Что такое теплообменники и как они работают

Теплообменники — это устройства, предназначенные для передачи тепла между двумя или несколькими потоками теплоносителей, без смешивания этих потоков. Они широко используются в различных отраслях, таких как энергетика, химическая и пищевая промышленность, чтобы обеспечить эффективный обмен теплом и повысить энергетическую эффективность процессов.

Существуют различные типы теплообменников, включая пластинчатые, трубные и воздушные, каждый из которых имеет свои преимущества в зависимости от условий эксплуатации и требований к производительности. Главная цель теплообменника — минимизировать потери энергии и обеспечить оптимальное использование тепла в системах отопления, охлаждения и производства.

Теплообменник

Технологические процессы как в нефтехимии, так и в иных сферах промышленности, невозможны без нагрева либо охлаждения сред, а в силу того, что, как правило, используются различные опасные вещества, находящиеся под давлением, необходимо специальное герметичное оборудование для теплообмена между различными средами. Таким оборудованием являются теплообменники.

Теплообменник — это оборудование, предназначенное для теплообмена жидких и газообразных сред. Основным теплоносителем для нагревания, испарения являются:

— пары высококипящих органических жидкостей;

— горячие топочные газы, отработанные газы;

Основным теплоносителем для охлаждения, конденсации являются:

— воздух (АВЗ, КВО, градирни);

— низкотемпературные агенты (этиленгликоль)

— сжиженные углеводородные газы

Основные конструкции теплообменников

Кожухотрубный теплообменник

Кожухотрубный стальной теплообменник является одним из наиболее распространенных. Кожухотрубные теплообменники состоят из пучка труб, концы которых закреплены в специальных трубных решетках путем развальцовки, сварки, пайки, на сальниках и т.п. Трубный пучок расположен внутри общего кожуха, один из теплоносителей движется по трубам (трубное пространство), а другой – в пространстве между кожухом (корпусом) и трубами (в межтрубном пространстве). В зависимости от технологического назначения предусматривают четыре вида кожухотрубных теплообменников:

По конструкции различают теплообменники:

— с неподвижной трубной решеткой (решетка жестко прикреплена к корпусу и трубы не могут свободно удлиняться – Н);

— с компенсирующими устройствами (К – с линзовым температурным компенсатором на кожухе, П – с плавающей головкой, У – с U-образными трубами, ПК – с плавающей головкой и компенсатором на ней)

Теплообменники изготавливаются в следующих исполнениях:

Теплообменники могут быть изготовлены (для повышения скорости движения теплоносителей и увеличения интенсивности теплообмена) одно-, двух-, четырех-, шестиходовыми по трубному пространству (кроме U-образных – они всегда двухходовые), путем применения продольных перегородок, с поперечными (сегментные перегородки, в виде чередующихся колец и дисков, в виде сплошных дисков, кольцевыми отверстиями вокруг каждой трубы) перегородками в межтрубном пространстве. Применение данного решения позволяет увеличить КПД аппарата, однако затрудняет чистку и несколько повышает сопротивление потоку.

В теплообменниках с неподвижными трубными решетками при различном тепловом удлинении труб и кожуха возникают температурные напряжения, поэтому такие теплообменники применяют при небольшой (до 50 град. С) разности температур между трубами и кожухом.

Применение кожухотрубных теплообменников с температурным компенсатором на кожухе (линзовый компенсатор) ограничено предельно допустимым давлением в кожухе (не более 1,6 МПа). Также одним из недостатков является наличие трудновычищаемой полости, в которой, в случае применения загрязненных сред, может скапливаться шлам, тина, песок, кокс и пр.

Теплообменники с плавающей головкой имеют одну трубную решетку, закрепленную в кожухе; вторая решетка подвижна и может перемещаться внутри аппарата. Такой тип конструкции также исключает температурные напряжения в кожухе и в трубах, а таже в этих теплообменниках пучок труб можно демонтировать из кожуха для осмотра и чистки.

