V tržnem gospodarstvu ga lahko štejemo za enega glavnih dejavnikov, ki neposredno vplivajo na določanje strategije tehnološke prenove in tehnična prenova katero koli podjetje. Zanesljivost, učinkovitost, razpoložljivost garancije in storitev danes so osnovni elementi, na katerem temelji gospodarska uspešnost in blaginja vseh udeležencev gospodarskih odnosov.
Vsaka organizacija pri nakupu novih vrst opreme vodi predvsem zgornja merila. Visokokakovostni oklepni toplotni izmenjevalniki so prav tako učinkovita in ekonomična oprema. Danes pomen teh naprav za podjetja katerega koli profila in usmeritve ni niti dvoma. Dandanes je največ cevnih izmenjevalnikov toplote široka uporaba najdemo v petrokemičnih, kemičnih in živilska industrija, v stanovanjskih in komunalnih storitvah ter energetiki.
Prepoznavnost in svetlost takšnih novih tehnično-ekonomskih rešitev, ki imajo številne prednosti v primerjavi z zastarelo opremo, v v zadnjem času pritegniti vedno več podjetij iz različnih panog nacionalno gospodarstvo. Navsezadnje lahko lupinasto-cevni toplotni izmenjevalniki znatno zmanjšajo porabo toplotnih virov, kar pozitivno vpliva na stroške proizvodnje in posledično na njeno končno ceno. In to je izjemno pomembno v sodobnih gospodarskih razmerah s pogoji ostre konkurence.
Lupinasti toplotni izmenjevalniki so naprave, pri katerih poteka proces izmenjave toplote med različnimi delovnimi mediji (ne glede na njihovo tehnološko specifikacijo in energetski namen). Takšne naprave praviloma opravljajo funkcije grelnikov, uparjalnikov, kondenzatorjev, pasterizatorjev, deaeratorjev, ekonomizatorjev itd.
Školjkasti in cevni toplotni izmenjevalniki imajo lahko izjemno raznolik tehnološki namen in se uporabljajo pri izdelavi najrazličnejših profilov. Razpon njihove uporabe je danes nenavadno širok. Lupinasti toplotni izmenjevalnik, katerega glavni strukturni elementi so snopi cevi z rešetkami, ohišje, šobe in pokrovi, se lahko uporablja kot enota, v kateri je prenos toplotne energije glavni tehnološki proces, ali kot enota. reaktor, v katerem je izmenjava toplote izključno pomožne narave.
Načelo delovanja lupinastih toplotnih izmenjevalnikov temelji na procesu prenosa toplote iz medija, ki se z veliko hitrostjo giblje znotraj cevi majhnega premera, na medij, ki kroži v ohišju. Da bi povečali intenzivnost procesa izmenjave toplote, so takšne enote pogosto opremljene s posebnimi pregradami v cevnih in medcevnih prostorih.
Lupinasti in cevni toplotni izmenjevalniki imajo lahko navpično, vodoravno ali nagnjeno prostorsko orientacijo (odvisno od zahtev in glede na enostavnost vgradnje). Takšne enote so popolna alternativa ploščnim izmenjevalnikom toplote, v primerjavi s katerimi imajo, čeprav imajo nižjo učinkovitost prenosa energije, relativno preprosto zasnovo, pa tudi nizke stroške, kar je lahko odločilen argument pri izbiri. takšno opremo.
Lupinasto-cevni toplotni izmenjevalniki so površinski toplotni izmenjevalniki rekuperativnega tipa. Široka porazdelitev teh naprav je predvsem posledica zanesljivosti zasnove in velikega nabora možnosti oblikovanja za različne pogoje delovanja:
Enofazni tokovi, vrenje in kondenzacija;
Navpična in vodoravna izvedba;
Širok razpon tlakov hladilne tekočine, od vakuuma do 8,0 MPa;
Površine za izmenjavo toplote segajo od majhnih (1 m2) do izjemno velikih (1000 m2 ali več);
Možnost uporabe različnih materialov v skladu z zahtevami glede stroškov naprav, agresivnost, temperaturni pogoji in tlak hladilne tekočine;
Uporaba različnih profilov površin za izmenjavo toplote znotraj in zunaj cevi in različnih turbulatorjev;
Možnost odstranitve cevnega snopa za čiščenje in popravilo.
Razlikovati naslednje vrste lupine in cevi izmenjevalci toplote:
Toplotni izmenjevalniki s fiksnimi cevnimi ploščami (togi cevni toplotni izmenjevalniki);
Toplotni izmenjevalniki s fiksnimi cevnimi ploščami in kompenzatorjem leč na ohišju;
Toplotni izmenjevalniki s plavajočo glavo;
Toplotni izmenjevalniki s cevmi v obliki črke U.
Za ohišje in cevne toplotne izmenjevalnike s fiksnimi cevnimi ploščami je značilna enostavna zasnova in zato nižja cena (slika 1).
