Пластинчатые теплообменники используются в системах горячего водоснабжения, кондиционирования, отопления частных домов и предприятий, в тепловых пунктах и сетях в качестве подогревателей, холодильников или конденсаторов. Теплообменники осуществляют теплопередачу между различными средами, например, пар-жидкость, пар-газ-жидкость, жидкость-жидкость, газ-газ. Передача тепла осуществляется от горячей среды (теплоносителя) к холодной.
Конструктивно теплообменники представляют собой рекуперативный теплообменник с системой гофрированных штампованных пластин, тесно прижатых друг к другу.
Типоразмеры теплообменников описаны в ГОСТ 15518-87 "Аппараты теплообменные пластинчатые. Типы, параметры и основные размеры".
Технические параметры использования пластинчатых теплообменников:
- площадь теплообмена 1-800 м 2
- рабочее давление - не ниже 0,002 МПа
- температура рабочих сред - -70°С...+200°С
Принцип работы и конструкция пластинчатых теплообменников
Теплоноситель и нагреваемая среда двигаются навстречу друг другу по пластинам, стянутыми в пакет. Пластины в пакете имеют одинаковые размеры. Пластины расположены друг к другу повернутыми на 180°С. Между станянутыми пакетами с пластинами, расположенными на раме, образуются щелевые каналы. По этим каналам и происходит движение жидкостей. Таким образом и происходит чередование каналов, по которым в одну сторону движется теплоноситель, в другую - нагреваемая среда. Герметичность каналов обеспечивается за счет резиновой контурной прокладки на каждой пластине. Прокладка установлена в четыре отверстия-канавки: через две канавки происходит подвод/отвод жидкостей; два других отверстия обеспечивают смешение двух разнотемпературных жидкостей. В случае возможного прорыва канавок вытекаемая жидкость выходит через дренажные пазы.
Извилистое движение жидкостей создает турбулизацию потоков. Интенсивность теплообмена увеличивается за счет температурного напора от противотока двух разных жидкостей. Гидравлическое сопротивление при этом достаточно низкое. Образование накипи в процессе теплообмена сведено к минимуму за счет использования коррозионностойких материалов (оцинкованная сталь, титан, алюминий), обработанных методом холодной штамповки. Прокладки традиционно изготавливаются из полимеров на основе каучуков (натуральных или синтетических).
Чертеж пластинчатого теплообменника
1-неподвижная плита, 2-верхняя направляющая, 3-подвижная плита, 4-штатив, 5, 6-пакеты пластин, 7-нижняя направляющая, 8-стяжные болты
Виды пластинчатых теплообменников
Конструктивно пластинчатые теплообменники бывают двух основных видов:
- разборные пластинчатые теплообменники
- неразборные пластинчатые теплообменники (паяные, сварные)
Наиболее часто используются разборные пластинчатые теплообменники, конструкция которых описана выше.
Пластинчатые теплообменники могут изготавливаться в нескольких конструктивных исполнениях: одноходовые, двухходовые, трехходовые.
Движение потока в одноходовых, двухходовых и трехходовых теплообменниках
Преимущества пластинчатых теплообменников
- теплопередающая поверхность составляет 99-99,8% от общей площади поверхности теплообменника
- высокий коэффициент теплоотдачи
- возможность многократного использования
- простой монтаж, т.к. крепежные элементы находятся на одной стороне теплообменника
- возможность изменения ширины и количество каналов для снижения гидравлических потерь
- возможность увеличения поверхности теплообмена для увеличения теплоотдачи за счет установки дополнительных пластин
Кожухотрубный теплообменник - это устройство обмена тепла между двумя разными потоками. Происходит нагрев одной среды благодаря охлаждающему агенту другой. Две различные среды могут менять своё агрегатное состояние, но в процессе передачи энергии перемешивания не происходит. Обмен теплом осуществляется через стенки устройства. Трубы часто выполняются ребристыми, чтобы увеличить площадь теплопередающей поверхности.
Виды теплообменников
Теплообменники бывают различных видов. Их диаметр может составлять от 159 до 3000 мм. Максимальное давление - 160 кг/см 2 . Длина может колебаться от нескольких десятков до 10 000 мм. Виды агрегатов:
- Со встроенными решётками, выполненными в виде трубы.
- Устройство кожухотрубного теплообменника может предусматривать наличие температурного компенсатора.
- Прибор, оснащённый плавающей головкой.
- С U-образной формой устройства.
- Комбинированный. В нём есть компенсатор и встроенная плавающая головка.
В этом видео вы узнаете, как классифицируются теплообменники:
Конструкция кожухотрубного теплообменника, в котором есть трубные решётки, имеет жёсткую сцепку всех элементов. Такие аппараты чаще всего используются в нефтяной или химической промышленности. Этот тип устройства занимает примерно три четверти всего рынка. У данного вида трубные решётки привариваются изнутри к стенкам корпуса, а к ним на жёсткой сцепке приделаны теплообменные трубы. Это позволяет избежать каких-либо сдвигов всех составных элементов внутри корпуса.
Кожухотрубчатый теплообменный аппарат компенсирует удлинение от тепла продольным сжатием или же с помощью специальных гибких вставок в расширителях. Это полужесткая конструкция.
Устройство с плавающей головкой считается намного совершеннее. Плавающая головка - это специальная подвижная решётка. Она перемещается по всей трубной системе вместе с крышкой. Такой аппарат дороже, но и намного надёжнее.
Существуют теплообменники с одним ходом и многоходовые У аппарата с U-образной трубной системой два конца привариваются к одной решётке. Угол поворота составляет 180°, а радиус - от 4 диаметров трубы. Благодаря такой конструкции трубы внутри корпуса могут свободно удлиняться.
Существуют одноходовые и многоходовые теплообменники. Выбор зависит от направления перемещения теплоносителя внутри аппарата. В одноходовом наполнитель движется по кратчайшему пути. Самый яркий пример такого типа устройств - это водонагреватель ВВП , который используется в системах отопления. Такой аппарат лучше всего применять в местах, где не нужен высокий показатель теплообмена (разница между температурой окружающей среды и носителем тепла минимальная).
В многоходовых аппаратах присутствуют специальные поперечные перегородки. Они обеспечивают перенаправление потока теплоносителя. Используются там, где необходима большая скорость теплообмена. Также трубчатые аппараты делятся на одноточные, перекрестноточные и противоточные.
Чтобы теплообменник можно было эксплуатировать в экстремальных условиях, вместо обычных стальных труб используют стеклянные или графитовые. Корпус герметизируют с помощью сальников.
Принцип работы
Устройство имеет довольно простой принцип действия. Кожухотрубный теплообменник разделяет носители. Внутри конструкции перемешивания продуктов не происходит. Передача тепла осуществляется по стенкам трубчатых элементов , которые разделяют теплоносители. Один носитель находится внутри труб, а другой подаётся под давлением в межтрубное пространство. Агрегатные состояния обоих энергоносителей могут отличаться. Это может быть газ, пар или жидкость.