Теплообменники с U-образным трубным пучком также лишены проблемы возникновения температурных напряжений, однако имеют существенный недостаток в виде сложности чистки трубного пространства. Как и с теплообменником с плавающей головкой, трубный пучок можно вынуть для чистки межтрубного пространства. Также одной из возможных неполадок может быть разрушение перегородки между входом и выходом продукта в трубное пространство, вследствии чего рабочая среда будет двигаться напрямую, минуя трубный пучок, тем самым снижая эффективность аппарата до 0.

Кожухотрубные испарители (рибойлер) с трубными пучками из U-образных труб (марка ИУ), или с плавающей головкой имеют паровое пространство над кипящей в кожухе жидкостью. В этих аппаратах, всегда расположенных горизонтально, горячий теплоноситель движется по трубам. Для предотвращения прогара пучка и постоянного уровня жидкости, перед пучком монтируется перегородка

Теплообменник типа «труба в трубе» применяется при небольших тепловых нагрузках, когда требуемая поверхность теплообмена не превышает 30 м2. Подобные теплообменники изготавливают следующих типов:

— неразборные однопоточные малогабаритные;

— разборные одно и двухпоточные малогабаритные;

Пластинчатые теплообменники

Благодаря небольшому поперечному сечению в этих теплообменниках легко достигаются высокие скорости теплоносителей как в трубах, так и в межтрубном пространстве. В пластинчатых теплообменниках поверхность теплообмена образована набором тонких штампованных гофрированных пластин. Данные аппараты могут быть разборными, полуразборными и неразборными.

В пластинах разборных теплообменников имеются отверстия для прохода теплоносителей и пазы, в которых закрепляются уплотнительные и компонующие прокладки из специальных резин. Пластины сжимаются между неподвижной и подвижной плитами таким образом, что благодаря прокладке между ними образуются каналы для поочередного прохода горячего и холодного теплоносителей. Плиты снабжены штуцерами для присоединения трубопроводов. В полуразборных теплообменниках пластины попарно сварены, доступ к поверхности теплообмена возможен только со стороны хода одной из рабочих сред.

Данные теплообменники очень компактны, что обеспечивает пропускание обоих теплоносителей со значительными скоростями и приводит к достижению высоких коэффициентов теплопередачи, однако крайне плохо справляются с загрязненными средами, и больше других боятся "размораживания".

Спиральные теплообменники

Аппараты, в которых каналы для теплоносителей образованы двумя свернутыми в спирали на специальном станке листами. Расстояние между ними фиксируется приваренными бобышками или штифтами. В соответствии с СТО 00220256-003-2006 навивку спиральных теплообменников производят из рулонной стали шириной от 0,2 до 1,5 м с поверхностями нагрева от 3,2 до 100 м2 при расстоянии между листами от 8 до 12 мм и толщине стенок 2 мм для давления до 0,3 МПа и 3 мм — до 0,6 МПа. Зарубежные фирмы изготовляют специальные теплообменники из рулонного материала (углеродистых и легированных сталей, никеля, титана, алюминия, их сплавов и некоторых других) шириной от 0,1 до 1,8 м, толщиной от 2 до 8 мм при расстоянии между листами от 5 до 25 мм. Поверхности нагрева составляют от 0,5 до 160 м2.

Спиральные теплообменники устанавливают по штуцерам горизонтально и вертикально. Их часто монтируют блоками по два, четыре, восемь аппаратов и применяют для нагревания и охлаждения жидкостей и растворов. Вертикальные аппараты используют также для конденсации чистых паров и паров из парогазовых смесей. В последнем случае на коллекторе для конденсата имеется штуцер для удаления неконденсирующегося газа.

Данные теплообменники весьма компактны, что обеспечивает пропускание обоих теплоносителей с высокими скоростями, что обеспечивает большой коэффициент теплопередачи. При сопоставимых скоростях движения потока гидравлическое сопротивление спиральных теплообменников очень низкое, а за счет съемных боковых крышек сильно облегчается чистка аппарата.

Эксплуатация теплообменного оборудования

Теплообменники хоть и являются достаточно простым оборудованием, однако всё же имеют свою специфику.

При использовании в теплообменнике пары теплоносителей "вода-СУГ", нередки случаи "разморозки" аппарата по причине того, что при выводе в ремонт или резерв первым стравливают компонент с очень низкой температурой кипения. Данное действие приводит к закипанию СУГ, а т.к. температура кипения сжиженных газов намного ниже 0 градусов Цельсия, вода начинает замерзать и расширяться, что приводит к разрушению аппарата.

