempio uno scambiatore di calore a fascio tubiero, ma ora vengono sempre più sostituite da scambiatori di calore a “camera” contenenti camere per l’alimentazione del refrigerante. Allo stesso tempo compaiono sviluppi progettuali di moderni scambiatori di calore vapore-acqua a spirale collettore da utilizzare nel sistema di riscaldamento dell'acqua di alimentazione delle turbine delle centrali termoelettriche e delle centrali nucleari. Secondo gli sviluppatori, l'uso di tali dispositivi può fornire una riduzione molto significativa del consumo di metalli di tutte le apparecchiature di scambio termico delle turbine a vapore.
Scambiatori di calore a spirale sono uno dei dispositivi più semplici in termini di progettazione e sono costituiti da due nastri di acciaio avvolti a spirale attorno a un divisorio centrale e formanti due canali a spirale paralleli per i mezzi di lavoro. I canali a spirale di sezione trasversale rettangolare sono limitati alle estremità da coperchi in cui sono presenti tubi per l'alimentazione o lo scarico del mezzo. Inoltre, i dispositivi vengono solitamente utilizzati a portate basse, nonché a differenze di pressione e temperatura dei fluidi di lavoro. Negli ultimi anni gli apparecchi sono stati sostituiti anche da scambiatori di calore a piastre.
Scambiatori di calore a doppio tubo Il tipo “pipe-in-pipe” è utilizzato da tempo nell’industria. I dispositivi sono adatti anche per il riscaldamento e il raffreddamento dei fluidi di lavoro ad alta pressione. Questi scambiatori di calore raggiungono buoni coefficienti di trasferimento del calore. Sono abbastanza semplici da produrre, installare e utilizzare e, se non è necessaria la pulizia, vengono saldati. Tuttavia, nonostante la semplicità del design, tali scambiatori di calore sono piuttosto ingombranti e il loro consumo specifico di metallo è elevato rispetto ad altri dispositivi. Per questo motivo il campo di applicazione di tali scambiatori di calore è in continua diminuzione.
La nostra esperienza produttiva lo dimostra fattore importante a influenzare la qualità della produzione di apparecchiature complesse come gli scambiatori di calore che funzionano sotto pressione non è solo la disponibilità di documentazione tecnica, ma anche una progettazione tecnicamente competente tecnologia di produzione. Vorremmo attirare la vostra attenzione sul fatto che, a differenza della documentazione tecnica e attrezzature di produzione, tecnologia di produzione- non si tratta di una categoria replicabile; è legato a una produzione specifica, che offre a quest'ultima seri vantaggi rispetto ai concorrenti che non dispongono di una propria tecnologia collaudata nel tempo. È ovvio che la tecnologia di produzione già padroneggiata e collaudata lo consente appena possibile iniziare la produzione di prodotti in serie e su piccola scala, nonché padroneggiare rapidamente la produzione di singoli campioni sperimentali di prodotti.
Condensatori principali della turbina
Servono per creare il vuoto nel tubo di scarico della turbina, preserva, primario deareazione e il ritorno della condensa del vapore proveniente dalla turbina al ciclo. Allo stesso tempo, il condensatore fa parte del sistema di caldaie della stazione. La depressione nel condensatore è creata dalla condensazione del vapore scaricato nella turbina, a seguito della forte diminuzione del volume specifico durante la trasformazione del vapore in condensa e dell'aspirazione dei gas incondensabili dal condensatore.
Nei moderni e potenti impianti con turbine a vapore vengono utilizzati quasi esclusivamente condensatori di tipo superficiale, in cui l'acqua di raffreddamento viene pompata all'interno dei tubi dei fasci tubieri situati nello spazio del vapore dei condensatori. Il vapore proveniente dalla turbina entra in contatto con la superficie fredda dei tubi e su di essi si condensa, cedendo il calore di formazione del vapore all'acqua di raffreddamento che scorre all'interno dei tubi. La condensa scorre nella parte inferiore del condensatore e viene pompata fuori dal raccoglitore di condensa mediante pompe per condensa. L'aria e i gas non condensabili che penetrano attraverso le perdite dell'impianto vengono rimossi dal condensatore espulsori. La condensa del vapore viene utilizzata per alimentare le caldaie ed è di grande valore perché... esposto alto grado pulizia. Il condensatore non deve consentire un eccessivo raffreddamento della condensa e deve avere una resistenza minima all'acqua di raffreddamento. Il vuoto teoricamente possibile nel condensatore dipende solo dalla temperatura e dalla quantità di acqua di raffreddamento disponibile. Il vuoto pratico durante il funzionamento dipende dalla perfezione della progettazione del condensatore, dalla densità del vuoto della parte dell'unità turbina sotto vuoto e dalla pulizia dei tubi del condensatore.
|
|
|
Progettazione di condensatori, per turbine di varie potenze da 25 a 1200 MW, è determinato dalla posizione nell'impianto e dal progetto della fondazione, ad esempio, se la superficie di scambio termico del condensatore raggiunge 8800 m2 e contiene fino a 84000 tubi, allora il la massa di un tale condensatore raggiunge le 2000 tonnellate.
Tutti i condensatori sono una struttura spaziale complessa situata sotto un vuoto profondo. Le custodie dei condensatori sono realizzate in lamiera di acciaio al carbonio e presentano alette interne, e sono inoltre rinforzate con controventi longitudinali e trasversali in acciaio tondo. I tubi di raffreddamento sono fissati alle loro estremità nelle piastre tubiere principali e presentano supporti nei divisori tubieri intermedi. Il posizionamento delle partizioni nell'alloggiamento viene effettuato in base alle vibrazioni per eliminare pericolose forme di vibrazione dei tubi. Le camere dell'acqua sono generalmente saldate e dispongono di coperchi apribili per la sostituzione dei tubi. Per accedere all'interno delle camere dell'acqua per piccoli lavori, le coperture sono dotate di portelli. Nella parte superiore possono essere integrati uno o due condensatori riscaldatore rigenerativo a bassa pressione. I condensatori, di regola, hanno una serie di dispositivi per ricevere vapore e acqua da varie apparecchiature a turbina necessarie per eseguire il ciclo.
CJSC "Experimental Machine-Building Production" offre ai suoi clienti non solo la produzione dotazioni tecnologiche, non solo i servizi della nostra base produttiva, ma anche molti anni di esperienza, verificato tecnologie di produzione e la disponibilità di personale qualificato per risolvere esattamente i vostri problemi.
Ora guarderemo specifiche tecniche e il principio di funzionamento degli scambiatori di calore a fascio tubiero, nonché il calcolo dei loro parametri e le caratteristiche scelte al momento dell'acquisto.
Gli scambiatori di calore forniscono il processo di scambio di calore tra liquidi, ciascuno dei quali ha una temperatura diversa. Attualmente lo scambiatore di calore a fascio tubiero ha trovato la sua applicazione con grande successo in diversi settori: chimico, petrolifero, del gas. Non presentano difficoltà nella loro fabbricazione, sono affidabili e hanno la capacità di sviluppare un'ampia superficie di trasferimento del calore in un unico apparecchio.
Hanno preso questo nome per la presenza di un involucro che nasconde i tubi interni.
Dispositivo e principio di funzionamento
Struttura: struttura di fasci di tubi fissati in tavole tubiere (griglie) di coperture, involucri e supporti.
Il principio di funzionamento di uno scambiatore di calore a fascio tubiero è abbastanza semplice. Consiste nel movimento di liquidi refrigeranti freddi e caldi attraverso diversi canali. Lo scambio termico avviene proprio tra le pareti di questi canali.
Principio di funzionamento dello scambiatore di calore a fascio tubiero
Vantaggi e svantaggi
Oggi gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono richiesti dai consumatori e non perdono la loro posizione sul mercato. Ciò è dovuto al considerevole numero di vantaggi che questi dispositivi presentano:
- Elevata resistenza a. Questo li aiuta a resistere facilmente alle variazioni di pressione e a sopportare carichi pesanti.