Принцип работы кожухотрубчатого теплообменника заключается в штатных процессах передачи энергии между жидкостями и различными газами. Для повышения коэффициента переноса тепловой энергии применяются довольно большие скорости перемещения продуктов внутри конструкции. Для пара или газа генерируют от 8 до 25 м/с. Для жидких теплоносителей минимальная скорость составляет 1,5 м в секунду.
Тепло проходит через стенки данного агрегата Конструкция кожухотрубчатого аппарата
Основное достоинство кожухотрубного обменника тепла и главная причина его популярности заключается в высокой надёжности конструкции. В неё входят распределительные камеры, которые оснащаются трубками. Также предусматривается цилиндрический кожух, пучок труб и определённое количество решёток. Вся конструкция дополняется крышками, которые находятся с торцов. В комплект входят опоры, которые позволяют размещать устройство в горизонтальной плоскости. Также существует крепление для монтажа аппарата в любой точке пространства.
Для увеличения обмена тепла между теплоносителем используются трубы, которые покрыты специальными рёбрами. Если задача состоит в снижение теплоотдачи, то корпус покрывается каким-либо теплоизолирующим слоем. Так можно значительно увеличить аккумулирующие свойства изделия. Используются специальные конструкции, в которых одна труба находится во второй.
Для изготовления кожуха применяется толстолистовая сталь (от 4 мм). Чтобы произвести решётки, чаще всего берётся такой же материал, но его толщина гораздо больше (от 2 см). Основной элемент - пучок из труб, изготовленных из материала, который имеет высокую теплопроводность. Этот пучок закрепляется с одной или двух сторон на трубных решётках.
Преимущества и недостатки
У этих устройств есть несколько преимуществ, что обеспечивает достаточную конкурентоспособность на рынке теплообменных систем. Основные преимущества оборудования:
- Конструкция обеспечена отличной стойкостью к гидравлическим ударам. У аналогичных систем этой характеристики нет.
- Кожухотрубные теплообменники способны работать в экстремальных условиях или с продуктами, которые довольно сильно загрязнены.
- Их очень просто эксплуатировать. Легко проводить механическую чистку оборудования, его плановое техническое обслуживание. Аппаратура имеет высокую ремонтопригодность.
У данного теплообменника имеются как плюсы, так и минусы Несмотря на все преимущества, у этого устройства присутствуют и недостатки. Их следует учитывать перед приобретением. В зависимости от целей использования, возможно, могут потребоваться другие аналогичные системы. Недостатки аппарата:
- КПД ниже, чем у пластинчатых изделий. Это связано с тем, что у кожухотрубных обменников площадь поверхности, передающей тепло, меньше.
- Имеет большие размеры. Это повышает его конечную стоимость, а также затраты на эксплуатацию.
- Коэффициент теплоотдачи сильно зависит от того, насколько быстро перемещается агент.
Несмотря на все свои недостатки, кожухотрубные устройства заняли свою нишу на рынке теплообменников. Они остаются популярными, и их используют во многих отраслях промышленности.
Область применения
Кожухотрубные изделия используются в составной части инженерных сетей ЖКХ. Также их применяют в теплопунктах для обеспечения горячей водой жилых домов. У индивидуальных тепловых пунктов есть определённые преимущества перед центральным тепловым и водообеспечением: они гораздо эффективнее обеспечивают теплом здания и другие объекты, чем централизованная теплосеть .
Также тепловые обменники этого типа используются в нефтедобывающей, химической и газовой промышленностях. Их применяют в сфере теплоэнергетики, где теплоносители имеют высокие показатели передачи температуры. И это ещё далеко не все отрасли, где применяется подобное оборудование. Его можно встретить в испарителях ребойлера или же в конденсаторах-охладителях воздушного теплообмена, ректификационных колоннах. Оно нашло применение в пивном производстве и пищевой отрасли.
Эксплуатация устройства
Трубчатый обменник тепловой энергии обладает высоким показателем срока эксплуатации. Чтобы он выполнял свою роль качественно и служил долго, необходимо своевременно проводить плановое техническое обслуживание. Чаще всего заполняют агрегат жидкостью, которая не прошла этапы фильтрации. Это приводит к постепенному закупориванию трубок, что не даёт жидкости-теплоносителю свободно перемещаться по системе. Нужно вовремя и систематически проводить механическую очистку всех элементов кожухотрубного изделия. Также необходимо промывать составные части под высоким давлением.
Если возникла необходимость ремонта трубчатого аппарата, первым делом нужно провести диагностические мероприятия. Это позволяет обнаружить главные проблемы. Самой уязвимой частью являются трубки, которые чаще всего повреждаются. Диагностика проводится с помощью гидравлических испытаний.
Всё оборудование обмена тепловой энергии довольно капризное. К этому числу относятся и кожухотрубные устройства. При любых вмешательствах в конструкцию для проведения ремонта нужно учитывать, что это может повлиять на коэффициент теплопроводности и, соответственно, обмена тепла между носителями. Многие предприятия, а также физические лица покупают сразу несколько установок, чтобы можно было быстро подключиться к другому устройству.
Необходимо не забывать, что могут появляться определённые трудности во время регулирования оборудования «по конденсату». Абсолютно любые изменения влекут за собой увеличение или уменьшение теплообмена. Также нужно учитывать, что изменение площади происходит нелинейно.
Среди всех разновидностей теплообменников этот вид наиболее распространен. Его применяют при работе с любыми жидкостями, газовыми средами и парообразными, в том числе, если состояние среды меняется в процессе перегона.
История появления и внедрения
Изобрели кожухотрубные (или ) теплообменники в начале прошлого века, дабы активно использовать при работе ТЭС, где большое количество нагретой воды перегонялось при повышенном давлении. В дальнейшем изобретение стали использовать при создании испарителей и нагревающих конструкций. С годами устройство кожухотрубного теплообменника совершенствовалось, конструкция стала менее громоздкой, ее теперь разрабатывают так, чтобы было доступно чистить отдельные элементы. Чаще стали применять подобные системы в нефтеперегонной промышленности и производстве бытовой химии, поскольку продукты этих отраслей несут в себе массу примесей. Их осадок как раз и требует периодической чистки внутренних стенок теплообменника.
Как мы видим на представленной схеме, кожухотрубный теплообменник состоит из пучка трубок, которые расположены в своей камере и закреплены на доске либо решетке. Кожух – собственно, название всей камеры, сваренной из листа не менее 4 мм (или больше, в зависимости от свойств рабочей среды), в которой находятся мелкие трубки и доска. В качестве материала для доски используют обыкновенно листовую сталь. Между собой трубки соединяются патрубками, имеются также вход и выход в камеру, отвод для конденсата, перегородки.
В зависимости от количества труб и их диаметра, колеблется мощность теплообменника. Так, если передающая тепло поверхность составляет около 9 000 кв. м., мощность теплообменника составит 150 МВт, это пример работы паровой турбины.
Устройство кожухотрубного теплообменника подразумевает соединение сварных труб с доской и крышками, которое может быть разным, равно как и изгиб кожуха (в виде буквы U или W). Ниже представлены типы устройств, наиболее часто встречающиеся на практике.