ВАЖНО. Всегда аппарат сначала освобождается от воды, а только после этого от сжиженных газов.

Также частым явлением является срыв перегородок, особенно в U-образных теплообменниках и теплообменниках с плавающей головкой. В случае разрушения перегородки эффективность аппарата равна нулю, т.к. среда идет по пути наименьшего сопротивления, минуя трубную решетку. К причинам можно отнести:

— высокий перепад давления между входом и выходом в аппарат в следствии загрязнения трубной решетки

— резкие (ударные) колебания расхода продукта

— коррозия, усталость металла

Как правило, для возникновения данной ситуации необходимо совпадение 2-х факторов. Аналогичная ситуация может происходить и с перегородками в межтрубном пространстве.

На предприятиях нефтехимической промышленности оборудование, как правило, спроектировано таким образом, чтобы максимально эффективно тратить энергоресурсы, т.е. нагрев и охлаждение осуществляются между имеющимися на производстве продуктами в зависимости от потребности на данном этапе производственной цепочки. Например, для нагрева ЭЭФ для подачи в куб колонны используется этилен, температура которого выросла в результате сжатия компрессором для перекачки товарного этилена в парки, при этом в процессе нагрева этилен охлаждается, и поступает в парк с температурой не 70-80 градусов цельсия, а 25. Для достижения аналогичного результата за счет нагрева паром и охлаждения водой/хладагентом потребовались бы дополнительные расходы на монтаж оборудования, трубопроводов, а также на закуп теплоносителя и хладагента соответственно.

Часто возникает необходимость прочистить оборудование "на ходу", т.е. возможности вывести теплообменник в резерв, вскрыть и прочистить нет. В таком случае в зависимости от среды возможно промывка "обратным ходом", т.е. теплоноситель/хладагент отсекается по входу, и за счет давления на линии выхода с аппарата промывается потоком в обратном направлении на дренаж. Данная операция особенно эффективна когда в качестве хладагента используется оборотная вода, несущая в себе множество примесей. В таком случае для увеличения эффективности промывки допускается осуществлять барботирование техническим воздухом либо азотом.

Источник3: dupad.ru

Виды теплообменного оборудования

Теплообменники — это технические устройства, в которых происходит обмен энергией (теплом) между средами разной температуры.

К теплообменному оборудованию относятся водонагреватели, испарители, парогенераторы, пастеризаторы, части системы кондиционирования или охлаждения. Конкретные параметры оборудования зависят от его типа.

По способу передачи тепла

По устройству теплообменное оборудование делят на две большие группы: поверхностные и смесительные приборы.

Поверхностные

Имеют раздельные герметичные контуры для течения двух рабочих сред. Среды обмениваются теплом за счет контакта между собой через стенки контура из теплопроводящего материала.

По направлению движения поверхностные теплообменники могут быть:

• Противоточными. Теплоноситель и теплоприемник двигаются в противоположных направлениях.
• Прямоточными. Обе среды перемещаются в одном направлении в параллельном потоке.
• Поперечными (перекрестными). В теплообменнике с поперечным потоком горячая и холодная среды перемещаются под прямым углом друг к другу.

Поверхностные аппараты дополнительно разделяют на рекуперативные и регенеративные.

Рекуперативные

В теплообменниках рекуперативного типа теплоноситель и теплоприемник проходят через прибор, не смешиваясь друг с другом. Течение рабочих сред всегда стабильно и происходит в одном направлении.

Принцип действия можно понять на примере «водяной бани»: не доводя до кипения, теплон

оситель подогревают в мелкой посуде, которую помещают в большую емкость. Примерами рекуперативных теплообменных аппаратов являются испарители, конденсаторы, котлы, нагреватели, охладители.

Регенеративные

В теплообменниках этого типа рабочие среды по очереди действуют на одну и ту же поверхность нагрева. Поверхность поглощает и накапливает тепло от теплоносителя, после чего его подача прекращается. Затем по конструкции проходит среда с более низкой температурой и забирает тепло.

