Погружной теплообменник: классификация и виды, устройство и принцип работы, общие советы специалистов

Теплообменники, подогреватели пароводяные кожухотрубные, конденсаторы « Завод подогревателей «Теплообменное оборудование» : Статьи

Теплообменными аппаратами (теплообменниками) называются аппараты, предназначенные для обмена теплом между греющей и обогреваемой рабочими средами. Последние в ряде случаев называются теплоносителями.

Необходимость передачи тепла от одного теплоносителя к другому происходит во многих отраслях техники: в энергетике, в химической, металлургической, нефтяной, пищевой и других промышленных отрослях.

Тепловые процессы, происходящие в теплообменниках, могут быть самыми разнообразными: нагрев, охлаждение, испарение, кипение, конденсация, плавление, затвердевание и другие сложные процессы, включающие в себя несколько из перечисленных. В процессе обмена теплом могут участвовать несколько теплоносителей: тепло от одного из них может передаваться нескольким и от нескольких одному.

Типы теплообменников:

1)  по назначению: подогреватели, конденсаторы, охладители, испарители, паропреобразователи и т. п.;

2)  по принципу действия: поверхностные и смесительные.

Независимо от принципа действия теплообменники, применяющиеся в различных областях техники, как правило, имеют свои особенные названия. Эти названия определяются технологическими и конструктивными особенностями. Однако с технической точки зрения все теплообменники имеют одно назначение — передачу тепла от одного теплоносителя к другому или между поверхностью твердого тела и движущимся теплоносителем. Последнее определяет те общие черты, которые лежат в основе теплового расчета теплообменника.

В теплообменниках поверхностного типа теплоносители ограничены жесткими стенками, частично или полностью участвующими в процесс теплообмена между ними. Поверхностью нагрева называют часть поверхности таких стенок, через которую передается тепло.

Рекуперативными называются такие теплообменники, в которых теплообмен между теплоносителями осуществляется через разделительную стенку. При теплообмене в устройствах такого типа тепловой поток в каждой точке поверхности такой стенки сохраняет постоянное направление.

Рис. 1.1 Теплообменник с барабанным ротором

Регенеративными называются такие теплообменники, в которых два или большее число теплоносителей попеременно взаимодействуют с одной и той же поверхностью нагрева. Во время взаимодействиями с различными теплоносителями поверхность нагрева или получает тепло или накапливает его, а затем отдает, или, наоборот, сначала отдает накопленное тепло, охлаждается, а затем нагревается. В различные периоды теплообмена (нагрев или охлаждение поверхности нагрева) направление теплового потока в каждой точке поверхности нагрева обменивается на противоположное.

В большинстве рекуперативных теплообменников тепло передается безостановочно через стенку от теплоносителя к другому теплоносителю.

Такие аппараты называются теплообменниками непрерывного действия. Теплообменники, в которых периодически изменяются подача и отвод теплоносителей, называются теплообменниками периодического действия. Большое количество регенеративных теплообменников работает по принципу периодического действия. Разные теплоносители поступают в них в различные отрывки времени. Теплообменники такого устройства могу работать также и непрерывно. При этом вращающаяся насадка (или стенка) попеременно взаимодействует с потоками разных теплоносителей и непрерывно переносит тепло из одного потока в другой.

Ротор 1 разделён на секции 2, в каждой из которых находится пакет из проволочной сетки. Эквивалентный диаметр отверстия в проволочной насадке составляет десятые доли миллиметра.

Объем теплообменника при помощи стенок и уплотняющих устройств 3 рассечен на две полости, через одну из которых протекает горячий теплоноситель (газ), через другую — холодный. Уплотнения находятся также и на торцевой части ротора. Во время работы теплообменника вследствие движения ротора нагретые элементы насадки безостановочно переходят из полости горячего в полость холодного газа, а охладившиеся элементы — наоборот. Скорость движения ротора составляет обычно 6-15 об/мин. Теплообменники такого вида обладают наибольшей компактностью, но при различных давлениях теплоносителей перетекание газа из одной полости в другую в местах уплотнения значительно снижает их эффективность. Поэтому при неодинаковых давлениях теплоносителей эффективность теплообменника такой схемы во многом зависит от качества уплотнения между его полостями.

Рис. 1.2 Типы кожухотрыбных теплообменников

Смешивающими называются такие теплообменники,  в которых теплообмен происходит при непосредственном взаимодействии и смешении теплоносителей. Поэтому такие теплообменники иногда называют контактными. Наиболее важным фактором в рабочем процессе смешивающего теплообменного аппарата является поверхность соприкосновения теплоносителей. Для увеличения поверхности теплообмена на пути движения теплоносителей размещают насадку. Подробно конструкции теплообменных аппаратов такого типа будут рассмотрены далее.

В качестве теплоносителей в зависимости от назначения производственных процессов могут применяться самые разнообразные газообразные, жидкие и твердые вещества.

С точки зрения технической и экономической эффективности их применения теплоносители должны обладать следующими качествами:

1) Сочетать в себе достаточно большую теплоту парообразования, плотность и теплоемкость, малую вязкость. При таких характеристиках теплоносителей обеспечивается достаточная интенсивность теплообмена, и уменьшаются их массовые и объемные количества, требуемые для заданной тепловой нагрузки теплообменника. Необходимо также, чтобы теплоносители имели высокие температуры при малых давлениях, что способствует установке относительно небольших поверхностей теплообмена.

2) Должны быть термостойкими и не оказывать негативного воздействия на материалы аппаратуры. Теплоносители требуются химически стойкими и неагрессивными даже при достаточно длительном воздействии высоких температур. Желательно, чтобы теплоносители не давали в процессе работы отложений на поверхность теплообмена, так как отложения понижают коэффициент теплоотдачи и теплопроизводительность аппарата.

3) Быть недорогими и довольно доступными в российских ресурсах. Дорогостоящие или малодоступные материалы увеличивают капитальные затраты и эксплуатационные расходы, что часто приводит к низкой эффективности их применения с экономической точки зрения.

При выборе теплоносителей нужно в каждом конкретном случае детально учитывать их термодинамические и физико-химические свойства, а также технико-экономические показатели. Водяной пар как греющий теплоноситель более распространен  вследствие ряда своих достоинств:

1) Высокие коэффициенты теплоотдачи при конденсации водяного пара позволяют получать относительно небольшие поверхности теплообмена.