Еще одной особенностью устройства является расстояние между трубами, которое в 2-3 раза должно превышать их сечение. Благодаря чему коэффициент отдачи тепла является небольшим, и это способствует эффективности всего теплообменника.
Исходя из названия, теплообменник – это устройство, создаваемое с целью передать вырабатываемое тепло на нагреваемый предмет. Теплоносителем в данном случае выступает конструкция, описанная выше. Работа кожухотрубного теплообменника заключается в том, что холодная и горячая рабочие среды двигаются по разным кожухам, и теплообмен происходит в пространстве между ними.
Рабочей средой внутри труб является жидкость, в то время как горячий пар проходит в расстоянии между труб, образуя конденсат. Поскольку стенки труб нагреваются больше, чем доска, к которой они прикреплены, эту разность необходимо компенсировать, иначе бы устройство имело значительные потери тепла. Для этого применяются так называемые компенсаторы трех типов: линзы, сальники или сильфоны.
Также, при работе с жидкостью под высоким давлением используют однокамерные теплообменники. Они имеют изгиб U, W-образного типа, необходимое чтобы избежать высоких напряжений в стали, вызываемых тепловым удлинением. Их производство достаточно дорогое, трубы в случае ремонта сложно заменить. Поэтому такие теплообменники пользуются меньшим спросом на рынке.
В зависимости от способа крепления труб к доске или решетке, выделяют:
- Приваренные трубы;
- Закрепленные в развальцованных нишах;
- Соединенные болтами с фланцем;
- Запаянные;
- Имеющие сальники в конструкции крепежа.
По типу конструкции кожухотрубные теплообменники бывают (см. рисунок-схему выше):
- Жесткие (буквы на рис. а, к), нежесткие (г, д, е, з, и) и наполовину жесткие (буквы на рис. б, в и ж);
- По количеству ходов – одно- или многоходовые;
- По направлению тока технической жидкости – прямого, поперечного или против направленного тока;
- По расположению доски горизонтальные, вертикальные и расположенные в наклонной плоскости.
Широкие возможности кожухотрубного теплообменника
- Давление в трубках может достигать разных значений, от вакуума до наивысших;
- Можно достичь необходимого условия по термическим напряжениям, при этом цена устройства существенно не поменяется;
- Размеры системы тоже могут быть различными: от бытового теплообменника в ванную комнату до промышленного площадью 5000 кв. м.;
- Нет необходимости предварительно очищать рабочую среду;
- Для создания сердцевины используют разные материалы, в зависимости от затрат на производство. Однако все они соответствуют требованиям температуры, давления и устойчивости к коррозии;
- Отдельный участок труб можно извлечь для чистки или ремонта.
Есть ли у конструкции недостатки? Не без них: кожухотрубчатый теплообменник весьма громоздкий. Из-за своих габаритов он нередко требует отдельного технического помещения. Ввиду большой металлоемкости стоимость изготовления такого устройства тоже велика.
В сравнении с теплообменниками U, W-трубчатыми и с неподвижными трубками кожухотрубные имеют больше преимуществ и являются эффективнее. Поэтому их чаще покупают, несмотря на высокую стоимость. С другой стороны, самостоятельное изготовление подобной системы вызовет большие трудности, а скорее всего, приведет к значительным потерям тепла в процессе работы.
Особое внимание при эксплуатации теплообменника следует уделять состоянию труб, а также настройке в зависимости от конденсата. Любое вмешательство в систему приводит к изменению площади теплообмена, поэтому ремонт и пуско-наладку должны производить обученные специалисты.
Вас может заинтересовать:
Для управления потоками жидкостей и газов в трубопроводных системах, их линий и участков используются специальные устройства, называемые запорно-регулирующей арматурой. Данный вид трубопроводной арматуры предназначен для полного перекрытия или регулировки напора потока среды, управлением других технологический процессов, к которым относят: давление жидкости; напор; температуру; объем транспортируемого вещества. Для...
В зависимости от способа эксплуатации, готовые металлические изделия могут трансформироваться, разбираться или иметь стационарную конструкцию. Используемые методы изготовления металлоконструкций зависят от особенностей объекта, на котором они будут эксплуатироваться. К примеру, для быстровозводимых сооружений обычно используются легкие металлоконструкции, каркас зданий практически любых типов состоит из упрочненного...
Резервуары различной емкости для размещения газов и газовых смесей получили названия газгольдеры. В них закачивается для хранения природный, нефтяной сжиженный газ и другие виды газов и смесей. Они являются важнейшей частью автономной системы снабжения газом частных домов, коттеджей. Рис.1. Газгольдер подземный для питания газовых приборов и агрегатов. Функции, выполняемые...
Руководство нефтедобывающего предприятия «Томскнефть» приняло решение о применении беспилотных летательных аппаратов, созданных специалистами компании ZALA AERO (г. Ижевск), являющейся лидером в данной отрасли. Этот вариант был признан лучшим для получения возможности качественного контроля подведомственных объектов нефтегазодобычи и трасс трубопроводов. Эти сведения были получены от начальника управления по эксплуатации...
Смонтированная и готовая к работе пластинчатая теплообменная установка отличается небольшими габаритами и высоким уровнем производительности. Так, удельная рабочая поверхность такого аппарата может достигать 1,500 м 2 /м 3 .Конструкция таких аппаратов включает набор гофрированных пластин, которые отделяются друг от друга прокладками. Прокладки образуют герметичные каналы. Среда, отдающая тепло течет в пространстве между полостями, а внутри полостей находится среда, которая поглощает тепло или наоборот. Пластины монтируются на штанговой раме и расположены плотно относительно друг друга.
Каждая пластина оснащена следующий набор прокладок:
- прокладка по периметру, которая ограничивает канал для теплоносителя и два отверстия его входа и выхода;
- две малые прокладки, которые изолируют два других угловых отверстия для прохода второго теплового носителя.
Таким образом, конструкция имеет четыре раздельных канала для входа и выхода двух сред, участвующих в теплообменных процессах. Данный тип аппаратов способен распределять потоки по всем каналам параллельно или последовательно. Так, при необходимости, каждый поток может проходить по всем каналам или определенным группам.
К достоинствам данного типа аппаратов принято относить интенсивность теплообменного процесса, компактность, а также возможность полного разбора агрегата с целью очистки. К недостаткам причисляют необходимость скрупулезной сборки для сохранения герметичности (как результат большого количества каналов). Кроме того, минусами такой конструкции является склонность к коррозии материалов, из которых изготовлены прокладки и ограниченная тепловая стойкость.
В случаях, когда возможно загрязнение поверхности нагрева одним из теплоносителей, используют агрегаты, конструкция которых состоит из попарно сваренных пластин. Если загрязнение нагреваемой поверхности исключено со стороны обоих теплоносителей, применяются сварные неразборные теплообменные аппараты (как, например, аппарат с волнообразными каналами и перекрестным движением теплоносителей).