riž. 1.Oklepni in cevni toplotni izmenjevalnik s fiksnimi cevnimi ploščami:
1 - razdelilna komora; 2 - ohišje; 3 - cev za izmenjavo toplote; 4 - prečna pregrada; 5 - cevna mreža; 6 - zadnji pokrov ohišja; 7 - podpora; 8- oddaljena cev; 9-okovja; 10-pregrada v razdelilni komori; 11 - odbijač
Lupinasti toplotni izmenjevalnik je snop cevi za izmenjavo toplote, ki se nahajajo v cilindričnem ohišju (ohišju). Ena od hladilnih tekočin se premika znotraj cevi za izmenjavo toplote, druga pa opere zunanjo površino cevi. Konci cevi so pritrjeni z valjanjem, varjenjem ali spajkanjem v cevne plošče. Predelne stene so vgrajene v ohišje toplotnega izmenjevalnika s pomočjo distančnih cevi. Predelne stene podpirajo cevi pred povešanjem in organizirajo pretok hladilne tekočine v medcevnem prostoru, kar poveča prenos toplote. Na ohišje izmenjevalnika toplote so privarjeni priključki, ki omogočajo vstop in izstop hladilne tekočine iz medcevnega prostora. V nekaterih primerih so na vstopu hladilne tekočine v obroč nameščeni odbijači, ki so potrebni za zmanjšanje tresljajev cevnega snopa, enakomerno porazdelitev toka hladilne tekočine v obroču in zmanjšanje erozije cevi, ki so najbližje vstopnemu priključku. Na ohišje toplotnega izmenjevalnika sta s prirobničnim priključkom pritrjena razdelilna komora in zadnji pokrov z nastavki za dovod in odvod produkta iz cevnega prostora.
Glede na lokacijo cevi za izmenjavo toplote ločimo vodoravne in navpične izmenjevalnike toplote.
Glede na število predelnih sten v razdelilni komori in zadnjem pokrovu so lupinasti toplotni izmenjevalniki razdeljeni na enoprehodne, dvoprehodne in večprehodne v cevnem prostoru.
Glede na število vzdolžnih predelnih sten, nameščenih v obroču, so lupinasto-cevni toplotni izmenjevalniki razdeljeni na enoprehodne in večprehodne v obroču.
Toplotni izmenjevalniki s fiksnimi cevnimi ploščami se uporabljajo, če največja razlika v temperaturah hladilne tekočine ne presega 80 0 C in pri relativno kratki dolžini aparata. Te omejitve so razložene s temperaturnimi napetostmi, ki nastanejo v ohišju in v ceveh za izmenjavo toplote, kar lahko poruši tesnost strukture aparata.
Za delno kompenzacijo temperaturnih obremenitev v ohišju in v ceveh za izmenjavo toplote se uporabljajo posebni gibki elementi (ekspanderji, kompenzatorji), nameščeni na ohišju naprave. Takšni toplotni izmenjevalniki se imenujejo toplotni izmenjevalniki z temperaturni kompenzator na ohišju (slika 2) .
riž. 2. Vertikalni cevni toplotni izmenjevalnik s fiksnimi cevnimi ploščami in temperaturnim kompenzatorjem na ohišju:
1-distribucijska komora; 2 - cevne plošče; 3 - kompenzator; 4 - ohišje; 5 - podpora; 6 - cev za izmenjavo toplote; 7 - prečna pregrada; 8 - zadnji pokrov ohišja; 9 - daljinska cev; 10 - okovje
V napravah te vrste se uporabljajo eno- in večelementni kompenzatorji leč.
Plaščasto-cevni toplotni izmenjevalniki s plavajočo glavo (s premikajočo se cevno ploščo) so najpogostejši tip školjkasto-cevnih toplotnih izmenjevalnikov (slika 3). Premična cevna plošča omogoča, da se cevni snop prosto premika neodvisno od ohišja, kar znatno zmanjša toplotno obremenitev tako v ohišju kot v ceveh za izmenjavo toplote.
riž. 3.Oklepni in cevni izmenjevalnik toplote s plavajočo glavo:
1 - pokrov razdelilne komore; 2 - razdelilna komora; 3 - fiksna cevna plošča; 4 - ohišje; 5 - cev za izmenjavo toplote; 6 - prečna pregrada; 7 - premična cevna plošča; 8 - zadnji pokrov ohišja; 9 - plavajoči pokrov glave; 10 - podpora; Podpora za snop cevi z 11 valji
Toplotni izmenjevalci te vrste izvedemo z dvema ali štirimi udarci skozi cevni prostor.
Naprave s plavajočo glavo so najpogosteje izdelane z enim prehodom v obročastem prostoru. V napravah z dvema prehodoma je v medcevnem prostoru nameščena vzdolžna pregrada.
Lupinasto-cevni toplotni izmenjevalniki s cevmi v obliki črke U (slika 4) imajo eno cevno ploščo, v katero sta navita oba konca cevi za izmenjavo toplote v obliki črke U. Odsotnost drugih togih povezav med cevmi za izmenjavo toplote v obliki črke U in ohišjem zagotavlja prosto raztezanje cevi pri spremembi njihove temperature. Poleg tega je prednost toplotnih izmenjevalnikov s cevmi v obliki črke U odsotnost ločljive povezave znotraj ohišja (za razliko od toplotnih izmenjevalnikov s plavajočo glavo), kar jim omogoča uspešno uporabo v visok krvni tlak hladilne tekočine, ki se gibljejo v prostoru cevi. Pomanjkljivost takih naprav je težava pri čiščenju notranjih in zunanjih površin cevi, zaradi česar se uporabljajo predvsem za čiste izdelke.
riž. 4. Lupinasto-cevni izmenjevalnik toplote s cevmi za izmenjavo toplote v obliki črke U:
1 - razdelilna komora; 2-cevna mreža; 3 - ohišje; 4 - cev za izmenjavo toplote; 5 - prečna pregrada; 6 - pokrov ohišja; 7 - podpora; Podpora za snop cevi z 8 valji
Učinkovitost lupinasto-cevnih toplotnih izmenjevalnikov se poveča s povečanjem hitrosti pretoka hladilne tekočine in stopnje njihove turbulizacije. Za povečanje hitrosti pretoka v medcevnem prostoru in njihovo turbulizacijo, izboljšanje kakovosti pranja površine za izmenjavo toplote so v medcevnem prostoru toplotnih izmenjevalnikov nameščene posebne prečne pregrade. Delujejo tudi kot nosilci za cevni snop, pritrjujejo cevi v določenem položaju in zmanjšujejo vibracije cevi.