2) Большое изменение энтальпии при конденсации водяного пара позволяет использовать малое его весовое количество для передачи сравнительно больших количеств тепла.

3) Постоянная температура конденсации при заданном давлении дает возможность намного

проще поддерживать постоянный режим и регулировать процесс в теплообменниках.

Основным минусом водяного пара выступает значительное повышение давления в зависимости от температуры насыщения. Обогрев паром используется в процессах нагревания, происходящих при умеренных температурах (около 60-150 °С).

Наиболее часто используемое давление греющего пара в теплообменниках составляет от 0,2 до 1,2 МПа. Для высоких температур теплообменники с паровым обогревом получаются давольно тяжелыми и громоздкими по условиям обеспечения прочности, имеют толстые фланцы и стенки, по высокой цене и поэтому используются редко.

Горячая вода получила широкое распространение в качестве греющего теплоносителя, особенно в

отопительных вентиляционных аппаратах. Подогрев воды происходит в особых водогрейных котлах, производственных технологических агрегатах (к примеру, в печах) или водонагревательных установках ТЭЦ и котельных. Горячую воду как теплоноситель есть возможность транспортировать по трубопроводам на большие расстояния (на несколько километров). Однако горячая вода, поступающая от тепловых сетей, как нагревающий теплоноситель производственных теплообменников применяется редко, поскольку в течение отопительного сезона при качественном регулирова

Теплообменники своими руками – как сделать для отопления

Функциональные особенности теплообменников

Прежде чем начать изготавливать теплообменник, следует понять характер выполняемой им функции в отопительной системе. Принцип работы этого приспособления реализован в устройствах электрокотлов, газовых и твердотопливных. Теплообменник представляет собой конструкцию из изогнутых труб, которые размещаются внутри отопительного оборудования и нагреваются при помощи источника энергии.

По трубам теплообменника проходит теплоноситель, например, вода, которая нагревается и отправляется в радиаторы, на ее место поступает остывшая вода из батарей и снова нагревается. Таким образом, происходит отопление дома. В качестве теплоносителя могут использоваться газы, тогда в качестве нагревательного элемента будет работать рекуператор. Однако в жилых домах такой аппарат используется крайне редко.

Установив в печь теплообменник, можно получить полноценную систему отопления.

Подбор материала

Следует сразу отметить, что в домашних условиях создать теплообменник как на заводе практически невозможно. Вместе с тем, самодельная конструкция по функционалу не будет уступать созданной на предприятии.

Можно придать любую форму конструкции, но наиболее популярными вариантами является система, выполненная из нескольких металлических труб в виде решетки или пластин. В связи с тем, что температура горения достаточно высокая, тем более когда в качестве топлива используется уголь, следует особое внимание уделить выбору материала, а также уровню качества швов сварки. Кроме того, важную роль имеет тип металла, поскольку у каждого своя теплопроводность. Если взять медную трубу, то она в 7 раз будет превышать коэффициент теплопроводности, чем аналогичная труба, изготовленная из стали. При идентичном диаметре и объеме передаваемого тепла достаточно 3,5 метра медной трубы, при этих же параметрах стальной понадобится 27 метров.

Нагревательные элементы из меди самые дорогие, но эффективные. Если нет возможности потратиться на приобретение таких материалов, можно приобрести стальные трубы, но при этом их диаметр должен быть не менее 3,5 сантиметров.

Для справки! В том случае, если в качестве топлива будет использоваться уголь, то наиболее рациональным вариантом будет установка теплообменника из чугуна. Это самый прочный и теплоустойчивый металл. Кроме того, в качестве нагревательного элемента можно использовать старые чугунные батареи.

Расчет мощности

Очень сложно сделать идеальную систему отопления, не зная мощности теплообменника. При расчете данного показателя следуют учесть следующие параметры:

• диаметр труб;
• длину нагревательного прибора;
• теплопроводность используемого металла;
• максимальную температуру горения топлива;
• скорость циркуляции жидкости.

Если установить данные исходные величины проблематично, можно воспользоваться усредненным расчетом, исходя из того, что для получения мощности в 1 кВт, понадобится метр трубы с радиусом не менее 2,5 сантиметров.

Преимущества теплообменника

Нагревательный элемент в системе отопления, установленный в печи, имеет свои преимущества. Среди основных плюсов можно выделить следующие:

1. Простота изготовления и монтажа.
2. В доме появляется комбинированное отопление, что дает возможность отапливать большие площади, а не только локально одно помещение.
3. Возможность использовать разные виды топлива. Например, котлы ориентированы только на конкретный вид, а печь можно топить любыми твердыми энергоносителями.
4. Печь придает интерьеру особый шарм и уют, а благодаря новой функции она будет приносить еще больше пользы.

Несмотря на очевидные преимущества, следует отметить, что в сравнении с котлами, сделанными в заводских условиях, КПД будет ниже, кроме того, отсутствует автоматический контроль температуры нагрева теплоносителя. Вместе с тем, стоимость заводских котлов не каждому по карману, а изготовление отопительной системы своими руками с использованием самодельного элемента нагревания под силу каждому

Делаем своими руками

Прежде, чем приступать к изготовлению теплообменника, необходимо определиться с тем какой принцип передачи тепла будет реализован в таком устройстве.