При этом часто теплоноситель и теплоприемник — одно и то же вещество. Среда проходит стадию нагрева, а потом охлаждается, проходя обратно через прибор теплообмена в противоположном направлении. Затем цикл повторяется. Такой механизм устройства дает значительную экономию энергии, потому что большая ее часть используется.

Понять принцип работы такого вида теплообмена можно на примере бочки с водой в теплице: в жаркий день вода в бочке нагревается, а ночью отдает энергию и согревает постройку. Как пример, такие теплообменники являются частью мартеновских или стекловаренных печей.

Смесительные теплообменники

Эти устройства еще называют «контактные». Теплообмен в них происходит за счет непосредственного контакта или смешивания теплоносителя с теплоприемником.

Когда мы дуем на горячий чай, взаимодействуют дв

е среды — жидкая и газообразная. У смесительных теплообменников схожий принцип действия.

Они предназначены для охлаждения и нагрева различных жидких, газообразных или твердых сред, выпаривания и конденсации, плавления и кристаллизации. То есть в контактном оборудовании рабочие среды могут изменять свое агрегатное состояние.

Аппараты этого вида часто применяют в промышленности, энергетических установках. Например, для нагрева или охлаждения воды газами и растворами, для охлаждения или нагрева растворов и дальнейшей кристаллизации растворенного вещества. Их используют в установках для очистки сточных промышленных вод, в коммунальном хозяйстве для нагрева воды продуктами сгорания.

По особенностям конструкции

Пластинчатые

Представляют собой пластины с рифленой поверхностью и каналами для протока жидкости, соединенные в единые конструкции с помощью прижимных плит, термостойких уплотнителей (прокладок) и стяжек. Прокладки находятся между пластинами и образуют уплотнения. Уплотнение предотвращает смешивание и утечку рабочих сред, а также определяет, по каким каналам может протекать каждая из них.

Площадь теплообмена такого прибора равна сумме площади пластин. Можно увеличивать или уменьшать производительность агрегата за счет добавления или удаления внутренних пластин.

Патрубки, по которым теплоноситель и теплоприемник поступают в устройство и выходят из него чаще всего расположены на передней и задней прижимных плитах оборудования.

По способу соединения аппараты пластинчатого типа делят на:

1. Разборные теплообменники. Состоят из отдельных металлических гофрированных пластин, двух камер на концах устройства, рамы и крепежных болтов. Пластины разделены резиновыми прокладками, которые обеспечивают герметичность. Теплообменные приборы этого типа просты в установке, можно разобрать для чистки и обслуживания. Благодаря этому их активно используют на заводах и в домах. Но они не подходят для работы с химически агрессивными средами и требуют регулярной смены прокладок.
2. Паяные теплообменники. Состоят из тех же пластин, которые соединены между собой методом пайки с использованием медного или никелевого припоя. Их изготавливают только из высококачественной нержавеющей стали, а процесс пайки происходит в условиях вакуума. Паяные устройства имеют более прочную конструкцию, редко требуют ремонта и выдерживают работу с щелочами и кислотами. Благодаря этому их часто применяют в химической промышленности.
3. Сварные теплообменники. Их делают в виде конструкции из сварных модулей, которые соединяют с помощью лазерной сварки в виде пары пластин. Потом их собирают между торцевыми стальными плитами при помощи болтов. Устройство этого типа приборов обеспечивает перемещение рабочей среды в заваренных каналах по пластинам. Предназначены для использования в технических процессах с экстремально высокими температурами и давлением, с агрессивными веществами. Работают с высокотемпературным паром, газами, жидкостями и их смесями. Материал пластин — нержавеющая сталь, титан, никелевые сплавы. Эти аппараты отличает высокая эффективность и небольшие размеры, им нужно минимальное обслуживание.
4. Полусварные теплообменники. Принцип такой же, как и в сварных, но между каждым сварным модулем проложен специальный уплотнитель из паронита (прокладочный материал, производят под воздействием пресса из смеси асбеста, каучука и порошкообразных наполнителей). Область назначения и применения у таких теплообменных аппаратов схожа со сварными — когда в качестве теплоносителя выступает химически агрессивная среда, вещество с очень высокой температурой, давлением.