Na sl. Slika 5 prikazuje prečne predelne stene različnih vrst. Najbolj razširjene so segmentne predelne stene (slika 5a).
riž. 5. Prečne predelne stene naprav iz lupine in cevi:
a - s segmentiranim izrezom; b - s sektorskim izrezom; c - particije "disk-ring"; g - z utornim izrezom; d - "trdno"
Prečne predelne stene s sektorskim izrezom (slika 5b) so opremljene z dodatno vzdolžno predelno steno, ki je enaka višini polovice notranjega premera ohišja aparata. Sektorski izrez s površino, ki je enaka četrtini preseka aparata, je nameščen v sosednjih predelnih stenah v vzorcu šahovnice. V tem primeru se hladilno sredstvo v medcevnem prostoru vrti bodisi v smeri urinega kazalca bodisi v nasprotni smeri urinega kazalca.
Naprave s "trdnimi" particijami (slika 5d ) Običajno se uporablja za čiste tekočine. V tem primeru tekočina teče skozi obročasto režo med cevmi za izmenjavo toplote in luknjami v predelnih stenah.
Za povečanje toplotne moči toplotnih izmenjevalcev s konstantnimi dolžinami cevi in dimenzijami toplotnih izmenjevalnikov se na zunanji površini toplotno izmenjevalnih cevi uporabljajo rebra. Finned cevi za izmenjavo toplote se uporabljajo v primerih, ko je težko zagotoviti visok koeficient toplotne prehodnosti enega od hladilnih sredstev (plinasto hladilno sredstvo, viskozna tekočina, laminarni tok itd.). Na sl. 6 prikazuje možnosti zunanjih reber cevi za izmenjavo toplote.
riž. 6. Rebraste cevi:
a - z varjenimi "koritastimi" rebri; b-z valjanimi rebri; c - z vijačnimi narebričenimi rebri; g-z iztisnjenimi rebri; d - z varjenimi rebri v obliki šila
Za intenziviranje prenosa toplote v cevnem prostoru se uporabljajo metode vplivanja na pretok z napravami, ki turbulizirajo hladilno tekočino v ceveh za izmenjavo toplote. V ta namen se uporabljajo različne vrste turbulizirajoči vložki, katerih konstrukcijske možnosti so prikazane na sl. 7.
riž. 7. Cevi za izmenjavo toplote s turbulatorji:
a - vijačni vrtinčniki; b - vrtinčniki traku; c - membranske cevi z navpičnimi utori; g - membranske cevi s poševnimi utori; d - žični turbulatorji; e-turbulizirajoči vložki
V toplotnih izmenjevalnikih s školjko in cevjo je hladilno sredstvo, ki vstopa v medcevni prostor, zaradi konstrukcijskih značilnosti razdeljeno na več tokov (slika 8):
A – glavni prečni tok;
B – teče v razpoke med luknjami v prečnih pregradah in cevmi za izmenjavo toplote;
C – teče med robovi predelnih sten in ohišja;
D – obvodni tok skozi režo med cevnim snopom in ohišjem.
Razdelitev toka hladilne tekočine, ki vstopa v obroč, na več tokov bistveno oteži hidrodinamično sliko gibanja hladilne tekočine v primerjavi s prečnim tokom cevnih snopov in pomembno vpliva tako na konvekcijski prenos toplote kot na padec tlaka hladilne tekočine. Porazdelitev tokov v obroču je odvisna od konstrukcijskih značilnosti toplotnega izmenjevalnika, katerega optimizacija je glavna naloga pri ustvarjanju novih toplotnih izmenjevalnikov.
riž. 8. Diagram tokov hladilne tekočine v medcevnem prostoru lupinastega toplotnega izmenjevalnika:
A - glavni prečni tok; B - teče v režah med pregradami in cevmi; C - teče med robom pregrade in ohišjem; D - obvodni tok skozi režo med snopom cevi in ohišjem
Upoštevanje porazdelitve tokov hladilne tekočine v obroču je potrebno, saj so v nasprotnem primeru možne pomembne napake pri določanju povprečnega koeficienta toplotnega prehoda. in padec tlaka hladilne tekočine str, ki lahko znaša od 50 do 150 %.
Glede na dovršenost zasnove toplotnega izmenjevalnika se spreminja tudi porazdelitev tokov v medcevnem prostoru. V turbulentnem režimu toka glavni pretok (A) ne presega 40% celotnega pretoka hladilne tekočine, v laminarnem toku pa 25%.
Lupinasti in cevni toplotni izmenjevalniki so med najpogostejšimi. Uporabljajo se v industriji in prometu kot grelniki, kondenzatorji, hladilniki, za različne tekoče in plinaste medije. Glavni elementi cevni toplotni izmenjevalnik so: ohišje (ohišje), cevni snop, pokrovi komor, cevi, zaporni in regulacijski ventili, krmilna oprema, nosilci, okvir. Ohišje aparata je običajno zvarjeno v obliki valja iz enega ali več jeklene pločevine. Debelina stene ohišja je določena z največjim tlakom delovnega medija v obroču in premerom aparata. Dna komor so lahko kroglasto varjena, elipsasto vtisnjena in redkeje ravna. Debelina dna ne sme biti manjša od debeline trupa. Na cilindrične robove ohišja so privarjene prirobnice za povezavo s pokrovi ali dnom. Glede na lokacijo naprave glede na tla prostora (navpično, vodoravno) je treba na telo privariti ustrezne nosilce. Prednostna je navpična razporeditev ohišja in celotnega toplotnega izmenjevalnika, saj se v tem primeru zmanjša površina, ki jo zaseda naprava, in je bolj priročna njena lokacija v delovnem prostoru.