Изготовление пластинчатого теплообменника

Для изготовления такого устройства необходимо приготовить следующие материалы и инструменты:

• сварочный аппарат;
• болгарка;
• 2 листа нержавеющей рифлёной стали толщиной 4 мм;
• плоский лист нержавеющей стали толщиной 4 мм;
• электроды;

Процесс сборки:

1. Из нержавеющей, рифлёной стали нарезаются квадраты со стороной 300 мм, в количестве 31 шт.
2. Затем, из плоской нержавейки нарезается лента шириной 10 мм и общей длиной 18 метров. Данная лента разрезается на отрезки длиной 300 мм.
3. Рифлёные квадраты свариваются друг с другом, полосой 10 мм с двух противоположных сторон, таким образом, чтобы каждая следующая секция была перпендикулярна предыдущей.
4. В итоге, получается 15 секций, обращённых в одну сторону, и 15 в другую в одном корпусе кубической формы. Рифлёная поверхность таких секции позволяет эффективно передавать теплоту от одного теплоносителя другому, при этом, не происходит взаимное перемещение различных или однородных сред.
5. В том случае, когда используется для передачи тепла не воздушная масса, а жидкость, к тем секциям, в которых будет циркулировать вода, приваривается коллектор из нержавеющей стали. Коллектор изготавливается из плоской нержавейки. Для этой цели болгаркой вырезаются прямоугольники: 300 *300 мм – 2 шт; 300 *30 мм – 8 шт.  Таким образом, получится комплект, из которого сваривается 2 коллектора, которые напоминают по своей форме квадратную крышку от коробки.
6. В каждом из коллекторовделается отверстие, к которому приваривается патрубок для последующего соединения с трубами отопительной системы или обеспечения горячим водоснабжением.
7. Отверстия на коллекторах делаются у одного из углов а, а при установке их на теплообменник входной патрубок должен быть расположен в нижней части такой конструкции, а выходной – в верхней.

Рассмотренный выше теплообменник устанавливается открытой стороной в систему циркуляции горячих газов.

Таким образом, раскалённый газообразный теплоноситель будет передавать теплоту рифлённым стенкам нержавеющих пластин, которые, в свою очередь, будут нагревать жидкость.

Теплообменник такой конструкции можно использовать для передачи тепла от одной жидкости, к другой. Для этого на открытые части пластин приваривается с 2 сторон стальная рубашка с патрубком вышеописанной конструкции.

Чертеж:

Изготовление водяного теплообменника для печи

Обычная дровяная печь может не только отапливать помещение традиционным способом, но и использоваться для нагрева воды для отопления комнат, в которых данный обогревательный прибор не установлен.

Для изготовления такого устройства понадобятся следующие материалы и инструменты:

• труба стальная диаметром 325 мм, длиной 1 метр;
• труба стальная диаметром 57 мм, длиной 6 метров;
• стальной лист толщиной 4 мм;
• сварочный аппарат;
• электроды;
• газовый резак;
• белый маркер;

Процесс изготовления:

1. Цилиндр из трубы диаметром 325 мм устанавливается вертикально на стальной лист и обводится маркером или мелом.
2. Обведённая окружность вырезается газовым резаком. Затем по получившемуся металлическому блину изготавливается ещё одна окружность такого же диаметра.
3. В каждом из таких блинов вырезается 5 отверстий диаметром 57 мм. Такие отверстия должны быть равноудалены друг от друга, а также от середины блина и его края. Блины привариваются к цилиндру таким образом, чтобы их отверстия располагались напротив друг друга.
4. Труба 57 мм нарезается болгаркой на отрезки длиной 101 см. Необходимо подготовить 5 таких отрезков.
5. Каждый отрезок трубы устанавливается в отверстия таким образом, чтобы края этой трубы на 1 мм выходили из отверстий верхних и нижних “блинов”. Электросваркой отрезки труб свариваются. В результате, получается металлический цилиндр, внутри которого находятся трубы меньшего диаметра. По этим трубам будет проходить горячий воздух и  дымовые газы, в результате чего, труба будет нагреваться и через свои стенки передавать тепло жидкости, которая будет находиться внутри цилиндра.
6. Для осуществления циркуляции жидкости внутри металлического цилиндра, в нижней и верхней его части привариваются патрубки. Снизу такой конструкции будет подаваться холодная вода, в верхней – осуществляться забор нагретой таким образом жидкости.

Воздушный теплообменник

Воздушный теплообменник – это пластинчатый прибор, который изготавливается по тому же принципу, как и вышеописанный в данной статье пластинчатый теплообменник, только с той лишь разницей, что коллектор на такое устройство не устанавливается.

Как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости, через устройство в качестве теплоносителя используется газ. Только для нагрева используются горячие газы образованные в результате горения топлива, а в качестве нагреваемого газа выступает воздух, который для большей эффективности может подаваться через теплообменник принудительно с помощью вентилятора.

Труба в трубе

Теплообменники такой конструкции очень просты в изготовлении и в эксплуатации.

Для того, чтобы изготовить такой прибор самостоятельно, понадобятся следующие материалы и инструменты:

• электросварка;
• электроды;
• болгарка;
• труба диаметром 102 мм, длиной 2 метра;
• труба диаметром 57 мм. длиной 2 метра;
• стальной лист толщиной 4 мм;

Процесс изготовления:

1. Из листовой стали вырезаются заглушки, в середине которых делаются отверстия диаметром 57 мм.
2. Эти заглушки привариваются к трубе 102 мм, таким образом, чтобы отверстия заглушек оказались посередине диаметра трубы. В эти отверстия заводится труба 57 мм и качественно проваривается по окружности.
3. В основной трубе 102 мм делается 2 отверстия для установки входящего и выходного патрубков. Эти отверстия должны располагаться как можно дальше друг от друга.

Принцип работы такого теплообменника очень прост: горячий теплоноситель, проходя по трубе меньшего диаметра, через металлические стенки трубы отдаёт тепло, жидкости, которая находится в полости трубы большего диаметра. Таким образом, происходит передача тепловой энергии, в то же время не происходит перемешивания жидкостей, которые могут быть не однородны, например вода и минеральное масло.

При подключении такой системы, как правило, теплообменник располагается в горизонтальной плоскости, а циркуляция жидкостей для повышения КПД осуществляется разнонаправлен о.

Чертеж собранного водо-водяного теплообменника  труба в трубе:

Промывка теплообменника

Своевременная промывка и очистка таких устройств, позволяет служить таким приборам много лет безотказно. Особенно нуждаются в своевременной очистке теплообменники, которые в качестве теплоносителя используют разогретые газы от сжигания твёрдого топлива.

Как правило, в таких системах, пластинчатые каналы забиваются сажей, что резко снижает КПД такого устройства, а при чрезмерном забивании рабочих отверстий продуктами горения, устройство может полностью выйти из строя.

Для качественной очистки таких теплообменников, устройство полностью демонтируется и каналы, тщательно очищают от сажи с последующей промывкой пластин.