Благодаря рифленой поверхности контуров пластинчатые теплообменники имеют максимальное прилегание и циркуляцию рабочих сред. Разделяющие среды пластины тоньше по сравнению с другими материалами. Это увеличивает скорость передачи энергии, снижает тепловые потери и обеспечивает высокую эффективность теплообмена.

Такие теплообменные приборы имеют компактные размеры и простоту технического обслуживания. Они могут выполнять самые разные функции, например: нагревательного элемента, охлаждающей части системы, автоматического включателя или выключателя давления. Пластинчатые теплообменники получили наибольшее распространение в пищевой промышленности, горячем водоснабжении и отоплении частных домов.

Трубчатые

В общем виде теплообменники такого вида состоят из серии трубок внутри оболочки или большого сосуда высокого давления.

Самый простой и первый вариант конструкции трубчатого теплообменника — модель «труба в трубе». Принцип работы в том, что по внутреннему контуру проходит теплоноситель, а по внешнему — теплоприемник. Модель применяют благодаря простоте обслуживания и возможности менять диаметр труб, чтобы обеспечить оптимальную скорость движения рабочих сред. Но из-за низкой эффективности теплообмена и больших размеров эти конструкции уступают современным решениям.

Типы теплообменных аппаратов трубчатого вида имеют много подвидов. Самые распространенные из них:

1. Кожухотрубные теплообменники. Представляют собой наборы (пучки) труб, собранные в трубные решетки и помещенные в корпус (кожух). Патрубки и концы труб в трубных решетках скрепляют с помощью пайки или сварки. Один пучок труб содержит рабочую среду, которую нужно охладить или нагреть. Тепло между ними передается через стенки трубы либо со стороны трубы на сторону кожуха, либо наоборот. Пучок труб может состоять из разных видов труб: гладких, ребристых и других. Такие системы обычно работают с жидкостями при разном давлении. Текучая среда с более высоким давлением циркулирует по трубам, а жидкость с более низким давлением — через кожух. Эти теплообменники можно объединять между собой в секционные конструкции для увеличения объема жидкостей и скорости теплообмена.
2. Витые теплообменники. Это система закрученных вокруг сердечника труб, их также называют «змеевиковые». Теплообменники получили название из-за формы — трубки наматываются на сердечник кольцами, похожими на свернувшуюся змею. Рабочая среда в них движется по изогнутым трубам и межтрубному пространству. Приборы этого вида могут обеспечивать теплообмен между двумя жидкостями, жидкостью и паром, жидкостью и газом, между двумя газами или парами. Витые аппараты — достаточно компактные устройства с высокой эффективностью работы.
3. Спиральные теплообменники. По принципу похожи на витые, разница в том, что трубчатые каналы с теплоносителем и теплоприемником обвивают центральную перегородку устройства и накладываются друг на друга. Главное назначение этих приборов — охлаждение и нагревание тягучих, высоковязких жидкостей.
4. Оросительные теплообменники. Представляют собой горизонтальные трубы витых теплообменников, размещенные в вертикальной плоскости рядами параллельных секций. Над каждым рядом располагают желоб, из которого на теплообменные трубки стекает охлаждающая вода. Часть ее испаряется, а оставшаяся вода возвращается насосом. Назначение этого вида оборудования — обеспечение работы охладительных и морозильных камер, систем кондиционирования и вентиляции.

Самые используемые теплообменные приборы трубчатого типа — кожухотрубные теплообменники. Их диапазон рабочих сред намного шире, чем у других подвидов: они могут охлаждать молоко, соки, маслянистые жидкости. Также кожухотрубные аппараты имеют высокую производительность и пропускную способность.

Общее преимущество трубчатых теплообменников — устойчивость к низким и высоким температурам, агрессивным средам, к сильному давлению внутри агрегата. В основном их применяют на производстве и как часть бытовой техники: холодильников, кондиционеров.