Cevni snop toplotnega izmenjevalnika je mogoče sestaviti iz gladkih jeklenih brezšivnih, medeninastih ali bakrenih ravnih ali U- in W-oblikovanih cevi s premerom od nekaj milimetrov do 57 mm in dolžino od nekaj centimetrov do 6-9 m s telesom. premera do 1,4 m ali več. Predvsem v hladilni tehniki in transportu se uvajajo vzorci cevnih in sekcijskih toplotnih izmenjevalnikov z nizkimi narebričenimi vzdolžnimi, radialnimi in spiralnimi rebri. Višina vzdolžnega rebra ne presega 12-25 mm, višina štrline valjanih cevi pa je 1,5-3,0 mm s 600-800 rebri na 1 m dolžine. Zunanji premer cevi z nizko radialnimi (roll-on) rebri se malo razlikuje od premera gladkih cevi, čeprav se površina prenosa toplote poveča za 1,5-2,5-krat. Oblika takšne izmenjevalne površine zagotavlja visoko toplotno učinkovitost naprave v delovnih okoljih z različnimi termofizikalnimi lastnostmi.
Odvisno od zasnove snopa so tako gladke kot valjane cevi pritrjene v eno- ali dvocevne rešetke z valjanjem, zvijanjem, varjenjem, spajkanjem ali uvodnimi spoji. Od vseh naštetih načinov se redkeje uporabljajo zahtevnejša in dražja tesnilna tesnila, ki omogočajo vzdolžno premikanje cevi med toplotnim raztezkom.
Polaganje cevi v cevne plošče(Sl. 2.2) lahko izvedemo na več načinov: po stranicah in ogliščih pravilnih šestkotnikov (šahovnica), po stranicah in ogliščih kvadratov (hodnik), po koncentričnih krogih ter po stranicah in ogliščih šesterokotnikov z diagonalo. premaknjena za kot β. Večinoma so cevi enakomerno nameščene po celotni mreži vzdolž stranic in oglišč pravilnih šesterokotnikov. V napravah, zasnovanih za delovanje s kontaminiranimi tekočinami, je pogosto sprejeta pravokotna namestitev cevi, da se olajša čiščenje prostora med cevmi.
riž. 2.2 - Metode za pritrditev in namestitev cevi v cevne plošče: a - z raztezanjem; b - sežganje s prirobnico; c - sežiganje v kozarcih z utori; g in e - varjenje; e - z uporabo oljnega tesnila; 1 - vzdolž stranic in oglišč pravilnih šesterokotnikov (trikotnikov); 2 - vzdolž koncentričnih krogov; 3 - ob straneh in vrhovih kvadratov; 4 - vzdolž stranic in vrhov šesterokotnikov z diagonalo, premaknjeno za kot β
IN horizontalni oklepni toplotni izmenjevalniki-kondenzatorji da bi zmanjšali toplotna odpornost na zunanji površini cevi, ki jo povzroča film kondenzata, je priporočljivo, da cevi postavite na stranice in oglišča šesterokotnika z diagonalo, premaknjeno za kot β, pri čemer pustite proste prehode za paro v medcevnem prostoru.
Nekatere možnosti za razporeditev cevnih snopov v ohišju so prikazane na (slika 2.3). Če sta obe mreži snopa ravnih cevi vpeti med zgornjo in spodnjo prirobnico telesa in pokrovov, bo imela taka naprava togo strukturo (slika 2.3, a, b). Togi izmenjevalniki toplote se uporabljajo, kadar je temperaturna razlika med telesom in cevmi relativno majhna (približno 25-30 ° C) in pod pogojem, da so telo in cevi izdelani iz materialov s podobnimi vrednostmi njihovih razteznih koeficientov. Pri načrtovanju aparata je treba izračunati napetosti, ki nastanejo zaradi toplotnega raztezka cevi v cevni plošči, predvsem na stičišču cevi in mreže. Na podlagi teh napetosti se v vsakem posameznem primeru ugotavlja primernost ali neustreznost aparature toge konstrukcije. Možne možnosti cevni izmenjevalniki toplote fleksibilne izvedbe so prikazani tudi na (slika 2.3, c, d, e, f).
riž. 2.3 - Sheme toplotnih izmenjevalnikov lupine in cevi: a - s togo pritrditvijo cevnih plošč s segmentnimi predelnimi stenami; b - s togo pritrditvijo cevnih plošč z obročastimi predelnimi stenami; c - s kompenzatorjem leče na telesu; g - s cevmi v obliki črke U; d - z dvojnimi cevmi (cev v cevi); e - z "lebdečo" kamero zaprtega tipa; 1 - cilindrično telo; 2 - cevi; 3 - cevna plošča; 4 - zgornja in spodnja komora; 5, 6, 9 - segmentne, obročaste in vzdolžne predelne stene v obročastem prostoru; 7 - kompenzator leče; 8 - pregrada v komori; 10 - notranja cev; 11 - zunanja cev; 12 - "lebdeča" kamera
IN cevni toplotni izmenjevalnik z lečastim kompenzatorjem na ohišju(Sl. 2.3, c) toplotno raztezanje se kompenzirajo z aksialnim stiskanjem ali napetostjo tega kompenzatorja. Takšne naprave je priporočljivo uporabljati, če nadtlak v obroču ni višji od 2,5 10 5 Pa in ko je kompenzator deformiran za največ 10-15 mm,
IN toplotni izmenjevalniki z U-obliko(Sl. 2.3, d), tako kot pri ceveh v obliki črke W sta oba konca cevi pritrjena v enem (običajno v zgornjem) cevnem listu. Vsaka od cevi snopa se lahko poljubno razširi ne glede na raztezek drugih cevi in elementov aparata. Obenem ne nastane napetost na spojih cevi s cevno ploščo in na spoju cevne plošče s telesom. Ti izmenjevalniki toplote so primerni za delovanje pri visoki pritiski hladilne tekočine. Vendar pa naprave z upognjenimi cevmi ne moremo šteti za najboljše zaradi težavnosti izdelave cevi z različnimi upogibnimi radiji, težavnosti zamenjave in neprijetnosti čiščenja upognjenih cevi.