Принцип действия пластинчатого теплообменника
Пластинчатый теплообменник для дизельного топлива
| Наименование | Горячая сторона | Холодная сторона |
|---|---|---|
| Расход (кг/ч) | 37350,00 | 20000,00 |
| Температура на входе (°C) | 45,00 | 24,00 |
| Температура на выходе (°C) | 25,00 | 42,69 |
| Потеря давления (bar) | 0,50 | 0,10 |
| Теплообмен (кВт) | 434 | |
| Термодинамические свойства: | Дизельное топливо | Вода |
| Удельный вес (кг/м³) | 826,00 | 994,24 |
| 2,09 | 4,18 | |
| Теплопроводимость (Вт/м*K) | 0,14 | 0,62 |
| Средняя вязкость (мПа*с) | 2,90 | 0,75 |
| Вязкость у стенки (мПа*с) | 3,70 | 0,72 |
| Подводящий патрубок | B4 | F3 |
| Отводящий патрубок | F4 | B3 |
| Исполнение рамы / пластин: | ||
| 2 х 68 + 0 х 0 | ||
| Расположение пластин (проход*канал) | 1 х 67 + 1 х 68 | |
| Количество пластин | 272 | |
| 324,00 | ||
| Материал пластин | 0.5 мм AL-6XN | |
| NITRIL | / 140 | |
| 150,00 | ||
| 16,00 / 22,88 PED 97/23/EC, Kat II, Modul Al | ||
| 16,00 | ||
| Тип рамы / Покрытие | IS No 5 / Категория C2 | RAL5010 |
| DN 150 Фланец St.37PN16 | ||
| DN 150 Фланец St.37PN16 | ||
| Объем жидкости (л) | 867 | |
| Длина рамы (мм) | 2110 | |
| Макс.число пластин | 293 | |
Пластинчатый теплообменник для сырой нефти
| Наименование | Горячая сторона | Холодная сторона |
|---|---|---|
| Расход (кг/ч) | 8120,69 | 420000,00 |
| Температура на входе (°C) | 125,00 | 55,00 |
| Температура на выходе (°C) | 69,80 | 75,00 |
| Потеря давления (bar) | 53,18 | 1,13 |
| Теплообмен (кВт) | 4930 | |
| Термодинамические свойства: | Пар | Сырая нефть |
| Удельный вес (кг/м³) | 825,00 | |
| Удельная теплоемкость (кДж/кг*K) | 2,11 | |
| Теплопроводимость (Вт/м*K) | 0,13 | |
| Средняя вязкость (мПа*с) | 20,94 | |
| Вязкость у стенки (мПа*с) | 4,57 | |
| Степень загрязнения (м²*K/кВт) | 0,1743 | |
| Подводящий патрубок | F1 | F3 |
| Отводящий патрубок | F4 | F2 |
| Исполнение рамы / пластин: | ||
| Расположение пластин (проход*канал) | 1 х 67 + 0 х 0 | |
| Расположение пластин (проход*канал) | 2 х 68 + 0 х 0 | |
| Количество пластин | 136 | |
| Фактическая поверхность нагрева (м²) | 91.12 | |
| Материал пластин | 0.6 мм AL-6XN | |
| Материал прокладки / Макс. темп. (°C) | VITON | / 160 |
| Макс. расчетная температура (C) | 150,00 | |
| Макс. рабочее давление /испыт. (bar) | 16,00 / 22,88 PED 97/23/EC, Kat III, Modul В+C | |
| Макс. дифференциальное давление (bar) | 16,00 | |
| Тип рамы / Покрытие | IS No 5 / Категория C2 | RAL5010 |
| Присоединения на горячей стороне | DN 200 Фланец St.37PN16 | |
| Присоединения на холодной стороне | DN 200 Фланец St.37PN16 | |
| Объем жидкости (л) | 229 | |
| Длина рамы (мм) | 1077 | |
| Макс.число пластин | 136 | |
Пластинчатый теплообменник
Пластинчатый теплообменник для пропана
| Наименование | Горячая сторона | Холодная сторона |
|---|---|---|
| Расход (кг/ч) | 30000,00 | 139200,00 |
| Температура на входе (°C) | 85,00 | 25,00 |
| Температура на выходе (°C) | 30,00 | 45,00 |
| Потеря давления (bar) | 0,10 | 0,07 |
| Теплообмен (кВт) | 3211 | |
| Термодинамические свойства: | Пропан | Вода |
| Удельный вес (кг/м³) | 350,70 | 993,72 |
| Удельная теплоемкость (кДж/кг*K) | 3,45 | 4,18 |
| Теплопроводимость (Вт/м*K) | 0,07 | 0,62 |
| Средняя вязкость (мПа*с) | 0,05 | 0,72 |
| Вязкость у стенки (мПа*с) | 0,07 | 0,51 |
| Степень загрязнения (м²*K/кВт) | ||
| Подводящий патрубок | F1 | F3 |
| Отводящий патрубок | F4 | F2 |
| Исполнение рамы / пластин: | ||
| Расположение пластин (проход*канал) | 1 х 101 + 0 х 0 | |
| Расположение пластин (проход*канал) | 1 х 102 + 0 х 0 | |
| Количество пластин | 210 | |
| Фактическая поверхность нагрева (м²) | 131,10 | |
| Материал пластин | 0.6 мм AL-6XN | |
| Материал прокладки / Макс. темп. (°C) | NITRIL | / 140 |
| Макс. расчетная температура (C) | 150,00 | |
| Макс. рабочее давление /испыт. (bar) | 20,00 / 28,60 PED 97/23/EC, Kat IV, Modul G | |
| Макс. дифференциальное давление (bar) | 20,00 | |
| Тип рамы / Покрытие | IS No 5 / Категория C2 | RAL5010 |
| Присоединения на горячей стороне | DN 200 Фланец AISI 316 PN25 DIN2512 | |
| Присоединения на холодной стороне | DN 200 Фланец AISI 316 PN16 | |
| Объем жидкости (л) | 280 | |
| Длина рамы (мм) | 2107 | |
| Макс.число пластин | 245 | |
Описание пластинчато-ребристых теплообменных аппаратов
Удельная рабочая поверхность данного аппарата может достигать 2,000 м 2 /м 3. К плюсам таких конструкций принято относить:
- возможность теплообмена между тремя и более теплоносителями;
- небольшой вес и объем.
Конструктивно пластинчато-ребристые теплообменники состоят из тонких пластин, между которыми находятся гофрированные листы. Данные листы припаяны к каждой пластине. Таким образом, теплоноситель разбивается на мелкие потоки. Аппарат может состоять из любого числа пластин. Теплоносители могут перемещаться:
- прямотоком;
- перекрестным потоком.
Существуют следующие типы ребер:
- гофрированные (рифленые), образующие волнистую линию вдоль потока;
- прерывистые ребра, т.е. смещенные относительно друг друга;
- чешуйчатые ребра, т.е. имеющие прорези, которые отогнуты в одну или разные стороны;
- шиповидные, т.е. изготовленные из проволоки, которые могут располагаться в шахматном или коридорном порядке.
Пластинчато-ребристые теплообменные аппараты применяют как регенеративные теплообменники.
