Projekty wymienników ciepła. Schemat działania płytowego wymiennika ciepła

Płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła- Jest to urządzenie służące do wymiany ciepła pomiędzy dwoma różnymi przepływami. Jedno medium jest podgrzewane pod wpływem czynnika chłodzącego drugiego. Dwa różne ośrodki mogą zmienić swój stan skupienia, ale podczas przenoszenia energii nie następuje mieszanie. Wymiana ciepła odbywa się przez ścianki urządzenia. Rury są często żebrowane w celu zwiększenia powierzchni wymiany ciepła.

Rodzaje wymienników ciepła

Istnieją wymienniki ciepła różne typy. Ich średnica może wynosić od 159 do 3000 mm. Maksymalne ciśnienie - 160 kg/cm2. Długość może wahać się od kilkudziesięciu do 10 000 mm. Rodzaje jednostek:

1. Z wbudowanymi kratkami wykonanymi w formie rury.
2. Konstrukcja płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła może obejmować kompensator temperatury.
3. Urządzenie wyposażone w pływającą głowicę.
4. Z urządzeniem w kształcie litery U.
5. Łączny. Posiada kompensator i wbudowaną głowicę pływającą.

W tym filmie dowiesz się, jak klasyfikuje się wymienniki ciepła:

Konstrukcja wymiennika płaszczowo-rurowego, który zawiera arkusze rurowe, zapewnia sztywne połączenie wszystkich elementów. Urządzenia tego typu stosowane są najczęściej w przemyśle naftowym lub chemicznym. Urządzenia tego typu stanowią około trzech czwartych całego rynku. W tym typie blachy sitowe są przyspawane od wewnątrz do ścianek korpusu i mocowane do nich za pomocą sztywnego złącza rury wymiany ciepła. Pozwala to uniknąć wszelkich przesunięć elementy składowe wewnątrz obudowy.

Płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła kompensuje wydłużenie pod wpływem ciepła poprzez ściskanie wzdłużne lub za pomocą specjalnych elastycznych wkładek w ekspanderach. Jest to konstrukcja półsztywna.

Urządzenie z pływającą głowicą uważane jest za znacznie bardziej zaawansowane. Głowica pływająca to specjalna ruchoma kratka. Porusza się po całym systemie rur wraz z pokrywą. Takie urządzenie jest droższe, ale także znacznie bardziej niezawodne.

Istnieją wymienniki ciepła jednoprzebiegowe i wieloprzebiegowe

W przypadku urządzenia z systemem rur w kształcie litery U dwa końce są przyspawane do jednej siatki. Kąt obrotu wynosi 180°, a promień wynosi 4 średnice rury. Dzięki takiej konstrukcji rury wewnątrz obudowy można dowolnie przedłużać.

Istnieją wymienniki ciepła jednoprzebiegowe i wieloprzebiegowe. Wybór zależy od kierunku ruchu chłodziwa wewnątrz aparatu. W jednym przejściu wypełniacz porusza się najkrótszą ścieżką. Bardzo świecący przykład tego typu urządzenie - Jest to podgrzewacz wody PKB, który jest stosowany w systemach grzewczych. Takie urządzenie najlepiej stosować w miejscach, gdzie nie jest wymagana duża szybkość wymiany ciepła (różnica między temp środowisko a nośnik ciepła jest minimalny).

Urządzenia wieloprzebiegowe mają specjalne przegrody poprzeczne. Zapewniają przekierowanie przepływu chłodziwa. Stosowany tam, gdzie wymagane są wysokie współczynniki przenikania ciepła. Ponadto urządzenia rurowe dzielą się na przepływ pojedynczy, przepływ krzyżowy i przepływ przeciwny.

Aby wymiennik ciepła mógł pracować ekstremalne warunki, zamiast zwyklego rury stalowe użyj szkła lub grafitu. Obudowa jest uszczelniona za pomocą uszczelek.

Zasada działania

Urządzenie ma dość prostą zasadę działania. Płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła oddziela media. Wewnątrz konstrukcji nie dochodzi do mieszania się produktów. Przenikanie ciepła następuje wzdłuż ścianek elementów rurowych, które oddzielają chłodziwa. Jeden nośnik znajduje się wewnątrz rur, a drugi jest dostarczany pod ciśnieniem do przestrzeni międzyrurowej. Stany zbiorcze oba nośniki energii mogą się różnić. Może to być gaz, para lub ciecz.

Zasada działania wymiennik ciepła płaszczowo-rurowy polega na normalnych procesach przenoszenia energii pomiędzy cieczami i różnymi gazami. Aby zwiększyć współczynnik przenikania energii cieplnej, stosuje się dość duże prędkości ruchu produktów wewnątrz konstrukcji. Dla pary lub gazu generują od 8 do 25 m/s. Dla płynne chłodziwa minimalna prędkość wynosi 1,5 m na sekundę.

Ciepło przechodzi przez ściany tego urządzenia

Projekt aparatu płaszczowo-rurowego

Główną zaletą płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła i główny powód jego popularność polega na wysoka niezawodność projekty. Zawiera komory rozdzielcze, które są wyposażone w rury. W zestawie znajduje się również cylindryczna osłona, wiązka rur i pewna liczba rusztów. Całość konstrukcji uzupełniają osłony umieszczone na końcach. W zestawie znajdują się wsporniki umożliwiające ustawienie urządzenia w płaszczyźnie poziomej. Dostępny jest także uchwyt umożliwiający montaż urządzenia w dowolnym miejscu przestrzeni.

Aby zwiększyć wymianę ciepła między chłodziwem, stosuje się rury pokryte specjalnymi żebrami. Jeśli zadaniem jest zmniejszenie wymiany ciepła, wówczas ciało jest pokryte jakąś warstwą termoizolacyjną. W ten sposób można znacznie zwiększyć właściwości kumulujące produktu. Stosowane są specjalne konstrukcje, w których jedna rura znajduje się w drugiej.

Do wykonania obudowy używana jest gruba blacha stalowa (od 4 mm). Do produkcji krat najczęściej bierze się ten sam materiał, ale jego grubość jest znacznie większa (od 2 cm). Głównym elementem jest wiązka rur wykonana z materiału o wysokiej przewodności cieplnej. Wiązka ta jest mocowana z jednej lub obu stron na arkuszach rurowych.

Zalety i wady

Urządzenia te posiadają szereg zalet, które zapewniają wystarczającą konkurencyjność na rynku systemy wymiany ciepła. Główne zalety sprzętu:

1. Konstrukcja zapewnia doskonałą odporność na wstrząsy hydrauliczne. Podobne systemy nie mają tej cechy.
2. Wymienniki płaszczowo-rurowe mogą pracować w ekstremalnych warunkach lub z produktami dość mocno zanieczyszczonymi.
3. Są bardzo łatwe w użyciu. Łatwe do przeprowadzenia czyszczenie mechaniczne sprzęt, jest planowany konserwacja. Sprzęt ma wysoką łatwość konserwacji.

Ten wymiennik ciepła ma zarówno zalety, jak i wady

Pomimo wszystkich zalet, urządzenie to ma również wady. Należy je wziąć pod uwagę przed zakupem. W zależności od przeznaczenia mogą być wymagane inne podobne systemy. Wady urządzenia:

1. Wydajność jest niższa niż w przypadku produktów płytowych. Dzieje się tak dlatego, że wymienniki płaszczowo-rurowe mają mniejszą powierzchnię do przenoszenia ciepła.
2. Ma duże rozmiary. To wzmacnia ostateczny koszt, a także koszty operacyjne.
3. Współczynnik przenikania ciepła zależy w dużym stopniu od szybkości przemieszczania się czynnika.

Pomimo wszystkich swoich wad urządzenia płaszczowo-rurowe znalazły swoją niszę na rynku wymienników ciepła. Są one nadal popularne i wykorzystywane w wielu gałęziach przemysłu.

Zakres zastosowania

Produkty skorupowe i rurowe są używane jako część sieci użyteczności publicznej Mieszkalnictwo i usługi komunalne. Wykorzystuje się je także w stacjach grzewczych do zasilania tarapaty budynki mieszkalne. Indywidualne punkty grzewcze mają pewną przewagę nad centralnym zaopatrzeniem w ciepło i wodę: dostarczają ciepło do budynków i innych obiektów znacznie wydajniej niż scentralizowana sieć ciepłownicza.

