Opis techniczny

Płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła firmy Geoclima- wystarczająco złożone urządzenie i jest wiele jego odmian. Należą do typu rekuperacyjnego. Wymienniki ciepła dzielą się na typy w zależności od kierunku ruchu chłodziwa.

Rodzaje wymienników płaszczowo-rurowych:

• przepływ krzyżowy;
• przeciwprąd;
• przepływ bezpośredni.

Płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła otrzymały swoją nazwę, ponieważ cienkie rurki, przez które przepływa chłodziwo, znajdują się pośrodku głównego płaszcza. Szybkość przemieszczania się substancji zależy od liczby rurek znajdujących się w środku osłonki. Z kolei współczynnik przenikania ciepła będzie zależał od prędkości ruchu substancji. Skorupa i rurka wymienniki ciepła CROM/GEOCLIMA służą do ogrzewania/chłodzenia, skraplania/odparowywania różnych mediów ciekłych i parowych w różne procesy produkcja.

Produkcja płaszczowo-rurowych wymienników ciepła w Rosji obejmuje następujące typy urządzeń:

• Płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła Geoclima do gazów sprężonych
• Płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła Geoclima do odzysku ciepła ze gazów spalinowych
• Płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła Geoclima do chłodzenia biogazu
• Płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła Geoclima – para/woda
• Płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła Geoclima na CO2
• Płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła Geoclima wykonane ze specjalnych materiałów (inox 304, 316, 316L, 316Ti, 321, 90Cu10NiFe, 70Cu30NiFe, stal węglowa, tytan)
• Płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła Geoclima z rurami współosiowymi. (stosowane do ogrzewania, chłodzenia gazów, olejów, mediów agresywnych, odzysku ciepła z odpadów gazy spalinowe. Warunki pracy wymienników płaszczowo-rurowych z rurami współosiowymi CROM; ciśnienie -300ATM, temperatura +600*C.
• Wymienniki płaszczowo-rurowe Geoclima są typu zalanego (cyrkulacja czynnika chłodniczego następuje w przestrzeni międzyrurowej, a cyrkulacja wody odbywa się poprzez rury).

Osobliwości

Zastosowanie zaawansowanych osiągnięć i technologii w tworzeniu wymienników płaszczowo-rurowych zapewnia maksymalną wydajność wymiany ciepła przy tych samych wymiarach.

Do produkcji płaszczowo-rurowych wymienników ciepła stosuje się stale stopowe i wysokowytrzymałe. Tego rodzaju stale stosuje się, ponieważ urządzenia te z reguły pracują w wyjątkowo agresywnym środowisku, które może powodować korozję.

Wymienniki ciepła są również podzielone na typy. Produkowane są następujące typy tych urządzeń:

• z kompensatorem temperatury obudowy;
• ze stałymi rurkami;
• z rurkami w kształcie litery U;
• z pływającą głowicą;
• możliwe jest również zastosowanie różnych rozwiązania projektowe Na przykład w jednej konstrukcji można zastosować głowicę pływającą i kompensator temperatury.

Urządzenia płaszczowo-rurowe są klasyfikowane według ich funkcji:

• Uniwersalne wymienniki ciepła;
• Parowniki;
• Kondensatory;
• Lodówki;

Ze względu na lokalizację wymienniki ciepła to:

• Poziomy;
• Pionowy

Charakterystyczne właściwości sprzętu:
Główną i najważniejszą zaletą jest wysoka trwałość tego typu jednostki do młota wodnego. Większość produkowanych obecnie typów wymienników ciepła nie ma tej jakości.

Drugą zaletą jest to, że zespoły płaszczowo-rurowe nie wymagają czystego środowiska. Większość urządzeń w środowiska agresywne pracować niestabilnie. Na przykład płytowe wymienniki ciepła nie mają tej właściwości i mogą pracować wyłącznie w czystym środowisku.

Trzecią istotną zaletą wymienników płaszczowo-rurowych jest ich wysoka sprawność. Pod względem wydajności można go porównać do płytowy wymiennik ciepła, który jest najskuteczniejszy pod wieloma względami.

Możemy zatem śmiało powiedzieć, że wymienniki płaszczowo-rurowe są jednymi z najbardziej niezawodnych, trwałych i wysoce wydajnych jednostek:

• wysoka produktywność
• ścisłość
• niezawodność
• wszechstronność w użyciu.

Wymienniki ciepła to urządzenia służące do przenoszenia ciepła z czynnika chłodzącego (substancji gorącej) do substancji zimnej (ogrzanej). Jako chłodziwa można stosować gaz, parę lub ciecz. Obecnie wymienniki płaszczowo-rurowe są najpowszechniej stosowanym ze wszystkich typów wymienników ciepła. Zasada działania płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła polega na tym, że gorące i zimne chłodziwa przepływają przez dwa różne kanały.

Proces wymiany ciepła zachodzi pomiędzy ściankami tych kanałów.

Jednostka wymiennika ciepła

Wymiennik ciepła jest dość złożonym urządzeniem i istnieje wiele jego odmian. Wymienniki płaszczowo-rurowe są rodzajem rekuperacyjnych wymienników ciepła. Wymienniki ciepła dzielą się na typy w zależności od kierunku ruchu chłodziwa. Są to:

• przepływ krzyżowy;
• przeciwprąd;
• przepływ bezpośredni.

Płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła otrzymały swoją nazwę, ponieważ cienkie rurki, przez które przepływa chłodziwo, znajdują się pośrodku głównego płaszcza. Szybkość przemieszczania się substancji zależy od liczby rurek znajdujących się w środku osłonki. Z kolei współczynnik przenikania ciepła będzie zależał od prędkości ruchu substancji.

Do produkcji płaszczowo-rurowych wymienników ciepła stosuje się stale stopowe i wysokowytrzymałe. Tego rodzaju stale stosuje się, ponieważ urządzenia te z reguły pracują w wyjątkowo agresywnym środowisku, które może powodować korozję.
Wymienniki ciepła są również podzielone na typy. Produkowane są następujące typy tych urządzeń:

• z kompensatorem temperatury obudowy;
• ze stałymi rurkami;
• z rurkami w kształcie litery U;
• z pływającą głową.

Zalety wymienników płaszczowo-rurowych

Zespoły płaszczowo-rurowe w ostatnio cieszą się dużym zainteresowaniem i większość konsumentów preferuje tego typu jednostki. Wybór ten nie jest przypadkowy – zespoły płaszczowo-rurowe mają wiele zalet.

Wymiennik ciepła

Główną i najważniejszą zaletą jest duża odporność tego typu jednostek na uderzenia wodne. Większość produkowanych obecnie typów wymienników ciepła nie ma tej jakości.

Drugą zaletą jest to, że zespoły płaszczowo-rurowe nie wymagają czystego środowiska. Większość urządzeń pracujących w agresywnym środowisku jest niestabilna. Na przykład płytowe wymienniki ciepła nie mają tej właściwości i mogą pracować wyłącznie w czystym środowisku.
Trzecią istotną zaletą wymienników płaszczowo-rurowych jest ich wysoka sprawność. Pod względem wydajności można go porównać z płytowym wymiennikiem ciepła, który jest pod wieloma względami najbardziej wydajny.

Możemy zatem śmiało powiedzieć, że wymienniki płaszczowo-rurowe są jednymi z najbardziej niezawodnych, trwałych i wysoce wydajnych jednostek.

Wady zespołów płaszczowo-rurowych

Pomimo wszystkich zalet, urządzenia te mają również pewne wady, o których również warto wspomnieć.

Pierwszą i najważniejszą wadą jest duże rozmiary. W niektórych przypadkach należy zrezygnować z stosowania takich jednostek właśnie ze względu na ich duże wymiary.

Drugą wadą jest wysokie zużycie metalu i to jest powód wysoka cena wymienniki ciepła płaszczowo-rurowe.

Metalowy wymiennik ciepła

Wymienniki ciepła, w tym płaszczowo-rurowe, są urządzeniami dość kapryśnymi. Prędzej czy później wymagają naprawy, a to pociąga za sobą pewne konsekwencje. „Najsłabszą” częścią wymiennika ciepła są rury. To one najczęściej są źródłem problemu. Podczas wykonywania prac naprawczych należy wziąć pod uwagę, że w wyniku jakiejkolwiek interwencji przenikanie ciepła może się zmniejszyć.

Znając tę ​​cechę urządzeń, najbardziej doświadczeni konsumenci wolą kupować wymienniki ciepła z „rezerwą”.

Płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła: charakterystyka techniczna i zasada działania

5 (100%) głosów: 3

Teraz przyjrzymy się właściwościom technicznym i zasadzie działania wymienników płaszczowo-rurowych, a także obliczeniom ich parametrów i cech wybranych przy zakupie.

Wymienniki ciepła zapewniają proces wymiany ciepła pomiędzy cieczami, z których każda ma różne temperatury. Obecnie wymiennik płaszczowo-rurowy z dużym powodzeniem znalazł zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu: chemicznym, naftowym, gazowym. Nie ma trudności w ich wytwarzaniu, są niezawodne i mają możliwość wytworzenia dużej powierzchni wymiany ciepła w jednym aparacie.

Otrzymali tę nazwę ze względu na obecność obudowy, która ukrywa wewnętrzne rury.

Urządzenie i zasada działania

Konstrukcja: konstrukcja wiązek rur osadzonych w płytach rurowych (siatkach) pokryw, osłon i wsporników.

Zasada działania wymiennika płaszczowo-rurowego jest dość prosta. Polega na przepływie zimnych i gorących chłodziw różnymi kanałami. Wymiana ciepła zachodzi dokładnie pomiędzy ściankami tych kanałów.

Zasada działania wymiennika płaszczowo-rurowego

Zalety i wady

Obecnie wymienniki ciepła płaszczowo-rurowe są poszukiwane przez konsumentów i nie tracą swojej pozycji na rynku. Wynika to ze znacznej liczby zalet, jakie posiadają te urządzenia:

1. Wysoka odporność na. Dzięki temu łatwo wytrzymują zmiany ciśnienia i wytrzymują duże obciążenia.
2. Nie wymaga czystego środowiska. Oznacza to, że mogą pracować z cieczą niskiej jakości, która nie została poddana wstępnej obróbce, w przeciwieństwie do wielu innych typów wymienników ciepła, które mogą pracować tylko w niezanieczyszczonym środowisku.
3. Wysoka wydajność.
4. Odporność na zużycie.
5. Trwałość. Przy odpowiedniej pielęgnacji zespoły płaszczowo-rurowe będą działać przez wiele lat.
6. Bezpieczeństwo użytkowania.
7. Łatwość konserwacji.
8. Praca w agresywnym środowisku.

Biorąc pod uwagę powyższe zalety, możemy powiedzieć o ich niezawodności, wysokiej wydajności i trwałości.

Płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła w przemyśle

Pomimo duża liczba Pomimo zauważonych zalet płaszczowo-rurowych wymienników ciepła, urządzenia te mają również szereg wad:

• rozmiar i znaczna waga: ich rozmieszczenie wymaga pomieszczenia o znacznych rozmiarach, co nie zawsze jest możliwe;
• wysokie zużycie metalu: jest to główny powód ich wysokiej ceny.

Jednostka wymiennika ciepła

Płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła są klasyfikowane w zależności od kierunku przepływu chłodziwa.

Według tego kryterium rozróżnia się następujące typy:

• bezpośrednie;
• przeciwprąd;
• rozdroże

Liczba rurek znajdujących się w sercu osłonki wpływa bezpośrednio na prędkość, z jaką będzie się poruszać substancja, a prędkość ma bezpośredni wpływ na współczynnik przenikanie ciepła.

Biorąc pod uwagę te cechy, wymienniki ciepła płaszczowo-rurowe są następujące typy:

• z kompensatorem temperatury obudowy;
• ze stałymi rurkami;
• z pływającą głowicą;
• z rurkami w kształcie litery U.

Model z rurami w kształcie litery U składa się z jednego arkusza rurowego, w który wspawane są te elementy. Dzięki temu zaokrąglona część rury może swobodnie opierać się na tarczach obrotowych w obudowie, a jednocześnie może rozszerzać się liniowo, co pozwala na stosowanie ich w dużych zakresach temperatur. Aby wyczyścić U-rurki, należy usunąć z nimi całą sekcję i użyć specjalnych środków chemicznych.

Obliczanie parametrów

Przez długi czas wymienniki ciepła płaszczowo-rurowe uważano za najbardziej kompaktowe spośród istniejących. Pojawiły się jednak takie, które są trzy razy bardziej kompaktowe niż płaszczowo-rurowe. Ponadto cechy konstrukcyjne takiego wymiennika ciepła prowadzą do występowania naprężeń termicznych w wyniku różnic temperatur pomiędzy rurami a obudową. Dlatego przy wyborze podobna jednostka Bardzo ważne jest dokonanie prawidłowego obliczenia.

Wzór do obliczania powierzchni płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła

F – powierzchnia wymiany ciepła;
t av – średnia różnica temperatur pomiędzy chłodziwa;
K – współczynnik przenikania ciepła;
Q to ilość ciepła.

Do przeprowadzenia obliczenia termiczne wymiennik ciepła płaszczowo-rurowy wymaga następujących wskaźników:

• maksymalne zużycie wody grzewczej;
• właściwości fizyczne chłodziwa: lepkość, gęstość, przewodność cieplna, temperatura końcowa, pojemność cieplna wody w temperaturze średniej.

Zamawiając wymiennik płaszczowo-rurowy, ważne jest, aby wiedzieć, jakie ma parametry techniczne:

• ciśnienie w rurach i obudowie;
• średnica obudowy;
• wykonanie (poziome\pionowe);
• rodzaj arkuszy sitowych (ruchome/stałe);
• wersja klimatyczna.

Samodzielne dokonanie kompetentnych obliczeń jest dość trudne. Wymaga to zatem wiedzy i głębokiego zrozumienia całej istoty procesu jego pracy najlepszy sposób zwróci się do specjalistów.

Działanie rurowego wymiennika ciepła

Płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła jest urządzeniem charakteryzującym się długą żywotnością i trwałością dobre parametry działanie. Jednak, jak każde inne urządzenie, wymaga planowej konserwacji, aby zapewnić wysoką jakość i długotrwałe działanie. Ponieważ w większości przypadków wymienniki płaszczowo-rurowe pracują z cieczą, która nie została wstępnie oczyszczona, rury urządzenia prędzej czy później zatykają się i tworzy się na nich osad, utrudniając swobodny przepływ płynu roboczego.

Aby nie doszło do spadku wydajności urządzenia i awarii zespołu płaszczowo-rurowego, należy go systematycznie czyścić i myć.

Dzięki temu będzie mógł realizować jakość pracy od dawna. Po upływie terminu przydatności urządzenia zaleca się wymianę na nowe.

Jeśli zajdzie potrzeba naprawy rurowego wymiennika ciepła, należy najpierw zdiagnozować urządzenie. Pozwoli to zidentyfikować główne problemy i określić zakres prac do wykonania. Jego najsłabszą częścią są lampy, a najczęściej głównym powodem naprawy jest uszkodzenie lampy.

Aby zdiagnozować płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła, stosuje się tę metodę próby hydrauliczne.

W obecnej sytuacji konieczna jest wymiana rur, a jest to proces pracochłonny. Konieczne jest zaślepienie uszkodzonych elementów, co z kolei zmniejsza powierzchnię wymiany ciepła. Przeprowadzanie prace remontowe, należy koniecznie wziąć pod uwagę fakt, że każda, nawet najmniejsza ingerencja może spowodować zmniejszenie wymiany ciepła.

Teraz wiesz, jak działa wymiennik płaszczowo-rurowy, jakie ma typy i funkcje.

Wymiennik ciepła to urządzenie, w którym następuje wymiana ciepła pomiędzy czynnikami chłodzącymi.

Zasada działania

Wymienniki płaszczowo-rurowe są wymiennikami typu rekuperacyjnego, w których media oddzielone są ściankami. Ich praca polega na procesach wymiany ciepła pomiędzy cieczami. W takim przypadku może nastąpić zmiana w ich stan skupienia. Wymiana ciepła może również zachodzić pomiędzy cieczą a parą lub gazem.

