V trhovej ekonomike ju možno považovať za jeden z hlavných faktorov, ktoré priamo ovplyvňujú stanovenie stratégie technologického prevybavenia resp. technické re-vybavenie akýkoľvek podnik. Spoľahlivosť, efektívnosť, dostupnosť záruky a služby dnes sú základné prvky, na ktorej je založený ekonomický úspech a prosperita všetkých účastníkov ekonomických vzťahov.
Pri nákupe nových typov zariadení sa každá organizácia riadi predovšetkým vyššie uvedenými kritériami. Vysokokvalitné rúrkové výmenníky tepla sú práve takým efektívnym a ekonomickým zariadením. Dnes už nie je pochýb o význame týchto zariadení pre podniky akéhokoľvek profilu a zamerania. V súčasnosti sú najviac rúrkové výmenníky tepla široké uplatnenie nachádza sa v petrochemickom, chemickom a potravinársky priemysel, v oblasti bývania a komunálnych služieb a energetiky.
Viditeľnosť a jasnosť takýchto nových technických a ekonomických riešení, ktoré majú mnoho výhod v porovnaní so zastaranými typmi zariadení, v v poslednej dobe prilákať stále viac podnikov z rôznych odvetví národného hospodárstva. Plášťové výmenníky totiž dokážu výrazne znížiť spotrebu tepelných zdrojov, čo sa priaznivo prejaví na cene výroby a následne aj na jej konečnej cene. A to je v modernej ekonomickej realite s podmienkami tvrdej konkurencie mimoriadne dôležité.
Plášťové výmenníky tepla sú zariadenia, v ktorých dochádza k procesu výmeny tepla medzi rôznymi pracovnými médiami (bez ohľadu na ich technologickú špecifikáciu a energetický účel). Takéto zariadenia spravidla vykonávajú funkcie ohrievačov, výparníkov, kondenzátorov, pasterizátorov, odvzdušňovačov, ekonomizérov atď.
Plášťové a rúrkové výmenníky tepla môžu mať mimoriadne rôznorodý technologický účel a môžu byť použité pri výrobe širokej škály profilov. Rozsah ich aplikácií je dnes neobvykle široký. Plášťový výmenník tepla, ktorého hlavnými konštrukčnými prvkami sú zväzky rúrok s mriežkami, puzdrom, dýzami a krytmi, možno použiť ako celok, v ktorom je prenos tepelnej energie hlavným technologickým procesom, resp. reaktor, v ktorom má výmena tepla výlučne pomocný charakter.
Princíp činnosti rúrkových výmenníkov tepla je založený na procese prenosu tepla z média pohybujúceho sa vysokou rýchlosťou vo vnútri rúr s malým priemerom do média cirkulujúceho v plášti. Aby sa zvýšilo zintenzívnenie procesu výmeny tepla, takéto jednotky sú často vybavené špeciálnymi priečkami v potrubných a medzirúrkových priestoroch.
Plášťové a rúrkové výmenníky tepla môžu mať vertikálnu, horizontálnu alebo šikmú priestorovú orientáciu (v závislosti od požiadaviek a v súlade s jednoduchosťou inštalácie). Takéto jednotky sú plnohodnotnou alternatívou k doskovým výmenníkom, v porovnaní s ktorými majú síce nižšiu účinnosť prenosu energie, no vyznačujú sa relatívnou jednoduchosťou konštrukcie, ako aj nízkou cenou, ktorá môže byť rozhodujúcim argumentom pri výbere. takéto vybavenie.
Plášťové a rúrkové výmenníky tepla sú plošné výmenníky tepla rekuperačného typu. Široká distribúcia týchto zariadení je spôsobená predovšetkým spoľahlivosťou konštrukcie a veľkým rozsahom konštrukčných možností pre rôzne prevádzkové podmienky:
Jednofázové toky, varenie a kondenzácia;
Vertikálne a horizontálne prevedenie;
Široký rozsah tlakov chladiacej kvapaliny, od vákua po 8,0 MPa;
Plochy tepelnej výmeny sa pohybujú od malých (1 m2) až po extrémne veľké (1000 m2 alebo viac);
Možnosť použitia rôznych materiálov v súlade s požiadavkami na cenu zariadení, agresivitu, teplotné podmienky a tlak chladiacej kvapaliny;
Použitie rôznych teplovýmenných povrchových profilov vo vnútri aj mimo rúr a rôznych turbulátorov;
Možnosť vybratia potrubného zväzku na čistenie a opravu.
Rozlišovať nasledujúce typy shell-and-tube výmenníky tepla:
Výmenníky tepla s pevnými rúrkami (výmenníky tepla s pevnými rúrkami);
Výmenníky tepla s pevnými trubicovými doskami a šošovkovým kompenzátorom na plášti;
Výmenníky tepla s plávajúcou hlavou;
Výmenníky tepla s rúrkami v tvare U.
Plášťové výmenníky tepla s pevnými trubkovnicami sa vyznačujú jednoduchou konštrukciou a tým aj nižšou cenou (obr. 1).