Poleg tega v delovnih pogojih pri enakomerna porazdelitev hladilna tekočina na vhodu v cevi bo imela neenakomerno temperaturo te hladilne tekočine na izhodu iz njih zaradi različna področja površine za prenos toplote teh cevi.
IN cevni toplotni izmenjevalniki z dvojnimi cevmi(Sl. 2.3, e) vsak element je sestavljen iz dveh cevi: zunanjega - z zaprtim spodnjim koncem in notranjega - z odprtim koncem. Zgornji konec notranja cev manjši premeri so pritrjeni z raztegovanjem ali varjenjem zgornjega cevnega lista in cevi večji premer- v spodnji cevni plošči. V takšnih pogojih vgradnje se lahko vsak element, sestavljen iz dveh cevi, prosto razteza brez pojava toplotnih napetosti. Ogrevani medij se premika skozi notranjo cev, nato skozi obročasti kanal med zunanjo in notranjo cevjo. Toplotni tok iz grelnega medija na segreti medij se prenaša skozi steno zunanja cev. Poleg tega površina notranje cevi sodeluje tudi v procesu prenosa toplote, saj je temperatura segretega medija v obročastem kanalu višja od temperature istega medija v notranji cevi.
IN cevni toplotni izmenjevalnik z zaprto "plavajočo" komoro(Sl. 2.3, e) cevni snop je sestavljen iz ravnih cevi, povezanih z dvema cevnima ploščama. Zgornja rešetka je vpeta med zgornjo prirobnico ohišja in prirobnico zgornja komora. Spodnja cevna plošča ni povezana z ohišjem, skupaj s spodnjo komoro znotrajcevnega prostora se lahko prosto giblje vzdolž osi toplotnega izmenjevalnika. Ti izmenjevalniki toplote so naprednejši od drugih netrdnih naprav. Nekaj povišanja stroškov naprave zaradi povečanja premera telesa v območju "plavajoče" komore in zaradi potrebe po izdelavi dodatnega pokrova je utemeljeno s preprostostjo in zanesljivostjo delovanja. Naprave so lahko navpične in vodoravne.
Druge vrste toplotnih izmenjevalnikov s kompenzacijo toplotnega raztezka, kot na primer z mehastim kompenzatorjem na zgornjem odcepu, ki odvaja (dovaja) hladilno tekočino iz znotrajcevnega prostora, z uvodnim tesnilom zgornjega odcepa oz. cevne pločevine ipd. zaradi zahtevnosti izdelave, nizke zanesljivosti delovanja in nizkih dovoljenih tlakov hladilne tekočine bodo v prihodnje uporabljali le izjemoma.
Cevni in medcevni prostori izmenjevalnikov toplote so ločeni in tvorijo dva kroga za kroženje dveh hladilnih tekočin. Če pa je potrebno, se lahko v linijski tokokrog dovaja ne en, ampak dva ali celo trije ogrevani mediji, ki te tokove ločujejo s pregradami, nameščenimi v pokrovih aparata.
V praksi je pri načrtovanju tovrstnih naprav mogoče utemeljiti in zagotoviti optimalna hitrost samo ena hladilna tekočina prehaja skozi cevni tokokrog, medtem ko se spreminja lokacija cevi v cevnem listu in število gibov skozi cevi. Večprehodne naprave nastanejo z namestitvijo ustreznih predelnih sten v zgornji in spodnji komori toplotnega izmenjevalnika.
Hitrost toka v medcevnem prostoru je določena s pogoji namestitve cevi v cevno ploščo. Običajno je odprt prerez za prehod hladilne tekočine v obroču 2-3 krat večji od odprtega prereza cevi, zato je pri enakih volumetričnih pretokih obeh medijev pretok v obroču 2 -3-krat manj kot v ceveh. Po potrebi se lahko v medcevni prostor vgradijo segmentne ali obročaste predelne stene, ki zmanjšajo odprt prečni prerez in cevnemu snopu dajejo togost. Seveda se bo v tem primeru povečala hitrost toka v medcevnem prostoru, organiziralo se bo vzdolžno-prečno izpiranje cevnega snopa in izboljšali se bodo pogoji izmenjave toplote.
Pri toplotnih izmenjevalnikih voda-voda ali na splošno tekočina-tekočina je priporočljivo, da se delovni medij z nižjim pretokom na enoto časa (ali z višjo viskoznostjo) usmeri v linijski tokokrog, čeprav v nekaterih primerih lahko pride do odstopanj. iz tega načela, na primer v napravah za hlajenje olja (slika .2.3, b).
IN toplotni izmenjevalniki para-tekočina, zlasti pri povišanih parametrih pare, obstaja velika razlika med temperaturami sten cevi in ohišja. Zato se za takšne primere ogrevanja tekočine najpogosteje uporabljajo naprave netoge konstrukcije, z izjemo parnih kondenzatorjev, ki delujejo pod vakuumom. Para običajno prehaja v medcevni prostor od zgoraj navzdol, tekočina pa znotraj cevi. Kondenz se odvaja z dna ohišja skozi odvod kondenzata. Zahtevan pogoj, zagotavljanje normalno delo parno-tekoči toplotni izmenjevalnik je odstranjevanje nekondenzirajočih plinov iz zgornjega dela medcevnega prostora in iz spodnjega volumna nad površino kondenzata. V nasprotnem primeru se bodo pogoji izmenjave toplote na zunanji površini cevi poslabšali in toplotna zmogljivost naprave se bo močno zmanjšala.