Zalety i wady

Płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła są powszechne ze względu na następujące pozytywne cechy:

• odporność na obciążenie mechaniczne i młot wodny;
• niskie wymagania dotyczące czystości środowiska;
• wysoka niezawodność i trwałość;
• szeroka gama modeli;
• Możliwość zastosowania w różnych środowiskach.

Wady tego typu modelu obejmują:

• niski współczynnik przenikania ciepła;
• znaczne wymiary i duże zużycie metalu;
• wysoka cena ze względu na zwiększone zużycie metalu;
• konieczność stosowania urządzeń z dużym marginesem w związku z zatykaniem uszkodzonych lamp podczas naprawy;
• Wahania poziomu kondensatu nieliniowo zmieniają wymianę ciepła w urządzeniach poziomych.

Wymienniki płaszczowo-rurowe charakteryzują się niskim współczynnikiem przenikania ciepła. Częściowo wynika to z faktu, że przestrzeń obudowy jest 2 razy większa niż całkowity przekrój rur. Zastosowanie przegród prowadzących umożliwia zwiększenie prędkości płynu i poprawę wymiany ciepła.

Chłodziwo przepływa przez przestrzeń międzyrurową, a ogrzane medium dostarczane jest rurkami. Podobnie można go również chłodzić. Efektywność wymiany ciepła zapewnia się poprzez zwiększenie liczby rur lub wytworzenie prądu krzyżowego zewnętrznego chłodziwa.

Kompensacja rozszerzalności cieplnej

Temperatura chłodziw jest różna, w wyniku czego dochodzi do deformacji termicznej elementów konstrukcyjnych. Płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła wykonywany jest z kompensacją wydłużenia lub bez. Sztywne mocowanie rur jest dozwolone, gdy różnica temperatur między nim a korpusem wynosi do 25-30 0 C. Jeśli przekracza te granice, stosuje się następujące kompensatory temperatury.

1. Głowica „pływająca” – jedna z kratek nie ma połączenia z obudową i porusza się swobodnie w kierunku osiowym w miarę wydłużania się rur. Projekt jest najbardziej niezawodny.
2. Korpus posiada kompensator soczewki w postaci karbowania, który może się rozszerzać lub kurczyć.
3. Na dnie górnym montowany jest kompensator dławnicy, który ma możliwość przemieszczania się wraz z kratką podczas rozszerzalności cieplnej.
4. Rury w kształcie litery U swobodnie rozciągają się w środowisku chłodziwa. Wadą jest złożoność produkcji.

Rodzaje wymienników płaszczowo-rurowych

Konstrukcja urządzeń jest prosta; zawsze jest na nie zapotrzebowanie. Cylindryczny korpus stanowi stalową obudowę duża średnica. Na jego krawędziach znajdują się kołnierze, na których montowane są osłony. W arkuszach rur wiązki rur są mocowane poprzez spawanie lub rozszerzanie wewnątrz korpusu.

Materiałami na rury są stal, miedź, mosiądz, tytan. Deski stalowe zamocowane pomiędzy kołnierzami lub przyspawane do obudowy. Pomiędzy nimi a korpusem wewnątrz powstają komory, przez które przechodzą chłodziwa. Istnieją również przegrody, które zmieniają ruch płynów przechodzących przez płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła. Konstrukcja umożliwia zmianę prędkości i kierunku przepływu przepływającego pomiędzy rurami, zwiększając w ten sposób intensywność wymiany ciepła.

Urządzenia mogą być umieszczane w przestrzeni w pionie, poziomie lub pod kątem.

Różne typy wymienników płaszczowo-rurowych różnią się umiejscowieniem przegród i konstrukcją kompensatorów rozszerzalności cieplnej. Przy małej liczbie rurek w wiązce obudowa ma małą średnicę, a powierzchnie wymiany ciepła są małe. Aby je zwiększyć, wymienniki ciepła łączy się szeregowo w sekcje. Najprostszy jest projekt „rura w rurze”, który często jest wykonywany niezależnie. Aby to zrobić, konieczne jest prawidłowe wybranie średnic wewnętrznych i rura zewnętrzna i prędkość przepływu chłodziwa. Łatwość czyszczenia i naprawy zapewniają kolanka łączące sąsiednie sekcje. Konstrukcja ta jest często stosowana jako płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła para-woda.

Spiralne wymienniki ciepła są wykonane kanałowo kształt prostokątny i spawane z arkuszy, wzdłuż których poruszają się chłodziwa. Zaletą jest duża powierzchnia kontaktu z cieczami, wadą jest jednak niskie dopuszczalne ciśnienie.

Nowe konstrukcje wymienników ciepła

Obecnie zaczyna się rozwijać produkcja kompaktowych wymienników ciepła o teksturowanych powierzchniach i intensywnym ruchu cieczy. W rezultacie ich właściwości techniczne są zbliżone do urządzeń płytowych. Ale produkcja tych ostatnich też się rozwija i trudno je dogonić. Zastąpienie wymienników płaszczowo-rurowych wymiennikami płytowymi jest wskazane ze względu na następujące zalety:

Wadą jest szybkie zanieczyszczenie płytek ze względu na mały rozmiar szczelin między nimi. Jeśli dobrze przefiltrujesz płyny chłodzące, wymiennik ciepła będzie działał przez długi czas. Małe cząstki nie zatrzymują się na wypolerowanych płytach, a zawirowania cieczy zapobiegają również osadzaniu się zanieczyszczeń.