Ryža. 1.Plášťový a rúrkový výmenník tepla s pevnými rúrkovými doskami:
1 - distribučná komora; 2 - puzdro; 3 - potrubie na výmenu tepla; 4 - priečna priečka; 5 - rúrková mriežka; 6 - kryt zadného krytu; 7 - podpora; 8- diaľková trubica; 9-tvarovky; 10-prepážka v distribučnej komore; 11 - nárazník
Rúrkový výmenník tepla je zväzok teplovýmenných rúrok umiestnených vo valcovom kryte (plášte). Jedna z chladiacich kvapalín sa pohybuje vo vnútri teplovýmenných rúrok a druhá umýva vonkajší povrch rúrok. Konce rúr sú zaistené valcovaním, zváraním alebo spájkovaním do rúrok. Priečky sú inštalované v plášti výmenníka tepla pomocou dištančných rúrok. Prepážky podporujú potrubie pred priehybom a organizujú tok chladiacej kvapaliny v priestore medzi potrubím, čím sa zintenzívňuje prenos tepla. K plášťu výmenníka tepla sú privarené armatúry, ktoré umožňujú chladiacej kvapaline vstupovať a vystupovať z medzirúrkového priestoru. V niektorých prípadoch sú na vstupe chladiacej kvapaliny do medzikružia inštalované nárazníky, ktoré sú potrebné na zníženie vibrácií potrubného zväzku, rovnomerné rozloženie toku chladiacej kvapaliny v medzikruží a zníženie erózie potrubia najbližšie k vstupnej armatúre. Na plášť výmenníka je prírubovým spojom pripevnená rozvodná komora a zadný kryt s armatúrami pre vstup a výstup produktu z potrubného priestoru.
V závislosti od umiestnenia rúrok na výmenu tepla sa rozlišujú výmenníky tepla horizontálneho a vertikálneho typu.
V závislosti od počtu prepážok v rozvádzacej komore a zadnom kryte sa rúrkové výmenníky v rúrkovom priestore delia na jednopriechodové, dvojpriechodové a viacpriechodové.
V závislosti od počtu pozdĺžnych priečok inštalovaných v medzikruží sa rúrkové výmenníky tepla delia na jednopriechodové a viacpriechodové v medzikruží.
Výmenníky tepla s pevnými rúrkovnicami sa používajú, ak maximálny rozdiel teplôt chladiva nepresahuje 80 0 C a pri relatívne krátkej dĺžke zariadenia. Tieto obmedzenia sú vysvetlené teplotnými napätiami, ktoré vznikajú v plášti a v teplovýmenných rúrach, ktoré môžu narušiť tesnosť konštrukcie zariadenia.
Na čiastočnú kompenzáciu teplotných napätí v plášti a v teplovýmenných rúrach sa používajú špeciálne flexibilné prvky (expandéry, kompenzátory) inštalované na plášti zariadenia. Takéto výmenníky tepla sa nazývajú výmenníky tepla s teplotný kompenzátor na plášti (obr. 2) .
Ryža. 2. Vertikálny rúrkový výmenník tepla s pevnými rúrkami a teplotným kompenzátorom na plášti:
1-rozvodná komora; 2 - rúrkové plechy; 3 - kompenzátor; 4 - puzdro; 5 - podpora; 6 - potrubie na výmenu tepla; 7 - priečna priečka; 8 - kryt zadného krytu; 9 - diaľková trubica; 10 - armatúry
V zariadeniach tohto typu sa používajú jedno- a viacprvkové šošovkové kompenzátory.
Plášťové výmenníky tepla s plávajúcou hlavou (s pohyblivým rúrkovnicovým plechom) sú najbežnejším typom rúrkových výmenníkov tepla (obr. 3). Pohyblivý rúrkový plech umožňuje zväzku rúrok voľne sa pohybovať nezávisle od puzdra, čo výrazne znižuje tepelné namáhanie v puzdre aj v teplovýmenných rúrkach.
Ryža. 3.Plášťový a rúrkový výmenník tepla s plávajúcou hlavou:
1 - kryt distribučnej komory; 2 - distribučná komora; 3 - pevný rúrkový plech; 4 - puzdro; 5 - potrubie na výmenu tepla; 6 - priečna priečka; 7 - pohyblivý rúrkový plech; 8 - kryt zadného krytu; 9 - plávajúci kryt hlavy; 10 - podpora; 11-valcový držiak zväzku rúrok
Výmenníky tepla tohto typu vykonávané dvoma alebo štyrmi ťahmi cez priestor potrubia.
Zariadenia s plávajúcou hlavou sa najčastejšie vyrábajú s jedným prechodom v prstencovom priestore. V zariadeniach s dvoma priechodmi je v medzitrubkovom priestore inštalovaná pozdĺžna priečka.
Plášťové a rúrkové výmenníky tepla s rúrkami v tvare U (obr. 4) majú jednu rúrkovnicu, do ktorej sú zrolované oba konce rúrok v tvare U. Absencia iných pevných spojení medzi teplovýmennými rúrkami v tvare U a plášťom zaisťuje voľné predĺženie rúrok pri zmene ich teploty. Výhodou výmenníkov s rúrkami v tvare U je navyše absencia rozoberateľného spojenia vo vnútri plášťa (na rozdiel od výmenníkov s plávajúcou hlavou), čo umožňuje ich úspešné použitie v vysoký krvný tlak chladiace kvapaliny pohybujúce sa v priestore potrubia. Nevýhodou takýchto zariadení je náročnosť čistenia vnútorných a vonkajších povrchov potrubí, v dôsledku čoho sa používajú hlavne na čisté výrobky.
Ryža. 4. Plášťový a rúrkový výmenník tepla s teplovýmennými rúrkami v tvare U:
1 - distribučná komora; 2-rúrková mriežka; 3 - puzdro; 4 - potrubie na výmenu tepla; 5 - priečna priečka; 6 - kryt puzdra; 7 - podpora; 8-valcový držiak zväzku rúrok
Účinnosť rúrkových výmenníkov tepla sa zvyšuje so zvyšujúcou sa rýchlosťou prúdenia chladiacej kvapaliny a stupňom ich turbulizácie. Pre zvýšenie rýchlosti prúdenia v medzirúrkovom priestore a ich turbulizáciu, zlepšenie kvality umývania teplovýmennej plochy sú v medzirúrkovom priestore rúrkových výmenníkov inštalované špeciálne priečne priečky. Pôsobia tiež ako podpery pre rúrkový zväzok, upevňujú rúry v danej polohe a znižujú vibrácie rúr.
Na obr. Obrázok 5 znázorňuje priečne priečky rôznych typov. Najrozšírenejšie sú segmentové priečky (obr. 5a).