Контур, в котором циркулирует вода повышенной жёсткости, необходимо промыть специальным средством от накипи или раствором лимонной кислоты. При значительном слое известковых отложений, производят механическую очистку пластин. Для этой цели, коллектор срезается болгаркой по шву. Пластины очищаются от накипи, затем коллектор приваривается на прежнее место.

Подобным образом происходит очистка системы теплообмена “труба в трубе”. Если не удаётся химическим способом эффективно удалить накипь, труба разрезается, накипь удаляется механическим способом. Затем происходит сборка устройства.

Виды теплообменников

Теплообменники в зависимости от своего назначения бывают охладительными и нагревательными:

1. Охладительное устройство контактирует с жидкостью или холодным газом, остужая при этом горячий теплоноситель.
2. Нагревательное устройство с разогретым газом, или жидкостью отдает тепло циркулирующим потокам холодной жидкости, газа, происходит обмен.

Конструктивно теплообменники бывают:

• поверхностными, при контактах сред через промежуточную поверхность;
• регенеративными, при подаче к насадке то холодной, то горячей воды за счет нагревания и охлаждения регулируется и поддерживается температурный режим;
• смесительными, подача сред из одной в другую путем их смешивания.

Поверхностные теплообменники могут иметь разную форму, бывают:

• пластинчатыми, состоящими из множества пластин с проходящей жидкостью через их лабиринты;
• в виде змеевиков, тонких трубок, закрученных в спираль;
• труба в трубе, состоящих из двух трубок разных по диаметру и размещенных одна в другой.

Необходимые материалы, инструменты чертежи

Для теплообменника стоит подобрать:

• Емкость на 90 -110 литров.
• Анод.
• Медную трубку в длину до 400 см для термонагревателя. Если нет медной трубы, можно воспользоваться алюминием, металлопластом, лишь бы хорошо гнулся.
• Регулятор мощности для регулирования подачи тепла.

Не нужно изготавливать змеевик из стали, материал плох на теплоотдачу не важно гнется, воздух нагревается благодаря меди во много раз быстрее. При использовании стали дополнительно потребуется трубогиб.

Пошаговое руководство

Изготовление бесканального теплообменника

1. Подготовьте емкость, лучше металлическую, пластиковая будет дольше нагреваться.
2. Установите бак к началу системы отопления.
3. Проделайте в емкости 2 отверстия для выходов. Одно – вверху, через которое горячая вода будет выводиться. Второе – внизу, холодная жидкость будет поступать из труб системы.
4. Разместите выходы правильно, от этого будет зависеть скорость отдачи тепла.
5. Запаяйте герметично отверстия, чтобы температура воздуха не тратилась на батарею, а помещение равномерно прогревалось.
6. Для трубки используйте медь, она должна хорошо гнуться и отдавать максимально тепло в помещение.
7. Согните трубку в форме спирали, получился змеевик.
8. Поместите спираль в бак, концы трубки нужно вывести наружу, хорошо закрепить их.
9. Подсоедините к концам деталей фитинг с резьбой.
10. Подсоедините к трубе регулятор мощности, его можно купить в магазине, стоит недорого, поэтому на самостоятельном изготовлении не стоит зацикливаться.
11. Система вполне будет работать исправно и без регулятора, но он нужен для регулирования мощности, экономии электроэнергии. Мощность можно выставить по своему усмотрению.
12. Подсоедините к термостату клеммы, после чего – провода питания.
13. Чтобы бак не изнашивался от перепадов температуры, установите анод.
14. Закройте герметично все элементы.
15. Наполните бак водой, теплообменник готов.

Типы теплообменников

Наиболее практичными считаются аппараты, теплоносителем в которых служит вода. И это неудивительно, поскольку по законам физики передача тепла посредством жидкости осуществляется намного лучше, чем воздухом. Тем не менее воздушное устройство применяется довольно часто.

Помимо вышеперечисленных агрегатов, существуют и такие, что устанавливаются на дымоходную систему. Монтаж подобных приспособлений происходит снаружи канала.

Любые агрегаты с теплообменниками, предназначенные для отопления помещений, устроены так, что их главная функция максимально направлена на нагревание воды.

Конструкция системы

Принцип работы самодельного теплообменного аппарата заключается в том, что он получает от отопительного устройства тепло, которое нагревает воду. Жидкость же распределяется по трубам, тем самым равномерно отапливая помещение. Такая система значительно экономит расход горючего, поскольку комната обогревается намного быстрее.

Обычное печное отопление можно улучшить следующими двумя способами:

• выполнить возведение печи заново под габариты теплообменного аппарата;
• осуществить монтаж технического устройства, которое конструируется исходя из размеров топливника.

Важно знать, что теплообменник должен подключаться ко всей отопительной системе так, чтобы труба, по которой подается вода низкой температуры, располагалась как можно ниже.

Не стоит забывать и о расширительном бачке, установка которого выполняется в самом верху трубопровода.

Благодаря этому элементу регулируется объем нагреваемой жидкости, а также выпускается накопившийся воздух. В случае если теплообменник, выполняющий естественную циркуляцию теплоносителя, окажется недейственным, требуется установить насос, который будет осуществлять это автоматически.

Читайте также:  Конструкция отопительной печи «Булерьян»

Самодельный аппарат для печи подключается к системе отопления с помощью двух специальных штуцеров: один из них подсоединяет трубу с холодной водой, второй – с горячей. При монтаже теплообменника и необходимых металлопрокатных изделий важно соблюдать установленный правилами уклон (см. схему снизу).

виды теплообменных аппаратов, устройство оборудования, принцип работы

Теплообменник – это оборудование, предназначенное для обмена тепловой энергией между двумя средами, одна из которых имеет более высокую температуру. В самом общем случае любой аппарат, где одно вещество передает тепло другому, может считаться теплообменником (частое сокращение – т/о). При этом обмениваться энергией могут среды, находящиеся в различных агрегатных состояниях: воздух (пар, газ) и жидкость (вода, масло, химический реагент и другие).