- Non richiede un ambiente pulito. Ciò significa che possono funzionare con liquido di bassa qualità non pretrattato, a differenza di molti altri tipi di scambiatori di calore che possono funzionare solo in ambienti non contaminati.
- Alta efficienza.
- Resistenza all'usura.
- Durabilità. Con la dovuta cura, le unità a fascio tubiero funzioneranno per molti anni.
- Sicurezza d'uso.
- Manutenibilità.
- Lavorare in un ambiente aggressivo.
Considerando i vantaggi di cui sopra, possiamo dire della loro affidabilità, alta efficienza e durata.
Scambiatori di calore a fascio tubiero nell'industria
Nonostante il gran numero di vantaggi noti degli scambiatori di calore a fascio tubiero, questi dispositivi presentano anche una serie di svantaggi:
- dimensioni e peso rilevanti: la loro collocazione richiede un locale di notevoli dimensioni, cosa non sempre possibile;
- elevato consumo di metalli: questo è il motivo principale del loro prezzo elevato.
Tipi e tipi di scambiatori di calore a fascio tubiero
Gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono classificati in base alla direzione in cui si muove il liquido di raffreddamento.
In base a questo criterio si distinguono le seguenti tipologie:
- diretto;
- controcorrente;
- crocevia
Il numero di tubi situati nel cuore dell'involucro influisce direttamente sulla velocità con cui si muoverà la sostanza e la velocità ha un effetto diretto sul coefficiente trasferimento di calore.
Tenendo conto di queste caratteristiche, gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono disponibili nelle seguenti tipologie:
- con compensatore di temperatura del corpo;
- con tubi fissi;
- con testa flottante;
- con tubi a forma di U.
Il modello con tubi ad U è costituito da un'unica piastra tubiera nella quale sono saldati questi elementi. Ciò consente alla parte arrotondata del tubo di appoggiarsi senza ostacoli sugli schermi rotanti nell'alloggiamento, mentre questi sono in grado di espandersi linearmente, il che consente loro di essere utilizzati in ampi intervalli di temperature. Per pulire i tubi a U, è necessario rimuovere l'intera sezione con essi e utilizzare prodotti chimici speciali.
Calcolo dei parametri
Per molto tempo gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono stati considerati i più compatti tra quelli esistenti. Tuttavia, ne sono apparsi alcuni che sono tre volte più compatti di quelli a fascio tubiero. Inoltre, le caratteristiche costruttive di tale scambiatore di calore portano al verificarsi di stress termici dovuti alle differenze di temperatura tra i tubi e l'involucro. Pertanto, quando si sceglie unità simileÈ molto importante fare un calcolo corretto.
Formula per il calcolo dell'area di uno scambiatore di calore a fascio tubiero
F—superficie di scambio termico;
t av – differenza di temperatura media tra refrigeranti;
K – coefficiente di scambio termico;
Q è la quantità di calore.
Da eseguire calcolo termico lo scambiatore di calore a fascio tubiero richiede i seguenti indicatori:
- consumo massimo di acqua di riscaldamento;
- caratteristiche fisiche del liquido refrigerante: viscosità, densità, conducibilità termica, temperatura finale, capacità termica dell'acqua a temperatura media.
Quando si ordina uno scambiatore di calore a fascio tubiero è importante sapere quali caratteristiche tecniche ha:
- pressione nei tubi e nell'involucro;
- diametro dell'involucro;
- esecuzione (orizzontale\verticale);
- tipologia delle piastre tubiere (mobili/fisse);
- versione climatica.
È abbastanza difficile effettuare da soli un calcolo competente. Ciò richiede conoscenza e profonda comprensione dell'intera essenza del processo del suo lavoro, quindi il modo migliore è rivolgersi a specialisti.
Funzionamento di uno scambiatore di calore tubolare
Lo scambiatore di calore a fascio tubiero è un dispositivo caratterizzato da una lunga durata e buoni parametri operativi. Tuttavia, come qualsiasi altro dispositivo, richiede una manutenzione programmata per un funzionamento di alta qualità e a lungo termine. Poiché nella maggior parte dei casi gli scambiatori di calore a fascio tubiero funzionano con liquido non pre-pulito, i tubi dell'unità prima o poi si intasano e su di essi si formano dei sedimenti, creando un ostacolo al libero flusso del fluido di lavoro.
Per garantire che l'efficienza operativa dell'apparecchiatura non diminuisca e che l'unità a fascio tubiero non si rompa, è necessario pulirla e lavarla sistematicamente.
Grazie a questo, sarà in grado di eseguire lavoro di qualità per molto tempo. Quando il dispositivo scade, si consiglia di sostituirlo con uno nuovo.
Se è necessario riparare uno scambiatore di calore tubolare, è prima necessario diagnosticare il dispositivo. Ciò consentirà di identificare i problemi principali e determinare la portata del lavoro da svolgere. La sua parte più debole sono i tubi e, molto spesso, il motivo principale della riparazione è il danneggiamento del tubo.
Per diagnosticare uno scambiatore di calore a fascio tubiero, viene utilizzato il metodo di prova idraulica.
In questa situazione, è necessario sostituire i tubi e questo è un processo ad alta intensità di manodopera. È necessario tappare gli elementi guasti, riducendo così la superficie di scambio termico. Effettuare lavori di ristrutturazione, è imperativo tenere conto del fatto che qualsiasi intervento, anche il minimo, può causare una diminuzione del trasferimento di calore.
Ora sai come funziona uno scambiatore di calore a fascio tubiero, quali tipi e caratteristiche ha.
Storia degli scambiatori di calore a fascio tubiero
Dispositivi di questo tipo furono sviluppati per la prima volta proprio all'inizio del XX secolo, quando le centrali termoelettriche necessitavano di scambiatori di calore con un'ampia superficie di scambio termico e in grado di funzionare ad una pressione sufficientemente elevata.
Oggi gli scambiatori di calore a fascio tubiero vengono utilizzati come preriscaldatori, condensatori ed evaporatori. L'esperienza di molti anni di attività e numerosi sviluppi progettuali hanno portato a miglioramenti significativi nella loro progettazione.
Allo stesso tempo, all'inizio del secolo scorso, gli scambiatori di calore a fascio tubiero iniziarono ad essere ampiamente utilizzati industria petrolifera. Le dure condizioni di raffinazione del petrolio richiedevano riscaldatori e raffreddatori di massa petrolifera, condensatori ed evaporatori per alcune frazioni di petrolio greggio e liquidi organici.
Le alte temperature e pressioni alle quali funzionava l'attrezzatura, le proprietà dell'olio stesso e delle sue frazioni hanno portato alla rapida contaminazione delle singole parti dell'attrezzatura. A questo proposito, gli scambiatori di calore dovevano averne caratteristiche di progettazione, che garantirebbe una facile pulizia e, se necessario, riparazione.
Opzioni di esecuzione
Nel corso del tempo, sono stati ricevuti scambiatori di calore a fascio tubiero applicazione più ampia. Ciò è stato determinato anche dalla semplicità e dall'affidabilità del design un gran numero possibili opzioni esecuzioni adatte a varie condizioni operazione, tra cui:
progettazione verticale o orizzontale dello scambiatore di calore, ebollizione o condensazione, flussi di refrigerante monofase sul lato caldo o freddo dell'apparecchio;
intervallo possibile di pressioni di esercizio dal vuoto a valori abbastanza elevati;
la capacità di modificare le perdite di carico in un ampio intervallo su entrambi i lati della superficie di scambio termico come conseguenza di un gran numero di opzioni di progettazione.
la capacità di soddisfare i requisiti di stress termico senza aumentare significativamente il costo del dispositivo;
dimensioni del dispositivo: dal piccolo al più grande, fino a 6000 m²;
i materiali possono essere selezionati in base alla corrosione, alla pressione e condizioni di temperatura, tenendo conto dei rispettivi costi;
le superfici di scambio termico possono essere utilizzate sia all'interno che all'esterno dei tubi;
la possibilità di accedere a un fascio di tubi per la riparazione o la pulizia.