Ryža. 5. Priečne priečky trubicových zariadení:
a - so segmentovým výrezom; b - so sektorovým výrezom; c - priečky „disc-ring“; g - so štrbinovým výrezom; d - "pevné"
Priečne prepážky so sektorovým výrezom (obr. 5b) sú vybavené dodatočnou pozdĺžnou prepážkou rovnajúcou sa výške polovice vnútorného priemeru skrine prístroja. Sektorový výrez s plochou rovnajúcou sa štvrtine prierezu zariadenia je umiestnený v susedných priečkach v šachovnicovom vzore. V tomto prípade sa chladiaca kvapalina v medzirúrkovom priestore otáča buď v smere alebo proti smeru hodinových ručičiek.
Zariadenia s „pevnými“ priečkami (obr. 5d ) Zvyčajne sa používa pre čisté kvapaliny. V tomto prípade kvapalina preteká cez prstencovú medzeru medzi teplovýmennými rúrkami a otvormi v priečkach.
Na zvýšenie tepelného výkonu výmenníkov tepla s konštantnými dĺžkami rúrok a rozmermi výmenníkov tepla sa na vonkajšom povrchu teplovýmenných rúrok používajú rebrá. Finned teplovýmenné potrubia sa používajú v prípadoch, keď je ťažké zabezpečiť vysoký koeficient prestupu tepla z jedného z chladív (plynné chladivo, viskózna kvapalina, laminárne prúdenie atď.). Na obr. 6 znázorňuje možnosti vonkajších rebier teplovýmenných rúrok.
Ryža. 6. Rebrované rúry:
a - so zváranými rebrami „korýtkovitého tvaru“; b-s valcovanými rebrami; c - so skrutkovými ryhovanými rebrami; g-s vytlačenými rebrami; d - s navarenými šidlovitými rebrami
Na zintenzívnenie prenosu tepla v potrubnom priestore sa používajú metódy ovplyvňovania prúdenia pomocou zariadení, ktoré turbulizujú chladivo v teplovýmenných potrubiach. Na tento účel sa používajú rôzne druhy turbulizačné vložky, ktorých konštrukčné možnosti sú na obr. 7.
Ryža. 7. Potrubie na výmenu tepla s turbulátormi:
a - skrutkové víriče; b - víriče pásky; c - membránové rúry so zvislými drážkami; g - membránové rúry so šikmými drážkami; d - drôtené turbulátory; e-turbulizačné vložky
V rúrkových výmenníkoch tepla je chladivo vstupujúce do medzirúrkového priestoru rozdelené do niekoľkých prúdov v dôsledku konštrukčných prvkov (obr. 8):
A – hlavný priečny tok;
B – zateká v trhlinách medzi otvormi v priečnych priečkach a teplovýmennými rúrkami;
C – preteká medzi okrajmi priečok a plášťom;
D – obtokový prietok cez medzeru medzi zväzkom rúr a plášťom.
Rozdelenie prúdu chladiva vstupujúceho do medzikružia do viacerých prúdov výrazne komplikuje hydrodynamický obraz pohybu chladiva v porovnaní s priečnym prúdením potrubných zväzkov a má výrazný vplyv na prenos tepla konvekciou aj na pokles tlaku chladiva. Rozloženie prietokov v medzirúrkovom priestore závisí od konštrukčných charakteristík výmenníka tepla, ktorých optimalizácia je hlavnou úlohou pri vytváraní nových výmenníkov tepla.
Ryža. 8. Schéma prúdenia chladiacej kvapaliny v medzirúrkovom priestore rúrkového výmenníka tepla:
A - hlavný priečny tok; B - tečie v medzerách medzi otvormi v priečkach a rúrach C - tečie medzi okrajom prepážky a plášťom D - obtokový tok cez medzeru medzi zväzkom rúr a plášťom;
Je potrebné vziať do úvahy rozloženie tokov chladiacej kvapaliny v medzikruží, pretože inak sú možné značné chyby pri určovaní priemerného koeficientu prestupu tepla a pokles tlaku chladiacej kvapaliny p, ktorá sa môže pohybovať od 50 do 150 %.
V závislosti od dokonalosti vyhotovenia výmenníka sa mení aj rozloženie prietokov v medzirúrkovom priestore. V režime turbulentného prúdenia hlavný prúd (A) nepresahuje 40 % celkového prietoku chladiacej kvapaliny a pri laminárnom prúdení – 25 %.
Plášťové a rúrkové výmenníky tepla patria medzi najčastejšie. Používajú sa v priemysle a doprave ako ohrievače, kondenzátory, chladiče, pre rôzne kvapalné a plynné médiá. Hlavné prvkov plášťový a rúrkový výmenník tepla sú: plášť (skriňa), zväzok rúrok, kryty komôr, potrubia, uzatváracie a regulačné ventily, ovládacie zariadenia, podpery, rám. Plášť zariadenia je zvarený vo forme valca zvyčajne z jedného alebo viacerých oceľové plechy. Hrúbka steny plášťa je určená maximálnym tlakom pracovného média v medzikruží a priemerom prístroja. Dná komôr môžu byť guľovité zvárané, elipsovité razené a menej obyčajne ploché. Hrúbka dna by nemala byť menšia ako hrúbka trupu. Na valcové okraje plášťa sú privarené príruby na spojenie s krytmi alebo dnami. V závislosti od umiestnenia zariadenia vzhľadom na podlahu miestnosti (vertikálne, horizontálne) musia byť k telu privarené príslušné podpery. Výhodné je vertikálne usporiadanie krytu a celého výmenníka tepla, pretože v tomto prípade je plocha, ktorú zariadenie zaberá, zmenšená a jeho umiestnenie v pracovni je výhodnejšie.