Zwiększenie współczynnika wymiany ciepła urządzeń

Specjaliści stale tworzą nowe płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła. Dane techniczne udoskonalić, stosując następujące metody:

Turbulizacja przepływów cieczy znacznie zmniejsza osadzanie się kamienia na ściankach rur. Dzięki temu nie są wymagane żadne środki czyszczące, które są niezbędne w przypadku gładkich powierzchni.

Produkcja wymienników płaszczowo-rurowych wraz z wprowadzeniem nowych metod pozwala zwiększyć efektywność wymiany ciepła 2-3 razy.

Biorąc pod uwagę dodatkowe zużycie energii i koszty, producenci często próbują zastąpić wymiennik ciepła płytowym wymiennikiem ciepła. W porównaniu z konwencjonalnymi systemami płaszczowo-rurowymi charakteryzują się one o 20-30% lepszym przenoszeniem ciepła. Jest to bardziej związane z rozwojem produkcji nowa technologia, która wciąż boryka się z trudnościami.

Działanie wymienników ciepła

Urządzenia potrzebne okresowa kontrola i kontrola pracy. Parametry takie jak temperatura są mierzone na podstawie wartości wejściowych i wyjściowych. Jeśli wydajność pracy spadła, należy sprawdzić stan powierzchni. Osady soli szczególnie wpływają na parametry termodynamiczne wymienników ciepła tam, gdzie szczeliny są małe. Powierzchnie są czyszczone chemicznie, a także poprzez zastosowanie wibracji ultradźwiękowych i turbulizację przepływów chłodziwa.

Naprawa urządzeń płaszczowo-rurowych polega głównie na uszczelnianiu nieszczelnych rur, co pogarsza ich właściwości techniczne.

Wniosek

Optymalne wymienniki płaszczowo-rurowe stanowią konkurencję dla płytowych wymienników ciepła i mogą być stosowane w wielu dziedzinach techniki. Nowe konstrukcje charakteryzują się znacznie mniejszymi gabarytami i zużyciem metalu, co pozwala na zmniejszenie powierzchni roboczych oraz obniżenie kosztów powstania i eksploatacji.

Wymienniki płaszczowo-rurowe, ich rodzaje i budowa

Płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła– najczęstsza konstrukcja urządzeń wymiany ciepła. Zgodnie z GOST 9929, stalowe wymienniki ciepła płaszczowo-rurowe produkowane są następujących typów: HP - ze stałymi ścianami rurowymi; TK – z kompensator temperatury na obudowie; TP – z głowicą pływającą; TU – z rurami w kształcie U; TPK - z pływającą głowicą i kompensatorem (rysunek 2.49).

Rysunek 2.49 – Rodzaje TOA typu płaszczowo-rurowego

W zależności od przeznaczenia urządzeniami płaszczowo-rurowymi mogą być wymienniki ciepła, lodówki, skraplacze i parowniki; Wykonywane są jedno- i wieloprzebiegowe.

Rysunek 2.50 – Dwuciągowy poziomy wymiennik ciepła typu TN

Dwuciągowy poziomy wymiennik ciepła ze stałymi ścianami rurowymi (typ TN – rys. 2.50) składa się z cylindrycznej spawanej obudowy 5, komory rozdzielczej 11 i dwóch pokryw 4. Wiązkę rur (rys. 2.51) tworzą rury 7 zamocowane w dwóch blachy sitowe 3. Arkusze sitowe są przyspawane do obudowy. Pokrywy, komora rozdzielcza i obudowa są połączone kołnierzami. Obudowa i komora rozdzielcza posiadają przyłącza do wprowadzania i odprowadzania chłodziwa z przestrzeni rurowych (złączki 1, 12) i międzyrurowych (złączki 2, 10). Przegroda 13 w komorze rozdzielczej tworzy przejścia chłodziwa przez rury (rysunek 2.52). Do uszczelnienia połączenia przegrody podłużnej z blachą siatkową stosuje się uszczelkę 14 umieszczoną w rowku kratki 3.

Rysunek 2.51 – Wiązka rur

Rysunek 2.52 – Podwójny TOA	Rysunek 2.53 – Arkusz rurowy

Wymienniki ciepła tej grupy produkowane są na ciśnienie nominalne 0,6–4,0 MPa, o średnicy 159–1200 mm i powierzchni wymiany ciepła do 960 m2; ich długość dochodzi do 10 m, a masa do 20 ton Wymienniki tego typu stosowane są do temperatur do 350°C.

Cechą urządzeń typu TN jest to, że rury są sztywno połączone z arkuszami sit (rysunek 2.53), a siatki są połączone z korpusem. W związku z tym wykluczona jest możliwość wzajemnych ruchów rur i obudowy; Dlatego urządzenia tego typu nazywane są również wymiennikami ciepła o sztywnej konstrukcji.

Ponieważ intensywność wymiany ciepła podczas poprzecznego przepływu chłodziwa wokół rur jest większa niż podczas przepływu wzdłużnego, w przestrzeni międzyrurowej wymiennika ciepła montuje się przegrody poprzeczne 6 mocowane za pomocą cięgien 5, zapewniając zygzakowaty ruch chłodziwa w przestrzeń międzyrurową na całej długości aparatu.

Na wejściu czynnika wymiany ciepła do przestrzeni międzyrurowej znajduje się zderzak 9 - okrągła lub prostokątna płyta, która chroni rury przed miejscowym zużyciem erozyjnym.