Wymienniki ciepła tego typu znajdują zastosowanie także w przemyśle naftowym, chemicznym i gazowniczym. Znajdują zastosowanie w energetyce cieplnej, gdzie chłodziwa charakteryzują się dużą szybkością przenikania temperatury. I to nie wszystkie branże, w których wykorzystuje się taki sprzęt. Można go znaleźć w wyparkach reboilerów lub w chłodnicach skraplaczy z powietrzną wymianą ciepła, kolumny destylacyjne. Znalazło zastosowanie w produkcji piwa i przemyśle spożywczym.

Obsługa urządzenia

Rurowy wymiennik ciepła ma wysoką żywotność. Aby skutecznie spełniał swoją rolę i służył przez długi czas, konieczne jest terminowe przeprowadzanie planowych konserwacji. Najczęściej urządzenie jest wypełnione cieczą, która nie przeszła etapów filtracji. Prowadzi to do stopniowego zatykania rurek, co uniemożliwia swobodny przepływ płynu chłodzącego w całym układzie. Należy je przeprowadzać terminowo i systematycznie czyszczenie mechaniczne wszystkie elementy produktu płaszczowo-rurowego. Konieczne jest również umycie elementów pod wysokim ciśnieniem.

Jeśli zajdzie potrzeba naprawy aparatu rurowego, pierwszym krokiem jest przeprowadzenie działań diagnostycznych. Pozwala to odkryć główne problemy. Najbardziej narażoną częścią są rurki, które najczęściej ulegają uszkodzeniu. Diagnostykę przeprowadza się za pomocą testów hydraulicznych.

Wszelkie urządzenia do wymiany energii cieplnej są dość kapryśne. Obejmuje to urządzenia płaszczowo-rurowe. Dokonując jakichkolwiek ingerencji w konstrukcję w celu naprawy, należy wziąć pod uwagę, że może to mieć wpływ na współczynnik przewodności cieplnej, a tym samym na wymianę ciepła między mediami. Wiele firm i osoby kup kilka instalacji na raz, aby móc szybko podłączyć się do innego urządzenia.

Należy pamiętać, że przy regulacji urządzeń opartych na kondensacie mogą pojawić się pewne trudności. Absolutnie wszelkie zmiany pociągają za sobą wzrost lub spadek wymiany ciepła. Należy również wziąć pod uwagę, że zmiana powierzchni następuje nieliniowo.

Rysunki wymienników ciepła w programie Compass

Na tej stronie możesz pobierz rysunki w programie Compass różne wymienniki ciepła za symboliczną kwotę lub

Możesz wysłać swój rysunek. Zostanie on opublikowany na naszej stronie internetowej. W ten sposób zapewnisz nieocenioną usługę następnemu pokoleniu uczniów.

Publikowane są wyłącznie rysunki wysokiej jakości. Preferowane są rysunki 3D.

Pobierz zestaw rysunków 3D płytowego wymiennika ciepła ze szczegółami za jedyne 100 rubli.

Pobierz zestaw rysunków poziomego wymiennika ciepła w 3d.

Model 3D wysyłany jest wraz z historią budowy, co pozwala na samodzielną zmianę wymiarów złożenia 3D.

Pobierz zestaw rysunków poziomego wymiennika ciepła chłodnicy ze szczegółami.

____________________________

Pobierz rysunek wymiennika ciepła i nagrzewnicy.

____________________________

Pobierz rysunek wymiennika ciepła i podgrzewacza pary wtórnej.

____________________________

Pobierz rysunek parownika wymiennika ciepła przy wytwarzaniu pary wtórnej.

____________________________

Pobierz rysunek wymiennika ciepła i podgrzewacza wody zasilającej.

____________________________

Pobierz rysunek wymiennika ciepła i kotła kolumny odpędowej.

____________________________

Pobierz rysunek wymiennika ciepła i sieciowego podgrzewacza wody.

____________________________

Pobierz rysunek wymiennika ciepła i przegrzewacza.

____________________________

Pobierz rysunek oszczędzacza wody.

____________________________

Pobierz rysunek kotła parowego ze szczegółami.

____________________________

Pobierz rysunek podgrzewacza kwasu azotowego.

____________________________

Pobierz rysunek rekuperatora ze szczegółami.

____________________________

Pobierz rysunek rekuperatora do produkcji wyższych amin alifatycznych ze szczegółami.

____________________________

Pobierz rysunek wymiennika ciepła do chłodnicy ciekłego amoniaku.

____________________________

Pobierz rysunek wymiennika ciepła i chłodnicy amin w produkcji wyższych amin alifatycznych.

W zależności od sposobu przekazywania ciepła wyróżnia się dwie główne grupy wymienników ciepła:

• - wymienniki powierzchniowe, w których przekazywanie ciepła pomiędzy ośrodkami wymiany ciepła następuje poprzez oddzielającą je powierzchnię wymiany ciepła - pustą ścianę;
• - Mieszające wymienniki ciepła, w których ciepło jest przekazywane z jednego medium do drugiego, gdy są one w bezpośrednim kontakcie.

Znacznie rzadziej stosowane są regeneracyjne wymienniki ciepła, w których media ciekłe nagrzewają się w wyniku kontaktu z mediami wcześniej nagrzanymi. ciała stałe- dysza napełniająca aparat, okresowo podgrzewana innym czynnikiem chłodzącym.

Konstrukcja wymienników ciepła powinna być prosta, łatwa w montażu i naprawie. W niektórych przypadkach konstrukcja wymiennika ciepła musi zapewniać możliwie najmniejsze zanieczyszczenie powierzchni wymiany ciepła i być łatwo dostępna w celu kontroli i czyszczenia.

Transfer energii w postaci ciepła zachodzący pomiędzy ciałami posiadającymi różne temperatury, nazywa się przenoszeniem ciepła.

Siłą napędową każdego procesu wymiany ciepła jest różnica temperatur pomiędzy ciałem bardziej nagrzanym i mniej nagrzanym, w obecności której ciepło samoistnie, zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, przemieszcza się z ciała bardziej nagrzanego do ciała mniej nagrzanego.

Ciała biorące udział w wymianie ciepła nazywane są czynnikami chłodzącymi.

Skąd pobrać rysunki wymienników ciepła

• Wyszukiwane hasło: rysunek wymiennika ciepła w Permie - umożliwi pobranie go w Permie i regionie Perm, na przykład dla Państwowej Politechniki Badawczej w Permie.
• Zapytanie: rysunek wymiennika ciepła w Kazaniu - pozwoli ci pobrać go w Kazaniu, powiedzmy, dla specjalności technicznych Kazańskiego Narodowego Uniwersytetu Badawczego.
• Szukane hasło: rysunek wymiennika ciepła w Omsku - umożliwi pobranie go z Państwowego Uniwersytetu Technicznego w Omsku.

Płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła

Te wymienniki ciepła należą do najczęściej stosowanych powierzchniowych wymienników ciepła. płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła o sztywnej konstrukcji, który składa się z obudowy lub osłony 1 i przyspawanych do niej arkuszy rurowych 2. Wiązka rur 3 jest zamocowana w osłonach rurowych 4 (z uszczelkami i śrubami).

W wymienniku płaszczowo-rurowym jeden z czynników wymiany ciepła przemieszcza się wewnątrz rur (w przestrzeni rur), a drugi w przestrzeni międzyrurowej.

Media są zwykle skierowane przeciwprądowo względem siebie. W tym przypadku nagrzany czynnik kierowany jest z dołu do góry, a czynnik oddający ciepło kierowany jest w przeciwnym kierunku. Ten kierunek ruchu każdego ośrodka pokrywa się z kierunkiem, w jakim to medium ma tendencję do przemieszczania się pod wpływem zmian jego gęstości podczas ogrzewania lub chłodzenia.

Ponadto, przy wskazanych kierunkach ruchu medialnego, więcej równomierny rozkład prędkości i identyczne warunki wymiany ciepła na powierzchni przekroju poprzecznego aparatu. W przeciwnym razie, np. gdy zimniejsze (ogrzane) medium będzie dostarczane znad wymiennika ciepła, bardziej ogrzana część cieczy, będąc lżejsza, może gromadzić się w górnej części aparatu, tworząc strefy „stoju”.

Przy stosunkowo małych natężeniach przepływu płynu prędkość jego ruchu w rurach jest mała, a co za tym idzie, współczynniki przenikania ciepła są niskie. Aby zwiększyć tę ostatnią dla danej powierzchni wymiany ciepła, można zmniejszyć średnicę rur, odpowiednio zwiększając ich wysokość (długość). Jednak wymienniki ciepła o małej średnicy i znacznej wysokości są niewygodne w montażu, wymagają wysokich pomieszczeń i zwiększonego zużycia metalu do produkcji części nie biorących bezpośredniego udziału w wymianie ciepła (obudowa urządzenia). Dlatego bardziej racjonalne jest zwiększenie szybkości wymiany ciepła poprzez zastosowanie wielociągowych wymienników ciepła.