Rúrkový zväzok výmenníka je možné zostaviť z hladkých oceľových bezšvíkových, mosadzných alebo medených rúr rovných alebo tvaru U a W s priemerom od niekoľkých milimetrov do 57 mm a dĺžkou od niekoľkých centimetrov do 6-9 m s telom priemer do 1,4 m alebo viac . Zavádzajú sa vzorky rúrkových a sekčných výmenníkov tepla s nízkymi vrúbkovanými pozdĺžnymi, radiálnymi a špirálovými rebrami, najmä v chladiarenskej technike a doprave. Výška pozdĺžneho rebra nepresahuje 12-25 mm a výška výstupku valcovaných rúr je 1,5-3,0 mm so 600-800 rebrami na 1 m dĺžky. Vonkajší priemer rúrok s nízkoradiálnymi (roll-on) rebrami sa len málo líši od priemeru hladkých rúr, aj keď sa povrch prenosu tepla zväčšuje 1,5-2,5 krát. Tvar takejto teplovýmennej plochy zabezpečuje vysokú tepelnú účinnosť zariadenia v pracovných prostrediach s rôznymi termofyzikálnymi vlastnosťami.
V závislosti od prevedenia zväzku sa hladké aj valcované rúry upevňujú v jedno alebo dvojrúrkových mriežkach lemovaním, lemovaním, zváraním, spájkovaním alebo upchávkovými spojmi. Zo všetkých uvedených metód sa menej často používajú zložitejšie a drahšie tesnenia upchávky, ktoré umožňujú pozdĺžny pohyb rúrok počas tepelného predlžovania.
Ukladanie rúr do rúrok(obr. 2.2) možno vykonávať niekoľkými spôsobmi: po stranách a vrcholoch pravidelných šesťuholníkov (šachovnica), po stranách a vrcholoch štvorcov (chodba), po sústredných kružniciach a po stranách a vrcholoch šesťuholníkov s uhlopriečkou posunuté o uhol β. Väčšinou sú rúry umiestnené rovnomerne po celej ploche mriežky po stranách a vrcholoch pravidelných šesťuholníkov. V zariadeniach určených na prevádzku s kontaminovanými kvapalinami sa často používa pravouhlé umiestnenie potrubia, aby sa uľahčilo čistenie priestoru medzi rúrkami.
Ryža. 2.2 - Spôsoby upevnenia a uloženia rúr do rúrok: a - lemovaním; b - rozšírenie s lemovaním; c - rozširujúce sa v pohároch s drážkami; g a e - zváranie; e - pomocou olejového tesnenia; 1 - po stranách a vrcholoch pravidelných šesťuholníkov (trojuholníkov); 2 - pozdĺž sústredných kruhov; 3 - pozdĺž strán a vrchov štvorcov; 4 - po stranách a vrcholoch šesťuholníkov s uhlopriečkou posunutou o uhol β
IN horizontálne rúrkové výmenníky tepla-kondenzátory s cieľom znížiť tepelný odpor na vonkajšom povrchu rúr, spôsobeným filmom kondenzátu, sa odporúča umiestniť rúry na boky a vrcholy šesťuholníka s uhlopriečkou posunutou o uhol β, pričom v medzirúrkovom priestore ponechajú voľné priechody pre paru.
Niektoré možnosti usporiadania zväzkov rúrok v puzdre sú znázornené na (obr. 2.3). Ak sú obe mriežky zväzku priamych rúrok upnuté medzi hornou a dolnou prírubou telesa a krytmi, potom bude mať takéto zariadenie pevnú štruktúru (obr. 2.3, a, b). Pevné výmenníky tepla sa používajú, keď je teplotný rozdiel medzi telesom a rúrkami relatívne malý (približne 25-30 °C) a za predpokladu, že teleso a rúrky sú vyrobené z materiálov s podobnými hodnotami ich koeficientov predĺženia. Pri návrhu zariadenia je potrebné vypočítať napätia vznikajúce v dôsledku tepelného predĺženia rúrok v rúrkovnici, najmä v mieste spojenia rúr a mriežky. Na základe týchto napätí sa v každom konkrétnom prípade určí vhodnosť alebo nevhodnosť zariadenia tuhej konštrukcie. Možné možnosti rúrkové výmenníky tepla flexibilnej konštrukcie sú zobrazené aj na (obr. 2.3, c, d, e, f).
Ryža. 2.3 - Schémy rúrkových výmenníkov tepla: a - s pevným upevnením rúrok so segmentovými priečkami; b - s pevným upevnením rúrok s prstencovými priečkami; c - s kompenzátorom šošovky na tele; g - s rúrkami v tvare U; d - s dvojitými rúrkami (potrubie v potrubí); e - s „plávajúcim“ fotoaparátom uzavretý typ; 1 - valcové telo; 2 - potrubia; 3 - rúrkový plech; 4 - horná a dolná komora; 5, 6, 9 - segmentové, prstencové a pozdĺžne priečky v prstencovom priestore; 7 - kompenzátor šošovky; 8 - priečka v komore; 10 - vnútorné potrubie; 11 - vonkajšie potrubie; 12 - „plávajúca“ kamera
IN rúrkový výmenník tepla so šošovkovým kompenzátorom na kryte(Obr. 2.3, c) tepelná rozťažnosť sú kompenzované axiálnym stlačením alebo ťahom tohto kompenzátora. Odporúča sa používať takéto zariadenia, keď pretlak v medzikruží nie je vyšší ako 2,5 10 5 Pa a keď je kompenzátor deformovaný maximálne o 10-15 mm,
IN výmenníky tepla v tvare U(obr. 2.3, d), ako aj pri rúrkach tvaru W sú oba konce rúrok upevnené v jednej (zvyčajne v hornej) rúrkovnici. Každá z rúrok zväzku môže byť voľne predĺžená bez ohľadu na predĺženie iných rúrok a prvkov zariadenia. Zároveň nevzniká žiadne napätie v spojoch rúr s rúrovnicou a pri spojení rúrkovnice s telesom. Tieto výmenníky tepla sú vhodné na prevádzku pri vysoké tlaky chladiace kvapaliny. Zariadenia s ohnutými rúrami však nemožno považovať za najlepšie kvôli náročnosti výroby rúr s rôznymi polomermi ohybu, náročnosti výmeny a nepohodlnosti čistenia ohnutých rúr.