Zaletą urządzeń tego typu jest prostota konstrukcji, a co za tym idzie niższy koszt.

Mają jednak dwie zasadnicze wady. Po pierwsze, czyszczenie przestrzeni międzyrurowej tego typu urządzeń jest trudne, dlatego wymienniki tego typu stosuje się w przypadkach, gdy medium przepływające przez przestrzeń międzyrurową jest czyste i nieagresywne, czyli gdy nie ma potrzeby czyszczenia.

Po drugie, znaczna różnica temperatur rur i osłony w tych urządzeniach powoduje większe wydłużenie rur w porównaniu do osłony, co powoduje powstawanie naprężeń termicznych w arkuszu sitowym 5, zaburza gęstość walcowania rur sieci i prowadzi do przenikania jednego czynnika wymiany ciepła do drugiego. Dlatego wymienniki ciepła tego typu stosuje się, gdy różnica temperatur pomiędzy czynnikami wymiany ciepła przechodzącymi przez rury a przestrzenią międzyrurową nie przekracza 50°C i gdy długość aparatu jest stosunkowo niewielka.

Aparatura płaszczowo-rurowa z kompensatorem soczewki na korpusie (typ TK) pokazano na rysunku 2.54a. Urządzenia takie mają cylindryczną obudowę 1, w której umieszczona jest wiązka rur 2; arkusze rurowe 3 z rozszerzanymi rurkami są przymocowane do korpusu urządzenia. Wymiennik ciepła jest zamknięty z obu stron pokrywami 4. Aparat jest wyposażony w armaturę 5 do mediów wymieniających ciepło; jedno medium przechodzi przez rurki, drugie przez przestrzeń międzyrurową. Wymienniki ciepła z kompensatorem temperatury typu TK posiadają stałe ścianki rurowe oraz są wyposażone w specjalne elementy elastyczne 6 (soczewki) służące do kompensacji różnic w wydłużeniach obudowy i rur powstałych na skutek różnic ich temperatur. Najczęściej w urządzeniach typu TK stosuje się jedno- i wieloelementowe kompensatory soczewek (rysunek 2.55), wytwarzane metodą walcowania z krótkich cylindrycznych osłon. Element soczewki pokazany na rysunku 2.55b jest zespawany z dwóch półsoczewek uzyskanych z blachy metodą tłoczenia.

Zdolność kompensacyjna kompensatora obiektywu jest w przybliżeniu proporcjonalna do liczby elementów obiektywu, jednak nie zaleca się stosowania kompensatorów z więcej niż czterema soczewkami, ponieważ opór zginania obudowy jest znacznie zmniejszony. Aby zwiększyć zdolność kompensacyjną kompensatora soczewki, można go wstępnie ścisnąć podczas montażu obudowy (jeśli jest przeznaczony do operacji rozciągania) lub rozciągnąć (jeśli jest przeznaczony do operacji ściskania).

Instalując kompensator obiektywu na urządzeniach poziomych, wywierć otwór w dolnej części każdego obiektywu otwory drenażowe z korkami do spuszczania wody po próbie hydraulicznej urządzenia.

Wymienniki ciepła z rurami U-kształtnymi typu TU (rysunek 2.56) posiadają jeden arkusz sitowy, w który zwinięte są oba końce rur U-7, co zapewnia swobodne wydłużenie rur przy zmianie ich temperatury. Wadą takich urządzeń jest trudność czyszczenia powierzchnia wewnętrzna rury, dzięki czemu wykorzystuje się je głównie do produktów czystych.

Rysunek 2.56 – Wymiennik ciepła typu TU

Wymienniki ciepła tego typu mogą być poziome lub pionowe. Produkowane są w średnicach 325–1400 mm z rurami o długości 6–9 m, na ciśnienia nominalne do 6,4 MPa i temperatury pracy do 450°C. Masa wymienników ciepła do 30 ton.

Aby zapewnić oddzielne wejście i wyjście chłodziwa, w komorze rozdzielczej znajduje się przegroda (rysunek 2.57).

Wymienniki ciepła typu TU są dwuciągowe w przestrzeni rurowej i jedno- lub dwuciągowe w przestrzeni pierścieniowej.

Rysunek 2.57 – Wiązka rur z rurami w kształcie litery U

W urządzeniach typu TU bezpłatnie rozszerzalność cieplna rury: każda rura może rozszerzać się niezależnie od rury osłonowej i sąsiadujących rur. Różnica temperatur pomiędzy ściankami rur wzdłuż przejść w tych urządzeniach nie powinna przekraczać 100°C. W przeciwnym razie w arkuszu sitowym mogą powstać niebezpieczne naprężenia temperaturowe w wyniku skoku temperatury na styku jego dwóch części.

Zaletą konstrukcji aparatu typu TU jest możliwość okresowego usuwania wiązki rur (patrz rysunek 2.57) w celu oczyszczenia zewnętrznej powierzchni rur lub całkowita wymiana belka. Należy jednak zauważyć, że zewnętrzna powierzchnia rur w tych urządzeniach jest niewygodna do czyszczenia mechanicznego.

Ponieważ mechaniczne czyszczenie powierzchni wewnętrznej rur w urządzeniach typu TU jest praktycznie niemożliwe, do przestrzeni rurowej takich urządzeń należy kierować czynnik nie tworzący osadów wymagających mechanicznego czyszczenia.