Блочные графитовые теплообменные аппараты: описание и применение
Теплообменные аппараты , выполненные из графита, характеризуются следующими качествами:
- высокой стойкостью к коррозии;
- высоким уровнем проводимости тепла (может достигать до 100 Вт/(м·К)
Благодаря указанным качествам, теплообменники данного типа широко используются в химической промышленности. Наибольшее распространение получили блочные графитовые аппараты, основным элементом которых является графитовый блок в форме параллелепипеда. В блоке есть непересекающиеся отверстия (вертикальные и горизонтальные), которые предназначаются для движения теплоносителей. Конструкция блочного графитового теплообменника может включать в себя один и более блоков. По горизонтальным отверстиям в блоке осуществляется двухходовое движение теплоносителя, которое возможно благодаря боковым металлическим плитам. Теплоноситель, который перемещается по вертикальным отверстиям, совершает один или два хода, что определяется конструкцией крышек (верхней и нижней). В теплообменниках с увеличенными боковыми гранями, теплоноситель, двигающийся вертикально может делать два или четыре хода.
Графитовый теплообменник, пропитанный фенолоальдегидным полимером, кольцевого блочного типа, с поверхностью теплообмена 320 м 2
Графитовый теплообменник кольцевого блочного типа для H2SO4
| Охладитель | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Наименование | Размерность | Горячая сторона | Холодная сторона | ||
| Вход | Выход | Вход | Выход | ||
| Среда | H2SO4 (94%) | Вода | |||
| Расход | м³/ч | 500 | 552,3 | ||
| Рабочая тепература | °C | 70 | 50 | 28 | 40 |
| Физ. Свойства | |||||
| Плотность | г/cм³ | 1,7817 | 1,8011 | 1 | |
| Удельная теплоёмкость | ккал/кг °C | 0,376 | 0,367 | 1 | |
| Вязкость | cП | 5 | 11,3 | 0,73 | |
| Теплопроводность | ккал/чм°C | 0,3014 | 0,295 | 0,53 | |
| Поглощённое тепло | ккал/ч | 6628180 | |||
| Исправленная средняя разность температур | °C | 25,8 | |||
| Перепад давления (допуст./расч.) | кПа | 100/65 | 100/45 | ||
| Коэффициент теплопередачи | ккал/чм²°C | 802,8 | |||
| Коэффициент загрязнения | ккал/чм²°C | 5000 | 2500 | ||
| Расчётные условия | |||||
| Расчётное давление | бар | 5 | 5 | ||
| Рсчётная температура | °C | 100 | 50 | ||
| Спецификация / материалы | |||||
| Требуемая площадь поверхности теплопередачи | м² | 320 | |||
| Прокладки, материал | тефлон (фторопласт) | ||||
| Блоки, материал | Графит, пропитка фенольно-альдегидным полимером | ||||
| Размеры (диаметр×длина) | мм | 1400*5590 | |||
| Внутренний диаметр канала, осевой / радиальный | 20мм/14мм | ||||
| Кол-во проходов | 1 | 1 | |||
| Кол-во блоков | 14 | ||||
Графитовый теплообменник для суспензии гидрата двуокиси титана и раствора серной кислоты
Технические характеристики:
| Наименование | Размерность | Горячая сторона | Холодная сторона | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Вход | Выход | Вход | Выход | ||
| Среда | Суспензия гидрата двуокиси Титана и 20% H2SO4 | Вода | |||
| Расход | м³/ч | 40 | 95 | ||
| Рабочая тепература | °C | 90 | 70 | 27 | 37 |
| Рабочее давление | бар | 3 | 3 | ||
| Поверхность теплообмена | м² | 56,9 | |||
| Физические свойства | |||||
| Плотность | кг/м³ | 1400 | 996 | ||
| Удельная теплоёмкость | кДж/кг∙°C | 3,55 | 4,18 | ||
| Удельная теплопроводность | Вт/м∙К | 0,38 | 0,682 | ||
| Динамическая вязкость | сП | 2 | 0,28 | ||
| Термостойкость к загрязнению | Вт/м²∙К | 5000 | 5000 | ||
| Перепад давления(рассчитанный) | бар | 0,3 | 0,35 | ||
| Теплообмен | кВт | 1100 | |||
| Средняя разница температур | оС | 47,8 | |||
| Коэффициент теплопередачи | Вт/м²∙К | 490 | |||
| Расчетные условия | |||||
| Расчётное давление | бар | 5 | 5 | ||
| Рсчётная температура | °C | 150 | 150 | ||
| Материалы | |||||
| Прокладки | PTFE | ||||
| Кожух | Углеродистая сталь | ||||
| Блоки | Графит, пропитанный фенольной смолой | ||||
Теплопроводы для химической промышленности
Теплопровод является перспективным устройством, применяемым в химической отрасли с целью интенсификации процессов теплообмена. Теплопровод это полностью герметичная труба с любым профилем сечения, выполненная из металла. Корпус трубы футерован пористо-капиллярным материалом (фитилем), стекловолокном, полимерами, пористыми металлами и т.п. Количество подаваемого теплоносителя должно быть достаточным для пропитки фитиля. Предельная рабочая температура колеблется от любой низкой до 2000 °C. В качестве теплоносителя используют:
- металлы;
- высококипящие органические жидкости;
- расплавы солей;
- воду;
- аммиак и т.п.
Одна часть трубы расположена в зоне отвода тепла, остальная - в зоне конденсации паров. В первой зоне образуются пары теплоносителя, во второй зоне они конденсируются. Конденсат возвращается в первую зону благодаря действию капиллярных сил фитиля. Большое количество центров парообразования способствует падению перегрева жидкости во время ее кипения. При этом существенно возрастает коэффициент теплоотдачи при испарении (от 5 до 10 раз). Показатель мощности теплопровода определяется капиллярным давлением.
Регенераторы
Регенератор имеет корпус, круглый или прямоугольный в сечении. Данный корпус изготавливается из листового металла или кирпича, в соответствии с температурой, поддерживаемой в процессе работы. Внутрь агрегата помещается тяжелый наполнитель:
- кирпич;
- шамот;
- рифленый металл и т.п.
Регенераторы, как правило, являются парными аппаратами, поэтому через них одновременно протекает холодный и горячий газ. Горячий газ передает тепло насадке, а холодный получает его. Рабочий цикл состоит из двух периодов:
- разогрев насадки;
- охлаждение насадки.
Насадка из кирпича может выкладываться в различном порядке:
- коридорный порядок (образует ряд прямых параллельных каналов);
- шахматный порядок (образует каналы сложной формы).
Регенераторы могут оснащаться металлическими насадками. Перспективный аппаратом считается регенератор, оснащенный падающим плотным слоем зернистого материала.
Смесительные теплообменные аппараты. Конденсаторы смешения. Барботер. Охладители
Теплообмен веществ (жидкостей, газов, зернистых материалов), при их непосредственном соприкосновении или смешении отличается максимальной степенью интенсивностью. Применение такой технологии диктуется необходимостью технологического процесса. Для смешения жидкостей применяется:
- емкостной аппарат, оснащенный мешалкой;
- инжектор (используются также для непрерывного смешения газов).