Открытые и изолированные схемы теплообмена

По принципу действия эти устройства подразделяют на смесительные и рекуперативные (изолированные). В первом случае вещества непосредственно контактируют друг с другом, смешиваясь между собой. Наиболее известный пример – охладительные башни (градирни), находящие применение в тепловых электростанциях и теплоцентралях, металлургических заводах, множестве других крупных объектов индустрии. В них понижение температуры воды происходит вследствие процессов испарения, а приток воздуха отводит в атмосферу образующийся пар. В рекуператоре две среды разделены стенками аппарата, образуя два изолированных независимых контура. Передача тепла между ними происходит вследствие теплопроводности корпуса. В свою очередь принцип действия теплообменной установки изолированного типа может быть непрерывным и периодическим. К последним относятся регенеративные т/о. Распространенный пример – воздухонагреватель (каупер) доменных печей в металлургии. С помощью подобных установок промышленность экономит значительные средства, которые расходовались на разогрев печного дутья.

Разновидности изолированных теплообменников

Особенности состояния и свойств веществ, для которых требуется организовать обмен теплом, привели к появлению большого набора технических решений. Классификация рекуператоров включает более десятка разновидностей. Основные виды, наиболее часто встречающиеся в технике и быту, бывают такими.

Трубчатые. Эта схема появилась одной из первых и в простейшем случае выглядит как две прямые трубы, одна из которых проходит внутри другой большего диаметра. Несмотря на кажущуюся примитивность, трубчатые т/о и сегодня применяют в специфических условиях, где требуются характеристики, недостижимые иным методом. Так, достоинством этого вида аппаратов является их способность работы с потоками жидкостей и газов максимальной скорости или при критических параметрах давления. Иногда для увеличения контактирующие поверхности теплоотвода внутреннюю трубку укладывают спиралью – это всем знакомые змеевики перегонных кубов.

Кожухотрубные. Развитие трубчатой схемы, когда внутренний контур образован не одной, а множеством трубок, объединенных в пучок. Наружная труба исполняет функцию защитного кожуха. Подобные установки традиционно применяли в котельных для отопления и горячей воды. Их плюсы: простота конструкции (можно изготовить в кустарных условиях), долговечность, стойкость к большим перепадам температур. Недостатки: затруднено обслуживание и очистка от накипи внутренних поверхностей, что снижает КПД, а также значительные размеры и масса прибора. Значительная внешняя поверхность приводит к неэффективному расходованию энергии теплоносителя на обогрев окружающего воздуха в котельной.

Пластинчатые. Более современное оборудование, обладающее большим КПД, а также минимальными размерами и малым весом. Такой аппарат состоит из отдельных пластин, имеющих гофрированную поверхность. При их соединении в пакет между отдельными пластинами возникает разветвленная система каналов, а герметичность изолированных контуров достигается упругими прокладками. Форма поверхности создается таким образом, что одни и те же пластины устанавливают в пакет, поворачивая их на 180°, и за счет асимметрии формируются горячая и холодная области. Чтобы противостоять коррозии, для производства пластин применяют высококачественную нержавеющую сталь или цветные сплавы. Поэтому некоторые модели пластинчатых т/о способны длительно контактировать с агрессивными жидкостями, такими как морская вода, химические реагенты, щелочи и кислоты.

Пластинчато-ребристые. Разновидность схемы, в которой каналы между пластин создаются не выштамповкой на поверхности, а дополнительными элементами (ребрами), закрепляемыми сваркой. Герметизация боковых поверхностей производится пайкой или сваркой, благодаря чему конструкция становится неразборной, но получает способность работы при сверхвысоких давлениях – более 100 атмосфер.

Погружные. Примитивная конструкция, в которой изогнутая змеевиком герметичная трубка погружается в бак (емкость) с жидкостью. Несмотря на простоту и низкий КПД, такие устройства дешевы и встречаются в оборудовании, где не требуется большая производительность.

Спиральные. Используются для работы с вязкими жидкостями, несущими значительное количество твердых частиц – в химическом производстве или в нефтепереработке. Имеют быстросъемную боковую крышку, открывающую легкий доступ к внутренним полостям аппарата, что значительно облегчает их обслуживание и чистку, не допуская заиливания каналов.

Особенности устройства пластинчатых теплообменников

Конструкция пластинчатого т/о может быть разборной и цельносборной (паяной, сварной). В первом случае аппарат состоит из большого количества отдельных пластин (от 10 до сотен штук), смонтированных между двумя прижимными плитами на несущей раме. Плотность контакта обеспечивают стяжные шпильки, а герметичность контура – уплотнения из стойкого к повреждениям синтетического каучука. Благодаря особенностям устройства такой теплообменник можно быстро разобрать для промывки пластин с одновременным контролем их состояния и заменой прокладок. Если тепловой мощности установленного агрегата недостаточно, ее легко нарастить, просто добавив к имеющемуся пакету дополнительные пластины.

Наше предложение

Из-за большого разнообразия неспециалисту бывает сложно понять, какое конкретное решение для его ситуации будет предпочтительным. Опытные консультанты компании «Комплексное снабжение» готовы помочь Вам, подобрав наиболее подходящий вид оборудования из сотен, выпускаемых промышленностью. Учитываем все факторы, включая экономический – подберем Вам не только качественную, но и недорогую технику. Обращайтесь по телефону (по РФ связь бесплатна) или на адрес [email protected].

Классификация теплообменников, управляющие уравнения и средства расчета.

Перегородки — равномерно расположенные перегородки кожухотрубного теплообменника, которые поддерживают трубы, предотвращают вибрацию, регулируют скорость и направление жидкости, увеличивают турбулентный поток и уменьшают горячие точки.
Противоток — относится к движению двух потоков в противоположных направлениях; также называется противотоком.
Crossflow — относится к движению двух потоков перпендикулярно друг другу.
Дифференциальное давление — разница между давлением на входе и выходе; представлен как ΔP или дельта p.
Дифференциальная температура — разница между температурой на входе и выходе; представлен как ΔT или дельта t.
Обрастание — наросты на внутренних поверхностях таких устройств, как градирни и теплообменники, что приводит к снижению теплопередачи и засорению.
Многопроходный теплообменник — тип кожухотрубного теплообменника, который направляет боковой поток через пучок труб (источник тепла) более одного раза.
Явное тепло — тепло, которое можно измерить или ощутить по изменению температуры.
Кожухотрубный теплообменник — теплообменник, имеющий цилиндрическую оболочку, окружающую пучок труб.
Сторона кожуха — означает обтекание трубок кожухотрубного теплообменника снаружи.
Ребойлер Thermosyphon — тип теплообменника, который создает естественную циркуляцию, когда статическая жидкость нагревается до точки кипения.
Трубный лист — плоская пластина, к которой концы трубок в теплообменнике крепятся прокаткой, сваркой или обоими способами.
Сторона трубки — относится к потоку через трубки кожухотрубного теплообменника.