V kompleksnih industrijskih termoelektrarnah se uporabljajo kondenzatorji, ki imajo v tem procesu pomožno vlogo. Izbira vrste in zasnove kondenzatorja je odvisna od tlaka, pri katerem se pojavi proces faznega prehoda, in potrebe po ohranjanju kondenzata. V zvezi s tem je treba upoštevati površinske in mešalne kondenzatorje.
Površinski oklepni in cevni kondenzatorji toge horizontalne konstrukcije so kompaktne, primerne za namestitev v kombinaciji z drugo opremo, hkrati pa so dražje od mešalnih. Razporeditev cevi v mreži površinskih kondenzatorjev se izvede v skladu z možnostjo, prikazano na sl. 2.2 (4) ali sl. 2.2(1). Ob toku vode v ceveh so kondenzatorji dvo- in štiriprehodni. Para kondenzira v medcevnem prostoru, v katerem so zagotovljeni prosti prehodi pare spodnje vrstice cevi Ta način kondenzacije pare zagotavlja čistost kondenzata, ki lahko služi kot hranilni medij za generatorje pare. Ti kondenzatorji lahko vzdržujejo tlak od 5000 do 3000 Pa.
Specializirane tovarne serijsko proizvajajo veliko število različnih cevnih toplotnih izmenjevalnikov, zato je v mnogih primerih možno iz kataloga izbrati toplotni izmenjevalnik, ki ustreza konstrukcijskim karakteristikam.
Lupinasto-cevni toplotni izmenjevalniki so naprava za izmenjavo toplote med dvema tokovoma s segrevanjem enega medija (tekočega, plinastega) zaradi hladilnega sredstva. Med termičnim procesom se medija ne mešata; lahko spremenita svoje agregatno stanje. Vroče in hladne hladilne tekočine se gibljejo v različnih kanalih, izmenjava toplote pa poteka skozi stene cevnih snopov. Za povečanje površine za prenos toplote se uporabljajo cevna rebra, ki se izvajajo z navijanjem jeklenega traku.
Naprava je dobila ime po ohišju s cevmi, ki se nahajajo v notranjosti, skozi katere se izvaja rekuperacija. Temperaturno območje delovanja naprave je od -60°C do +600°C. Odvisno od namembnosti lahko služi kot izmenjevalnik toplote, hladilnik, kondenzator ali uparjalnik.
Izdelek se uporablja v ogrevalni tehniki za opremo sistemi sanitarne vode. Visoka učinkovitost toplotnih izmenjevalnikov zmanjša porabo goriva, porabljenega za tehnološki proces ali oskrbo s toploto. Lupinasti in cevni toplotni izmenjevalniki so vedno zasedali vodilni položaj v povpraševanju na trgu ogrevalna oprema. V zadnjih 15–20 letih se je pojavilo veliko novih analogov odlične lastnosti. Vendar inženirji ogrevanja raje uporabljajo te časovno preizkušene, zanesljive grelne enote.
Katere vrste izmenjevalnikov toplote obstajajo?
V skladu z GOST 9929–82 se izdelki za izmenjavo toplote iz lupine in cevi proizvajajo s premerom od 15,9 cm do 300 cm in lahko prenesejo pritisk v območju od vakuuma do 160 kgf / cm². Dolžina naprave je lahko od nekaj centimetrov do 8–9 metrov.
Površina za izmenjavo toplote lahko doseže več tisoč kvadratnih metrov.
Izdelki so na voljo v naslednjih vrstah:
N – s fiksno vgrajenimi cevastimi rešetkami;
K – s temperaturnim kompenzatorjem;
P – s plavajočo glavo;
U - s U oblika cevasti elementi;
PC – kombiniran, opremljen s plavajočo glavo z vgrajenim kompenzatorjem.
Lupinasti in cevni toplotni izmenjevalniki s fiksnimi cevnimi ploščami imajo togo zasnovo komponent. Najpogostejši so v naftna in plinska industrija in kemična industrija. Ta vrsta zavzema 75 % celotnega trga toplotnih izmenjevalnikov s školjko in cevjo. Posebnost Ta vrsta je, da so cevi za izmenjavo toplote togo pritrjene na cevne pločevine (razširjene), ki so nato privarjene na notranjo steno ohišja. V zvezi s tem je izključena možnost medsebojnega premikanja elementov v razdelilni komori.
Za dovajanje in odstranjevanje hladilne tekočine iz cevi in medcevnega prostora ter za odstranjevanje kondenzata so izdelki opremljeni z okovji ali drugimi priključki za cevovode, izhod iz izmenjevalnika toplote. Intenzivnost prenosa toplote pri prečnem gibanju toka je večja, zato je usmerjen po cikcakasti poti. Če želite to narediti, namestite prečne predelne stene, na katere ne mejijo notranja površina ohišje, ki pušča vrzel za gibanje toka. Za koncentracijo toka bližje cevnemu snopu se za zožitev uporabljajo posebne plošče delovni prostor kamere.
V cevnem toplotnem izmenjevalniku s kompenzatorjem na ohišju toplotni raztezek se kompenzira z vzdolžnim stiskanjem ali raztezkom prožnih vložkov in ekspanderjev. Takšne naprave se uporabljajo, kadar je prekomerna deformacija kompenzatorja znotraj 10–15 mm. V taki poltogi konstrukciji se lahko za kompenzacijo uporabljajo raztezni spoji z lečo, uvodnico ali mehom. temperaturni podaljški in ukrivljenost cevi.