Tuttavia, l’ampia gamma di applicazioni degli scambiatori di calore a fascio tubiero nella scelta delle opzioni più adatte per ciascun caso specifico non dovrebbe escludere la ricerca di opzioni alternative.
Componenti
Componenti degli scambiatori di calore a fascio tubiero: fasci tubieri montati su piastre tubiere, coperchi, involucri, tubazioni, camere e supporti. Gli spazi tra tubi e intertubi in essi contenuti sono spesso separati da tramezzi.
Schemi elettrici e tipologie
Nella figura sono presentati i diagrammi schematici dei tipi più utilizzati di scambiatori di calore a fascio tubiero:
L'involucro dello scambiatore di calore è un tubo saldato da lamiere di acciaio. La differenza tra gli involucri sta principalmente nel modo in cui l'involucro è collegato alla piastra tubiera e ai coperchi. Lo spessore della parete dell'involucro viene scelto in base alla pressione di esercizio del fluido e al suo diametro, ma generalmente si considera almeno 4 mm. I coperchi o i fondi sono saldati ai bordi dell'involucro mediante flange. I supporti dell'apparecchio sono fissati all'esterno dell'involucro.
Negli scambiatori di calore a fascio tubiero, la sezione trasversale effettiva totale dello spazio intertubale è solitamente 2-3 volte maggiore della corrispondente sezione trasversale dei tubi. Pertanto, indipendentemente dalla differenza di temperatura tra i refrigeranti e il loro stato di fase, il coefficiente di trasferimento termico complessivo è limitato dalla superficie dello spazio intertubo e rimane basso. Per aumentarlo, vengono installate partizioni che aumentano la velocità del liquido di raffreddamento e aumentano l'efficienza del trasferimento di calore.
Il fissaggio del fascio tubiero nelle piastre tubiere avviene con vari metodi: mediante bordatura, svasatura, sigillatura, saldatura o fissaggi a premistoppa. Le piastre tubiere sono saldate all'involucro (Tipi 1 e 3), o imbullonate tra il coperchio e le flange dell'involucro (Tipi 2 e 4), o imbullonate solo alla flangia (Tipi 5 e 6). Il materiale per la griglia è solitamente lamiera d'acciaio, il cui spessore deve essere di almeno 20 mm.
Questi scambiatori di calore differiscono nel design: rigidi (Tipo 1 e 10), semirigidi (Tipo 2, 3 e 7) e non rigidi (Tipo 4, 5, 6, 8 e 9), secondo il metodo di movimento del liquido di raffreddamento - multipass e single pass, flusso diretto, flusso incrociato e controcorrente e secondo il metodo di disposizione: verticale, orizzontale e inclinato.
La Figura 1 mostra uno scambiatore di calore a passaggio singolo dal design rigido con tubi diritti. L'involucro è collegato rigidamente ai tubi tramite griglie; non vi è alcuna possibilità di compensazione delle dilatazioni termiche. La progettazione di tali dispositivi è semplice, ma possono essere utilizzati solo quando la differenza di temperatura tra il fascio tubiero e il corpo non è molto grande (fino a 50°C). Inoltre, il coefficiente di trasferimento del calore in dispositivi di questo tipo è basso, poiché la velocità del liquido di raffreddamento nello spazio intertubo è bassa.
Negli scambiatori di calore a fascio tubiero, la sezione trasversale dello spazio intertubale è solitamente 2-3 volte maggiore della corrispondente sezione trasversale dei tubi. Pertanto, il coefficiente di scambio termico complessivo non è influenzato tanto dalla differenza di temperatura dei fluidi refrigeranti o dal loro stato di fase quanto, al contrario, è limitato dalla superficie dello spazio intertubo e rimane basso; Per aumentarlo, vengono realizzate delle partizioni nello spazio tra i tubi, che aumentano leggermente la velocità del liquido di raffreddamento e quindi aumentano l'efficienza del trasferimento di calore.
Le partizioni installate nello spazio intertubo, aumentando la velocità del liquido di raffreddamento, aumentano il coefficiente di trasferimento del calore.
Negli scambiatori di calore vapore-liquido, il vapore viene solitamente fatto passare tra i tubi e il liquido scorre attraverso i tubi. In questo caso, la differenza di temperatura tra i tubi e la parete dell'alloggiamento è solitamente molto elevata, il che richiede l'installazione di vari tipi di compensatori. In questi casi vengono utilizzati lente (Tipo 3), soffietto (Tipo 7), premistoppa (Tipo 8 e 9) e compensatori.
Anche gli scambiatori di calore a camera singola con tubi a W o più comunemente a U eliminano efficacemente stress termico in metallo. Si consiglia di utilizzarli ad alte pressioni del liquido di raffreddamento, poiché negli apparecchi ad alta pressione il fissaggio dei tubi nelle griglie è un'operazione costosa e tecnologicamente complessa. Tuttavia, anche gli scambiatori di calore a tubi piegati non sono molto utilizzati a causa della difficoltà di ottenere tubi con raggi di curvatura diversi, della difficoltà di sostituire i tubi piegati e dei problemi riscontrati durante la pulizia degli stessi.
Più avanzato è il design dello scambiatore di calore, che prevede il fissaggio rigido di una piastra tubiera e il libero movimento della seconda. In questo caso viene installata una copertura interna aggiuntiva, che si riferisce direttamente al sistema di tubazioni (Tipo 6). Il leggero aumento del costo del dispositivo, associato ad un aumento del diametro del corpo e alla realizzazione di un secondo fondo aggiuntivo, è giustificato dall'affidabilità di funzionamento e dalla semplicità del design. Tali dispositivi sono chiamati scambiatori di calore a “testa flottante”.
Gli scambiatori di calore a flusso incrociato (Tipo 10) si distinguono per un coefficiente di trasferimento del calore maggiore, poiché il liquido di raffreddamento nello spazio intertubale si muove attraverso il fascio tubiero. In alcuni tipi di tali scambiatori di calore, quando viene utilizzato il gas nell'anello e il liquido nei tubi, il coefficiente di trasferimento del calore viene ulteriormente aumentato utilizzando tubi con nervature trasversali.
Principio di funzionamento degli scambiatori di calore a fascio tubiero:
Tipi di scambiatori di calore a fascio tubiero:
scaldacqua;
raffreddatori acqua e olio per compressori e motori diesel;
scaldacqua a vapore;
raffreddatori dell'olio di vari tipi di turbine, presse idrauliche, sistemi di pompaggio e compressione, trasformatori di potenza;
refrigeratori e riscaldatori d'aria;
refrigeratori e riscaldatori di mezzi alimentari;
refrigeratori e riscaldatori utilizzati nel settore petrolchimico;
scaldacqua per piscine;
evaporatori e condensatori di unità di refrigerazione.
Ambito e ambito
Gli scambiatori di calore a fascio tubiero vengono utilizzati negli impianti di congelamento industriale, nell'industria petrolchimica, chimica e alimentare, per pompe di calore nel trattamento delle acque e nei sistemi fognari.
Gli scambiatori di calore a fascio tubiero vengono utilizzati nelle industrie chimiche e termiche per lo scambio di calore tra refrigeranti liquidi, gassosi e vapori nei processi termochimici e oggi sono i dispositivi più utilizzati.
Vantaggi:
Affidabilità degli scambiatori di calore a fascio tubiero durante il funzionamento:
Gli scambiatori di calore a fascio tubiero possono facilmente resistere a sbalzi improvvisi di temperatura e pressione. I fasci di tubi non vengono distrutti dalle vibrazioni e dagli shock idraulici.
