Clasificare și tipuri de schimbătoare de căldură
Proiectarea și construcția de schimbătoare de căldură, este necesar pentru a satisface numeroase și, în majoritatea cazurilor, cerințele contradictorii pentru schimbătoare de căldură. Cele mai importante sunt: condițiile de conformitate în acest proces; eventual, un coeficient de transfer termic ridicat; rezistență hidraulică redusă a aparatului; rezistența la coroziune a suprafețelor de transfer termic; accesibilitate pentru curățarea suprafețelor de transfer de căldură; Design manufacturability din punctul de vedere al fabricației; utilizarea economică a materialelor.
Schimbătoarele de căldură sunt împărțite în funcție de suprafața formei, sub formă de lichid de răcire, metoda de transfer de căldură. În conformitate cu cele mai recente indicarea suprafața lor pot fi clasificate în (recuperativ) amestecarea (de contact) și de regenerare.
bobine de suprafață sunt cele mai comune și important grup de schimbătoare de căldură utilizate în tehnologia chimică. Căldura de suprafață de transfer de fluide schimbător de căldură separate printr-un perete, în care căldura este transferată prin suprafața peretelui. În cazul în care o astfel de suprafață de schimb de căldură în schimbătoare de căldură formate din conducte, acestea sunt numite tubulare (pipe). Intr-un alt grup de schimbătoare de căldură de suprafață sunt suprafața peretelui aparatului sau a foilor plane metalice. Aceste schimbătoare de căldură sunt numite plăci.
Amestecarea (sau contactul) schimbătoarele de căldură schimbul de căldură are loc cu transfer de căldură în contact direct. Prin amestecarea schimbătoare de căldură sunt, de exemplu, un turn de răcire. În schimbătoare de căldură regenerativ, procesul de transfer de căldură de la cald la agentul termic rece este împărțită în timp în două perioade și se produce la încălzirea și răcirea duzei alternative. schimbătoare de căldură de acest tip utilizate cel mai des pentru regenerarea căldurii reziduale.
În industria chimică și petrochimică schimbătoarele de căldură de suprafață mai utilizate pe scară largă, de tip tub cel mai des. Schimbătoare de căldură de acest tip sunt numite schimbător sau o carcasă și tub. Ele sunt destul de simple pentru a face, este posibil să se dezvolte într-o mare suprafață de transfer de căldură într-o singură unitate, de încredere în funcțiune.
Acest tip de echipament de schimb de căldură este cea mai răspândită datorită simplității de design și tehnologie de fabricație. Conform coajă și căldură tub schimbătoarele naționale standard sunt realizate următoarele tipuri: HS - un tub foi fixe și carcasa rigidă; TC - cu grile de tuburi fixe și compensatorul de temperatură de pe carcasă; TU - cu foi de tuburi fixe și U de schimb de căldură în formă de tuburi; TP - un cap flotant; TC - cap plutitoare Gland.
În funcție de scopul pentru care pot fi încălzitoare, răcitoare, condensatoare și evaporatoare și pentru a crește viteza de curgere a lichidului de răcire, sunt realizate din două, patru, șase și dvenadtsatihodovymi.
Fig. 3.5. Două căi schimbător vertical coajă și tub de căldură:
1 - capac; 2 - camera de distribuție; 3, 8 - sept; 4 - o carcasă;
5 - pachet; 6 - suport; 7 - pini; 9 - foaie de tub;
10 - fairing; 11 ... 14 - conducte; 15 - compensatorilor Lens
Fig. 3.5 prezintă două căi verticale coajă și schimbător de căldură tub de tip TH (stânga) și TC (partea dreapta).
Schimbătorul de căldură este format dintr-un manșon cilindric sudat 4, fasciculul de țevi 5, camera de distribuție 2 și două capace 1 conectate la flanșele carcasei. Placa tubulară 9 este sudată la corpul.
Șicană 3 este utilizat pentru a forma două treceri prin tuburi. Partițiile 8 ax fix 7, sunt folosite pentru a asigura o mișcare zigzag lichidului de răcire din spațiul inelar. Datorită mișcării zigzag crește viteza lichidului de răcire și, prin urmare, coeficientul de transfer termic. Pentru a proteja tubul împotriva eroziunii și abraziune medie se deplasează în interiorul carcasei opusă de admisie carenaj 10 este instalat, care este placa îndoită sudată la carcasă.