Navyše za prevádzkových podmienok pri rovnomerné rozloženie chladiaca kvapalina na vstupe do potrubí bude mať nerovnakú teplotu tejto chladiacej kvapaliny na výstupe z nich v dôsledku rôznych oblastiach teplovýmenné plochy týchto potrubí.
IN rúrkové výmenníky tepla s dvojitými rúrkami(obr. 2.3, e) každý prvok pozostáva z dvoch rúrok: vonkajšieho - s uzavretým spodným koncom a vnútorného - s otvoreným koncom. Horný koniec vnútorná trubica menšie priemery sú zaistené rozšírením alebo zváraním v hornej rúrkovnici a rúre väčší priemer- v spodnej rúrkovnici. Za takýchto inštalačných podmienok sa môže každý z prvkov, pozostávajúci z dvoch rúrok, voľne vysúvať bez výskytu tepelného namáhania. Ohrievané médium sa pohybuje cez vnútorné potrubie, potom cez prstencový kanál medzi vonkajším a vnútorným potrubím. Tepelný tok z vykurovacieho média do ohrievaného média sa prenáša cez stenu vonkajšie potrubie. Okrem toho sa na procese prenosu tepla podieľa aj povrch vnútornej rúry, pretože teplota ohrievaného média v prstencovom kanáli je vyššia ako teplota rovnakého média vo vnútornej rúre.
IN rúrkový výmenník tepla s uzavretou „plávajúcou“ komorou(obr. 2.3, e) zväzok rúrok je zostavený z priamych rúrok spojených dvoma rúrovnicami. Horná mriežka je upnutá medzi hornú prírubu krytu a prírubu horná komora. Spodná rúrková doska nie je spojená s puzdrom, môže sa spolu so spodnou komorou vnútrorúrkového priestoru voľne pohybovať pozdĺž osi výmenníka tepla. Tieto výmenníky tepla sú pokročilejšie ako iné netuhé zariadenia. Určité zvýšenie nákladov na zariadenie v dôsledku zväčšenia priemeru telesa v oblasti „plávajúcej“ komory a z dôvodu potreby výroby dodatočného krytu je odôvodnené jednoduchosťou a spoľahlivosťou prevádzky. Zariadenia môžu byť vertikálne a horizontálne.
Iné typy výmenníkov tepla s kompenzáciou tepelného predĺženia, ako napríklad s vlnovcovým kompenzátorom na hornom odbočnom potrubí, ktorý odvádza (privádza) chladivo z vnútrorúrkového priestoru, s upchávkovým tesnením horného odbočného potrubia resp. trubkovnice a pod. z dôvodu zložitosti výroby, nízkej prevádzkovej spoľahlivosti a nízkych prípustných tlakov chladiacej kvapaliny sa budú v budúcnosti používať len vo výnimočných prípadoch.
Rúrkové a medzirúrkové priestory výmenníkov tepla sú oddelené a tvoria dva okruhy pre cirkuláciu dvoch chladív. Ale ak je to potrebné, nie jedno, ale dve alebo dokonca tri ohrievané médiá môžu byť dodávané do in-line okruhu, pričom tieto toky sú oddelené prepážkami umiestnenými v krytoch zariadenia.
V praxi pri navrhovaní takýchto zariadení je možné zdôvodniť a zabezpečiť optimálna rýchlosť iba jedno chladivo prechádzajúce cez potrubný okruh, pričom sa mení umiestnenie rúrok v rúrkovnici a počet zdvihov rúrkami. Viacpriechodové zariadenia sa vytvárajú inštaláciou vhodných priečok v hornej a dolnej komore výmenníka tepla.
Rýchlosť prúdenia v medzirúrkovom priestore je určená podmienkami uloženia rúrok v rúrovnici. Otvorený prierez pre priechod chladiacej kvapaliny v medzikruží je zvyčajne 2-3 krát väčší ako otvorený prierez rúrok, preto pri rovnakých objemových prietokoch oboch médií je prietok v medzikruží 2. -3 krát menej ako v potrubiach. V prípade potreby je možné v medzirúrkovom priestore inštalovať segmentové alebo prstencové priečky, čím sa zmenšuje otvorený prierez a zväzku rúrok sa dodáva tuhosť. Prirodzene sa v tomto prípade zvýši rýchlosť prúdenia v medzirúrkovom priestore, zorganizuje sa pozdĺžne priečne preplachovanie potrubného zväzku a zlepšia sa podmienky výmeny tepla.
Vo výmenníkoch tepla voda-voda alebo všeobecne kvapalina-kvapalina je vhodné nasmerovať pracovné médium s nižším prietokom za jednotku času (alebo s vyššou viskozitou) do in-line okruhu, aj keď v niektorých prípadoch môžu byť odchýlky z tohto princípu, napríklad v zariadeniach na chladenie oleja (obr. 2.3, b).
IN výmenníky tepla para-kvapalina Najmä pri zvýšených parametroch pary je veľký rozdiel medzi teplotami stien potrubia a puzdra. Preto sa pre takéto prípady ohrevu kvapaliny najčastejšie používajú zariadenia nie tuhej konštrukcie, s výnimkou parných kondenzátorov pracujúcich vo vákuu. Para zvyčajne prechádza v medzirúrkovom priestore zhora nadol a kvapalina - vo vnútri rúrok. Kondenzát sa odvádza zo spodnej časti krytu cez odtok kondenzátu. Požadovaný stav, poskytovanie normálna práca výmenník tepla para-kvapalina je odvod nekondenzovateľných plynov z hornej časti medzirúrkového priestoru a zo spodného objemu nad povrchom kondenzátu. V opačnom prípade sa podmienky výmeny tepla na vonkajšom povrchu rúrok zhoršia a tepelný výkon zariadenia sa prudko zníži.