Zasnova naprave velja za naprednejšo lebdeča glava. Ena od cevnih plošč je togo pritrjena, druga mreža se prosto premika skupaj z njo cevni sistem. Plavajoče kuhanje je premični žar s pokrovom, s katerim je opremljen. Nekaj povišanja stroškov naprave zaradi povečanja premera telesa in dodatnega dna je upravičeno z večjo zanesljivostjo delovanja.
V izdelku s cevmi v obliki črke U oba konca cevnega snopa sta pritrjena na eno cevno ploščo, cev je upognjena v zanki za 180° s polmerom 4d ali več. To omogoča, da se cevi prosto raztezajo proti zavoju cevnega snopa.
Glede na smer gibanja medija v aparatu obstajajo eno-/večprehodni izmenjevalniki toplote. V procesu z enim prehodom se snov enkrat premakne po najkrajši poti od vhoda do izhoda. večina vidnega predstavnika Ta vrsta je grelnik vode GDP, ki se uporablja v ogrevalni sistemi Oh. Kdaj je najbolje uporabiti takšno napravo? Najboljši je tam, kjer ni potrebna visoka intenzivnost procesa izmenjave toplote in kjer je majhna razlika med temperaturo hladilne tekočine in okolice.
Pri večprehodnih sistemih se tok preusmeri s sistemom vzdolžnih in prečnih pregrad v prostornini. Šteje se, da je optimalna uporaba toplotnega izmenjevalnika v toplotnih sistemih z visoka hitrost gibljivo ali nizko sredstvo za prenos toplote. Glede na način gibanja povzročitelja jih ločimo direktni tok, protitok in prečni tok izdelkov.
Za delovanje izmenjevalnika toplote v agresivna okolja Namesto jeklenega snopa cevi se uporabljajo grafitne ali steklene cevi, telo pa je zatesnjeno s tesnili iz posebnih materialov.
Na kakšnem principu delujejo enote?
Princip rekuperacije, uporabljen v funkcionalnosti, temelji na ločeni izmenjavi toplote brez mešanja produktov. Prenos toplote iz bolj segretega medija v manj segretega poteka skozi stene cevi, ki ločujejo oba sredstva. V tem primeru se upošteva princip protitoka, saj zagotavlja optimalen prenos toplote. Ena hladilna tekočina (tekočina, plin, para) se pod pritiskom dovaja v prostor med cevmi, druga pa kroži po ceveh in se lahko razlikuje agregatno stanje od prvega.
Nato potekajo procesi izmenjave toplote med tekočimi in plinastimi snovmi v normalnem načinu. Za povečanje koeficientov prenosa toplote zadostuje visoke hitrosti izdelkov. Za paro in plin naj bo 8–25 m/s, za tekoča sredstva od 1,5 m/s. Za povečanje prenosa toplote so cevi opremljene s posebnimi rebri.
Iz česa je sestavljen cevni aparat?
Glavna prednost oklepno-cevnega toplotnega izmenjevalnika in razlog za njegovo priljubljenost je njegova preprosta, a zelo zanesljiv dizajn. Sestavljen je iz razdelilne komore, opremljene s šobami, cilindričnega ohišja, cevnih plošč in cevnega snopa. Zasnovo dopolnjujejo končniki in nosilci za postavitev na vodoravno podlago ali pritrditve za drugačno orientacijo v prostoru.
Za intenziviranje prenosa toplote se uporabljajo cevi z zunanjimi rebri, ki povečajo prenos toplote. Če morate zmanjšati prenos toplote v okolju in povečati lastnosti akumulacije toplote, je ohišje prekrito s toplotnoizolacijsko plastjo. Obstajajo tudi modeli "cev v cevi". Ohišje je najpogosteje izdelano iz jeklene pločevine debeline najmanj 4 mm. Rešetke so največkrat izdelane iz istega materiala in imajo debelino najmanj 20 mm. Glavni konstrukcijski element je žarek kovinske cevi, na eni ali obeh straneh je pritrjen na cevne plošče.
Označevanje izdelkov
Označevanje toplotnih izmenjevalcev je sestavljeno iz zaporedja alfanumeričnih kodnih znakov. Na primer, kratica 1400 TKG-1,5-0,5 - M1/40D-6-1-U-I pomeni:
premer 1400 mm;
tlak v ceveh 1,5 MPa;
enako, le v prostoru med cevmi 0,5 MPa;
vrsta materiala M1;
rebraste cevi s premerom 40 mm;
dolžina izdelka 6 m;
enosmerna zasnova;
uporablja se v zmernem podnebju;
Obstajajo naprave za pritrditev zunanje toplotne izolacije.
Prednosti in slabosti izdelkov
Lupinasti in cevni toplotni izmenjevalniki imajo številne prednosti, ki zagotavljajo konkurenčne prednosti v segmentu izmenjevalnikov toplote na trgu toplotne opreme:
1. So zelo odporni na vodni udar, medtem ko drugi analogi nimajo te sposobnosti.
2. Za razliko od drugih toplotnih izmenjevalcev lahko delujejo s kontaminiranimi izdelki ali v agresivnih okoljih. Na primer, ploščni analogi delujejo izključno na čistem sredstvu.