Теплопередача — важная функция многих промышленных процессов. Теплообменники широко используются для передачи тепла от одного процесса к другому. Теплообменник позволяет горячей жидкости передавать тепловую энергию более холодной жидкости посредством теплопроводности и конвекции. Теплообменник обеспечивает нагрев или охлаждение процесса. Для использования в химической обрабатывающей промышленности был разработан и изготовлен широкий спектр теплообменников.

В теплообменниках с трубчатыми змеевиками змеевики погружаются в воду или обрызгиваются водой для передачи тепла. Этот тип работы имеет низкий коэффициент теплопередачи и требует много места. Лучше всего подходит для конденсации паров с небольшими тепловыми нагрузками.

Двухтрубный теплообменник имеет простую конструкцию для передачи тепла. Двухтрубный теплообменник имеет трубу внутри трубы. Внешняя труба обеспечивает оболочку, а внутренняя труба обеспечивает трубу.Теплая и холодная жидкости могут течь в одном направлении (параллельный поток) или в противоположных направлениях (противоток или противоток).
Направление потока обычно противоточное, потому что оно более эффективно. Эта эффективность достигается за счет турбулентного, противостоящего, разрывающего эффекта встречных токов. Несмотря на то, что два потока жидкости никогда не вступают в физический контакт друг с другом, два потока тепловой энергии (холодный и горячий) сталкиваются друг с другом. Энергетические конвективные потоки смешиваются в каждой трубе, распределяя тепло.

В теплообменнике с параллельным потоком температура на выходе одной жидкости может приближаться только к температуре на выходе другой жидкости. В противоточном теплообменнике температура на выходе одной жидкости может приближаться к температуре на входе другой жидкости. Из-за уменьшения разницы температур в теплообменнике с параллельным потоком будет передаваться меньше тепла. Статические пленки, образующиеся на трубопроводе, ограничивают теплопередачу, действуя как изолирующие барьеры. Жидкость вблизи трубы горячая, а жидкость, находящаяся дальше от трубы, холоднее.Любой тип турбулентного эффекта может разрушить статическую пленку и передать тепловую энергию, закручивая ее вокруг камеры. Параллельный поток не способствует созданию турбулентных водоворотов.

В химической промышленности обычно используются шпильки-теплообменники. Шпильчатые теплообменники используют два основных режима: двухтрубный и многотрубный. Обменник получил свое название от необычной формы шпильки. Двухтрубная конструкция представляет собой трубу в трубе. К внешней стенке внутренней трубы можно добавить ребра для увеличения теплопередачи.Многотрубная шпилька напоминает типичный кожухотрубный теплообменник, растянутый и изогнутый в шпильку.
Конструкция шпильки имеет ряд преимуществ и недостатков. Среди его преимуществ — отличная способность к тепловому расширению благодаря форме U-образной трубки; его оребренная конструкция, которая хорошо работает с жидкостями с низким коэффициентом теплопередачи; и его высокое давление со стороны трубки. Кроме того, его легко установить и почистить; его модульная конструкция позволяет легко добавлять новые разделы; и запасные части недорогие и всегда в наличии.К его недостаткам можно отнести то, что он не так рентабелен, как большинство кожухотрубных теплообменников, и требует специальных прокладок.

Кожухотрубный теплообменник является наиболее распространенным в промышленности. Кожухотрубный теплообменник имеет цилиндрическую оболочку, окружающую пучок труб. Поток жидкости через теплообменник называется потоком со стороны трубы или со стороны корпуса. Ряд перегородок поддерживает трубы, направляет поток жидкости, увеличивает скорость, уменьшает вибрацию трубы, защищает трубы и создает перепады давления.Кожухотрубные теплообменники можно разделить на однопроходные с фиксированной головкой; фиксированная головка, многопроходная; плавающая головка, многопроходная; или U-образная трубка. В теплообменнике с фиксированной головкой трубные решетки прикреплены к кожуху. Теплообменники с фиксированной головкой предназначены для работы с перепадами температур до 200 ° F (93,33 ° C). Тепловое расширение не позволяет теплообменнику с фиксированной головкой превысить эту разницу температур. Он лучше всего подходит для работы конденсатора или нагревателя. Теплообменники с плавающей головкой рассчитаны на высокие перепады температур выше 200 ° F (93.33 ° С). Во время работы одна трубная решетка зафиксирована, а другая «плавает» внутри оболочки. Плавающий конец не прикреплен к оболочке и может свободно расширяться.

Кожухотрубные теплообменники предназначены для работы с высокими расходами в непрерывном режиме. Расположение трубок может варьироваться в зависимости от процесса и требуемого количества теплопередачи. Когда поток со стороны трубы входит в теплообменник — или «головку», поток направляется в трубы, идущие параллельно друг другу. Эти трубки проходят через оболочку, через которую проходит жидкость.Тепловая энергия передается через стенку трубы в более холодную жидкость. Передача тепла происходит в основном за счет теплопроводности (первое) и конвекции (второе). Жидкости перемещаются снизу устройства вверх, чтобы удалить или уменьшить количество пара, попавшего в систему. Газы движутся сверху вниз, чтобы удалить захваченные или скопившиеся жидкости. Этот стандарт применяется как к потоку со стороны трубы, так и со стороны кожуха.

Ассоциация производителей трубчатых теплообменников (TEMA) классифицирует теплообменники по множеству проектных спецификаций, включая конструктивные нормы Американского общества инженеров-механиков (ASME), допуски и механическую конструкцию
:
• Класс B, предназначен для общего назначения эксплуатация (экономичный и компактный дизайн)
• Класс C.Разработан для умеренных условий эксплуатации и универсальной эксплуатации (экономичный и компактный дизайн)
• Класс R. Разработан для тяжелых условий эксплуатации (безопасность и долговечность)

Ребойлеры используются для добавления тепла к жидкости, которая когда-то кипела, пока она снова не закипит. Ребойлеры тесно связаны с работой ректификационной колонны. Типичные устройства ребойлера включают пять основных схем: ребойлер котла с затопленными трубами, естественная циркуляция, принудительная циркуляция, вертикальный термосифон и горизонтальный термосифон.Эти типы устройств классифицируются по способу создания потока жидкости. Если используется механическое устройство
, такое как насос, ребойлер называют ребойлером с принудительной циркуляцией. Циркуляция, для которой не требуется насос, классифицируется как естественная циркуляция.