Datorită atașamentul rigid la tubesheets și tuburile carcasa pentru latici când o diferență de temperatură la punctele de tensiuni de fixare termică apar datorită diferitelor alungirea carcasei și tubulatura.
Pentru a compensa parțial solicitărilor termice care pot ajunge la valori substanțiale, obiectivul compensatorului 15. Este setat în schimbătorul de date este format din două părți ștanțate din oțel sub formă de inele și jumătate și sunt sudate împreună de-a lungul perimetrului.
O caracteristică a dispozitivelor de tip TN este că țeava este conectată rigid la foile de tub și se sudate pe carcasa cu zăbrele. În acest sens, atunci când aparatul având tensiunile termice care în timp ce creșterea valorilor admisibile sunt cauza scurgerilor sau apariția de deformare plastică a elementelor structurale. Din acest motiv, TN schimbătoarele de căldură de tip sunt utilizate într-o mică diferență de temperatură și burlanelor de tubaj.
Dacă diferența calculată între temperatura și tubare depășește 50-60 ° C, este necesar să se utilizeze un semirigid structură TC și tip PC sau un design cu compensare integrală a tensiunilor de temperatură (tipurile TU și TP). Compensând Compensatore lenticulare capacitate proporțională cu numărul de elemente, ci de a aplica rosturile de dilatare cu numărul de mai mult de patru lentile nu sunt recomandate din cauza scăderii rigiditate de locuințe. Compensator de lentile de aplicare scade presiunea maximă admisă în spațiul inelar. În schimbătoarele de căldură de tip diferenței de temperatură maximă TU între carcasă și pereții conductelor poate ajunge la 100 ° C, și cu o creștere suplimentară a tensiunii sale poate fi periculoasă în placa tubulară.
Avantajul de tip schimbătoarelor TU constă în posibilitatea de a curăța suprafața exterioară a fasciculului de țevi. În același timp, curățați suprafața interioară este dificilă.
schimbătoare de căldură dublu-tub sunt adesea denumite schimbătoare de căldură de tip „țeavă în țeavă“. Ele sunt un set de elemente cuplate în serie, format din două țevi dispuse concentric (Fig. 3.8).
Una dintre miscarile de răcire prin conducta interioară și cealaltă - în spațiul inelar format de interior și exterior - tub. Conductele interioare sunt kalatches conectate și duze exterioare. Lungimea schimbătorului de căldură al elementului „tub în tub“, este în mod tipic 3-6 m, diametrul tubului exterior - 159 mm, interior - 10 până la 57 mm.
Datorită mici secțiuni transversale ale țevii interioare și fanta inelară în schimbătorul de căldură este suficient de mare căldură trafic rată de transfer (până la trei metri pe secundă), crescând astfel coeficienții de transfer de căldură, încetinind depunerea de scară și murdăria de pe pereții conductelor. Principalul avantaj al schimbătoarelor de căldură cu două conducte este punerea în aplicare a proceselor de schimb de căldură cu lichidul de răcire la presiuni ridicate. La rândul său, schimbătoare de căldură cu două tub sunt mai mult decât de metal coajă și tub.
Schimbătoarele de căldură încolăciți principalul element schimbător de căldură este îndoit într-un tub de serpentină. Acestea includ schimbătoare de căldură prin imersiune, cu una sau mai multe bobine în spirală, care se mișcă una dintre agenți de răcire. Serpentinele sunt scufundate în lichidul conținut în unitatea de locuit, și reprezintă al doilea lichid de răcire. Rata de al doilea debitul lichidului de răcire este mică datorită secțiunii mare a carcasei, rezultând coeficienții de transfer termic scăzute la partea exterioară a peretelui bobinei.
Simplitatea aparatelor, costuri reduse, disponibilitatea peretelui exterior bobina pentru curățare și inspecție, capacitatea de a menține o presiune ridicată în bobinele furnizează o aplicație scufundată suficient de larg schimbătoare de căldură în industrie. Un dezavantaj major al schimbătorului de căldură de tip spiralat imersiune trebuie remarcat relativ scăzută suprafață de transfer de căldură (10-15 m2).
Destul de utilizat pe scară largă în tehnologiile chimice sunt schimbătoare de căldură cu bobinele exterioare. utilizarea care permite operarea la presiuni ridicate. La peretele vasului (de obicei, reactoare) bobine sudate exterior realizate din cilindri semi sau oțel unghiular.