Нагревание жидкостей может осуществляться посредством конденсации в них пара. Пар вводится сквозь множественные отверстия в трубе, которая изогнута в форме окружности или спирали и находится в нижней секции аппарата. Устройство, обеспечивающее протекания данного технологического процесса, называется барботером.
Охлаждение жидкости до температуры близкой к 0 °C, может осуществляться посредством ввода льда, который способен поглотить при таянии до 335 кДж/кг тепла либо сжиженных нейтральных газов, характеризующихся невысокой температурой испарения. Иногда применяют холодильные смеси, которые поглощают тепло после растворения в воде.
Жидкость может подогреваться посредством контакта с горячим газом и охлаждаться, соответственно, посредством контакта с холодным. Такой процесс обеспечивается скрубберами (вертикальными аппаратами), где навстречу восходящему потоку газа стекает поток охлаждаемой или нагреваемой жидкости. Скруббер можно наполнять различными насадками с целью увеличения поверхности контакта. Насадки разбивают поток жидкости на маленькие струйки.
К группе смесительных теплообменников также относятся конденсаторы смешения, функция которых состоит в конденсации паров посредством их прямого контакта с водой. Конденсаторы смешения могут быть двух типов:
- прямоточные конденсаторы (пар и жидкость движутся в одном направлении);
- противоточные конденсаторы (пар и жидкость движутся в противоположных направлениях).
Для увеличения площади контакта пара и жидкости, поток жидкости разбивается на мелкие струйки.
Воздушный охладитель с ребристыми трубами
Многие химические установки генерируют большое количество вторичного тепла, которое не регенерируется в теплообменниках и не может быть повторно использовано в процессах. Данное тепло выводится в окружающую среду и поэтому существует необходимость минимизировать возможные последствия. Для этих целей применяют различные типы охладителей.
Конструкция охладителей с ребристыми трубами состоит из ряда ребристых труб, внутри которых течет охлаждаемая жидкость. Наличие ребер, т.е. ребристость конструкции, значительно увеличивает поверхность охладителя. Ребра охладителя обдувают вентиляторы.
Данный тип охладителей используется в случаях, когда отсутствует возможность забора воды для целей охлаждения: например на месте монтажа химических установок.
Оросительные охладители
Конструкция оросительного охладителя представляет собой ряды последовательно смонтированных змеевиков, внутри которых движется охлаждаемая жидкость. Змеевики постоянно орошаются водой, за счет чего и происходит орошение.
Башенные охладители
Принцип действия башенного охладителя заключается в том, что подогретая вода разбрызгивается в верхней части конструкции, после чего стекает вниз по набивке. В нижней части конструкции за счет естественного подсоса, мимо стекающей воды струится поток воздуха, который поглощает часть тепла воды. Плюс, часть воды испаряется в процессе стекания, результатом чего также является потеря тепла.
К недостаткам конструкции относятся ее гигантские габариты. Так, высота башенного охладителя может достигать 100 м. Несомненным плюсом такого охладителя является функционирование без вспомогательной энергии.
Башенные охладители, оснащенные вентиляторами, работают по аналогии. С той разницей, что воздух нагнетается посредством данного вентилятора. Следует отметить, что конструкция с вентилятором значительно компактнее.
Теплообменник с поверхностью теплообмена 71,40 м²
Техническое описание:
Поз.1: Теплообменник
| Температурные данные | Сторона A | Сторона B | ||
|---|---|---|---|---|
| Среда | Воздух | Дымовые (топочные) газы | ||
| Рабочее давление | 0.028 бар изб. | 0.035 бар изб. | ||
| Среда | Газ | Газ | ||
| Расход на входе | 17 548.72 кг/ч | 34 396.29 кг/ч | ||
| Расход на выходе | 17 548.72 кг/ч | 34 396.29 кг/ч | ||
| Температура на входе/выходе | -40 / 100 °C | 250 / 180 °C | ||
| Плотность | 1.170 кг/м³ | 0.748 кг/м³ | ||
| Удельная теплоемкость | 1.005 кДж/кг.К | 1.025 кДж/кг.К | ||
| Теплопроводность | 0.026 Вт/м.К | 0.040 Вт/м.К | ||
| Вязкость | 0.019 мПа.с | 0.026 мПа.с | ||
| Скрытая теплота | ||||
Работа теплообменника
Описание теплообменника
Габариты
| L1: | 2200 мм |
| L2: | 1094 мм |
| L3: | 1550 мм |
| LF: | 1094 мм |
| Вес: | 1547 кг |
| Вес с водой: | 3366 кг |
Фланцевый погружной теплообменник 660 кВт
Технические характеристики:
380 В, 50 Гц, 2x660 кВт, 126 рабочих и 13 резервных ТЭНа, всего 139 ТЭНа, соединение в треугольник 21 канал по 31,44 кВт. Защита - NEMA тип 4,7
Рабочая среда: Газ регенерации (объемные проценты):
N2 - 85%, водяной пар-1,7%, CO2-12.3%, O2-0.9%, Sox-100 ppm, H2S-150ppm, NH3-200ppm. Присутствуют механические примеси - соли аммония, продукты коррозии.
Перечень документов, поставляемых с оборудованием:
Паспорт на фланцевую погружную нагревательную секцию с инструкцией по монтажу, пуску, останову, транспортированию разгрузке, хранению, сведение о консервации;
Чертеж общего вида секции;
Теплообменные аппараты из меди подходят для химически чистых и не агрессивных сред, например, таких как пресная вода. Этот материал обладает высоким коэффициентом теплопередачи. Недостатком таких теплообменников является довольно высокая стоимость.
Оптимальным решением для очищенных водных сред является латунь. По сравнению с теплообменным оборудованием из меди она дешевле и обладает более высокими характеристиками коррозионной стойкости и прочности. А также стоит отметить, что некоторые латунные сплавы устойчивы к морской воде и высоким температурам. Недостатком материала считается низкие показатели электро- и теплопроводности.
Наиболее распространенным материальным решением в теплообменных аппаратах является сталь. Добавление в состав различных легирующих элементов позволяет улучшить ее механические, физико-химические свойства и расширить диапазон применения. В зависимости от добавленных легирующих элементов сталь может применяться в щелочных, кислотных средах с различными примесями и при высоких рабочих температурах.
Титан и его сплавы качественный материал, с высокими прочностными и теплопроводными характеристиками. Данный материал очень легкий и находит применение в широком диапазоне рабочих температур. Титан и материалы на его основе проявляют хорошую коррозионную стойкость в большинстве сред кислотного или щелочного характера.
Неметаллические материалы применяют в тех случаях, когда требуется проведение теплообменных процессов в особо агрессивных и коррозионно активных средах. Они характеризуется высоким значением коэффициентом теплопроводности и стойкости к наиболее химически активным веществам, что делает их незаменимым материалом применяемым во многих аппаратах. Неметаллические материалы разделяют на два вида органические и неорганические. К органическим относят материалы на основе углерода, такие как графит и пластические массы. В качестве неорганических материалов применяют силикаты и керамику.