W wymienniku wielociągowym obudowa 1, blachy rurowe 2, rury 3 i zamocowane w nich pokrywy 4 są takie same jak w wymienniku jednociągowym, przy zastosowaniu przegród poprzecznych 5 zamontowanych w pokrywach wymiennika ciepła, rury są takie same podzielony na sekcje, czyli kanały, którymi przemieszcza się ciecz płynąca sekwencyjnie w przestrzeni rurowej wymiennika ciepła. Zazwyczaj podział na przejścia odbywa się w taki sposób, aby wszystkie sekcje zawierały w przybliżeniu tę samą liczbę rur.

Ze względu na mniejsze całkowite pole przekroju poprzecznego rur umieszczonych w jednym odcinku w porównaniu do przekroju całej wiązki rur, prędkość płynu w przestrzeni rurowej wielociągowego wymiennika ciepła wzrasta (w stosunku do prędkości w jednociągowym wymienniku ciepła) o współczynnik równa liczbie porusza się. Zatem w wymienniku czterociągowym prędkość w rurach, przy pozostałych czynnikach równych, jest czterokrotnie większa niż w wymienniku jednoprzebiegowym. W celu zwiększenia prędkości i wydłużenia drogi ruchu czynnika w przestrzeni międzyrurowej stosuje się przegrody segmentowe 6. W wymiennikach poziomych przegrody te stanowią jednocześnie podporę pośrednią dla wiązki rur.

Wzrostowi intensywności wymiany ciepła w wielociągowych wymiennikach ciepła towarzyszy wzrost oporów hydraulicznych i bardziej złożona konstrukcja wymiennika ciepła. Narzuca to wybór ekonomicznie wykonalnej prędkości, określonej liczbą skoków wymiennika ciepła, która zwykle nie przekracza 5-6. Wielociągowe wymienniki ciepła działają na zasadzie prądu mieszanego, co jak wiadomo prowadzi do pewnej redukcji siła napędowa przenoszenie ciepła w porównaniu z całkowicie przeciwprądowym ruchem mediów biorących udział w przenoszeniu ciepła.

W jednociągowych, a zwłaszcza wielociągowych wymiennikach ciepła, przenoszenie ciepła może ulec pogorszeniu w wyniku uwolnienia powietrza i innych nieskraplających się gazów rozpuszczonych w cieczy (lub parze). W celu ich okresowego demontażu w górnej części obudowy wymiennika ciepła montuje się kurki odpowietrzające.

Wymienniki ciepła jedno i wielociągowe mogą być pionowe lub poziome. Pionowe wymienniki ciepła są łatwiejsze w obsłudze i zajmują mniejszą powierzchnię produkcyjną. Poziome wymienniki ciepła są zwykle wykonane jako wielociągowe i pracują przy dużych prędkościach mediów biorących udział w wymianie ciepła, aby zminimalizować rozwarstwienie cieczy na skutek różnicy ich temperatur i gęstości, a także wyeliminować powstawanie stref zastoju.

Jeżeli średnia różnica temperatur pomiędzy rurami a obudową w wymiennikach ciepła o sztywnej konstrukcji, tj. przy stałych blachach rurowych przyspawanych do korpusu staje się znacząca, wówczas rury i osłona są wydłużane nierównomiernie. Powoduje to znaczne naprężenia w blachach sitowych, może zakłócić szczelność połączenia rur z blachami i doprowadzić do zniszczenia spoiny, niedopuszczalne mieszanie mediów wymieniających ciepło. Dlatego też, gdy różnica temperatur pomiędzy płaszczem a rurami jest większa niż 500C lub gdy rury mają znaczną długość, stosuje się wymienniki płaszczowo-rurowe o niesztywnej konstrukcji, umożliwiającej pewien ruch rur względem korpus aparatu.

Aby zmniejszyć odkształcenia temperaturowe spowodowane dużą różnicą temperatur pomiędzy rurami a płaszczem, znaczną długością rur, a także różnicą w materiale rur i płaszcza, zastosowano wymienniki płaszczowo-rurowe z kompensatorem soczewkowym stosowane są, które posiadają na korpusie kompensator soczewki 1, który podlega odkształceniom sprężystym. Konstrukcja ta jest prosta, ale ma zastosowanie przy niskim nadciśnieniu w pierścieniu (6 atm).

Pobierz rysunek Płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła z urządzeniami kompensacyjnymi:

a - z kompensatorem obiektywu; b - z pływającą głową; c - z rurami w kształcie litery U; 1 - kompensator; 2 - ruchomy arkusz rurowy; 3 - Rury w kształcie litery U.

Jeżeli konieczne jest zapewnienie dużych ruchów rur i płaszcza, stosuje się wymiennik ciepła z głowicą pływającą (rys. 1.2b). Dolny arkusz rurowy jest ruchomy, co umożliwia swobodne poruszanie się całej wiązki rur niezależnie od korpusu aparatu. Zapobiega to niebezpiecznym odkształcenie temperaturowe rury i naruszenie szczelności ich połączenia z arkuszami rur. Jednak odszkodowanie przedłużenia temperatury osiągnięty w w tym przypadku ze względu na złożoność i wagę konstrukcji wymiennika ciepła.

W płaszczowo-rurowym wymienniku ciepła z rurami w kształcie litery U same rury działają jako urządzenia kompensacyjne. Jednocześnie konstrukcja aparatu, który ma tylko jeden nieruchomy arkusz rurowy, jest uproszczona i uproszczona. Zewnętrzną powierzchnię rur można łatwo oczyścić, wyjmując całą rurę z korpusu aparatu. Ponadto w wymiennikach ciepła tej konstrukcji, które są dwu- lub wielociągowe, osiąga się dość intensywną wymianę ciepła. Wady wymienników ciepła z rurką U: Trudne do czyszczenia powierzchnia wewnętrzna rur, trudność umieszczenia dużej liczby rur w arkuszu sitowym.

W przemyśle chemicznym stosuje się także wymienniki ciepła z rurami podwójnymi. Po jednej stronie aparatu znajdują się dwie siatki rurowe, w jednej siatce wiązka rur o mniejszej średnicy, otwartych obustronnie, a w drugiej siatce. są rury większa średnica z zamkniętymi lewymi końcami, instalowane koncentrycznie względem rur. Medium przemieszcza się przez pierścieniowe przestrzenie pomiędzy rurami i jest usuwane z przestrzeni międzyrurowej poprzez rury. Kolejne medium przemieszcza się z góry na dół wzdłuż przestrzeni międzyrurowej obudowy wymiennika ciepła, płucząc rury od zewnątrz. W wymiennikach ciepła tej konstrukcji rury mogą wydłużać się pod wpływem temperatury, niezależnie od korpusu wymiennika ciepła.

Płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła z rurami podwójnymi:

Elementarne wymienniki ciepła. Aby zwiększyć prędkość ruchu ośrodka w pierścieniu bez stosowania przegród utrudniających czyszczenie aparatu, stosuje się elementarne wymienniki ciepła. Każdy element takiego wymiennika ciepła jest prostym wymiennikiem płaszczowo-rurowym. Ogrzane i schłodzone media kolejno przechodzą przez nie poszczególne elementy, składający się z wiązki rur w osłonie o małej średnicy. Wymiennik ciepła składający się z takich elementów (przepustów) pozwala na znaczne nadciśnienie w przestrzeni międzyrurowej; można to uznać za modyfikację wielociągowego wymiennika płaszczowo-rurowego.

W elementarnych wymiennikach ciepła wzajemny ruch mediów zbliża się do efektywnego schematu czystego przeciwprądu. Jednak ze względu na podział całkowitej powierzchni wymiany ciepła na poszczególne elementy, konstrukcja staje się bardziej skomplikowana i wzrasta koszt wymiennika ciepła.

Wymienniki ciepła dwururowe

Wymienniki ciepła tej konstrukcji, zwane także wymiennikami ciepła rura w rurze, składają się z kilku połączonych szeregowo elementów rurowych, utworzonych przez dwie koncentrycznie ułożone rury. Jeden płyn chłodzący przepływa przez rury wewnętrzne, a drugi przez pierścieniową szczelinę pomiędzy rurami wewnętrznymi i rurami zewnętrznymi. Rury wewnętrzne(zwykle o średnicy 57-108 mm) łączone są za pomocą rolek, a rury zewnętrzne o średnicy 76-159 mm są łączone rurami.

