Топлообменници: конструкция, технически характеристики, производство

Топлообменникът е устройство, в което се пренася топлина между охлаждащите течности.

Принцип на действие

Топлообменниците с черупка и тръба са от рекуперативен тип, където средата е разделена от стени. Тяхната работа се състои в процесите на топлообмен между течности. В този случай може да настъпи промяна в тяхното агрегатно състояние. Топлопредаването може да възникне и между течност и пара или газ.

Предимства и недостатъци

Топлообменниците с черупки и тръби са често срещани поради следните положителни качества:

• устойчивост на механични напрежения и хидравлични удари;
• ниски изисквания за чистота на медиите;
• висока надеждност и дълготрайност;
• широка гама от модели;
• възможност за използване в различни среди.

Недостатъците на този тип модели включват:

• малка стойност на коефициента на топлопреминаване;
• значителни размери и висока консумация на метал;
• висока цена поради увеличеното съдържание на метал;
• необходимостта от използване на устройства с голям марж във връзка с щепсела на повредените тръби по време на ремонта;
• колебанията в нивото на кондензат нелинейно променят преноса в устройствата за хоризонтално изпълнение.

Топлообменниците с обвивка и тръба имат нисък коефициент на топлопреминаване. Това отчасти се дължи на факта, че пространството на тялото е 2 пъти по-голямо от общото напречно сечение на тръбите. Използването на направляващи прегради позволява да се увеличи скоростта на течността и да се подобри преноса на топлина.

В пръстеновидното пространство преминава охлаждащата течност и нагрятата среда се подава през тръбите. Също така може да се охлажда. Ефективността на топлопредаването се осигурява чрез увеличаване на броя на тръбите или чрез създаване на напречен ток на външния охладител.

Компенсация за удължаване на температурата

Температурата на охлаждащите течности е различна и в резултат на това се получава термична деформация на конструктивните елементи. Топлообменникът с черупка и тръба се извършва с или без компенсация за удължаване. Твърдото закрепване на тръбите е разрешено, когато температурната разлика между тялото и тялото е до 25-30 ^° C. Ако тя надвиши тези граници, се използват следните температурни компенсатори.

1. "Плаваща" глава - една от решетките няма връзка с корпуса и свободно се движи в аксиална посока, когато тръбите са удължени. Дизайнът е най-надежден.
2. Тялото е направено от компенсатор на лещата под формата на гофриране, което може да се разшири или свие.
3. Компенсаторът на салона е монтиран на горното дъно, което има способността да се движи с решетката по време на термично разширение.
4. U-образните тръби се разпростират свободно в околната среда на топлоносителя. Недостатък е сложността на производството.

Видове топлообменници

Дизайнът на устройствата е прост, те винаги са търсени. Цилиндричното тяло е стоманен корпус с голям диаметър. По краищата му има фланци, върху които са монтирани капаци. В тръбните листове вътре в корпуса тръбните снопове се фиксират чрез заваряване или изгаряне.

Материалът за тръбите е стомана, мед, месинг, титан. Стоманените плочи се фиксират между фланците или се заваряват към корпуса. Между тях и тялото са оформени камери, през които преминават охладители. Има също така прегради, които променят движението на флуиди, преминаващи през топлообменниците с черупка и тръба. Дизайнът ви позволява да променяте скоростта и посоката на протичане на потока между тръбите, като по този начин увеличавате интензивността на пренос на топлина.

Устройствата могат да се поставят в пространството вертикално, хоризонтално или с наклон.

Различните типове топлообменници се различават по подредбата на преградите и подреждането на температурните компенсатори. При малък брой тръби в снопа корпусът има малък диаметър, а топлообменните повърхности са малки. За да се увеличат, топлообменниците се свързват последователно в секции. Най-простата е конструкцията на "тръба в тръбата", която често се прави самостоятелно. За тази цел е необходимо да се изберат диаметрите на вътрешните и външните тръби и дебита на охлаждащите течности. Удобството за почистване и ремонт се осигурява за сметка на коленете, които свързват следващите секции. Този дизайн често се използва като топлообменник с черупка и тръба с пара.

Спиралните топлообменници са канали, изработени от правоъгълна форма и заварени от листове, по които се движат охладители. Предимството е голям контакт на повърхността с течности, а недостатък е ниското допустимо налягане.

Нови проекти на топлообменници

Днес започва да се развива производството на компактни топлообменници с релефни повърхности и интензивно движение на течности. В резултат на това техническите им характеристики са близки до ламелните устройства. Но производството на последните също се развива и е трудно да ги настигнем. Подмяната на корпус-тръбни топлообменници с пластинкови тип е целесъобразна поради следните предимства:

• коефициентът на топлопреминаване на гофрирания профил на плочата е 3-4 пъти по-голям;
• лесно разглобяване и ремонт;
• компактност, поради малките разстояния между плочите.

Недостатък е бързото замърсяване на плочите поради малкия им размер. Ако е добре да се филтрират топлоносителите, топлообменник ще работи дълго време. Малките частици не се държат на полирани плочи, а турбулизацията на течности също предотвратява отлагането на замърсители.

Увеличаване на интензивността на апарата за пренос на топлина

Специалистите постоянно създават нови топлообменници. Спецификациите се подобряват чрез прилагане на следните методи:

• създаване на турбулентни потоци;
• изработване на спирални вложки, които създават надлъжен и напречен поток около тръбите;
• производство на оформени, оребрени и усукани тръби;
• използването на газо-течни смеси;
• вибрации на топлообменни повърхности или пулсиращ поток на охладители;
• комбинация от няколко метода, като въртящ се поток и перки.

Турбулизацията на флуидните потоци значително намалява образуването на люспи по стените на тръбите. Поради това те не изискват мерки за тяхното почистване, които са необходими за гладки повърхности.

Производството на топлообменници с черупки и тръби с въвеждането на нови методи позволява да се увеличи ефективността на топлопреминаване с 2-3 пъти.

Като се има предвид допълнителното потребление на енергия и разходите, работниците в производството често се опитват да заменят топлообменника с пластинчат топлообменник. В сравнение с конвенционалните черупки и тръби, те са по-добри при пренос на топлина с 20-30%. Това е повече свързано с развитието на производството на нови технологии, които все още идват с трудности.

Работа на топлообменника

Устройствата се нуждаят от периодична проверка и мониторинг на работата. Параметрите, като температурата, се измерват чрез техните входни и изходни стойности. Ако ефективността на работа е намаляла, трябва да проверите състоянието на повърхностите. Солените отлагания засягат особено термодинамичните параметри на топлообменниците, където има малка разлика. Почистването на повърхностите се извършва химически, както и чрез използване на ултразвукови вибрации и турбулизацията на потоците на охлаждащата течност.

Ремонтът на черупково-тръбни апарати се състои главно в уплътняване на изпускащи тръби, което влошава техническите им характеристики.

заключение

Оптималните топлообменници с черупка и тръба се конкурират с пластинчати топлообменници и могат да се използват в много области на технологията. Новите дизайни имат значително по-малки размери и разход на метал, което позволява да се намали работната площ и да се намалят разходите за създаване и експлоатация.