- теплоноситель при протекании которого возможно выделение осадка преимущественно направляется с той стороны, с которой легче осуществить очистку теплопередающей поверхности;
- теплоноситель оказывающий корродирующее воздействие направляют по трубам, это обусловлено меньшим требованием расхода коррозионностойкого материала;
- для уменьшения потерь тепла в окружающую среду теплоноситель с высокой температурой направляют по трубам;
- с целью обеспечения безопасности при использовании теплоносителя с высоким давлением принято пропускать его в трубах;
- при протекании теплообмена между теплоносителями находящихся в разных агрегатных состояниях (жидкость-пар, газ), принято направлять жидкость в трубы, а пар в межтрубное пространство.
Подробнее о расчете и подборе теплообменного оборудования
Минимальная/максимальная расчетная температура металла для деталей под давлением: -39 / +30 ºС.
Для деталей не под давлением используется материал согласно EN 1993-1-10.
Классификация зоны: не опасная.
Категория коррозионности: ISO 12944-2: C3.
Тип присоединения труб к трубной доске: обварка.
Электрические двигатели
Исполнение: не взрывобезопасное
Класс защиты: IP 55
Частотные преобразователи
Предусмотрены для 50% электрических двигателей.
Вентиляторы
Лопасти изготовлены из усиленного материала алюминий/пластик с ручной регулировкой шага.
Уровень шума
Не превышает 85 ± 2 дБА на расстоянии 1 м и на высоте 1,5 м от поверхности.
Внешняя рециркуляция
Применяется.
Жалюзи
Верхние, входные и рециркуляционные жалюзи с пневматическим приводом.
Змеевик водяного подогревателя
Размещается на отдельной раме. Каждый подогреватель размещен под трубным пучком.
Вибрационные выключатели
Каждый вентилятор укомплектован вибрационным выключателем.
Включают опоры, стержни, водоотводящие камеры. Комплектный пол для рециркуляции не входит в объем поставки.
Сетчатая защита
Сетчатая защита вентиляторов, вращающихся деталей.
Запасные части
Запасные части для сборки и запуска
- Крепеж для стальных конструкций: 5%
- Крепеж для крышек плит коллекторов: 2%
- Крепеж для штуцеров воздушника и дренажа: 1 комплект каждого типа
Запасные части на 2 года эксплуатации (опционально)
- Ремни: 10% (минимум 1 комплект каждого типа)
- Подшипники: 10% (минимум 1 шт. каждого типа)
- Прокладки для воздушника, дренажа: 2 шт. каждого типа
- Крепеж для воздушника и дренажа: 2 комплекта каждого типа
- Один датчик уровня для установки шага лопастей вентилятора
- Один комплект для ремонта оребрения
Техническая документация на русском языке (2 экз. + CD диск)
Для согласования рабочей документации:
- Чертеж общего вида, включая нагрузки
- Электрическая схема
- Спецификация оборудования
- План тестовых проверок
С оборудованием:
- Основная документация о тестовых проверках согласно стандартов, кодов и других требований
- Инструкция по эксплуатации
- Комплексное описание агрегата
Тестовая и инспекционная документация:
- План тестовых проверок на каждую позицию
- Внутрицеховая инспекция
- Гидростатический тест
- Сертификаты на материалы
- Паспорт сосуда давления
- Инспекция TUV
Отгрузочная информация:
- Трубный пучок полностью собран и протестирован
- Змеевик теплофикационной воды полностью собран
- Жалюзи полностью собраны
- Водоотводящие камеры отдельными частями
- Рециркуляционные жалюзи с плитами отдельными частями
- Вентиляторы в сборе
- Стальные конструкции отдельными частями
- Электрические двигатели, осевые вентиляторы, вибрационные выключатели и запасные части в деревянных ящиках
- Сборка на площадке с помощью крепежа (без сварки)
Объем поставки
Следующее оборудование и проектная документация включены в объем поставки:
- Температурные и механические расчеты
- Трубные пучки с заглушками для воздушника и дренажа
- Вентиляторы в сборе
- Электрические двигатели
- Частотные преобразователи (50/% всех вентиляторов)
- Вибрационные выключатели (100% всех вентиляторов)
- Водоотводящие камеры
- Опорные конструкции
- Платформы обслуживания для опор и лестниц
- Система внешней рециркуляции
- Термодатчики на стороне воздуха
- Жалюзи на рециркуляции/входе/выходе с пневмоприводом
- Петли для подъема
- Заземление
- Поверхностная обработка
- Запасные части для сборки и запуска
- Запасные части на 2 года эксплуатации
- Специальный инструмент
- Ответные фланцы, крепеж и прокладки
Следующее оборудование не включено в объем поставки:
- Услуги монтажа
- Предварительная сборка
- Анкерные болты
- Теплоизоляция и огнезащита
- Опоры для кабелей
- Защита от града и камней
- Платформа для доступа к электрическим двигателям
- Электрические подогреватели
- Шкаф управления для частотных преобразователей*
- Материалы для электрического монтажа*
- Соединения для датчиков давления и температуры*
- Входные и выходные коллекторы, соединительные трубопроводы и фитинги*
Простота изготовления, ремонтопригодность, хорошие эксплуатационные характеристики и надежность конструкции делают рекуперативный или кожухотрубный аппарат одним из самых распространенных видов теплотехнического оборудования. В качестве рабочей среды могут применяться: газ, вода, пар, воздух, нефть и т. д. Чем выше их популярность, тем чаще специалисты сталкиваются с необходимостью делать расчет для их выбора. К счастью, прогресс не стоит на месте. Была разработана программа для выбора рекуператоров. Расскажем о ней подробнее.
Рис. 1 Схема кожухотрубноготеплообменника
К чему сводится расчет кожухотрубного теплообменника? К определению поверхности теплообмена и конечных температур теплоносителя. На чем он основывается? На составлении теплового баланса рекуператора по заданной схеме (см. рис.1) и определении коэффициента теплопередачи.
Исходные данные:
- начальные температуры обеих сред (греющей и нагреваемой), их давление и массовый расход.
- физические характеристики теплоносителей (вязкость, плотность, теплопроводность и т. д.).
- конечная температура одной из температурных сред.
Расчет поверхности.
Программа определяет тепловую мощность рекуператора из уравнения теплового баланса.
Уравнение теплового баланса
- Q = Ср* Ϭt.
- G - массовый расход среды, кг/с.
- Ϭt - изменение температуры среды, °С.
Полученную мощность подставляем в уравнение коэффициента теплопередачи и находим из него поверхность нагрева (теплообмена), м2.
- F = Q / k ∆t.
- Q - тепловая мощность, уже определенная из уравнения теплового баланса, Вт.
- к - коэффициент теплопередачи через разделяющую стенку, Вт/м2К, определяется довольно сложным расчетом.
- ∆t – средний температурный напор, который определяет схема движения греющей и обогреваемой сред (противоток, прямоток), °С.