Виды теплообменников по рабочим средам

Есть классификация теплообменных аппаратов по средам, которые они используют для работы:

• Газ–жидкость — элементы холодильных и морозильных камер, систем кондиционирования, теплообменники-утилизаторы отходящего тепла.
• Пар–жидкость — подогреватели кожухотрубной конструкции, элементы пастеризаторов и консерваторов продуктов, деаэраторы паровых котлов (очистители жидкости от газовых примесей).
• Жидкость–жидкость — кожухотрубные и пластинчатые аппараты систем горячего водоснабжения, охладители.
• Пар–пар — стерилизаторы.
• Пар–газ — использование тепла выхлопных газов турбин.
• Газ–газ — конденсаторы, испарители.

Для работы с разными средами важен материал изготовления теплообменника. При использовании в условиях высокого давления, экстремальных температур, с щелочами и кислотами чаще применяют аппараты из более прочных и стойких веществ: титана, латуни. В пищевом производстве важна возможность разбора системы и ее промывания дезинфицирующими средствами, поэтому в этой сфере применяют нержавеющую сталь.

По сфере применения

Теплообменники используют для любой работы, которая включает процессы охлаждения, нагревания, конденсации, кипения, испарения. Их применяют в энергетике, металлургии, пищевой и химической промышленности, на тепловых пунктах, в системах отопления, вентилирования и кондиционирования.

В пищевой промышленности теплообменные аппараты предназначены для пастеризации продуктов, их охлаждения. Часто в этой сфере используют разборный или паяный виды пластинчатых теплообменников.

В металлургии печи, стаканы-коллекторы, гидравлические системы и другие устройства вырабатывают огромное количество тепла. Поэтому в этой сфере в качестве охладителей применяют пластинчатые аппараты: паяные, сварные.

В судостроении теплообменники применяют для охлаждения главного двигателя и всей центральной системы корабля. Здесь в качестве рабочей среды могут использовать морскую воду или моторные масла разной степени вязкости. На крупных судах теплообменное оборудование предназначено для поддержания работы отопительной системы, для горячего водоснабжения.

Теплообменные аппараты также применяют в коммунальном теплоснабжении. Например, для подогрева воды, действия теплых полов, системы ГВС. В таких приборах используют пластины из антикоррозийной стали толщиной до 5 миллиметров с уплотнителями из каучука.

В нефтегазовой промышленности теплообменники нужны для термического разложения нефти, ее подогрева и охлаждения.

Источник4: dupad.ru

Источник5: e8company.ru

Виды теплообменников – общая информация

В современном мире достаточно большое разнообразие теплообменников, у них разные характеристики и виды. В этой статье мы расскажем о пластинчатом теплообменнике, а также дадим общую информацию о данном оборудовании, и его работе.

Что такое теплообменник?

Что же такое теплообменник, и зачем он нужен. Теплообменник служит для теплообмена между двумя средами в нем. По принципу действия его делят на рекуператоры и регенераторы. Сфера применения теплообменников довольно широка. Такое оборудование активно используют в пищевой, а также химической промышленности, в сфере энергетики, в различных тепловых станциях, и даже для вентиляции, в том числе в кондиционерах.

Виды оборудования по передаче тепла

Существуют несколько видов теплообменников это:

• Поверхностные теплообменники.
• Смесительные теплообменники.

Рассмотрим каждый вид теплообменника отдельно.

1. Поверхностный вид – это такой вид обмена тепла, который происходит через стенки теплопроводящего материала. Чтобы обеспечить тепло разных сред, используют специализированный материал, который является полностью герметичным.

Поверхностный теплообменник так же делится на несколько видов:

• рекуперативные типы (то есть обмен теплового потока происходит благодаря тонким стенкам контура, при этом поток не меняет свое направление).
• регенеративные типы (то есть обмен теплового потока происходит, так же, как и в первом типе, но в регенеративном типе идет изменение направления потока).

1. Смесительный вид – не является популярным видом, поэтому его используют не так часто, а передача тепла осуществляется при достижении смешивания двух сред.