3. Enostaven za vzdrževanje (enostaven za izdelavo mehansko čiščenje), tehnično vzdrževanje in visoka vzdržljivost.
Slabosti izdelkov te vrste so:
1. Nižji koeficient v primerjavi s ploščatimi izdelki koristno dejanje, manjša površina prenosa toplote.
2. Velike dimenzije, kar ima za posledico povečano porabo materiala in stroške naprave.
3. Pomembna odvisnost prenosa toplote od hitrosti gibljivega sredstva.
Področje uporabe naprav
Lupinaste in cevne naprave se uporabljajo kot osnovna oprema za ogrevalne točke in komunalna omrežja stanovanjske in komunalne storitve. Posameznik ogrevalne točke(ITP) imajo pomembne koristi pred centralizirano oskrbo s toploto in vodo. Učinkoviteje dovajajo energijo objektom ter zagotavljajo toplotni režim stavb kot toplarn.
Oprema za izmenjavo toplote Ta vrsta je nepogrešljiva v primerih, ko je treba zagotoviti izolacijo tlaka in temperature hladilne tekočine sekundarno vezje STV iz omrežnega vodovoda. To še posebej velja, če je ogrevalni sistem priključen na toplotno omrežje preko neodvisna shema pristop. To se zgodi, ko statični tlak, na primer ogrevalni sistemi povezanih stavb zaradi neravnega terena višjega kot v omrežnem vodu. Ali obratno, ko je tlak v "povratku" omrežja višji kot v servisnem ogrevalnem sistemu.
Tovrstni izmenjevalniki toplote se uporabljajo v naftni, plinski in kemični industriji. Najdemo jih v velikih termoelektrarnah, kjer se uporabljajo hladilna sredstva z visokimi parametri. Raznolikost aplikacij ni omejena na te industrije. Uporabljajo se kot uparjalniki v rebojlerjih, zračno hlajenih kondenzatorjih, destilacijske kolone. Lahko se uporablja tudi za hlajenje surovin, komponent oz končnih izdelkov. Široko se uporabljajo v tehnološki procesi mlekarska, pivska in druga živilska industrija.
Toplotni izmenjevalniki so naprave, ki služijo za prenos toplote iz hladilne tekočine (vroča snov) na hladno snov (ogreto). Kot hladilna sredstva se lahko uporabljajo plin, para ali tekočina. Danes so med vsemi vrstami toplotnih izmenjevalnikov najbolj razširjeni cevni toplotni izmenjevalniki. Načelo delovanja cevnega toplotnega izmenjevalnika je, da se topla in hladna hladilna tekočina premikata skozi dva različna kanala.
Med stenami teh kanalov poteka proces izmenjave toplote.
Enota za izmenjavo toplote
Vrste in tipi lupinastih toplotnih izmenjevalnikov Toplotni izmenjevalnik - dovolj kompleksna naprava
- , in obstaja veliko njegovih vrst. Lupinasti in cevni toplotni izmenjevalniki so vrsta rekuperativnih toplotnih izmenjevalnikov. Toplotni izmenjevalniki so razdeljeni na vrste glede na smer gibanja hladilne tekočine. To so:
- prečni tok;
- protitok;
direktni tok.
Toplotni izmenjevalniki iz lupine in cevi so dobili to ime, ker so tanke cevi, skozi katere se premika hladilna tekočina, nameščene na sredini glavne lupine. Hitrost, s katero se bo snov premikala, je odvisna od tega, koliko cevi je v sredini ohišja. Koeficient prenosa toplote pa bo odvisen od hitrosti gibanja snovi.
Toplotni izmenjevalci so razdeljeni tudi na vrste. Proizvajajo se naslednje vrste teh naprav:
- s kompenzatorjem ohišja temperature;
- s fiksnimi cevmi;
- s cevmi v obliki črke U;
- z lebdečo glavo.
Prednosti lupinastih in cevnih toplotnih izmenjevalnikov
Po enotah iz ohišja in cevi je bilo nedavno veliko povpraševanje in večina potrošnikov ima raje to vrsto enot. Ta izbira ni naključna - enote iz lupine in cevi imajo veliko prednosti.
Toplotni izmenjevalnik
Glavna in najpomembnejša prednost je visoka odpornost te vrste enot na vodno kladivo. Večina vrst izmenjevalnikov toplote, ki se proizvajajo danes, nima te kakovosti.
Druga prednost je, da enote iz lupin in cevi ne potrebujejo čistega okolja. Večina naprav deluje nestabilno v agresivnih okoljih. Na primer, ploščni izmenjevalniki toplote nimajo te lastnosti in so sposobni delovati izključno v čistem okolju.
Tretja pomembna prednost cevnih toplotnih izmenjevalnikov je njihova visoka učinkovitost. Po učinkovitosti se lahko primerja z ploščni izmenjevalnik toplote, ki je v večini vidikov najučinkovitejši.
Tako lahko z gotovostjo rečemo, da so lupinasto-cevni toplotni izmenjevalniki ena najbolj zanesljivih, vzdržljivih in visoko učinkovitih enot.
Slabosti cevnih enot
Kljub vsem prednostim imajo te naprave tudi nekaj slabosti, ki jih prav tako velja omeniti.
Prva in najpomembnejša pomanjkljivost je velike velikosti. V nekaterih primerih je treba uporabo takšnih enot opustiti ravno zaradi njihovih velikih dimenzij.
Druga pomanjkljivost je velika poraba kovine, kar je razlog visoka cena cevni toplotni izmenjevalniki.
Kovinski izmenjevalnik toploteToplotni izmenjevalniki, vključno s školjkastimi in cevnimi, so precej muhaste naprave. Prej ali slej potrebujejo popravilo, kar ima za seboj določene posledice. "Najšibkejši" del toplotnega izmenjevalnika so cevi. Najpogosteje so vir težav. Pri vodenju popravljalna dela Upoštevati je treba, da se lahko zaradi kakršnega koli posega zmanjša prenos toplote.
Poznavanje te lastnosti enot, večina izkušenih potrošnikov raje kupuje toplotne izmenjevalnike z "rezervo".