Dzięki niewielkiemu przekrojowi przestrzeni trudnej i międzyrurowej w dwururowych wymiennikach ciepła, nawet przy małych przepływach, dość duże prędkości cieczy, zwykle równą 1-1,5 m/s. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie wyższych współczynników przenikania ciepła i osiągnięcie większych obciążeń cieplnych na jednostkę masy aparatu niż w wymiennikach płaszczowo-rurowych. Ponadto wraz ze wzrostem prędkości chłodziwa maleje możliwość osadzania się zanieczyszczeń na powierzchni wymiany ciepła.

Jednocześnie te rysunki wymienników ciepła są bardziej kłopotliwe niż rysunki płaszczowo-rurowe i wymagają większego zużycia metalu na jednostkę powierzchni wymiany ciepła, którą w urządzeniach tego typu tworzą jedynie rury wewnętrzne.

Pobierz rysunek Dwururowe wymienniki ciepła mogą pracować wydajnie przy niskich natężeniach przepływu chłodziwa, a także przy wysokie ciśnienia. Jeśli wymagana jest duża powierzchnia wymiany ciepła, urządzenia te składają się z kilku równoległych sekcji.

Wężowe wymienniki ciepła

Zatapialne wymienniki ciepła pobierz. W wymienniku ciepła z wężownicą zanurzeniową kropla cieczy, gazu lub pary przemieszcza się po spiralnej wężownicy wykonanej z rur o średnicy 15-75 mm, która jest zanurzona w cieczy znajdującej się w korpusie urządzenia. Ze względu na dużą objętość obudowy, w której znajduje się wężownica, prędkość płynu w obudowie jest niewielka, co powoduje niskie wartości współczynnika przenikania ciepła na zewnątrz wężownicy. Aby ją zwiększyć, zwiększa się prędkość płynu w obudowie poprzez zainstalowanie w niej wewnętrznego szkła, ale jednocześnie znacznie zmniejsza się objętość użytkowa korpusu aparatu. Jednocześnie w niektórych przypadkach duża objętość cieczy wypełniającej obudowę ma również wartość dodatnią, ponieważ zapewnia stabilniejszą pracę wymiennika ciepła podczas wahań reżimu. Rury wężownicy mocowane są do konstrukcji.

W wymiennikach tego typu wężownice często wykonane są również z prostych rur połączonych walcami. Przy dużych natężeniach przepływu czynnik poruszający się po zwoju prostych rur kierowany jest najpierw do wspólnego kolektora, skąd wchodzi do równoległych odcinków rur i jest również usuwany wspólnym kolektorem. Z tym połączenie równoległe odcinkach maleje prędkość i długość drogi przepływu, co prowadzi do zmniejszenia oporów hydraulicznych aparatu.

Wymiana ciepła w przestrzeni międzyrurowej zatapialnych wymienników ciepła ma niewielką intensywność, ponieważ ciepło przekazywane jest niemal na zasadzie swobodnej konwekcji. Dlatego wymienniki ciepła tego typu pracują przy małych obciążeniach cieplnych. Mimo to zanurzeniowe wymienniki ciepła okazują się wystarczające szerokie zastosowanie ze względu na prostotę urządzenia, niski koszt, dostępność do czyszczenia i naprawy, a także łatwość obsługi przy wysokich ciśnieniach i w środowiskach aktywnych chemicznie. Służą do ogrzewania powierzchni do 10-15 m2. Pobierz rysunek zanurzalnego wymiennika ciepła.

Jeżeli jako czynnik grzewczy w zatapialnym wymienniku ciepła stosowana jest nasycona para wodna, wówczas stosunek długości wężownicy do jej średnicy nie powinien przekraczać pewnej wartości granicznej; na przykład przy ciśnieniu pary 2 105–5 105 N/m2 (2–5 atm) stosunek ten nie powinien przekraczać 200–275. W przeciwnym razie nagromadzenie się kondensatu pary w dolnej części wężownicy spowoduje znaczne zmniejszenie intensywności wymiany ciepła przy znacznym wzroście oporów hydraulicznych.

Wymienniki ciepła do nawadniania

Taki wymiennik ciepła składa się z wężownic wykonanych z prostych rur umieszczonych jedna nad drugą, które są połączone ze sobą za pomocą rolek. Rury są zwykle ułożone w równoległych odcinkach pionowych ze wspólnymi kolektorami do zasilania i odprowadzania schłodzonego czynnika. Z góry wężownice nawadniane są wodą, równomiernie rozprowadzaną w postaci kropel i strumieni za pomocą rynny o postrzępionych krawędziach. Ścieki odprowadzane są z tacy umieszczonej pod wężownicą. Wymienniki ciepła tryskaczowe są stosowane głównie jako lodówki i skraplacze, przy czym około połowa ciepła jest usuwana poprzez odparowanie wody chłodzącej. W rezultacie zużycie wody jest znacznie zmniejszone w porównaniu do jej zużycia w innych typach lodówek. Stosunkowo niskie zużycie wody - ważna godność nawadniające wymienniki ciepła, które dodatkowo wyróżniają się prostotą konstrukcji i łatwością czyszczenia zewnętrznej powierzchni rur.

Pomimo faktu, że współczynniki przenikania ciepła w irygacyjnych wymiennikach ciepła działających na zasadzie prądu krzyżowego są nieco wyższe niż w zanurzalnych, ich istotnymi wadami są: objętość, nierównomierne zwilżanie zewnętrznej powierzchni rur, których dolne końce , wraz ze spadkiem natężenia przepływu wody do nawadniania, są bardzo słabo zwilżone i praktycznie nie uczestniczą w wymianie ciepła. Ponadto wadami tych wymienników ciepła są: korozja rur przez tlen z powietrza, obecność kropli i rozprysków przedostających się do otaczającej przestrzeni.

Ze względu na parowanie wody, które wzrasta przy niewystarczającym nawadnianiu, najczęściej instaluje się tego typu wymienniki ciepła na powietrzu; są ogrodzone kraty drewniane(żaluzje), głównie w celu zminimalizowania przedostawania się rozprysków wody.

Nawadniające wymienniki ciepła pracują przy małych obciążeniach cieplnych, a ich współczynniki przenikania ciepła nie są wysokie. Często są wykonane z materiałów odpornych chemicznie.

Opis konstrukcji kondensatora

Zaletą skraplaczy płaszczowo-rurowych jest możliwość wytworzenia dużych, a nawet identycznych prędkości obu chłodziw, a co za tym idzie, wysokich współczynników przenikania ciepła. Do ich wad należy wysoki opór hydrauliczny i znaczne zużycie metalu.

Najpowszechniej stosowane są skraplacze płaszczowo-rurowe służące do wymiany ciepła pomiędzy przepływami w różnych stanach skupienia (para-ciecz, ciecz-ciecz, gaz-gaz, gaz-ciecz). Urządzenie składa się z wiązki rur umieszczonej wewnątrz cylindrycznego korpusu (płaszcza) spawanego z blachy stalowej, rzadziej odlewanej. Rury są zwijane w dwa arkusze rurowe lub zgrzewane z nimi, w zależności od właściwości materiałów konstrukcyjnych. Najczęściej stosuje się rury o średnicach: 25x2; 38X2; 57 x 2,5 mm; ich długość zwykle sięga 6 m. Rury są ułożone w wiązkę w szachownicę, wzdłuż wierzchołków trójkąta równobocznego, z krokiem t = (1,25-1,30) dн, gdzie dн - OD kobza Urządzenie wyposażone jest w dwie zdejmowane pokrywy z króćcami wlotu i wylotu chłodziwa poruszającego się wewnątrz rur. Przestrzenie rurowe i międzyrurowe są oddzielone. Drugie chłodziwo przemieszcza się w przestrzeni międzyrurowej, wyposażonej w złączki wlotowe i wylotowe. Z reguły przepływ, który przepływa przez rury, zawiera zawieszone cząstki stałe (dla ułatwienia czyszczenia), znajduje się pod wysokim ciśnieniem (aby nie obciążać nadwozia) lub ma właściwości agresywne (w celu ochrony nadwozia przed korozją).

Projekt lodówki płaszczowo-rurowej z:

• obudowy;
• kobza;
• arkusz rurowy;
• osłony;
• armatura do wejścia i wyjścia z przestrzeni rurowej;
• armatura do wejścia i wyjścia z przestrzeni międzyrurowej;
• poprzeczne przegrody przestrzeni międzyrurowej;
• nogi podporowe odpowiednio dla pionowego i poziomego położenia aparatu.