Определив из последнего уравнения поверхность нагрева теплообменника, из базы типовых рекуператоров подбирается вариант с похожими характеристиками.
Рис. 2
Описанный выше расчет был предварительным. После него начинается самый сложный и длинный этап - проверочный расчет кожухотрубного теплообменника. Рассчитываются проходные сечения по греющей и обогреваемой среде, делается расчет теплообменника на прочность, меняется схема движения сред и все пересчитывается заново. В конечном итоге программа определяет коэффициент запаса по поверхности нагрева.
Этот запас необходим, на случай если внезапно поменяется нагрузка на теплообменник (плохая работа питательных насосов, шламообразование в трубах, часть трубного пучка пришлось заглушить для ремонта). В заключение программа вычислит массу рекуператора. Это удобно - сразу есть работа для строителей (выдается задание на фундаменты).
Программа методом многочисленных итераций находит оптимальные варианты и выдает в виде списка. Даже если ни один вариант схемы типового конденсатора вам не подойдет, у вас на руках останется расчет, в котором есть все данные для разработки рабочего проекта.
Раньше эта работа делалась вручную, можно так сделать и сейчас, но долго выбирать оптимальную схему никто не будет - выберут первую, которая пройдет по температурам. Так зачем мучиться несколько дней, если программа предоставит вам расчет кожухотрубчатого теплообменника буквально за минуты?
Кожухотрубчатый теплообменник. Конструкция и принцип работы
Рассмотрим кожухотрубчатый теплообменник, чертеж которого мы видим на рисунке 2. Опишем его конструкцию, соблюдая последовательность его сборки.
Рис. 3
- Между трубными решетками ввариваются трубы с предварительно надетыми на них дистанционными решетками. Последние не только дистанционируют трубы пучка, они еще и делают теплообменный аппарат многоходовым, увеличивая тепловую эффективность его схемы. Эта конструкция образует трубную систему рекуператора.
- К кожуху привариваются два штуцера - подвода и отвода среды. К торцам кожуха варятся фланцы.
- В днища рекуператора вваривают штуцера повода и отвода среды. Приваривают фланцы, ответные фланцам кожуха.
- Трубная система вставляется в кожух. Трубные решетки зажимаются между фланцами днища и кожуха, уплотняются прокладками, соединяются болтами или шпильками (см. рис. 3). Это дает возможность легко осуществить ремонт кожухотрубных теплообменников: разболтить фланцевое соединение и вынуть трубный пучок.
Греющая среда может циркулировать в межтрубном пространстве, а может идти по трубной системе. Равновероятны оба варианта схемы. Все зависит от физических характеристик среды и удобства монтажа подводящих трубопроводов. Схема кожухотрубного теплообменника закладывается в расчет программы.
Компенсация температурных удлинений
Кожухотрубчатый теплообменник, принцип работы которого всегда построен на передаче тепла от греющей среды к обогреваемой через разделительную стенку, имеет один момент, который сильно влияет на его конструкцию. В том случае, если значения температур греющей и обогреваемой среды будут сильно различаться, конструкция должна предусматривать компенсацию температурных удлинений. Если этого не сделать, то корпус будет расширяться быстрее, чем трубный пучок (или наоборот). Это приведет к деформации труб, а значит, ремонт - неизбежен. Возможные варианты решений приведены на рис.4
Рис. 4
I и II - греющая и обогреваемая среда.
- 1 - кожух рекуператора.
- 2 - трубная система.
- 3 - компенсатор.
- 4 - головка трубной системы.
а) Теплообменник с линзовым компенсатором, к которому приварены две независимых части корпуса. Эта конструкция (схема) подходит только для рекуператоров с низкими температурами и давлением. Если подавать на него теплоносители с высокими параметрами, то остановки на ремонт не избежать (работа тонкого компенсатора в таких условиях невозможна). Теплообменник кожухотрубный, чертеж которого показан на рис. 2 как раз относится к линзовым теплообменникам.
б) Рекуператор с плавающей головкой. Трубная система только с одной стороны зажата между фланцами корпуса и крышки (днища). С другой стороны торцы труб вварены в отдельную камеру (головку), которая не связана жестко с корпусом. Таким образом, трубный пучок и корпус могут удлиняться независимо друг от друга. Ремонт в этом случае не составит проблем - трубная система вытаскивается вместе с головкой.
в) Теплообменный аппарат с трубками U-образной формы. Крышка, куда входит греющая среда, разделена перегородкой на две камеры. Принцип, на котором основан теплообмен: в одну камеру входит среда I и по половине труб U-образной формы, проходя весь кожухотрубчатый теплообменник, возвращается во вторую камеру входной крышки. Среда II входит в один патрубок кожуха, циркулирует в межтрубном пространстве и выходит по второму патрубку. Корпус и трубная система расширяются независимо друг от друга.
Программа расчета кожухотрубчатого теплообменника требует четко сформулированных исходных данных. Чтобы работа рекуператора была безупречной, а остановки на ремонт редкими, нужна верно заданная схема.
Есть несколько особенностей, которые очень важны для расчета. Это:
- Скорость теплоносителей. Так, для жидких теплоносителей ω =0,6…6 м/с, для газообразных ω = 3-30 м/с. Чем выше скорость, тем выше тепловая мощность теплообменника. Но при этом растет и расход электроэнергии (нагрузка) на питательный насос, которому нужно «продавить» среду по системе. Чаще всего скорости сознательно занижают.
- При выборе диаметра и материала трубного пучка нужно учесть:
- качество воды (пара). Шлак и накипь снизят теплопередачу и тепловую мощность рекуператора.
- чем хуже условия, в которых будет проходить работа теплообменника, тем лучше должна быть сталь, из которой он будет сделан. Если придется делать промывку кислотой, то без нержавейки тут не обойтись. Лучше раз потратиться на изготовление, чем постоянно останавливать рекуператор на ремонт.
- Ограничение по габаритам. Его размеры не должны превышать максимально возможные транспортировочные габариты.
- Ремонтопригодность. После монтажа перед рекуператором должно быть достаточно пространства, чтобы можно было произвести ремонт кожухотрубных теплообменников (вынуть трубную систему из кожуха). Работа сварщиков тоже требует пространства для маневра. Если это невозможно, то рекомендуется конструкция (схема), показанная на рис. 5.
- Удобство эксплуатации. Его конструкция должна предусматривать свободный подход к задвижкам, приборам контроля, фланцам.
- Технология изготовления. Сама работа (технология) и сортамент материалов накладывает определенные ограничения. Так, например, очень трудно будет найти лист толщиной 9 мм, в то время как 10 мм можно купить у любой фирмы. Выточить много деталей - дорого. Желательно такие элементы конструкции сразу менять. И т. д. и т. п.
Рис. 5
Изначально неверный расчет рекуператора и выбор неподходящей схемы - главные причины, из-за которых происходит ремонт теплообменного аппарата. Программа по расчету теплообменных аппаратов существенно ускорит процесс расчета, и снизит процент ошибки до нуля. Простой интерфейс программы будет понятен даже начинающему расчетчику.