• Ребойлер котла
  Ребойлер котла представляет собой кожухотрубный теплообменник, предназначенный для производства двухфазной парожидкостной смеси, которую можно вернуть в дистилляционную колонну. Ребойлеры котла имеют съемный пучок труб, который использует пар или высокотемпературную технологическую среду для кипячения жидкости.Большая паровая полость над нагретой технологической средой позволяет парам концентрироваться. Неиспаряющаяся жидкость перетекает через водослив в выпускное отверстие для жидкости.
  Горячие пары направляются обратно в ректификационную колонну через отверстия для выпуска пара ребойлера. Этот процесс контролирует уровень в нижней части дистилляционной колонны, поддерживает чистоту продукта, отделяет более мелкие углеводороды от более крупных и помогает поддерживать критический энергетический баланс в колонне. Важным понятием дистилляционной колонны является энергетический или тепловой баланс.Ребойлеры используются для восстановления этого баланса путем добавления дополнительного тепла для процессов разделения. Нижние продукты обычно содержат более тяжелые компоненты из башни. Ребойлеры всасывают нижние продукты и прокачивают их через свою систему. Температуру колонки контролируют на установленном уровне. Поток продукта поступает в нижнюю часть корпуса ребойлера. Когда поток поступает в ребойлер, он входит в контакт с пучком труб. По трубкам течет пар или горячая жидкость.Когда нижний продукт входит в контакт с трубками, часть жидкости вырывается (испаряется) и захватывается в куполообразной паровой полости в верхней части кожуха ребойлера. Этот пар отправляется обратно в башню для дальнейшего разделения. Водослив содержит непромокшую часть жидкости в ребойлере. Избыточный поток проходит через водослив и рециркулирует через систему. Ребойлером котла легко управлять, поскольку скорость циркуляции и двухфазного потока не учитывается.
• Вертикальный и горизонтальный термосифонный ребойлер
  Термосифонный ребойлер представляет собой однопроходный теплообменник с фиксированной головкой, подключенный к боковой стороне дистилляционной колонны.Теплообменники Thermosyphon можно устанавливать вертикально или горизонтально. Критическим расчетным фактором является обеспечение достаточного напора жидкости в колонне для поддержки обратного потока пара или жидкости в колонну. Естественная циркуляция возникает из-за разницы в плотности между более горячей жидкостью в ребойлере и жидкостью в дистилляционной башне. Одна сторона теплообменника используется для отопления, обычно паром или горячим маслом; другая сторона снимает всасывание с колонки. Когда пар используется в качестве нагретой среды в вертикальном теплообменнике, он входит через входное отверстие верхнего кожуха и стекает вниз к выпускному отверстию кожуха, чтобы обеспечить удаление конденсата.Входной патрубок нижней трубки теплообменника обычно принимает всасывание в точке, достаточно низкой на колонне, чтобы обеспечить уровень жидкости в теплообменнике. Насос не подключается к колонке и теплообменнику, если не требуется система принудительной циркуляции. Эта система использует силы плавучести, чтобы вспыхивать и втягивать жидкость. Третий закон движения Ньютона, который гласит, что для каждого действия существует равная и противоположная реакция, является основным принципом работы термосифонных ребойлеров. По мере того, как жидкости и пар циркулируют обратно в колонну, входная линия обеспечивает свежую жидкость для поддержки циркуляции.
• Вставной ребойлер
  Вставной ребойлер монтируется непосредственно в основании дистилляционной колонны. В качестве теплоносителя используется пар или горячее масло. Тепловая энергия передается непосредственно в технологическую среду. Нижняя секция дистилляционной колонны специально разработана для обеспечения кипения нижнего продукта. Эта нижняя секция поддерживает жидкостное уплотнение, поскольку горячие пары поднимаются вверх по колонне, а тяжелые жидкости собираются внизу.

Пластинчатые теплообменники — это устройства с высокой теплопередачей и большим перепадом давления.Они состоят из ряда уплотненных пластин, зажатых между собой двумя концевыми пластинами и стяжными болтами. Каналы между пластинами предназначены для создания перепада давления и турбулентного потока, поэтому могут быть достигнуты высокие коэффициенты теплопередачи.

Отверстия пластинчатого теплообменника обычно расположены на одной из крышек с неподвижным концом. Когда горячая жидкость входит в горячее впускное отверстие на крышке с фиксированным концом, она направляется в чередующиеся секции пластины через общий выпускной коллектор. Жатка проходит по всей длине верхних пластин.По мере того как холодная жидкость попадает в противоточный впускной канал для холодной воды на крышке с неподвижным концом, она направляется в чередующиеся секции пластины. Холодная жидкость движется вверх по пластинам, а горячая жидкость опускается по пластинам. Тонкие пластины разделяют горячую и холодную жидкости, предотвращая утечку.

Поток жидкости проходит через пластины один раз перед тем, как попасть в сборный коллектор. Пластины спроектированы с чередующимся рядом камер. Тепловая энергия передается через стенки пластин за счет теплопроводности и в жидкость за счет конвекции.Линии подачи горячей и холодной воды проходят по всей длине пластинчатого нагревателя и функционируют как распределительный коллектор. Коллекторы для сбора горячего и холодного воздуха проходят параллельно и на противоположных сторонах пластин. Коллектор горячей жидкости, который проходит через пластинчатый теплообменник с разборками, расположен в верхней части. Такое расположение учитывает падение давления и турбулентный поток, когда жидкость падает над пластинами
и попадает в коллектор. Холодная жидкость поступает в нижнюю часть пластинчатого теплообменника с разборками и движется противотоком горячей жидкости.Коллектор для сбора холодной жидкости расположен в верхней части теплообменника. Пластинчато-рамочные теплообменники
имеют ряд преимуществ и недостатков. Их легко разбирать и чистить, они равномерно распределяют тепло, поэтому нет горячих точек. Пластины можно легко добавить или удалить. Другими преимуществами пластинчатых теплообменников являются их низкое время сопротивления жидкости, низкое загрязнение и высокий коэффициент теплопередачи. Кроме того, если прокладки протекают, они протекают наружу, и прокладки легко заменить.Пластины предотвращают перекрестное загрязнение продуктов. Пластинчато-рамные теплообменники обеспечивают высокую турбулентность и большой перепад давления и малы по сравнению с кожухотрубными теплообменниками.
Недостатки пластинчатых теплообменников в том, что они имеют ограничения по высокому давлению и высокой температуре. Прокладки легко повредить и могут быть несовместимы с технологическими жидкостями.