Виды оборудования по применению

Вид теплообменника можно распределить по его существенному применению, то есть, для каких нужд он будет использоваться. Поэтому выделяются несколько видов это:

• Кожухотрубные теплообменники – они имеют вид труб, которые собраны в одну связку, и она в свою очередь имеет соединение по виду решетки. Для соединения такой связки используется сварка, а также пайка.
• Пластинчатые теплообменники – от названия вида можно понять, как выглядит теплообменник – это пластины, которые занимают определенную площадь, и имеют соединение между собой уплотнителями.
• Витые теплообменники – такой вид собран из змеевиков, теплая среда идет по изогнутым трубам, а также по всему пространству теплообменника.
• Спиральные теплообменники – это стальные листы, которые в свою очередь сворачивают в спираль.
• Водяные и воздушные теплообменники.

Существует достаточно много видов теплообменника, и чтобы их перечислить нужно много времени, поэтому остановимся на данных видах, которые перечислены выше. Из всех видов, которые существуют в мире, самыми распространенными являются пластинчатые. Поэтому далее мы более подробно остановимся на них. Узнаем обо всех особенностях данного вида. А также узнаем, почему чаще всего выбирают данный вид теплообменника.

Подробнее о видах теплообменника

Как в предыдущем разделе было уже сказано, что самый популярный теплообменник это пластинчатый. В свою очередь, он делится на несколько видов:

1. Пластинчатые разборные.

Они представляют собой пластины, которые находятся отдельно ото всего, и имеют разделитель – резиновые прокладки, состоит из плиты прижимной, станины, рама, и болты для крепления.

Представляют собой гофрированные пластины, которые изготавливаются из нержавеющей стали. Пластины соединяются пайкой в вакууме. Чтобы паять такие пластины, используют либо медный, либо никелевый припой.

Уникальный теплообменник, поскольку он используется в высоких температурных условиях. При высоких температурах нельзя использовать теплообменник с уплотнением, поэтому сварные пластинчатые теплообменники, идеально подходят для серьезных температурных режимов. Сами по себе они имеют небольшие размеры, их не надо постоянно обслуживать. А материал, который используют для данных пластин – это нержавеющая сталь, титан или никель.

Пластинчатые сварные теплообменники используются вместе с высокотемпературным паром, для газов, а также жидкостей. Сами пластины сваривают сталью. Применяют их в газовых средах, а В местах, где существует большое давление.

Для теплообменников такого вида используются сварные кассеты, которые свариваются из двух пластин друг с другом лазерным швом и служат каналом для агрессивной среды.

Применяются при технологическом процессе с использованием агрессивных сред (такие как фреоны, аммиак) с высокой температурой и повышенным давлением. Такие теплообменники выглядят как конструкция, состоящая из сварных кассет, разделенных между собой резиновыми уплотнителями.

Выглядят как большое количество труб, прикрепленные в трубные решетки, в последствие помещают их в специальный корпус, крепятся с помощью развальцовки, сварки, а также пайкой. Решетки из труб закрываются крышками, которые основаны на прокладках, болтах или шпильках.

Это спирали, которые заворачивают в специально — сваренный кожух. Нагрев идет, благодаря, двум металлическим листам, которые имеют небольшую толщину. Их используют в агрессивных средах, где есть высокое давление. Сами по себе спирали имеют небольшие габариты, при этом они сами очищаются, что позволяет использовать их в местах, где существует большое давление, и появляется пар.

Так же есть оросительные, пластинчато-ребристые, графитовые и многие другие.

Если выбор встает между кожухотрубными или пластинчатыми теплообменниками, то зачастую выбирают вторые. Потому что у пластинчатых в 3 раза больше теплоотдача.

Подробнее о преимуществах пластинчатых теплообменников над кожухотрубчатыми вы можете узнать в статье: «Преимущества разборных пластинчатых теплообменников перед кожухотрубными»

Конструкция теплообменника

У теплообменника есть две плиты (одна из них подвижная, вторая неподвижная). В плитах существует определенное количество отверстий, для входа и выхода сред. Между этими двумя плитами расположен пакет пластин, который закреплен на двух направляющих и стянут для герметизации стяжными болтами. Пластины располагаются не хаотично, а в определенном порядке, и через одну, пластина развернута на 180 градусов.

Принципы работы теплообменника

Теплообменник работает, благодаря, жидкости. Жидкость переходит по определенным каналам, которые сделаны из гофрированной пластины. Для исключения смешивания сред, они разделены пластинами. В портах уплотнения расположены таким образом, что каждая среда попадает в нужный канал, который чередуется через один. Пластины теплообменника идентичны, и их установка происходит легко.