V zložitých priemyselných tepelných elektrárňach sa používajú kondenzátory, ktoré v tomto procese zohrávajú pomocnú úlohu. Voľba typu a konštrukcie kondenzátora závisí od tlaku, pri ktorom dochádza k procesu fázového prechodu a potreby konzervácie kondenzátu. V tomto ohľade by sa mali zvážiť povrchové a zmiešavacie kondenzátory.
Povrchové plášťové a rúrkové kondenzátory tuhé konštrukcie horizontálneho typu sú kompaktné, vhodné na umiestnenie v kombinácii s inými zariadeniami, ale zároveň sú drahšie ako zmiešavacie. Usporiadanie rúrok v mriežke povrchových kondenzátorov sa vykonáva podľa možnosti znázornenej na obr. 2.2 (4) alebo obr. 2.2(1). Pozdĺž toku vody v potrubiach sú kondenzátory vyrobené z dvoj- a štvorťahových. Para kondenzuje v medzirúrkovom priestore, v ktorom sú vytvorené voľné priechody pre paru spodné riadky potrubia Tento spôsob kondenzácie pary zabezpečuje čistotu kondenzátu, ktorý môže slúžiť ako živné médium pre parogenerátory. Tieto kondenzátory dokážu udržiavať tlak od 5000 do 3000 Pa.
Veľké množstvo rôznych rúrkových výmenníkov tepla je sériovo vyrábané v špecializovaných továrňach, takže v mnohých prípadoch je možné vybrať výmenník tepla, ktorý spĺňa konštrukčné charakteristiky z katalógu.
Plášťové a rúrkové výmenníky tepla sú zariadenie na výmenu tepla medzi dvoma prúdmi s ohrevom jedného média (kvapalného, plynného) vďaka chladiacemu prostriedku. Počas tepelného procesu sa tieto dve médiá nezmiešajú, môžu zmeniť svoj stav agregácie. Teplé a studené chladivá sa pohybujú v rôznych kanáloch a výmena tepla prebieha cez steny zväzkov rúrok. Na zväčšenie plochy prenosu tepla sa používajú rebrá potrubia, ktoré sa vykonáva navíjaním oceľovej pásky.
Zariadenie dostalo svoj názov podľa puzdra s rúrkami umiestnenými vo vnútri, cez ktoré sa vykonáva regenerácia. Rozsah prevádzkových teplôt zariadenia je od -60°C do +600°C. V závislosti od účelu môže slúžiť ako výmenník tepla, chladnička, kondenzátory alebo výparníky.
Produkt sa používa vo vykurovacej technike pre zariadenia Systémy TÚV. Vysoká účinnosť výmenníkov tepla znižuje spotrebu paliva vynaloženú na technologický proces alebo dodávku tepla. Plášťové a rúrkové výmenníky tepla vždy zaujímali popredné miesto v dopyte na trhu vykurovacie zariadenia. Za posledných 15–20 rokov sa objavilo mnoho nových analógov vynikajúce vlastnosti. Kúrenári však uprednostňujú používanie týchto osvedčených a spoľahlivých vykurovacích jednotiek.
Aké typy výmenníkov tepla existujú?
Podľa GOST 9929–82 sa rúrkové výrobky na výmenu tepla vyrábajú s priemerom od 15,9 cm do 300 cm a odolávajú tlaku v rozsahu od vákua do 160 kgf / cm². Dĺžka zariadenia môže byť od niekoľkých centimetrov do 8–9 metrov.
Teplovýmenná plocha môže dosiahnuť niekoľko tisíc metrov štvorcových.
Produkty sú dostupné v nasledujúcich typoch:
N – s pevne zabudovanými rúrkovými mriežkami;
K – s teplotným kompenzátorom;
P – s plávajúcou hlavou;
U - s tvar U rúrkové prvky;
PC – kombinovaný, vybavený plávajúcou hlavou so zabudovaným kompenzátorom.
Plášťové a rúrkové výmenníky tepla s pevnými rúrkovnicami majú pevnú konštrukciu komponentov. Najčastejšie sa vyskytujú v ropný a plynárenský priemysel a chemický priemysel. Tento typ zaberá 75 % celkového trhu s plášťovými a rúrkovými výmenníkmi tepla. Výrazná vlastnosť Tento typ spočíva v tom, že rúrky na výmenu tepla sú pevne pripevnené k rúrkovým plechom (rozšíreným), ktoré sú zase privarené k vnútornej stene puzdra. V tomto ohľade je vylúčená možnosť vzájomného pohybu prvkov v distribučnej komore.
Na privádzanie a odvádzanie chladiacej kvapaliny z potrubí a medzipriestoru potrubí, ako aj na odvádzanie kondenzátu sú výrobky vybavené armatúrami alebo inými potrubné armatúry na výstupe z výmenníka tepla. Intenzita prenosu tepla pri priečnom pohybe prúdu je vyššia, preto je smerovaný po kľukatej dráhe. Za týmto účelom nainštalujte priečne priečky, s ktorými nie sú priľahlé vnútorný povrch puzdro, ponechávajúc medzeru pre pohyb prúdenia. Na sústredenie toku bližšie k potrubnému zväzku sa na zúženie používajú špeciálne platne pracovnom priestore kamery.
V rúrkovom výmenníku tepla s kompenzátorom na kryte tepelné predĺženie je kompenzované pozdĺžnym stlačením alebo predĺžením pružných vložiek a expandérov. Takéto zariadenia sa používajú, keď je nadmerná deformácia kompenzátora v rozmedzí 10–15 mm. V takejto polotuhej konštrukcii môžu byť na kompenzáciu použité šošovkové, žľazové alebo vlnovcové kompenzátory teplotné rozšírenia a skreslenie potrubí.