Другой подход к передаче тепла имеет место в ребристом вентиляторе или теплообменнике с воздушным охлаждением.Теплообменники с воздушным охлаждением представляют собой структурированную матрицу из гладких или оребренных труб, соединенных с впускным и обратным коллекторами. Воздух используется как внешняя среда для отвода тепла от трубок. Вентиляторы используются в различных устройствах для применения принудительной конвекции для коэффициентов теплопередачи. Вентиляторы могут быть установлены над или под трубами с принудительной или принудительной тягой. Трубки можно устанавливать вертикально или горизонтально.

Коллекторы теплообменника с воздушным охлаждением можно разделить на литые, сварные, крышки и коллекторы.Литые коробки и сварные коробки имеют заглушки на торцевой пластине для каждой трубы. Эта конструкция обеспечивает доступ для очистки отдельных трубок, их закупорки при обнаружении утечки и повторного скручивания для затягивания соединений трубок. Конструкция крышки обеспечивает легкий доступ ко всем трубкам. Между крышкой и головкой используется прокладка. Тип коллектора разработан для приложений высокого давления.
Для механических вентиляторов используются различные драйверы. Общие приводы, используемые с теплообменниками с воздушным охлаждением, включают электродвигатель и редукторы, паровую турбину или газовый двигатель, ременные передачи и гидравлические двигатели.Лопасти вентилятора изготовлены из алюминия или пластика. Алюминиевые лезвия предназначены для работы при температурах до 300 ° F (148,88 ° C), тогда как пластиковые лезвия ограничены температурой воздуха от 160 ° F до 180 ° F (71,11 ° C, 82,22 ° C).
Теплообменники с воздушным охлаждением используются в воздушных компрессорах, в системах рециркуляции и конденсации. Этот тип теплопередающего устройства обеспечивает разницу температур 40 ° F (4,44 ° C) между окружающим воздухом и выходящей технологической жидкостью.Теплообменники с воздушным охлаждением не имеют проблем, связанных с водой, таких как загрязнение или коррозия. Они просты в конструкции и дешевле в обслуживании, чем теплообменники с водяным охлаждением. У них низкие эксплуатационные расходы и превосходное удаление при высоких температурах (выше 200 ° F или 93,33 ° C).
Их недостатки заключаются в том, что они ограничены работой с жидкостью или конденсатом, имеют высокую температуру жидкости на выходе и высокую начальную стоимость оборудования. Кроме того, они подвержены возгоранию или взрыву в случае нарушения герметичности.

Спиральные теплообменники характеризуются компактной концентрической конструкцией, которая создает сильную турбулентность технологической среды. Этот тип теплообменников бывает двух основных типов: (1) спиральный поток с обеих сторон и (2) спиральный поток-поперечный поток. Спиральные теплообменники типа 1 используются в жидкостно-жидкостных системах, конденсаторах и газоохладителях. Поток жидкости в теплообменник рассчитан на работу в полном противотоке. Горизонтальная осевая установка обеспечивает отличную самоочистку от взвешенных частиц.Спиральные теплообменники 2-го типа предназначены для использования в качестве конденсаторов, газоохладителей, нагревателей и ребойлеров. Вертикальная установка делает его отличным выбором для сочетания высокой скорости жидкости и низкого перепада давления на стороне паровой смеси. Спирали типа 2 могут использоваться в жидкостно-жидкостных системах, где высокие скорости потока с одной стороны компенсируются низким расходом с другой.

КНИГА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ДАННЫХ, разработанная Ассоциацией поставщиков газоперерабатывающих предприятий
Двухпроцессная технология — оборудование и системы Чарльза Э.Томас

MERSEN | теплообменник | теплопередача | дизайн | конденсатор

Мировой лидер в области теплообменников с ориентированным на решение подходом

На протяжении десятилетий компания Mersen разрабатывала и производила широкий ассортимент теплообменников с использованием различных технологий (блоки, трубки) и материалов (графит, SiC, тантал, цирконий, титан). Эти теплообменники могут быть установлены как конденсаторы, нагреватели, охладители…в агрессивных химических процессах ..

Опыт теплового проектирования для определения требований вашего проекта

Mersen был признан экспертом в области теплового и механического проектирования всех типов теплообменников (конденсатор, испаритель, котел …) с проверенными инструментами проектирования, позволяющими проводить расчеты с максимальной термической эффективностью: ASPEN B-JAC, X-Designer, индивидуальные программы.

Высококвалифицированный и опытный инженерный отдел

Ежегодно выполняя более 450 проектов механического оборудования, наш высококвалифицированный инженерно-технический персонал обеспечивает поддержку чертежей и механического проектирования с использованием различных программных средств для выполнения расчетов, требуемых текущими нормами проектирования сосудов высокого давления (ASME, EN 13445, CODAP, AD 2000 Merckblatt) и ANSYS для конкретного анализа методом конечных элементов.

Производственные площадки и местные сервисные центры по всему миру

Мы также можем предоставить поддержку для всех продуктов, которые мы поставляем, на протяжении их жизненного цикла и предложить широкий спектр услуг. Послепродажное обслуживание может осуществляться на объектах Mersen или непосредственно у клиента:

• Техническое обслуживание и поставка запасных частей, включая услуги по ремонту и восстановлению
• Немедленная экстренная помощь и услуги по запуску
• Проверка и диагностика технологических линий

Конфигуратор теплообменника Mersen