Bassa contaminazione dei dispositivi
I tubi di questo tipo di scambiatori di calore sono poco contaminati e possono essere puliti abbastanza facilmente utilizzando il metodo dell'impatto della cavitazione, chimico o, per i dispositivi smontabili, metodi meccanici.
Lunga durata
La durata è piuttosto lunga, fino a 30 anni.
Adattabilità a diversi ambienti
Gli scambiatori di calore a fascio tubiero utilizzati oggi nell'industria sono adatti a un'ampia varietà di ambienti tecnologici, tra cui sanitari, acqua di mare e di fiume, prodotti petroliferi, oli, ambienti chimicamente attivi e anche gli ambienti più aggressivi praticamente non riducono l'affidabilità degli scambiatori di calore.
Lo scambiatore di calore a piastre, installato e pronto per il funzionamento, è di piccole dimensioni e alto livello produttività. Pertanto, la superficie di lavoro specifica di un tale dispositivo può raggiungere 1.500 m 2 /m 3. Il design di tali dispositivi comprende una serie di piastre ondulate separate l'una dall'altra da guarnizioni. Le guarnizioni formano canali sigillati. Il mezzo che emette calore scorre nello spazio tra le cavità e all'interno delle cavità c'è un mezzo che assorbe calore o viceversa. Le piastre sono montate su un telaio a tondino e sono posizionate strettamente l'una rispetto all'altra.
Ogni piastra è dotata del seguente set di distanziali:
- una guarnizione perimetrale che delimita il canale per il liquido refrigerante e due aperture per il suo ingresso e uscita;
- due piccole guarnizioni che isolano gli altri due fori angolari per il passaggio del secondo liquido refrigerante.
Pertanto, il progetto prevede quattro canali separati per l'ingresso e l'uscita dei due fluidi coinvolti nei processi di scambio termico. Questo tipo di dispositivo è in grado di distribuire i flussi su tutti i canali in parallelo o in sequenza. Quindi, se necessario, ogni flusso può passare attraverso tutti i canali o gruppi specifici.
Ai vantaggi di questo tipo ai dispositivi viene solitamente attribuita l'intensità del processo di scambio termico, la compattezza e la possibilità di completo smontaggio dell'unità a scopo di pulizia. Gli svantaggi includono la necessità di un assemblaggio meticoloso per mantenere la tenuta (come risultato di un gran numero di canali). Inoltre, gli svantaggi di questo design sono la tendenza alla corrosione dei materiali con cui sono realizzate le guarnizioni e la limitata resistenza termica.
Nei casi in cui è possibile la contaminazione della superficie di riscaldamento da parte di uno dei liquidi di raffreddamento, vengono utilizzate unità il cui design è costituito da piastre saldate a coppie. Se la contaminazione della superficie riscaldata è esclusa da entrambi i refrigeranti, saldati non rimovibili scambiatori di calore(come, ad esempio, un dispositivo con canali ondulati e movimento incrociato dei liquidi refrigeranti).
Principio di funzionamento di uno scambiatore di calore a piastre
Scambiatore di calore a piastre per il gasolio
| Nome | Lato caldo | Lato freddo |
|---|---|---|
| Consumo (kg/h) | 37350,00 | 20000,00 |
| Temperatura di ingresso (°C) | 45,00 | 24,00 |
| Temperatura di uscita (°C) | 25,00 | 42,69 |
| Perdita di pressione (bar) | 0,50 | 0,10 |
| Trasferimento di calore (kW) | 434 | |
| Proprietà termodinamiche: | gasolio | Acqua |
| Peso specifico (kg/m³) | 826,00 | 994,24 |
| 2,09 | 4,18 | |
| Conduttività termica (W/m*K) | 0,14 | 0,62 |
| Viscosità media (mPa*s) | 2,90 | 0,75 |
| Viscosità alla parete (mPa*s) | 3,70 | 0,72 |
| Tubo di ingresso | B4 | F3 |
| Tubo di uscita | F4 | B3 |
| Design telaio/piastra: | ||
| 2x68 + 0x0 | ||
| Disposizione piastre (passaggio*canale) | 1x67 + 1x68 | |
| Numero di piatti | 272 | |
| 324,00 | ||
| Materiale della piastra | 0,5mm AL-6XN | |
| NITRILE | / 140 | |
| 150,00 | ||
| 16.00 / 22.88 PED 97/23/CE, Kat II, Modulo Al | ||
| 16,00 | ||
| Tipologia telaio/Finitura | IS n. 5 / Categoria C2 | RAL5010 |
| Flangia DN 150 St.37PN16 | ||
| Flangia DN 150 St.37PN16 | ||
| Volume del liquido (l) | 867 | |
| Lunghezza del telaio (mm) | 2110 | |
| Numero massimo di piatti | 293 | |
Scambiatore di calore a piastre per petrolio greggio
| Nome | Lato caldo | Lato freddo |
|---|---|---|
| Consumo (kg/h) | 8120,69 | 420000,00 |
| Temperatura di ingresso (°C) | 125,00 | 55,00 |
| Temperatura di uscita (°C) | 69,80 | 75,00 |
| Perdita di pressione (bar) | 53,18 | 1,13 |
| Trasferimento di calore (kW) | 4930 | |
| Proprietà termodinamiche: | Vapore | Petrolio greggio |
| Peso specifico (kg/m³) | 825,00 | |
| Capacità termica specifica (kJ/kg*K) | 2,11 | |
| Conduttività termica (W/m*K) | 0,13 | |
| Viscosità media (mPa*s) | 20,94 | |
| Viscosità alla parete (mPa*s) | 4,57 | |
| Grado di inquinamento (m²*K/kW) | 0,1743 | |
| Tubo di ingresso | F1 | F3 |
| Tubo di uscita | F4 | F2 |
| Design telaio/piastra: | ||
| Disposizione piastre (passaggio*canale) | 1×67 + 0×0 | |
| Disposizione piastre (passaggio*canale) | 2x68 + 0x0 | |
| Numero di piatti | 136 | |
| Superficie riscaldante effettiva (m²) | 91.12 | |
| Materiale della piastra | 0,6mm AL-6XN | |
| Materiale guarnizione/Max. ritmo. (°C) | VITON | / 160 |
| Massimo. temperatura di progetto (C) | 150,00 | |
| Massimo. pressione di esercizio/prova. (sbarra) | 16.00 / 22.88 PED 97/23/CE, Kat III, Modulo B+C | |
| Massimo. pressione differenziale (bar) | 16,00 | |
| Tipologia telaio/Finitura | IS n. 5 / Categoria C2 | RAL5010 |
| Connessioni lato caldo | Flangia DN 200 St.37PN16 | |
| Collegamenti lato freddo | Flangia DN 200 St.37PN16 | |
| Volume del liquido (l) | 229 | |
| Lunghezza del telaio (mm) | 1077 | |
| Numero massimo di piatti | 136 | |
Scambiatore di calore a piastre
Scambiatore di calore a piastre per propano
| Nome | Lato caldo | Lato freddo |
|---|---|---|
| Consumo (kg/h) | 30000,00 | 139200,00 |
| Temperatura di ingresso (°C) | 85,00 | 25,00 |
| Temperatura di uscita (°C) | 30,00 | 45,00 |
| Perdita di pressione (bar) | 0,10 | 0,07 |
| Trasferimento di calore (kW) | 3211 | |
| Proprietà termodinamiche: | Propano | Acqua |
| Peso specifico (kg/m³) | 350,70 | 993,72 |
| Capacità termica specifica (kJ/kg*K) | 3,45 | 4,18 |
| Conduttività termica (W/m*K) | 0,07 | 0,62 |
| Viscosità media (mPa*s) | 0,05 | 0,72 |
| Viscosità alla parete (mPa*s) | 0,07 | 0,51 |
| Grado di inquinamento (m²*K/kW) | ||
| Tubo di ingresso | F1 | F3 |
| Tubo di uscita | F4 | F2 |
| Design telaio/piastra: | ||
| Disposizione piastre (passaggio*canale) | 1×101 + 0×0 | |
| Disposizione piastre (passaggio*canale) | 1×102 + 0×0 | |
| Numero di piatti | 210 | |
| Superficie riscaldante effettiva (m²) | 131,10 | |
| Materiale della piastra | 0,6mm AL-6XN | |
| Materiale guarnizione/Max. ritmo. (°C) | NITRILE | / 140 |
| Massimo. temperatura di progetto (C) | 150,00 | |
| Massimo. pressione di esercizio/prova. (sbarra) | 20.00 / 28.60 PED 97/23/CE, Kat IV, Modulo G | |
| Massimo. pressione differenziale (bar) | 20,00 | |
| Tipologia telaio/Finitura | IS n. 5 / Categoria C2 | RAL5010 |
| Connessioni lato caldo | Flangia DN 200 AISI 316 PN25 DIN2512 | |
| Collegamenti lato freddo | Flangia DN 200 AISI 316 PN16 | |
| Volume del liquido (l) | 280 | |
| Lunghezza del telaio (mm) | 2107 | |
| Numero massimo di piatti | 245 | |
Descrizione degli scambiatori di calore a piastre
La superficie di lavoro specifica di questo dispositivo può raggiungere 2.000 m2/m3. I vantaggi di tali progetti includono:
- la possibilità di scambio termico tra tre o più liquidi refrigeranti;
- peso leggero e volume.