Dizajn zariadenia sa považuje za pokročilejší plávajúca hlava. Jedna z rúrok je pevne pripevnená, druhá mriežka sa voľne pohybuje spolu s ňou potrubný systém. Plávajúce varenie je pohyblivý gril s vekom, ktorým je vybavený. Určité zvýšenie nákladov na zariadenie v dôsledku zväčšenia priemeru tela a dodatočného dna je odôvodnené vyššou spoľahlivosťou v prevádzke.
V produkte s rúrkami v tvare U oba konce zväzku rúrok sú pripevnené k jednej rúrkovnici, rúrka je ohnutá v 180° slučke s polomerom 4d alebo viac. To umožňuje, aby sa rúry voľne rozširovali smerom k ohybu zväzku rúrok.
Na základe smeru pohybu média v aparatúre sú jedno/viacpriechodové výmenníky tepla. V jednopriechodovom procese sa látka pohybuje raz po najkratšej dráhe od vstupu k výstupu. Väčšina významný predstaviteľ Tento typ je ohrievač vody a vody HDP, ktorý sa používa v vykurovacie systémy Oh. Kedy je najlepšie použiť takéto zariadenie? Najlepšie tam, kde nie je potrebná vysoká intenzita procesu výmeny tepla a kde je malý rozdiel medzi teplotou chladiacej kvapaliny a okolitého prostredia.
Vo viacpriechodových systémoch je tok presmerovaný pomocou systému pozdĺžnych a priečnych prepážok v objeme. Za optimálne sa považuje použitie výmenníka tepla v tepelných systémoch s vysoká rýchlosť pohyblivý alebo nízky prenos tepla. Podľa spôsobu pohybu agenta sa rozlišujú priamy tok, protiprúd a krížový tok produktov.
Na prevádzku výmenníka tepla v agresívne prostredie Namiesto oceľového zväzku rúrok sa používajú grafitové alebo sklenené rúry a teleso je utesnené tesneniami zo špeciálnych materiálov.
Na akom princípe jednotky fungujú?
Princíp regenerácie použitý vo funkcii je založený na oddelenej výmene tepla bez miešania produktov. K prenosu tepla z viac ohriateho média na menej zohriate médium dochádza cez steny rúrok oddeľujúcich tieto dve látky. V tomto prípade je dodržaný princíp protiprúdu, pretože zabezpečuje optimálny prenos tepla. Jedno chladivo (kvapalina, plyn, para) sa privádza pod tlakom do priestoru medzi potrubiami, druhé cirkuluje potrubím a môže sa líšiť stav agregácie od prvého.
Ďalej prebiehajú procesy výmeny tepla medzi kvapalnými a plynnými látkami v normálnom režime. Na zvýšenie koeficientov prestupu tepla postačuje vysoké rýchlosti produktov. Pre paru a plyn by to malo byť 8–25 m/s, pre kvapalné látky od 1,5 m/s. Na zvýšenie prenosu tepla sú potrubia vybavené špeciálnymi rebrami.
Z čoho pozostáva rúrkový prístroj?
Hlavnou výhodou rúrkového výmenníka tepla a dôvodom jeho popularity je jeho jednoduchosť, ale veľmi spoľahlivý dizajn. Pozostáva z distribučnej komory vybavenej dýzami, valcového plášťa, rúrok a zväzku rúrok. Dizajn je doplnený o koncovky a podpery pre umiestnenie na vodorovnú podložku alebo uchytenia pre inú orientáciu v priestore.
Na zintenzívnenie prenosu tepla sa používajú rúry s vonkajšími rebrami, ktoré zvyšujú prenos tepla. Ak potrebujete znížiť prenos tepla dovnútra životné prostredie a zvýšenie tepelnoakumulačných vlastností je plášť pokrytý tepelne izolačnou vrstvou. Existujú aj dizajny „potrubie v potrubí“. Plášť je najčastejšie vyrobený z oceľového plechu s hrúbkou minimálne 4 mm. Rošty sa najčastejšie vyrábajú z rovnakého materiálu a majú hrúbku minimálne 20 mm. Hlavným konštrukčným prvkom je nosník kovové rúry, na jednej alebo oboch stranách je pripevnený k rúrkovniciam.
Označenie produktu
Označenie výmenníkov tepla pozostáva zo sekvencie alfanumerických kódových znakov. Napríklad skratka 1400 TKG-1.5-0.5 - M1/40D-6-1-U-I znamená:
priemer 1400 mm;
tlak vo vnútri potrubia 1,5 MPa;
to isté, len v priestore medzi rúrkami 0,5 MPa;
typ materiálu M1;
rebrované rúry s priemerom 40 mm;
dĺžka výrobku 6 m;
jednosmerný dizajn;
používa sa v miernom podnebí;
Existujú zariadenia na pripevnenie vonkajšej tepelnej izolácie.
Výhody a nevýhody produktov
Plášťové a rúrkové výmenníky tepla majú množstvo výhod, ktoré poskytujú konkurenčné výhody vo svojom segmente výmenníkov tepla na trhu tepelných zariadení:
1. Sú vysoko odolné proti vodnému rázu, zatiaľ čo iné analógy túto schopnosť nemajú.
2. Môžu pracovať s kontaminovanými produktmi alebo v agresívnom prostredí, na rozdiel od iných výmenníkov tepla. Napríklad analógy tanierov fungujú výlučne na čistom prostriedku.