Gorąca ciecz dostaje się do przestrzeni rurowej składającej się z rur. Zimny ​​​​chłodziwo dostaje się do pierścienia w wyniku kontaktu dwóch chłodziw o różnych przepływach ciepła, następuje wymiana ciepła i przepływy ciepła są wyrównane, określając w ten sposób ustawioną temperaturę wlotową gorącego lub zimnego płynu chłodzącego. Chłodziwa wprowadzane są do przestrzeni rurowej za pomocą złączki 6, a do przestrzeni międzyrurowej za pomocą złączki. Urządzenie ma eliptyczne pokrywy i spód; urządzenie jest mocowane za pomocą wsporników 8. Rury są mocowane do blachy sitowej 8 za pomocą rozszerzania.

Powierzchnia przepływu przestrzeni międzyrurowej jest znacznie większa (czasami 2 razy) niż całkowity otwarty przekrój rur, dlatego przy tych samych objętościowych natężeniach przepływu chłodziw współczynnik przenikania ciepła od strony przestrzeni międzyrurowej okazuje się niższy. Aby wyeliminować to zjawisko, uciekają się do zwiększania prędkości chłodziwa poprzez umieszczenie różnych przegród w przestrzeni międzyrurowej. Urządzenia płaszczowo-rurowe są umieszczane pionowo lub poziomo, w zależności od lokalnych warunków; w przypadku konieczności wydłużenia drogi chłodziwa można je połączyć szeregowo, a w przypadku braku możliwości umieszczenia wymaganej ilości rur w jednej obudowie łączy się je równolegle. Aby wydłużyć drogę chłodziw w celu zwiększenia ich prędkości i zintensyfikowania wymiany ciepła, stosuje się urządzenia wieloprzebiegowe. Zatem w aparacie dwuprzejściowym, dzięki przegrodzie 1 w pokrywie górnej 2, chłodziwo najpierw przechodzi przez rury tylko przez połowę wiązki i w przeciwnym kierunku przez drugą połowę wiązki.

Łatwość produkcji, łatwość konserwacji, dobra charakterystyka wydajności i niezawodność konstrukcji sprawiają, że aparat rekuperacyjny lub płaszczowo-rurowy jest jednym z najpopularniejszych typów sprzęt grzewczy. Można stosować następujące media robocze: gaz, wodę, parę wodną, ​​powietrze, olej itp. Im większa jest ich popularność, tym częściej specjaliści stają przed koniecznością wykonania obliczeń przy ich wyborze. Na szczęście postęp nie stoi w miejscu. Opracowano program doboru rekuperatorów. Opowiemy Ci o tym więcej.

Ryż. 1 Schemat powłoki i rurki
wymiennik ciepła

Do czego sprowadzają się obliczenia dla wymiennika płaszczowo-rurowego? W kierunku wyznaczania powierzchni wymiany ciepła i temperatur końcowych chłodziwa. Na czym to polega? W przygotowaniu bilans cieplny rekuperatora według zadanego schematu (patrz rys. 1) i określenie współczynnika przenikania ciepła.

Dane początkowe:

• temperatury początkowe obu mediów (grzejnego i podgrzewanego), ich ciśnienie i przepływ masowy.
• właściwości fizyczne chłodziw (lepkość, gęstość, przewodność cieplna itp.).
• końcowa temperatura jednego z ośrodków temperaturowych.

Obliczanie powierzchni.

Program określa moc cieplna rekuperatora z równania bilansu cieplnego.

Równanie bilansu ciepła

• Q = Av* Ϭt.
• G - masowe natężenie przepływu medium, kg/s.
• Ϭt - zmiana temperatury otoczenia, °C.

Podstawiamy otrzymaną moc do równania współczynnika przenikania ciepła i znajdujemy z niego powierzchnię grzewczą (wymianę ciepła), m2.

• F = Q / k ∆t.
• Q - moc cieplna, określona już z równania bilansu cieplnego, W.
• k to współczynnik przenikania ciepła przez ściankę działową, W/m2K, określony w drodze dość skomplikowanych obliczeń.
• ∆t – średnia różnica temperatur, która decyduje o sposobie ruchu czynnika grzewczego i podgrzewanego (przeciwprąd, przepływ do przodu), °C.

Po określeniu powierzchni grzewczej wymiennika z ostatniego równania wybiera się opcję o podobnych charakterystykach z bazy rekuperatorów standardowych.

Ryż. 2

Opisane powyżej obliczenia miały charakter wstępny. Następnie rozpoczyna się najtrudniejszy i najdłuższy etap - obliczenia weryfikacyjne płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła. Obliczane są sekcje przepływu czynnika grzewczego i ogrzewanego, obliczana jest wytrzymałość wymiennika ciepła, zmieniany jest wzór przepływu mediów i wszystko jest przeliczane od nowa. Docelowo program określa współczynnik bezpieczeństwa powierzchni grzewczej.

Rezerwa ta jest niezbędna na wypadek nagłej zmiany obciążenia wymiennika ciepła (złej pracy pomp zasilających, tworzenia się osadów w rurach, konieczności zatkania części wiązki rur w celu naprawy). Na koniec program obliczy masę rekuperatora. Jest to wygodne - od razu jest praca dla budowniczych (wydawane jest zadanie dla fundamentów).

Program wykorzystuje metodę wielu iteracji do znajdowania optymalne opcje i wyświetla go w formie listy. Nawet jeśli nie odpowiada Ci żadna opcja typowego obwodu kondensatora, będziesz mieć w rękach obliczenia, które zawierają wszystkie dane do opracowania działającego projektu.

Wcześniej tę pracę wykonywano ręcznie, teraz możesz to zrobić, ale wybór zajmuje dużo czasu optymalny schemat nikt tego nie zrobi - wybiorą tego pierwszego, który przejdzie przez temperaturę. Po co więc męczyć się przez kilka dni, skoro program w dosłownie kilka minut poda Ci obliczenia płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła?

Płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła. Konstrukcja i zasada działania

Rozważmy wymiennik ciepła płaszczowo-rurowy, którego rysunek widzimy na rysunku 2. Opiszmy jego konstrukcję, przestrzegając kolejności montażu.

Ryż. 3

• Pomiędzy siatkami rurowymi spawane są rury z zamontowanymi na nich kratkami dystansowymi. Te ostatnie nie tylko dystansują rury wiązki, ale także sprawiają, że wymiennik ciepła jest wieloprzebiegowy, zwiększając sprawność cieplną jego obwodu. Ten projekt tworzy system rur rekuperator.
• Do obudowy przyspawane są dwie armatury – wlot i wylot medium. Kołnierze są przyspawane do końców obudowy.
• Przyłącza dopływu i odpływu medium przyspawane są do spodu rekuperatora. Kołnierze odpowiadające kołnierzom obudowy są spawane.
• System rur jest wkładany do obudowy. Arkusze rurowe są zaciskane pomiędzy kołnierzami dna a obudowy, uszczelniane uszczelkami i łączone za pomocą śrub lub kołków (patrz rys. 3). Umożliwia to łatwą naprawę wymienników płaszczowo-rurowych: poluzować połączenie kołnierzowe i usunąć wiązkę rur.

Czynnik grzewczy może krążyć w przestrzeni międzyrurowej lub może przepływać przez instalację rurową. Obydwa warianty schematu są równie prawdopodobne. Wszystko zależy od cechy fizyczneśrodowisko i łatwość montażu rurociągów zasilających. Schemat płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła jest uwzględniany w obliczeniach programu.

Kompensacja rozszerzalności cieplnej

Wymiennik płaszczowo-rurowy, którego zasada działania zawsze opiera się na przekazywaniu ciepła z czynnika grzewczego do czynnika ogrzewanego przez przegrodę, ma jeden punkt, który znacząco wpływa na jego konstrukcję. W przypadku, gdy temperatury czynnika grzewczego i ogrzewanego czynnika znacznie się różnią, projekt musi uwzględniać kompensację wydłużeń temperatur. Jeśli nie zostanie to zrobione, obudowa będzie rozszerzać się szybciej niż wiązka rurek (lub odwrotnie). Doprowadzi to do deformacji rur, co oznacza, że ​​naprawy są nieuniknione. Możliwe opcje rozwiązania pokazano na rys. 4

Ryż. 4

I i II - czynnik grzewczy i ogrzewany.