Strutturalmente, gli scambiatori di calore a piastre sono costituiti da piastre sottili con fogli ondulati tra di loro. Questi fogli sono saldati su ciascuna piastra. Pertanto, il liquido di raffreddamento è diviso in piccoli flussi. Il dispositivo può essere costituito da un numero qualsiasi di piastre. I refrigeranti possono spostarsi:
- flusso diretto;
- flusso incrociato.
Esistono i seguenti tipi di centine:
- ondulato (ondulato), formando una linea ondulata lungo il flusso;
- nervature discontinue, cioè compensati l'uno rispetto all'altro;
- costole squamose, ad es. avere slot piegati in uno o lati diversi;
- spinoso, cioè fatto di filo, che può essere disposto a scacchiera o a corridoio.
Costolato lamellare scambiatori di calore utilizzati come scambiatori di calore rigenerativi.
Scambiatori di calore in grafite a blocchi: descrizione e applicazione
Scambiatori di calore, realizzati in grafite, sono caratterizzati dalle seguenti qualità:
- elevata resistenza alla corrosione;
- elevato livello di conduttività termica (può raggiungere fino a 100 W/(m K)
Grazie a qualità specificate, gli scambiatori di calore di questo tipo sono ampiamente utilizzati nell'industria chimica. I più utilizzati sono i dispositivi a blocchi di grafite, il cui elemento principale è un blocco di grafite a forma di parallelepipedo. Il blocco presenta fori non intersecanti (verticali e orizzontali), destinati al movimento dei liquidi di raffreddamento. Il progetto di uno scambiatore di calore a blocchi di grafite può includere uno o più blocchi. Attraverso i fori orizzontali nel blocco avviene un movimento bidirezionale del liquido di raffreddamento, possibile grazie alle piastre metalliche laterali. Il liquido refrigerante, che si muove attraverso i fori verticali, esegue uno o due movimenti, determinati dal design dei coperchi (superiore e inferiore). Negli scambiatori di calore con facce laterali allargate, il liquido refrigerante che si muove verticalmente può effettuare due o quattro passaggi.
Scambiatore di calore in grafite, impregnata di polimero fenolico, del tipo a blocco anulare, con superficie di scambio termico di 320 m 2
Scambiatore di calore in grafite con blocco ad anello per H2SO4
Specifiche:
| Più fresco | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Nome | Dimensione | Lato caldo | Lato freddo | ||
| Entrata | Uscita | Entrata | Uscita | ||
| Mercoledì | H2SO4 (94%) | Acqua | |||
| Consumo | m³/h | 500 | 552,3 | ||
| Temperatura operativa | °C | 70 | 50 | 28 | 40 |
| Fis. Proprietà | |||||
| Densità | g/cm³ | 1,7817 | 1,8011 | 1 | |
| Calore specifico | kcal/kg°C | 0,376 | 0,367 | 1 | |
| Viscosità | cP | 5 | 11,3 | 0,73 | |
| Conduttività termica | kcal/hm°C | 0,3014 | 0,295 | 0,53 | |
| Calore assorbito | kcal/h | 6628180 | |||
| Differenza di temperatura media corretta | °C | 25,8 | |||
| Caduta di pressione (ammissibile/calcolata) | kPa | 100/65 | 100/45 | ||
| Coefficiente di scambio termico | kcal/hm²°C | 802,8 | |||
| Fattore di inquinamento | kcal/hm²°C | 5000 | 2500 | ||
| Condizioni di progettazione | |||||
| Pressione di progetto | sbarra | 5 | 5 | ||
| Temperatura calcolata | °C | 100 | 50 | ||
| Specifiche/materiali | |||||
| Superficie di scambio termico richiesta | mq | 320 | |||
| Guarnizioni, materiale | teflon (fluoroplastico) | ||||
| Blocchi, materiale | Grafite, impregnata con polimero fenolico-aldeidico | ||||
| Dimensioni (diametro×lunghezza) | mm | 1400*5590 | |||
| Diametro interno del canale, assiale/radiale | 20 mm/14 mm | ||||
| Numero di passaggi | 1 | 1 | |||
| Numero di blocchi | 14 | ||||
Scambiatore di calore in grafite per sospensione di biossido di titanio e soluzione di acido solforico
Specifiche:
| Nome | Dimensione | Lato caldo | Lato freddo | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Entrata | Uscita | Entrata | Uscita | ||
| Mercoledì | Sospensione di biossido di titanio idrato e H2SO4 al 20%. | Acqua | |||
| Consumo | m³/h | 40 | 95 | ||
| Temperatura operativa | °C | 90 | 70 | 27 | 37 |
| Pressione di esercizio | sbarra | 3 | 3 | ||
| Superficie di trasferimento del calore | mq | 56,9 | |||
| Proprietà fisiche | |||||
| Densità | kg/m³ | 1400 | 996 | ||
| Calore specifico | kJ/kg∙°C | 3,55 | 4,18 | ||
| Conduttività termica | W/m∙K | 0,38 | 0,682 | ||
| Viscosità dinamica | impresa comune | 2 | 0,28 | ||
| Resistenza al calore alla contaminazione | W/m²∙K | 5000 | 5000 | ||
| Caduta di pressione (calcolata) | sbarra | 0,3 | 0,35 | ||
| Scambio di calore | kw | 1100 | |||
| Differenza di temperatura media | sistema operativo | 47,8 | |||
| Coefficiente di scambio termico | W/m²∙K | 490 | |||
| Condizioni di progettazione | |||||
| Pressione di progetto | sbarra | 5 | 5 | ||
| Temperatura calcolata | °C | 150 | 150 | ||
| Materiali | |||||
| Guarnizioni | PTFE | ||||
| involucro | Acciaio al carbonio | ||||
| Blocchi | Grafite impregnata con resina fenolica | ||||
Tubi termici per l'industria chimica
Un tubo termico è un dispositivo promettente utilizzato nell'industria chimica per intensificare i processi di trasferimento del calore. Un tubo termico è un tubo completamente sigillato con qualsiasi profilo di sezione trasversale, realizzato in metallo. Il corpo del tubo è rivestito con materiale capillare poroso (stoppino), fibra di vetro, polimeri, metalli porosi, ecc. La quantità di refrigerante fornita deve essere sufficiente a saturare lo stoppino. Limite temperatura operativa varia da qualsiasi minimo a 2000 °C. Come refrigerante viene utilizzato:
- metalli;
- liquidi organici altobollenti;
- sali fusi;
- acqua;
- ammoniaca, ecc.