3. Jednoduchá údržba (jednoduchá výroba mechanické čistenie), technická údržba a vysoká udržiavateľnosť.
Nevýhody produktov tohto typu sú:
1. Nižší koeficient v porovnaní s doskovými výrobkami užitočná akcia, menšia plocha na prenos tepla.
2. Veľké rozmery, čo má za následok zvýšenú spotrebu materiálu a cenu zariadenia.
3. Výrazná závislosť prenosu tepla od rýchlosti pohybujúceho sa prostriedku.
Oblasť použitia zariadení
Plášťové a rúrkové zariadenia sa používajú ako základné vybavenie pre vykurovacie body a inžinierske siete bývanie a komunálne služby. Individuálne vykurovacie body(ITP) majú významné výhody pred centralizovaným zásobovaním teplom a vodou. Efektívnejšie dodávajú energiu do zariadení a poskytujú tepelný režim budovy ako teplárne.
Zariadenia na výmenu tepla Tento typ je nevyhnutný v prípadoch, keď je potrebné zabezpečiť izoláciu tlaku a teploty chladiacej kvapaliny v sekundárny okruh TÚV zo sieťového vodovodu. To platí najmä vtedy, ak je vykurovací systém pripojený k sieti zásobovania teplom cez nezávislá schéma pristúpenie. Toto sa stane, keď statický tlak, napríklad vykurovacie systémy pripojených budov z dôvodu nerovností terénu vyššie ako v sieťovom vedení. Alebo naopak, keď je tlak vo „spiatočke“ siete vyšší ako v servisnom vykurovacom systéme.
Výmenníky tepla tohto typu sa používajú v ropnom, plynárenskom a chemickom priemysle. Možno ich nájsť vo veľkých tepelných elektrárňach, kde sa používajú chladivá s vysokými parametrami. Pestrá škála aplikácií sa neobmedzuje len na tieto odvetvia. Používajú sa ako výparníky vo varniach, vzduchom chladených kondenzátoroch, destilačné kolóny. Možno použiť aj na chladenie surovín, komponentov resp hotové výrobky. Sú široko používané v technologických procesov mliekarenský, pivný a iný potravinársky priemysel.
Výmenníky tepla sú zariadenia, ktoré slúžia na prenos tepla z chladiacej kvapaliny (horúcej látky) na studenú látku (ohrievanú). Ako chladivo je možné použiť plyn, paru alebo kvapalinu. V súčasnosti sú rúrkové výmenníky tepla najrozšírenejšie zo všetkých typov výmenníkov tepla. Princíp činnosti rúrkového výmenníka tepla spočíva v tom, že horúce a studené chladivo sa pohybuje cez dva rôzne kanály.
Proces výmeny tepla prebieha medzi stenami týchto kanálov.
Jednotka výmeny tepla
Typy a typy rúrkových výmenníkov tepla Výmenník tepla - stačí komplexné zariadenie
- a existuje veľa druhov. Plášťové a rúrkové výmenníky tepla sú typom rekuperačného výmenníka tepla. Výmenníky tepla sú rozdelené do typov v závislosti od smeru pohybu chladiacej kvapaliny. Sú to:
- krížový tok;
- protiprúd;
priamy tok.
Plášťové výmenníky tepla dostali svoje meno, pretože tenké rúrky, ktorými sa chladiaca kvapalina pohybuje, sú umiestnené v strede hlavného plášťa. Rýchlosť, ktorou sa látka bude pohybovať, závisí od toho, koľko rúrok je v strede puzdra. Koeficient prestupu tepla bude zase závisieť od rýchlosti pohybu látky.
Výmenníky tepla sú tiež rozdelené do typov. Vyrábajú sa tieto typy zariadení:
- s kompenzátorom teplotného krytu;
- s pevnými rúrkami;
- s rúrkami v tvare U;
- s plávajúcou hlavou.
Výhody plášťových a rúrkových výmenníkov tepla
Plášťové a rúrkové jednotky sú v poslednej dobe veľmi žiadané a väčšina spotrebiteľov uprednostňuje tento typ jednotiek. Táto voľba nie je náhodná - rúrkové jednotky majú mnoho výhod.
Výmenník tepla
Hlavnou a najvýznamnejšou výhodou je vysoká odolnosť tohto typu jednotiek proti vodnému rázu. Väčšina typov dnes vyrábaných výmenníkov tepla túto kvalitu nemá.
Druhou výhodou je, že škrupinové a rúrkové jednotky nevyžadujú čisté prostredie. Väčšina zariadení pracuje nestabilne v agresívnom prostredí. Napríklad doskové výmenníky tepla túto vlastnosť nemajú a sú schopné prevádzky výlučne v čistom prostredí.
Treťou významnou výhodou rúrkových výmenníkov tepla je ich vysoká účinnosť. Z hľadiska účinnosti sa dá porovnať s doskový výmenník tepla, ktorý je vo väčšine ohľadov najúčinnejší.
Môžeme teda s istotou povedať, že rúrkové výmenníky tepla sú jednou z najspoľahlivejších, najodolnejších a vysoko účinných jednotiek.
Nevýhody plášťových a rúrkových jednotiek
Napriek všetkým výhodám majú tieto zariadenia aj niektoré nevýhody, ktoré tiež stoja za zmienku.
Prvou a najvýznamnejšou nevýhodou je veľké veľkosti. V niektorých prípadoch sa od používania takýchto jednotiek musí upustiť práve kvôli ich veľkým rozmerom.
Druhou nevýhodou je vysoká spotreba kovu, čo je dôvod vysoká cena rúrkové výmenníky tepla.
Kovový výmenník teplaVýmenníky tepla, vrátane rúrkových výmenníkov, sú pomerne rozmarné zariadenia. Skôr či neskôr potrebujú opravy, čo má za následok určité následky. „Najslabšou“ časťou výmenníka tepla sú rúrky. Najčastejšie sú zdrojom problémov. Pri dirigovaní opravárenské práce Je potrebné vziať do úvahy, že v dôsledku akéhokoľvek zásahu sa môže znížiť prenos tepla.
Keď poznajú túto vlastnosť jednotiek, väčšina skúsených spotrebiteľov uprednostňuje nákup výmenníkov tepla s „rezervou“.