Выглядит такой теплообменник как пакет, который имеет 4 коллектора. Они нужны для ввода и вывода сред. Так как пластин много, они почти все взаимодействуют, кроме первой и последней пластины, они в работу не включены.

Трубы, иногда, имеют отличие соединения. И их существует два: ГОСТ №6357 и ГОСТ №12815. Каким видом соединения воспользоваться зависит от вида устройства. Пластины размещаются параллельно друг другу, создавая, таким образом, канал. Среда проходит по каналам, появляется теплообмен, и среда покидает его.

Из этого следует, что пластина является самым важной деталью в теплообменнике. Пластина имеет толщину 0,5 мм, которые делаются из нержавеющей стали, с помощью холодной штамповки. Чтобы пластины были герметичны, у них есть резиновые прокладки, которые в свою очередь достаточно упругие.

Чтобы выбрать правильный теплообменник, нужно знать, в каком техническом процессе будет происходить его работа, где его нужно будет в дальнейшем использовать.

Сферы применения

Места, где применяются теплообменники разнообразные. Они нужны в таких сферах как: газовой, холодильной, нефтехимической нефтеперерабатывающих. От условий, где будет он работать и зависит сама конструкция оборудования.

• Пищевая промышленность. Теплообменники используются в пищевой промышленности, для изготовления многих товаров, например, молочные продукты, сахар, растительное масло, алкоголь. В пищевой промышленности они используются для того, чтобы пастеризовать товар, охлаждать их, а В каких-то случаях испарять. Для пищевой промышленности используют паяный пластичный теплообменник, иногда берут и разборный теплообменник, но это происходит гораздо реже.
• Металлургия. В данной сфере теплообменник выступает, как охлаждение, поскольку печи, гидравлические системы и прочие устройства, имеют сильный нагрев. Для этой работы используют пластинчатые теплообменники, паяные, сварные иногда спиральные.
• Судостроение. На суднах используют теплообменник так же, как охлаждающий элемент. Поскольку двигатель имеет сильный нагрев. Для среды можно использовать морскую воду, в некоторых случаях берут моторные масла. Иногда теплообменник на судне выступает как отопительный элемент, но это применение происходит только на крупногабаритных суднах.
• Коммунальное теплоснабжение. Для подогрева воды подходит пластинчатый вид. Пластины делают из антикоррозийной стали.

Исходные данные и расчет теплообменника

1. Температура на входе и выходе обоих контуров. Чем больше разница температур холодного и горячего контура (дельта) тем меньше нужно будет пластин для теплообмена, и тем дешевле будет РПТО.
2. Максимально допустимая рабочая температура, давление среды. Зависит от среды, которая будет участвовать в теплообмене, ее максимальной температуры (не превышающей 200 гардусов по Цельсию), а давление зависит от насосного оборудования, но не должно превышать 25 бар (для пластинчатого теплообменника).
3. Массовый расход (m) рабочей среды в обоих контурах (кг/с, кг/ч). Или пропускная способность теплообменника. Часто указывают лишь один параметр — объем расхода воды. Общий массовый расход можно вычислить, если объем пропускной способности умножить на плотность.
4. Тепловая мощность (Р, кВт). Или тепловая нагрузка вычисляет по формуле: P = m * cp *δt>
5. где m– расход среды
6. cp– удельная теплоемкость (для воды, нагретой до 20 градусов, равна 4,182 кДж/(кг *°C))
7. δt – температурная разность на входе и выходе одного контура (t1 — t2)
8. Дополнительные характеристики.>
9. чтобы выбрать состав пластин, необходимо узнать в какой рабочей среде будет использоваться теплообменник и ее вязкость;
10. средний температурный напор LMTD (рассчитывается по формуле ΔT1 — ΔT2/(In ΔT1/ ΔT2), где ΔT1 = T1(температура на входе горячего контура) — T4(выход горячего контура) и ΔT2 = T2 (вход холодного контура) — T3 (выход холодного контура);
11. уровень загрязненности среды (R) – используют нечасто.

Источник6: e8company.ru