Wewnętrzną powierzchnię rur w tych urządzeniach czyści się wodą, parą, gorącymi produktami naftowymi lub odczynnikami chemicznymi. Czasami stosuje się metodę hydromechaniczną (zapewnienie przepływu cieczy zawierającej materiał ścierny, twarde piłki itp.).

Jedną z najczęstszych wad płaszczowo-rurowych wymienników ciepła typu TU jest naruszenie szczelności połączenia rur z blachą sitową na skutek bardzo dużych naprężeń zginających powstających od masy rur i płynie w nich medium. W związku z tym wymienniki ciepła typu TU o średnicy 800 mm i większej są wyposażone w wsporniki rolkowe ułatwiające montaż i zmniejszające naprężenia zginające w wiązce rur.

Wadą wymienników ciepła typu TU jest stosunkowo słabe wypełnienie obudowy rurami ze względu na ograniczenia spowodowane wyginaniem rur. Zwykle wykonuje się rury w kształcie litery U elastyczne rury w stanie zimnym lub gorącym.

Do istotnych wad urządzeń typu TU należy także brak możliwości wymiany rur (z wyjątkiem rur zewnętrznych) w przypadku ich awarii, a także trudność w ułożeniu rur, zwłaszcza jeśli jest ich duża liczba.

Ze względu na te wady wymienniki ciepła tego typu nie znalazły powszechnego zastosowania.

Najpopularniejszym typem urządzeń powierzchniowych są wymienniki ciepła z głowicą pływającą typu TP (z ruchomą ścianą rurową) (rysunek 2.58). Ruchomy arkusz rurowy umożliwia swobodne poruszanie się wiązki rur niezależnie od obudowy. W urządzeniach tej konstrukcji naprężenia termiczne mogą powstać tylko wtedy, gdy występuje znaczna różnica temperatur rur.

Wymienniki ciepła tej grupy są standaryzowane według ciśnień nominalnych Р у = 1,6 – 6,4 MPa, średnic korpusów 325–1400 mm i powierzchni grzewczych 10–1200 m2 przy długościach rur 3–9 m. Ich waga sięga 35 ton w temperaturach do 450°C.

W wymiennikach tego typu wiązki rur można stosunkowo łatwo wyjąć z obudowy, co ułatwia ich naprawę, czyszczenie czy wymianę.

Poziomy skraplacz dwuciągowy typu TP składa się z obudowy 10 i wiązki rurek. Lewa ściana sitowa 1 połączona jest połączeniem kołnierzowym z obudową i komorą rozdzielczą 2, wyposażoną w przegrodę 4. Komora zamykana jest płaską pokrywą 3. Prawa, ruchoma ściana rurowa jest swobodnie zamontowana wewnątrz obudowy i tworzy wraz z przymocowaną do niej pokrywką 8 „pływającą główkę”. Od strony głowicy pływającej aparat jest zamknięty pokrywą 7. Podczas podgrzewania i wydłużania rurek głowica pływająca przemieszcza się wewnątrz obudowy.

Aby zapewnić swobodny ruch wiązki rur wewnątrz obudowy w urządzeniach o średnicy 800 mm i większej, wiązka rur wyposażona jest w platformę wsporczą 6. Górna armatura 9 przeznaczona jest do wprowadzania pary i dlatego ma dużą powierzchnię przepływu; Dolna złączka 5 przeznaczona jest do odprowadzania kondensatu i ma mniejsze wymiary.

Istotne współczynniki przenikania ciepła podczas kondensacji są praktycznie niezależne od sposobu ruchu ośrodka. Poprzeczne przegrody w przestrzeni międzyrurowej tego urządzenia służą jedynie do podparcia rur i nadawania sztywności wiązce rur.

Chociaż urządzenia typu TP zapewniają dobrą kompensację odkształceń temperaturowych, kompensacja ta nie jest pełna, ponieważ różnica w rozszerzalności cieplnej samych rur prowadzi do wypaczenia blachy sitowej. W związku z tym w wielociągowych wymiennikach ciepła typu TP o średnicy większej niż 1000 mm, gdy występuje znaczna (powyżej 100°C) różnica temperatur pomiędzy temperaturą wlotu i wylotu czynnika w wiązce rurowej, z reguły instalowana jest pływająca głowica o dzielonej średnicy.

Najważniejszym elementem wymienników ciepła z głowicą pływającą jest połączenie pomiędzy płaszczem rurowym a pokrywą. Połączenie to powinno zapewniać możliwość łatwego wyjęcia wiązki z obudowy, aparatury oraz minimalną szczelinę Δ pomiędzy obudową a wiązką rur. Opcja pokazana na rysunku 2.59a pozwala na usunięcie wiązki rur, ale szczelina Δ jest większa (przynajmniej niż w wymiennikach typu TH) o szerokość kołnierza głowicy pływającej. Mocowanie według tego schematu jest najprostsze; jest często stosowany w wyparkach z przestrzenią pary.

Umieszczenie pływającej głowicy wewnątrz pokrywy o średnicy większa średnica obudowa, pozwala zmniejszyć szczelinę; utrudnia to jednak demontaż urządzenia, gdyż głowicy pływającej nie da się zdjąć z obudowy wymiennika ciepła (Rysunek 2.59b).

Wiązki rurowe z głowicą pływającą są szczególnie często stosowane w wyparkach z przestrzenią parową.