• 1 - obudowa rekuperatora.
• 2 - system rur.
• 3 - kompensator.
• 4 - głowica systemu rur.

a) Wymiennik ciepła z kompensatorem soczewkowym, do którego przyspawane są dwie niezależne części obudowy. Ta konstrukcja (obwód) jest odpowiednia tylko dla rekuperatorów z niskie temperatury i ciśnienie. Jeśli dostarczasz do niego chłodziwa o wysokich parametrach, nie da się uniknąć zatrzymania w celu naprawy (praca cienkiego kompensatora w takich warunkach jest niemożliwa). Płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła, którego rysunek pokazano na ryc. 2 dotyczy w szczególności soczewkowych wymienników ciepła.

b) Rekuperator z głowicą pływającą. Instalacja rurowa jest umieszczona tylko z jednej strony pomiędzy kołnierzami korpusu i pokrywą (na dole). Z drugiej strony końce rur są wspawane w oddzielną komorę (głowicę), która nie jest sztywno połączona z korpusem. W ten sposób wiązkę rurek i korpus można rozciągać niezależnie od siebie. Naprawa w tym przypadku nie będzie stanowić problemu - instalację rurową wyciąga się wraz z głowicą.

c) Wymiennik ciepła z rurkami Kształt U. Pokrywa, przez którą wchodzi czynnik grzewczy, jest podzielona przegrodą na dwie komory. Zasada wymiany ciepła: czynnik I wpływa do jednej komory i wzdłuż połowy rurek w kształcie U, przechodząc przez cały płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła, wraca do drugiej komory pokrywy wlotowej. Medium II wpływa jedną króćcem obudowy, krąży w przestrzeni międzyrurowej i wychodzi przez drugą dyszę. Obudowa i system rur rozszerzają się niezależnie od siebie.

Program obliczeniowy wymiennika płaszczowo-rurowego wymaga jasno sformułowanych danych wyjściowych. Aby rekuperator działał bezawaryjnie i zatrzymywał się na wypadek rzadkich napraw, potrzebny jest odpowiednio zdefiniowany obwód.

Istnieje kilka funkcji, które są bardzo ważne dla obliczeń. Ten:

• Prędkość chłodziwa. Zatem dla czynników ciekłych ω = 0,6...6 m/s, dla czynników gazowych ω = 3-30 m/s. Im wyższa prędkość, tym wyższa moc cieplna wymiennika ciepła. Ale jednocześnie wzrasta również zużycie energii (obciążenie) pompy zasilającej, która musi „przepychać” medium przez system. Najczęściej prędkości są celowo zaniżane.
• Wybierając średnicę i materiał wiązki rur, należy wziąć pod uwagę:
  • jakość wody (pary). Żużel i kamień zmniejszają wymianę ciepła i moc cieplną rekuperatora.
  • Jak gorsze warunki, w którym wymiennik ciepła będzie pracował, tym lepsza powinna być stal, z której będzie wykonany. Jeśli musisz myć kwasem, nie obejdzie się to bez stali nierdzewnej. Lepszy czas wydawać pieniądze na produkcję, zamiast stale zatrzymywać rekuperator w celu naprawy.
• Ograniczenia rozmiaru. Jego wymiary nie powinny przekraczać maksymalnych możliwych wymiarów transportowych.
• Łatwość konserwacji. Po zamontowaniu przed rekuperatorem musi być wystarczająco dużo miejsca, aby możliwa była naprawa wymienników płaszczowo-rurowych (wyjęcie instalacji rurowej z obudowy). Praca spawacza wymaga również dużego pola manewru. Jeśli nie jest to możliwe, wówczas projekt (obwód) pokazany na ryc. 5.
• Łatwość użycia. Jego konstrukcja powinna zapewniać swobodny dostęp do zaworów, urządzeń sterujących i kołnierzy.
• Technologia produkcji. Sama praca (technologia) i zakres materiałów narzucają pewne ograniczenia. Na przykład bardzo trudno będzie znaleźć arkusz o grubości 9 mm, podczas gdy 10 mm można kupić w dowolnej firmie. Wyprodukowanie wielu części jest kosztowne. Wskazana jest natychmiastowa zmiana takich elementów projektu. itp., itp.

Ryż. 5

Początkowo nieprawidłowe obliczenie rekuperatora i wybór niewłaściwego schematu to główne powody naprawy wymiennika ciepła. Program obliczeniowy wymienniki ciepła znacznie przyspieszy proces obliczeń i zmniejszy poziom błędu do zera. Prosty interfejs programu będzie zrozumiały nawet dla początkującego kalkulatora.

Płytowe wymienniki ciepła stosowane w zaopatrzeniu w ciepłą wodę, klimatyzację, systemy grzewcze domów prywatnych i przedsiębiorstw, w punktach i sieciach ciepłowniczych jako grzejniki, lodówki lub skraplacze. Wymienniki ciepła przeprowadzają wymianę ciepła między różnymi mediami, na przykład para-ciecz, para-gaz-ciecz, ciecz-ciecz, gaz-gaz. Ciepło przekazywane jest z gorącego ośrodka (chłodziwa) do zimnego.

Konstrukcyjnie wymienniki ciepła są rekuperacyjnym wymiennikiem ciepła z układem falistych, tłoczonych płyt, ściśle do siebie dociśniętych.

Standardowe rozmiary wymienników ciepła opisano w GOST 15518-87 „Płytowe wymienniki ciepła. Rodzaje, parametry i główne wymiary”.

Parametry techniczne stosowania płytowych wymienników ciepła:

• powierzchnia wymiany ciepła 1-800 m 2
• ciśnienie robocze- nie mniej niż 0,002 MPa
• temperatura czynnika roboczego - -70°С...+200°С

Zasada działania i konstrukcja płytowych wymienników ciepła

Czynnik chłodzący i ogrzany czynnik zbliżają się do siebie wzdłuż płytek złączonych w pakiet. Płytki w opakowaniu posiadają takie same rozmiary. Płytki umieszczone są względem siebie obrócone o 180°C. Pomiędzy obrobionymi pakietami z płytami umieszczonymi na ramie powstają kanały szczelinowe. Ciecze przemieszczają się tymi kanałami. W ten sposób następuje naprzemienność kanałów, przez które chłodziwo przemieszcza się w jednym kierunku, a ogrzane medium w drugim. Szczelność kanałów zapewnia gumowa uszczelka konturowa na każdej płycie. Uszczelkę montuje się w czterech rowkach: przez dwa rowki doprowadzane/odprowadzane są ciecze; pozostałe dwa otwory umożliwiają mieszanie dwóch cieczy o różnych temperaturach. W przypadku ewentualnego przebicia rowków wyciekająca ciecz wypływa przez rowki drenażowe.

Kręty ruch płynów powoduje turbulencje w przepływach. Intensywność wymiany ciepła wzrasta w wyniku różnicy temperatur w wyniku przeciwprądu dwóch różnych cieczy. Opór hydrauliczny jednocześnie dość niski. Tworzenie się kamienia podczas wymiany ciepła jest zminimalizowane poprzez zastosowanie materiałów odpornych na korozję (stal ocynkowana, tytan, aluminium) poddanych obróbce metodą tłoczenia na zimno. Uszczelki są tradycyjnie wykonane z polimerów na bazie gumy (naturalnej lub syntetycznej).

Rysunek płytowego wymiennika ciepła

1-płyta stała, 2-prowadnica górna, 3-płyta ruchoma, 4-stojak, pakiety 5, 6 płyt, 7-prowadnica dolna, 8-śruby ściągające

Rodzaje płytowych wymienników ciepła

Strukturalnie płytowe wymienniki ciepła występują w dwóch głównych typach:

1. uszczelkowe płytowe wymienniki ciepła
2. nierozłączne płytowe wymienniki ciepła (lutowane, spawane)

Najczęściej stosowane są uszczelkowe płytowe wymienniki ciepła, których konstrukcję opisano powyżej.

Płytowe wymienniki ciepła mogą być produkowane w kilku wersjach: jednociągowej, dwuciągowej, trójciągowej.