Una parte del tubo si trova nella zona di rimozione del calore, il resto nella zona di condensazione del vapore. Nella prima zona si formano i vapori del liquido di raffreddamento, nella seconda zona si condensano. La condensa ritorna nella prima zona per azione delle forze capillari dello stoppino. Un gran numero di centri di vaporizzazione contribuisce a ridurre il surriscaldamento del liquido durante la sua ebollizione. Allo stesso tempo, il coefficiente di trasferimento del calore durante l'evaporazione aumenta in modo significativo (da 5 a 10 volte). L'indicatore di potenza del tubo termico è determinato dalla pressione capillare.
Rigeneratori
Il rigeneratore ha un corpo, di sezione rotonda o rettangolare. Questo alloggiamento è realizzato in lamiera o mattone, secondo la temperatura mantenuta durante il funzionamento. All'interno dell'unità è posizionato un riempitivo pesante:
- mattone;
- argilla refrattaria;
- metallo ondulato, ecc.
I rigeneratori, di regola, sono dispositivi accoppiati, quindi il gas freddo e caldo li attraversano contemporaneamente. Il gas caldo trasferisce il calore all'ugello e il gas freddo lo riceve. Il ciclo di lavoro è composto da due periodi:
- riscaldare l'ugello;
- raffreddamento degli ugelli.
L'ugello del mattone può essere disposto in un ordine diverso:
- ordine del corridoio (forma una serie di canali paralleli diritti);
- motivo a scacchiera (forma canali di forma complessa).
I rigeneratori possono essere dotati di ugelli metallici. Un rigeneratore dotato di uno strato denso di materiale granulare che cade è considerato un dispositivo promettente.
Scambiatori di calore a miscelazione. Condensatori di miscelazione. Gorgogliatore. Raffreddatori
Lo scambio termico delle sostanze (liquidi, gas, materiali granulari), quando sono in contatto diretto o in miscelazione, è caratterizzato da un grado massimo di intensità. L'uso di tale tecnologia è dettata dalla necessità processo tecnologico. Per la miscelazione dei liquidi si utilizza:
- un contenitore dotato di agitatore;
- iniettore (utilizzato anche per la miscelazione continua dei gas).
I liquidi possono essere riscaldati condensando il vapore al loro interno. Il vapore viene introdotto attraverso più fori in un tubo, che è piegato a forma di cerchio o spirale e si trova nella parte inferiore dell'apparecchio. Il dispositivo che garantisce questo processo tecnologico si chiama bubbler.
Il raffreddamento del liquido fino a una temperatura prossima a 0 °C può essere effettuato introducendo ghiaccio, che può assorbire fino a 335 kJ/kg di calore durante la fusione, oppure gas neutri liquefatti caratterizzati da una bassa temperatura di evaporazione. A volte vengono utilizzate miscele di refrigerazione che assorbono il calore dopo essersi sciolte in acqua.
Il liquido può essere riscaldato rispettivamente per contatto con un gas caldo e raffreddato per contatto con uno freddo. Questo processo è assicurato dagli scrubber (dispositivi verticali), dove un flusso di liquido raffreddato o riscaldato fluisce verso il flusso di gas ascendente. Lo scrubber può essere riempito con vari ugelli per aumentare la superficie di contatto. Gli ugelli spezzano il flusso del liquido in piccoli rivoli.
Del gruppo degli scambiatori di calore a miscelazione fanno parte anche i condensatori a miscelazione, la cui funzione è quella di condensare i vapori attraverso il contatto diretto con l'acqua. I condensatori di miscelazione possono essere di due tipi:
- condensatori a flusso diretto (vapore e liquido si muovono nella stessa direzione);
- condensatori controcorrente (vapore e liquido si muovono in direzioni opposte).
Per aumentare l'area di contatto tra vapore e liquido, il flusso del liquido viene suddiviso in piccoli flussi.
Raffreddatore d'aria a tubo alettato
Molti impianti chimici generano grandi quantità di calore di scarto, che non viene recuperato negli scambiatori di calore e non può essere riutilizzato nei processi. Questo caldo rilasciati nell’ambiente e quindi è necessario ridurli al minimo possibili conseguenze. Per questi scopi usano vari tipi refrigeratori.
Il design del raffreddatore a tubi alettati è costituito da una serie di tubi alettati all'interno dei quali scorre il liquido raffreddato. La presenza di nervature, ad es. Il design a coste aumenta notevolmente la superficie del frigorifero. Le alette più fredde vengono mosse dai ventilatori.
Questa tipologia di raffreddatori viene utilizzata nei casi in cui non è possibile prelevare acqua per il raffreddamento: ad esempio nel luogo di installazione di impianti chimici.
Raffreddatori per irrigazione
Il design dello spray cooler è costituito da file di bobine montate in sequenza, all'interno delle quali si muove il liquido raffreddato. Le bobine sono costantemente irrigate con acqua, grazie alla quale avviene l'irrigazione.
Torri di raffreddamento
Il principio di funzionamento di una torre di raffreddamento è che l'acqua riscaldata viene spruzzata sulla parte superiore della struttura e poi scorre lungo l'imballaggio. Nella parte inferiore della struttura, per aspirazione naturale, un flusso d'aria lambisce l'acqua corrente, la quale assorbe parte del calore dell'acqua. Inoltre, durante il processo di drenaggio parte dell’acqua evapora, provocando anche una perdita di calore.
Gli svantaggi del design includono le sue dimensioni gigantesche. Pertanto, l'altezza di un refrigeratore a torre può raggiungere i 100 m. L'indubbio vantaggio di un tale refrigeratore è il suo funzionamento senza energia ausiliaria.
Le torri di raffreddamento dotate di ventilatori funzionano in modo simile. La differenza è che l'aria viene pompata attraverso questa ventola. Va notato che il design con ventola è molto più compatto.
Scambiatore di calore con superficie di scambio 71,40 m²
Descrizione tecnica:
Elemento 1: Scambiatore di calore
| Dati sulla temperatura | Lato A | Lato B | ||
|---|---|---|---|---|
| Mercoledì | Aria | Gas di combustione | ||
| Pressione di esercizio | 0,028 barg | 0,035 barg | ||
| Mercoledì | Gas | Gas | ||
| Flusso in ingresso | 17.548,72 kg/ora | 34 396,29 kg/h | ||
| Flusso in uscita | 17.548,72 kg/ora | 34 396,29 kg/h | ||
| Temperatura di ingresso/uscita | -40/100°C | 250 / 180°C | ||
| Densità | 1.170 kg/m³ | 0,748 kg/m³ | ||
| Calore specifico | 1.005 kJ/kg.K | 1.025 kJ/kg.K | ||
| Conduttività termica | 0,026 W/m.K | 0,040 W/m.K | ||
| Viscosità | 0,019 mPa.s | 0,026 mPa.s | ||
| Calore latente | ||||
Funzionamento dello scambiatore di calore
Descrizione dello scambiatore di calore
Dimensioni
| L1: | 2200 mm |
| L2: | 1094 mm |
| L3: | 1550 mm |
| LF: | 1094 mm |
| Peso: | 1547 chilogrammi |
| Peso con acqua: | 3366 chilogrammi |
Scambiatore di calore ad immersione flangiato da 660 kW
Specifiche:
380 V, 50 Hz, 2x660 kW, 126 elementi riscaldanti di lavoro e 13 di riserva, 139 elementi riscaldanti in totale, collegamento a triangolo 21 canali da 31,44 kW ciascuno. Protezione - tipo NEMA 4.7
Mezzo di lavoro: Gas di rigenerazione (percentuale in volume):
N2 - 85%, vapore acqueo-1,7%, CO2-12,3%, O2-0,9%, Sox-100 ppm, H2S-150 ppm, NH3-200 ppm. Ci sono impurità meccaniche: sali di ammonio, prodotti di corrosione.