W urządzeniach tych należy wytworzyć dużą powierzchnię lustra parownika, dlatego średnica obudowy parownika jest znacznie większa niż średnica wiązki rur, a przegrody w wiązce służą jedynie zwiększeniu jej sztywności. W parowniku (Rysunek 2.60) poziom cieczy w obudowie 11 utrzymywany jest przez przegrodę 2. Aby zapewnić wystarczającą objętość przestrzeni parowej i zwiększyć powierzchnię parowania, odległość od poziomu cieczy do górnej części obudowy wynosi około 30% jego średnicy. Wiązka rur 3 umieszczona jest w obudowie parownika na belkach poprzecznych 4.

.

Rysunek 2.60 – Parownik

Dla ułatwienia montażu wiązki rur w przegrodzie 2 i lewym dnie przewidziano właz 10, przez który do aparatu można wprowadzić kabel z wciągarki. Produkt wprowadzany jest do parownika poprzez złączkę 5; w celu zabezpieczenia wiązki rur przed erozją nad tą złączką zamontowany jest zderzak 6. Pary są odprowadzane przez złączkę 9, produkt przez złączkę 1. Chłodziwo jest dostarczane do wiązki rur i odprowadzane przez złączki 7, 8. W takich urządzeniach można zainstalować kilka wiązek rur.

Rury do wymiany ciepła w urządzeniach płaszczowo-rurowych to produkowane na skalę przemysłową rury przemysłowe wykonane ze stali węglowych, odpornych na korozję i mosiądzu. Średnica rury wymiany ciepła znacząco wpływa na prędkość chłodziwa, współczynnik przenikania ciepła w przestrzeni rurowej i wymiary aparatu; Im mniejsza średnica rur, tym większa ich liczba, którą można umieścić w okręgach w osłonie o danej średnicy. Jednak rury o małej średnicy zatykają się szybciej podczas pracy z zanieczyszczonymi chłodziwami i pojawiają się pewne trudności czyszczenie mechaniczne oraz zabezpieczanie takich rur poprzez rozszerzanie. W związku z tym najczęściej używany rury stalowe o średnicy zewnętrznej 20 i 25 mm. Rury o średnicy 38 i 57 mm stosowane są przy pracy z cieczami zanieczyszczonymi lub lepkimi.

Wraz ze wzrostem długości rur i zmniejszeniem średnicy aparatu jego koszt maleje. Najtańszy wymiennik ciepła o długości rury 5–7 m.

Rury w kratach mocuje się najczęściej poprzez kielichowanie (rys. 2.61a, b), przy czym stosuje się szczególnie mocne połączenie (niezbędne w przypadku pracy aparatu przy wysokie ciśnienie krwi) osiąga się poprzez wykonanie w blachach sitowych otworów z pierścieniowymi rowkami, które w procesie rozszerzania są wypełniane metalem rurowym (rysunek 2.61b). Ponadto stosują mocowanie rur poprzez spawanie (rysunek 2.61c), jeśli nie można wyciągnąć materiału rury i dopuszczalne jest sztywne połączenie rur z blachą sitową, a także lutowanie (rysunek 2.61d), stosowane do łączenia głównie rury miedziane i mosiężne. Sporadycznie stosuje się łączenie rur z siecią za pomocą uszczelek (rysunek 2.61e), które umożliwiają swobodny ruch wzdłużny rur i możliwość ich szybkiej wymiany. To połączenie może znacznie zmniejszyć odkształcenie temperaturowe rur, ale jest skomplikowany, kosztowny i niewystarczająco niezawodny.

Najpopularniejszą metodą mocowania rur do krat jest kielichowanie. Rury wkłada się w otwory rusztu z pewnym luzem, a następnie walcuje od wewnątrz specjalne narzędzie, wyposażone w rolki (rolowanie). Aby zintensyfikować wymianę ciepła, czasami stosuje się turbulatory - elementy, które turbulizują lub niszczą warstwę graniczną chłodziwa na zewnętrznej powierzchni rur. Do rozwoju doprowadziła chęć zintensyfikowania wymiany ciepła z nieefektywnego chłodziwa (gazy, lepkie ciecze). różne projekty rury żebrowane. Ustalono, że żebra zwiększają nie tylko powierzchnię wymiany ciepła, ale także współczynnik przenikania ciepła z powierzchni żeberek do chłodziwa w wyniku turbulizacji przepływu przez żebra. W tym przypadku należy jednak liczyć się z rosnącymi kosztami pompowania chłodziwa.

Stosuje się rury z żebrami podłużnymi (rysunek 2.62a) i dzielonymi (rysunek 2.62b), z żebrami poprzecznymi o różnych profilach (rysunek 2.62c). Żebra na rurach mogą być wykonane w postaci spiralnych żeber (ryc. 2.62d), igieł o różnej grubości itp.

Rysunek 2.62 – Rury z żebrami

W wymiennikach płaszczowo-rurowych montowane są przegrody poprzeczne i wzdłużne.

Przegrody poprzeczne (rysunek 2.63), umieszczone w przestrzeni międzyrurowej wymienników ciepła, mają za zadanie organizować ruch chłodziwa w kierunku prostopadłym do osi rur i zwiększać prędkość chłodziwa w przestrzeni międzyrurowej. W obu przypadkach wzrasta współczynnik przenikania ciepła na zewnętrznej powierzchni rur.

Przegrody poprzeczne montuje się także w przestrzeni międzyrurowej skraplaczy i parowników, w których współczynnik przenikania ciepła na zewnętrznej powierzchni rur jest o rząd wielkości większy niż współczynnik na ich wewnętrznej powierzchni. W tym przypadku przegrody pełnią funkcję podpór dla wiązki rur, mocując rury w zadanej odległości od siebie, a także redukują drgania rur.