Ruch przepływu w jednociągowych, dwuciągowych i trzyciągowych wymiennikach ciepła

Zalety płytowych wymienników ciepła

• powierzchnia wymiany ciepła wynosi 99-99,8% całkowitej powierzchni wymiennika ciepła
• wysoki współczynnik przenikania ciepła
• wielokrotnego użytku
• łatwa instalacja, ponieważ elementy mocujące znajdują się po jednej stronie wymiennika ciepła
• możliwość zmiany szerokości i ilości kanałów w celu ograniczenia strat hydraulicznych
• możliwość zwiększenia powierzchni wymiany ciepła w celu zwiększenia wymiany ciepła poprzez zainstalowanie dodatkowych płyt

W zależności od sposobu przekazywania ciepła wyróżnia się dwie główne grupy wymienników ciepła:

1) wymienniki powierzchniowe, w których przekazywanie ciepła pomiędzy ośrodkami wymiany ciepła następuje poprzez oddzielającą je powierzchnię wymiany ciepła – ścianę pustą;

2) mieszanie wymienników ciepła, w których ciepło jest przekazywane z jednego medium do drugiego, gdy są one w bezpośrednim kontakcie.

Regeneracyjne wymienniki ciepła stosowane są znacznie rzadziej w przemyśle chemicznym, w którym nagrzewanie mediów ciekłych następuje w wyniku ich kontaktu z wcześniej nagrzanymi ciałami stałymi – dyszą wypełniającą aparat, okresowo podgrzewaną innym czynnikiem chłodzącym.

Powierzchniowe wymienniki ciepła są najpowszechniejsze, a ich konstrukcje są bardzo zróżnicowane. Poniżej omówiono typowe, w większości znormalizowane konstrukcje powierzchniowych wymienników ciepła i popularnych skraplaczy mieszających.

Technologia chemiczna wykorzystuje wymienniki ciepła wykonane z większości różne metale(stale węglowe i stopowe, miedź, tytan, tantal itp.), a także z materiałów niemetalicznych, takich jak grafit, teflon itp. O wyborze materiału decyduje przede wszystkim jego odporność na korozję i przewodność cieplna oraz Konstrukcja wymiennika ciepła w znacznym stopniu zależy od właściwości wybranego materiału.

Projekty wymienników ciepła powinny być proste, łatwe w montażu i naprawie. W niektórych przypadkach konstrukcja wymiennika ciepła musi zapewniać możliwie najmniejsze zanieczyszczenie powierzchni wymiany ciepła i być łatwo dostępna w celu kontroli i czyszczenia.

Rurowe wymienniki ciepła

Płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła. Te wymienniki ciepła należą do najczęściej stosowanych powierzchniowych wymienników ciepła. Na ryc. VSH-11 A przedstawia płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła o sztywnej konstrukcji, który składa się z obudowy lub obudowy 1, i przyspawane do niego arkusze rur 2. Wiązka rur jest zamocowana w arkuszach rur 3. Do blach sitowych mocowane są pokrywy (na uszczelkach i śrubach) 4.

W płaszczowo-rurowym wymienniku ciepła, jeden z mediów wymieniających ciepło I porusza się wewnątrz rur (w przestrzeni rurowej), a drugi II- w przestrzeni międzyrurowej.

Media są zwykle skierowane przeciwprądowo względem siebie. W tym przypadku nagrzany czynnik kierowany jest z dołu do góry, a czynnik oddający ciepło kierowany jest w przeciwnym kierunku. Ten kierunek ruchu każdego ośrodka pokrywa się z kierunkiem, w jakim to medium ma tendencję do przemieszczania się pod wpływem zmian jego gęstości podczas ogrzewania lub chłodzenia.

Ponadto przy wskazanych kierunkach ruchu mediów uzyskuje się bardziej równomierny rozkład prędkości i identyczne warunki wymiany ciepła na powierzchni przekroju poprzecznego aparatu. W przeciwnym razie, np. gdy zimniejsze (ogrzane) medium będzie dostarczane znad wymiennika ciepła, bardziej ogrzana część cieczy, będąc lżejsza, może gromadzić się w górnej części aparatu, tworząc strefy „stoju”.

Rury w kratach są zwykle równomiernie rozmieszczone wzdłuż obwodów sześciokątów foremnych, tj. Wzdłuż wierzchołków trójkątów równobocznych (ryc. VIII-12, a), rzadziej układa się je w koncentryczne okręgi (ryc. VIII-12, b).

W niektórych przypadkach, gdy konieczne jest zapewnienie wygodnego czyszczenia zewnętrznej powierzchni rur, umieszcza się je wzdłuż obwodu prostokątów (ryc. VIII-12, c). Wszystko te metody rozmieszczenie rur ma jeden cel - zapewnienie najbardziej kompaktowego rozmieszczenia wymaganej powierzchni wymiany ciepła wewnątrz aparatu. W większości przypadków największą zwartość osiąga się poprzez ułożenie rur wzdłuż obwodów regularnych sześciokątów.

Ryż. VIII-12. Metody umieszczania rur w wymiennikach ciepła:

a - wzdłuż obwodów regularnych sześciokątów; b - wzdłuż koncentrycznych okręgów;

V- po obwodzie prostokątów (układ korytarzowy)

Rury mocuje się w kratach najczęściej poprzez kielichowanie (Rys. VIII -13, A, b), a szczególnie mocne połączenie (niezbędne w przypadku pracy aparatu przy podwyższonych ciśnieniach) uzyskuje się poprzez wykonanie w blachach sitowych otworów z pierścieniowymi rowkami, które w procesie rozszerzania wypełniane są metalem rurowym (rys. VIII -13, B). Ponadto stosują mocowanie rur przez spawanie (ryc. VIII -13, c), jeśli nie można wyciągnąć materiału rury i dopuszczalne jest sztywne połączenie rur z blachą sitową, a także lutowanie (ryc. VIII - 13, d), stosowany głównie do łączenia rur miedzianych i mosiężnych. Sporadycznie stosuje się łączenie rur z siecią za pomocą uszczelek (ryc. VIII-13, D), umożliwiający swobodny ruch wzdłużny rur i możliwość ich szybkiej wymiany. Takie połączenie może znacznie zmniejszyć odkształcenie termiczne rur (patrz poniżej), ale jest złożone, drogie i niewystarczająco niezawodne.

Wymiennik ciepła pokazany na rys. VIII-11, A, jest jednokierunkowy. Przy stosunkowo małych natężeniach przepływu płynu prędkość jego ruchu w rurach takich wymienników ciepła jest niska, a zatem współczynniki przenikania ciepła są niskie. Aby zwiększyć tę ostatnią dla danej powierzchni wymiany ciepła, można zmniejszyć średnicę rur, odpowiednio zwiększając ich wysokość (długość). Jednak wymienniki ciepła o małej średnicy i znacznej wysokości są niewygodne w montażu, wymagają wysokich pomieszczeń i zwiększonego zużycia metalu do produkcji części nie biorących bezpośredniego udziału w wymianie ciepła (obudowa urządzenia). Dlatego bardziej racjonalne jest zwiększenie szybkości wymiany ciepła poprzez zastosowanie wielociągowych wymienników ciepła.

W wielociągowym wymienniku ciepła (ryc. VIII-11, B) obudowa 1, arkusze rurowe 2, wzmocnione w nich rury 3 i pokrywki 4 identyczne z tymi pokazanymi na rys. VIII-11, A. Za pomocą przegród poprzecznych 5 zamontowanych w pokrywach wymienników ciepła rury są podzielone na sekcje, czyli kanały, wzdłuż których sekwencyjnie przemieszcza się ciecz przepływająca w przestrzeni rurowej wymiennika ciepła. Zazwyczaj podział na przejścia odbywa się w taki sposób, aby wszystkie sekcje zawierały w przybliżeniu tę samą liczbę rur.

Ze względu na mniejsze całkowite pole przekroju poprzecznego rur umieszczonych w jednym odcinku w porównaniu do przekroju całej wiązki rur, prędkość płynu w przestrzeni rurowej wielociągowego wymiennika ciepła wzrasta (w stosunku do prędkości w jednociągowym wymienniku ciepła) o liczbę razy równą liczbie przejść. Zatem w czterociągowym wymienniku ciepła (ryc. VIII-11, b) prędkość w rurach, przy wszystkich innych czynnikach równych, jest czterokrotnie większa niż w wymienniku jednoprzebiegowym. Aby zwiększyć prędkość i wydłużyć drogę ruchu ośrodka w pierścieniu (ryc. VIII-11, B) pełnić funkcję przegród segmentowych 6. W wymiennikach poziomych przegrody te stanowią jednocześnie podporę pośrednią dla wiązki rur.