Elenco dei documenti forniti con l'apparecchiatura:
Un passaporto per una sezione di riscaldamento sommergibile flangiata con istruzioni per l'installazione, avviamento, spegnimento, trasporto, scarico, stoccaggio, informazioni sulla conservazione;
Disegno vista generale della sezione;
Gli scambiatori di calore in rame sono adatti per ambienti chimicamente puliti e non aggressivi, come ad es acqua dolce. Questo materiale ha un elevato coefficiente di trasferimento del calore. Lo svantaggio di tali scambiatori di calore è il loro costo piuttosto elevato.
La soluzione ottimale per i mezzi acquosi purificati è l'ottone. Rispetto a apparecchiature per lo scambio termico Realizzato in rame, è più economico e presenta caratteristiche di resistenza e robustezza più elevate. Vale anche la pena notare che alcune leghe di ottone sono resistenti all'acqua di mare e alle alte temperature. Lo svantaggio del materiale è considerato la bassa conduttività elettrica e termica.
La soluzione materiale più comune negli scambiatori di calore è l'acciaio. L'aggiunta di vari elementi di lega alla composizione consente di migliorarne le proprietà meccaniche, fisiche e chimiche e di ampliare il campo di applicazione. A seconda degli elementi di lega aggiunti, l'acciaio può essere utilizzato in ambienti alcalini e acidi con varie impurità e ad elevate temperature di esercizio.
Titanio e sue leghe materiale di qualità, con caratteristiche di elevata resistenza e conducibilità termica. Questo materiale è molto leggero e viene utilizzato in un'ampia gamma di temperature operative. Il titanio e i materiali a base di esso presentano una buona resistenza alla corrosione nella maggior parte degli ambienti acidi o alcalini.
I materiali non metallici vengono utilizzati nei casi in cui sono richiesti processi di trasferimento di calore in ambienti particolarmente aggressivi e corrosivi. Sono caratterizzati alto valore coefficiente di conduttività termica e resistenza alle sostanze chimicamente più attive, che li rende un materiale indispensabile utilizzato in molti dispositivi. I materiali non metallici si dividono in due tipologie: organici e inorganici. I materiali organici includono materiali a base di carbonio come grafite e plastica. Silicati e ceramiche sono usati come materiali inorganici.
- il liquido di raffreddamento, durante il cui flusso è possibile rilasciare sedimenti, è diretto prevalentemente dal lato da cui è più facile pulire la superficie di scambio termico;
- il liquido di raffreddamento, che ha un effetto corrosivo, viene diretto attraverso i tubi, ciò è dovuto alla minore necessità di consumo di materiale resistente alla corrosione;
- per ridurre la perdita di calore nell'ambiente, il refrigerante ad alta temperatura viene diretto attraverso i tubi;
- per garantire la sicurezza quando si utilizza il liquido di raffreddamento ad alta pressione, è consuetudine farlo passare attraverso i tubi;
- Quando lo scambio termico avviene tra liquidi refrigeranti in diversi stati di aggregazione (liquido-vapore, gas), è consuetudine dirigere il liquido nei tubi e il vapore nello spazio intertubo.
Maggiori informazioni sul calcolo e sulla selezione delle apparecchiature per lo scambio di calore
Temperatura minima/massima di progetto del metallo per parti sotto pressione: -39 / +30 ºС.
Per le parti non sotto pressione viene utilizzato materiale conforme a EN 1993-1-10.
Classificazione della zona: non pericolosa.
Categoria di corrosività: ISO 12944-2: C3.
Tipologia di collegamento dei tubi alla piastra tubiera: saldatura.
Motori elettrici
Versione: non antideflagrante
Grado di protezione: IP55
Convertitori di frequenza
Progettato per motori elettrici al 50%.
Tifosi
Le lame sono realizzate in materiale rinforzato alluminio/plastica con regolazione manuale del passo.
Livello di rumore
Non supera 85 ± 2 dBA ad una distanza di 1 me ad un'altezza di 1,5 m dalla superficie.
Ricircolo esterno
Applicabile.
Persiane
Tende superiori, d'ingresso e di ricircolo con azionamento pneumatico.
Serpentina scaldabagno
Posizionato su una cornice separata. Ogni riscaldatore è situato sotto il fascio tubiero.
Interruttori di vibrazione
Ogni ventola è dotata di un interruttore a vibrazione.
Comprende supporti, aste, camere di drenaggio. Il pavimento riciclabile completo non è compreso nella fornitura.
Protezione in rete
Protezione in rete per ventilatori e parti rotanti.
Pezzi di ricambio
Pezzi di ricambio per il montaggio e la messa in servizio
- Elementi di fissaggio per strutture in acciaio: 5%
- Elementi di fissaggio per coperture piastre collettori: 2%
- Elementi di fissaggio per raccordi di sfiato e scarico: 1 set di ciascun tipo
Pezzi di ricambio per 2 anni di funzionamento (opzionale)
- Cinture: 10% (minimo 1 set di ogni tipo)
- Cuscinetti: 10% (minimo 1 pezzo per tipologia)
- Guarnizioni per presa d'aria, drenaggio: 2 pz. ogni tipo
- Elementi di fissaggio per la presa d'aria e lo scarico: 2 set per ciascun tipo
- Un sensore di livello per impostare il passo delle pale della ventola
- Un kit di riparazione per pinne
Documentazione tecnica in russo (2 copie + CD)
Per approvare la documentazione di lavoro:
- Disegno generale comprensivo dei carichi
- Schema elettrico
- Specifiche dell'attrezzatura
- Piano di prova
Con attrezzatura:
- Documentazione di base sui controlli di prova secondo standard, codici e altri requisiti
- Istruzioni per l'uso
- Descrizione completa dell'unità
Documentazione di test e ispezione:
- Piano di test per ciascuna posizione
- Ispezione in negozio
- Prova idrostatica
- Certificati per i materiali
- Passaporto per recipienti a pressione
- Ispezione TUV
Informazioni sulla spedizione:
- Il fascio tubiero è completamente assemblato e testato
- La batteria dell'acqua di riscaldamento è completamente assemblata
- Le tende sono completamente assemblate
- Camere di drenaggio in parti separate
- Tende a ricircolo con lastre in parti separate
- Assemblee di tifosi
- Strutture in acciaio in parti separate
- Motori elettrici, ventilatori assiali, interruttori di vibrazione e ricambi in casse di legno
- Assemblaggio in loco mediante elementi di fissaggio (senza saldatura)
Volume di consegna
Le seguenti attrezzature e documentazione del progetto compreso nella fornitura:
- Calcoli termici e meccanici
- Fasci tubieri con tappi per sfiato e drenaggio
- Assemblee di tifosi
- Motori elettrici
- Convertitori di frequenza (50/% di tutti i ventilatori)
- Interruttori di vibrazione (100% di tutti i ventilatori)
- Camere di drenaggio
- Strutture di sostegno
- Piattaforme di servizio per supporti e scale
- Sistema di ricircolo esterno
- Sensori di temperatura sul lato aria
- Tende su ricircolo/ingresso/uscita con azionamento pneumatico
- Anelli di sollevamento
- Messa a terra
- Trattamento superficiale
- Pezzi di ricambio per il montaggio e la messa in servizio
- Pezzi di ricambio per 2 anni di funzionamento
- Strumento speciale
- Controflange, elementi di fissaggio e guarnizioni
La seguente attrezzatura non è compresa nella fornitura:
- Servizi di installazione
- Preassemblaggio
- Bulloni di ancoraggio
- Isolamento termico e protezione antincendio
- Supporti per cavi
- Protezione contro grandine e sassi
- Piattaforma per l'accesso ai motori elettrici
- Riscaldatori elettrici
- Armadio di controllo per convertitori di frequenza*
- Materiali per installazione elettrica*
- Connessioni per sensori di pressione e temperatura*
- Collettori di ingresso e uscita, tubazioni di collegamento e raccordi*
Uno scambiatore di calore è un dispositivo in cui il calore viene trasferito tra i refrigeranti.