Avantajele aparatului cu bobine sudate trebuie să includă posibilitatea de separare sistem de conducte bobina în secțiuni separate alimentate independent. Activarea și dezactivarea secțiunilor individuale pot fi controlate aparate de răcire sau încălzire. Un avantaj important al acestui tip de schimbătoare de căldură este faptul că materialul de sudare a bobinelor poate fi mai ieftin decât materialul unității corpului.
Irigarea schimbătoarele utilizate în principal pentru răcirea lichidelor și gazelor sau vaporilor de condens. Irigarea schimbător de căldură este o bobină de unul plasat deasupra celelalte tuburi drepte kalatches interconectate. țeavă în afara apei irigate livrat în jgheabul pentru distribuția uniformă a apei de răcire pe întreaga lungime a bobinei țevii superioare. Apa reziduală curge în baia de ulei. Curge prin tuburile răcite a lichidului de răcire.
Scruber schimbător de căldură cu apă atunci când curge în jos de-a lungul pereților exteriori ai țevii este parțial vaporizat. Proces suficient schimb termic intens, în care debitul de apă pentru răcire în schimbătoarele de căldură de irigare este mai mică decât celelalte tipuri de frigidere. Dar poate fi pierderea ireversibilă a apei. Dezavantajele acestor schimbătoare de căldură trebuie să includă lor grosime, umectare neuniformă a suprafeței exterioare a tuburilor, care rândurile inferioare nu pot fi udate și substanțial nu participă la transferul de căldură. Prin urmare, în ciuda simplității de fabricație, ușurința de curățare a pereților exteriori ai conductelor și alte avantaje, schimbătoare de căldură de irigare sunt de utilizare limitată.
Schimbător de căldură cu tuburi cu aripioare. În domeniu sunt procese destul de comune de schimb de căldură, în care pe ambele părți ale suprafeței de transfer de căldură a coeficienților de transfer de căldură diferă în mod semnificativ în magnitudine. De exemplu, când aerul încălzit de condensare a vaporilor de apă coeficient de transfer termic de la abur la perete este de aproximativ 10000 la 15000 W / (m2K), și de la perete la aerul încălzit - 10-50 W / (m2K). Tuburile cu aripioare pe partea aerului poate crește în mod semnificativ schimbătorul de căldură cu sarcină termică prin creșterea suprafeței de transfer de căldură de la agentul de răcire, cu un coeficient de transfer termic redus. tuburi cu aripioare sunt utilizate și pentru încălzirea sau răcirea lichidelor cu viscozitate ridicată.
Construcții de schimbătoare de căldură cu aripioare sunt proiectate cu foarte diverse structuri precum tuburi cu striații și plate suprafețe de transfer de căldură.
Schimbătoare de căldură cu plăci sunt asamblate dintr-un pachet de plăci ondulate, marginile sunt garnituri de cauciuc (Laid fig. 3.9).
La comprimarea pachetului între plăcile sunt formate canale cu fante, care sunt furnizate coolants. Astfel, partea principală este o placă ondulată schimbător de căldură cu plăci de oțel ștanțat având conturul tamponului de cauciuc. Colțurile plăcii sunt deschideri pentru alimentarea sau îndepărtarea lichidului de răcire. Pentru a mări suprafața de schimb de căldură și turbulențele fluxului de lichid de răcire care curge o parte a plăcii de luare ondulat sau cu nervuri, onduleurile pot fi dispuse în orizontală sau „pomul de Crăciun“.
Deoarece viteza lichidului de răcire este semnificativă în canalele de fantă (1-3 m / s), coeficienții de transfer de căldură în schimbătoare de căldură cu plăci atinge valori mari de ordinul 4000 W / (m2K) la o rezistență hidraulică relativ scăzută.
Materialul plăcilor este un oțel inoxidabil, titan, aluminiu, argint nichel, material de garnitură - adeziv din cauciuc, un cauciuc sintetic.
schimbătoare de căldură cu plăci sunt destul de ușor de fabricat, ușor de demontat și reparat. Cu toate acestea, placa de etanșare este o problemă gravă. Din acest motiv, utilizarea lor la presiuni ridicate dificil.
Secțiunea schimbător de căldură este format din 4, 6 sau 8 rânduri de țevi 3 (fig. 3.12), amplasate la vârfurile unui triunghi echilateral în tubesheets 1. Tuburi flare securizate sau flare cu sudură. Secțiunile pot fi unul sau mai multe.