Wzrostowi intensywności wymiany ciepła w wielociągowych wymiennikach ciepła towarzyszy wzrost oporów hydraulicznych i bardziej złożona konstrukcja wymiennika ciepła. Narzuca to wybór ekonomicznie wykonalnej prędkości, określonej liczbą skoków wymiennika ciepła, która zwykle nie przekracza 5-6. Wieloprzebiegowe wymienniki ciepła działają na zasadzie prądu mieszanego, co jak wiadomo prowadzi do nieznacznego zmniejszenia siły napędowej wymiany ciepła w porównaniu do czysto przeciwprądowego ruchu mediów biorących udział w wymianie ciepła. W jednociągowych, a zwłaszcza wielociągowych wymiennikach ciepła, przenoszenie ciepła może ulec pogorszeniu w wyniku uwolnienia powietrza i innych nieskraplających się gazów rozpuszczonych w cieczy (lub parze). W celu ich okresowego demontażu w górnej części obudowy wymiennika ciepła montuje się kurki odpowietrzające.

Wymienniki ciepła jedno i wielociągowe mogą być pionowe lub poziome. Pionowe wymienniki ciepła są łatwiejsze w obsłudze i zajmują mniejszą powierzchnię produkcyjną. Poziome wymienniki ciepła są zwykle wykonane wielociągowo i pracują przy dużych prędkościach mediów biorących udział w wymianie ciepła, aby zminimalizować rozwarstwienie cieczy na skutek różnicy ich temperatur i gęstości, a także wyeliminować powstawanie stref zastoju .

Jeżeli średnia różnica temperatur pomiędzy rurami i obudową w wymiennikach ciepła o sztywnej konstrukcji, to znaczy z nieruchomymi ścianami rurowymi przyspawanymi do korpusu, stanie się znacząca (w przybliżeniu równa lub większa niż 50 ° C), wówczas rury i osłona wydłużać się nierównomiernie. Powoduje to znaczne naprężenia w rurach

Ryż. VIII-14. Wymienniki płaszczowo-rurowe z kompensacją

urządzenia:

A - z kompensatorem obiektywu; b - z pływającą głową; c - z rurami w kształcie litery U;

1 - kompensator; 2 - ruchomy arkusz rurowy; 3 - Rury w kształcie litery U.

kraty, mogą zakłócić szczelność połączenia rur z kratami, doprowadzić do zniszczenia spawów i niedopuszczalnego wymieszania mediów wymieniających ciepło. Dlatego też, gdy różnica temperatur pomiędzy rurą a płaszczem jest większa niż 50°C lub gdy rury mają znaczną długość, stosuje się wymienniki płaszczowo-rurowe o konstrukcji niesztywnej, umożliwiającej pewne ruchy rury rury względem obudowy aparatu.

Aby ograniczyć odkształcenia temperaturowe spowodowane dużą różnicą temperatur pomiędzy rurami a płaszczem, znaczną długością rur, a także różnicą w materiale rur i płaszcza, wymienniki płaszczowo-rurowe z pełnym -stosuje się jeden kompensator (ryc. VIII-14, a), który ma kompensator soczewki 1, podlegający odkształceniu sprężystemu. Konstrukcja ta jest prosta, ale ma zastosowanie przy małych nadciśnieniach w pierścieniu, zwykle nieprzekraczających 6 10 6 N/m 2 (6 Na).

Jeżeli konieczne jest zapewnienie dużych ruchów rur i płaszcza, stosuje się wymiennik ciepła z głowicą pływającą (ryc. VIII-14, B). Dolny arkusz rurowy 2 jest ruchoma, co pozwala na swobodne przemieszczanie się całej wiązki rur niezależnie od korpusu urządzenia. Zapobiega to niebezpiecznym odkształceniom temperaturowym rur i zakłóceniu szczelności ich połączenia z sitami. Jednakże w tym przypadku kompensację rozszerzalności temperaturowej osiąga się poprzez bardziej złożoną i cięższą konstrukcję wymiennika ciepła.

W płaszczowo-rurowym wymienniku ciepła z rurami w kształcie litery U (ryc. VIII-14, c) same rury 3 pełnić funkcję urządzeń kompensacyjnych. Jednocześnie konstrukcja aparatu, który ma tylko jeden nieruchomy arkusz rurowy, jest uproszczona i uproszczona. Zewnętrzną powierzchnię rur można łatwo oczyścić, wyjmując całą rurę z korpusu aparatu. Ponadto w wymiennikach ciepła tej konstrukcji, które są dwu- lub wielociągowe, osiąga się dość intensywną wymianę ciepła. Wady wymienników ciepła z rurami w kształcie litery U: trudność w czyszczeniu wewnętrznej powierzchni rur, trudność w umieszczeniu dużej liczby rur w blasze sitowej.

Stalowe wymienniki ciepła płaszczowo-rurowe są znormalizowane zgodnie z GOST 9929-67.

W W przemyśle chemicznym stosuje się także wymienniki ciepła z rurami podwójnymi (ryc. VIII-15). Po jednej stronie aparatu znajdują się dwie siatki rurowe, a wiązka rur jest zamocowana w siatce 1 2 o mniejszej średnicy, otwarte na obu końcach i w siatce 3 - rury 4 większa średnica z zamkniętymi lewymi końcami, montowana koncentrycznie względem rur 2. Środa I przemieszcza się wzdłuż pierścieniowych przestrzeni pomiędzy rurami 2 I 4 i jest usuwany rurami z przestrzeni międzyrurowej wymiennika ciepła 2. Inne środowisko II przemieszcza się z góry na dół wzdłuż przestrzeni międzyrurowej obudowy wymiennika ciepła, myjąc rury 4 poza. W wymiennikach ciepła tej konstrukcji rury mogą wydłużać się pod wpływem temperatury, niezależnie od korpusu wymiennika ciepła.

Elementarne wymienniki ciepła. Aby zwiększyć prędkość ruchu ośrodka w pierścieniu bez stosowania przegród utrudniających czyszczenie aparatu, stosuje się elementarne wymienniki ciepła. Każdy element takiego wymiennika ciepła jest prostym wymiennikiem płaszczowo-rurowym. Ogrzane i ochłodzone media przechodzą kolejno przez oddzielne elementy składające się z wiązki rur w osłonie o małej średnicy. Wymiennik ciepła składający się z takich elementów (przepustów) pozwala na znaczne nadciśnienie w przestrzeni międzyrurowej; można to uznać za modyfikację wielociągowego wymiennika płaszczowo-rurowego.

W elementarnych wymiennikach ciepła wzajemny ruch mediów zbliża się do efektywnego schematu czystego przeciwprądu. Jednak ze względu na podział całkowitej powierzchni wymiany ciepła na poszczególne elementy, konstrukcja staje się bardziej skomplikowana i wzrasta koszt wymiennika ciepła.

Dwururowe wymienniki ciepła. Wymienniki ciepła tej konstrukcji, zwane także wymiennikami ciepła rura w rurze, składają się z kilku połączonych szeregowo elementów rurowych, utworzonych przez dwie ułożone koncentrycznie rury (rys. VIII-16). Jeden płyn chłodzący przepływa przez wewnętrzne rury 1 , a drugi - wzdłuż pierścieniowej szczeliny między wewnętrzną 1 a zewnętrzną 2 kobza. Rury wewnętrzne (zwykle o średnicy 57-108 mm) są połączone rolkami 3 i rurami zewnętrznymi o średnicy 76-159 mm,- rury 4.

Ryż. VIII-16. Dwururowy wymiennik ciepła: 1 - rury wewnętrzne;

2 - rury zewnętrzne; 3 - kalach; 4 - gałąź rury.

Ze względu na małe przekroje rur i przestrzeni międzyrurowych w dwururowych wymiennikach ciepła, nawet przy małych przepływach, osiągane są dość duże prędkości płynu, zwykle rzędu 1-1,5 m/s. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie wyższych współczynników przenikania ciepła i osiągnięcie większych obciążeń cieplnych na jednostkę masy aparatu niż w wymiennikach płaszczowo-rurowych. Ponadto wraz ze wzrostem prędkości chłodziwa maleje możliwość osadzania się zanieczyszczeń na powierzchni wymiany ciepła.

Jednocześnie te wymienniki ciepła są bardziej nieporęczne niż wymienniki płaszczowo-rurowe i wymagają większego zużycia metalu na jednostkę powierzchni wymiany ciepła, którą w urządzeniach tego typu tworzą jedynie rury wewnętrzne.

Dwururowe wymienniki ciepła mogą działać wydajnie przy niskich natężeniach przepływu chłodziwa, a także przy wysokich ciśnieniach.

Jeśli wymagana jest duża powierzchnia wymiany ciepła, urządzenia te składają się z kilku równoległych sekcji.