Principio di funzionamento
Gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono del tipo recuperativo, in cui i fluidi sono separati da pareti. Il loro lavoro coinvolge processi di scambio termico tra liquidi. In questo caso potrebbe verificarsi un cambiamento nel loro stato di aggregazione. Lo scambio di calore può avvenire anche tra liquido e vapore o gas.
Vantaggi e svantaggi
Gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono comuni per le seguenti qualità positive:
- resistenza a sollecitazione meccanica e colpo d'ariete;
- bassi requisiti di pulizia ambientale;
- elevata affidabilità e durata;
- ampia gamma di modelli;
- Possibilità di utilizzo con ambienti diversi.
Gli svantaggi di questo tipo di modello includono:
- basso coefficiente di scambio termico;
- dimensioni significative ed elevato consumo di metallo;
- prezzo elevato a causa dell'aumento del consumo di metallo;
- la necessità di utilizzare dispositivi con un ampio margine in relazione al collegamento dei tubi danneggiati durante le riparazioni;
- Le fluttuazioni del livello della condensa modificano in modo non lineare il trasferimento di calore nei dispositivi orizzontali.
Gli scambiatori di calore a fascio tubiero hanno un basso coefficiente di trasferimento del calore. Ciò è in parte dovuto al fatto che lo spazio dell'alloggiamento è 2 volte più grande della sezione trasversale totale dei tubi. L'uso di deflettori guida consente di aumentare la velocità del fluido e migliorare il trasferimento di calore.
Il refrigerante passa attraverso lo spazio tra i tubi e il mezzo riscaldato viene fornito attraverso i tubi. Allo stesso modo, può anche essere raffreddato. L'efficienza dello scambio termico è garantita aumentando il numero di tubi o creando una corrente trasversale del refrigerante esterno.
Compensazione della dilatazione termica
La temperatura dei refrigeranti è diversa e di conseguenza si verifica la deformazione termica degli elementi strutturali. Lo scambiatore di calore a fascio tubiero è realizzato con o senza compensazione dell'allungamento. Il fissaggio rigido dei tubi è consentito quando la differenza di temperatura tra questi e il corpo è fino a 25-30 0 C. Se supera questi limiti, vengono utilizzati i seguenti compensatori di temperatura.
- Testa "flottante" - una delle griglie non ha collegamento con l'involucro e si muove liberamente in direzione assiale man mano che i tubi si allungano. Il design è il più affidabile.
- Il corpo ha un compensatore della lente sotto forma di ondulazione, che può espandersi o contrarsi.
- Sul fondo superiore è installato il compensatore del premistoppa, che ha la capacità di muoversi insieme alla griglia durante l'espansione termica.
- I tubi a forma di U si estendono liberamente nell'ambiente del refrigerante. Lo svantaggio è la complessità della produzione.
Tipologie di scambiatori di calore a fascio tubiero
Il design dei dispositivi è semplice; c'è sempre una richiesta per loro. Il corpo cilindrico è un involucro di acciaio grande diametro. Ai suoi bordi sono presenti flange su cui sono installate le coperture. Nelle piastre tubiere, i fasci tubieri vengono fissati mediante saldatura o svasatura all'interno del corpo.
I materiali per i tubi sono acciaio, rame, ottone, titanio. Tavole d'acciaio fissato tra le flange o saldato all'involucro. Tra loro e il corpo all'interno si formano camere attraverso le quali passano i liquidi di raffreddamento. Esistono anche dei deflettori che modificano il movimento dei fluidi che passano attraverso gli scambiatori di calore a fascio tubiero. Il design consente di modificare la velocità e la direzione del flusso che passa tra i tubi, aumentando così l'intensità del trasferimento di calore.
I dispositivi possono essere posizionati nello spazio verticalmente, orizzontalmente o inclinati.
Diversi tipi di scambiatori di calore a fascio tubiero differiscono nella posizione delle partizioni e nella progettazione dei compensatori estensioni della temperatura. Con un numero limitato di tubi nel fascio, l'involucro ha un diametro ridotto e le superfici di trasferimento del calore sono piccole. Per aumentarli, gli scambiatori di calore sono collegati in serie in sezioni. Il più semplice è il design “pipe-in-pipe”, spesso realizzato in modo indipendente. Per fare ciò, è necessario selezionare correttamente i diametri dell'interno e tubo esterno e la velocità del flusso del liquido refrigerante. La facilità di pulizia e riparazione è assicurata dai gomiti che collegano le sezioni adiacenti. Questo design viene spesso utilizzato come scambiatori di calore a fascio tubiero vapore-acqua.
Gli scambiatori di calore a spirale sono realizzati a canali forma rettangolare e saldato da fogli lungo i quali si muovono i refrigeranti. Il vantaggio è l'ampia superficie di contatto con i liquidi, lo svantaggio è la bassa pressione consentita.
Nuovi design degli scambiatori di calore
Oggigiorno sta cominciando a svilupparsi la produzione di scambiatori di calore compatti con superfici strutturate e intenso movimento di liquidi. Di conseguenza, le loro caratteristiche tecniche sono vicine ai dispositivi a piastre. Ma anche la produzione di questi ultimi si sta sviluppando ed è difficile raggiungerli. La sostituzione degli scambiatori di calore a fascio tubiero con scambiatori di calore a piastre è consigliabile per i seguenti vantaggi:
Lo svantaggio è la rapida contaminazione delle piastre a causa delle piccole dimensioni degli spazi tra loro. Se si filtra bene il liquido refrigerante, lo scambiatore di calore funzionerà a lungo. Le piccole particelle non vengono trattenute sulle piastre lucidate e la turbolenza dei liquidi impedisce anche il deposito di contaminanti.
Aumento del tasso di scambio termico dei dispositivi
Gli specialisti creano costantemente nuovi scambiatori di calore a fascio tubiero. Le caratteristiche tecniche vengono migliorate utilizzando i seguenti metodi:
La turbolizzazione dei flussi di liquidi riduce significativamente i depositi di calcare sulle pareti dei tubi. Per questo motivo non sono necessarie le misure di pulizia necessarie per le superfici lisce.
La produzione di scambiatori di calore a fascio tubiero con l'introduzione di nuovi metodi consente di aumentare l'efficienza del trasferimento di calore di 2-3 volte.
Considerando il consumo energetico e i costi aggiuntivi, i produttori spesso cercano di sostituire lo scambiatore di calore con uno scambiatore di calore a piastre. Rispetto ai tradizionali sistemi a fascio tubiero, sono migliori del 20-30% nel trasferimento di calore. Questo è più legato allo sviluppo della produzione nuova tecnologia, che attraversa ancora difficoltà.
Funzionamento degli scambiatori di calore
I dispositivi necessitano ispezione periodica e controllo del lavoro. I parametri, come la temperatura, vengono misurati dai loro valori di ingresso e di uscita. Se l'efficienza del lavoro è diminuita, è necessario verificare lo stato delle superfici. I depositi salini influenzano soprattutto i parametri termodinamici degli scambiatori di calore dove gli spazi sono piccoli. Le superfici vengono pulite chimicamente, nonché mediante l'uso di vibrazioni ultrasoniche e turbolenza dei flussi di refrigerante.
La riparazione dei dispositivi a fascio tubiero consiste principalmente nella sigillatura dei tubi che perdono, il che ne peggiora le caratteristiche tecniche.
Conclusione
Gli scambiatori di calore ottimali a fascio tubiero competono con gli scambiatori di calore a piastre e possono essere utilizzati in molti campi della tecnologia. I nuovi design hanno dimensioni e consumo di metallo significativamente più piccoli, il che consente di ridurre le aree di lavoro e ridurre i costi di creazione e funzionamento.