Кожухотрубный теплообменник: принцип работы, устройство, преимущества и недостатки, маркировка

Что такое кожухотрубный теплообменник?

Кожухотрубные теплообменники — это устройства, предназначенные для передачи тепловой энергии между двумя рабочими жидкостями: горячей и холодной. Суть теплообмена заключается в передаче тепловой энергии от теплоносителя, движущегося по трубам теплообменника, к холодному рабочему телу, движущемуся в противоположном направлении в полости корпуса. В процессе вытеснения нагретая жидкость передает тепло холодной через стенки теплообменных трубок.

Способы обвязки

Теплообменные устройства часто устанавливают в отдельных помещениях, обслуживающих частные дома, многоэтажные дома, тепловые пункты центральных магистралей, промышленных предприятий.

Небольшой вес и габариты оборудования позволяют достаточно быстро установить, хотя для некоторых высокомощных изделий требуется возведение фундамента.

монтаж и обслуживание теплообменника лучше доверить специалистам

При установке аппарата необходимо соблюдать основное правило: болты в фундаменте, с помощью которых надежно фиксируется теплообменник, все равно заливаются. Схема обвязки обязательно должна предусматривать подачу теплоносителя к патрубку, расположенному вверху, а обратный контур подключается к штуцеру, установленному снизу. Подача нагретой жидкости подключается в обратном порядке.

Для схемы электроснабжения необходим циркуляционный насос. Помимо основного обязательно устанавливается резервный насос такой же мощности.

Если в системе горячего водоснабжения есть линия обратного движения воды, то механизм работы и схема меняются незначительно. Горячая вода, подаваемая по контуру, смешивается с холодной водой из водопровода и только после этого смесь подается в теплообменник. Температура на выходе регулируется электронным блоком, который управляет входным клапаном теплоносителя.

Чем больше пластин в теплообменнике, тем больше мощность

В двухступенчатой ​​системе возможно использование тепловой энергии из обратной линии. Это позволяет более эффективно использовать имеющееся тепло и снизить чрезмерную нагрузку на котельное оборудование.

В любой из вышеперечисленных схем трубопроводов на входе в теплообменник должен быть фильтр. С его помощью можно предотвратить засорение системы и продлить срок ее службы.

При всех остальных преимуществах пластинчатые теплообменники не превосходят старые кожухотрубные модели по одному важному показателю: пластинчатые устройства, обеспечивая значительный расход, недостаточно нагревают теплоноситель. Этот недостаток устраняется расчетом небольшого запаса при выборе количества пластин.

Характеристики пластинчатых теплообменников:

Подробнее о видах теплообменников

1. Разборные пластинчатые теплообменники (состоящие из отдельных пластин, ограниченных резиновыми прокладками, двух концевых камер, рамы и монтажных болтов)

2. Паяные пластинчатые теплообменники (состоящие из ряда гофрированных металлических пластин из нержавеющей стали, которые соединены между собой вакуумной сваркой медной или никелевой сваркой)

3. Сварные пластинчатые теплообменники предназначены для использования при чрезвычайно высоких температурах и давлениях в установках, где нельзя использовать прокладки. Эти теплообменники обладают высокой эффективностью, небольшими размерами и требуют минимального обслуживания. Материал пластины: нержавеющая сталь, титан, никелевые сплавы.

Рабочие среды: пар, газы и жидкости при высоких температурах, в том числе агрессивные, а также их смеси. Сварной ТО еще отличается от РПТО способом уплотнения пластин, в сварных машинах пластины сваривают со сталью, сформированные сварные кассеты собирают внутри стальных пластин. Они используются в процессах с агрессивными жидкостями, газообразными средами при высоком давлении.

4. Полусварные пластинчатые теплообменники. Точно так же, как и в сварочных машинах, пластины сваривают в кассеты, но способ соединения кассет — паронитовые соединения. Область применения — технические процессы с агрессивными средами. Полусварной пластинчатый теплообменник выполнен в виде конструкции из небольшого количества сварных модулей. А они, в свою очередь, соединяются посредством лазерной сварки в виде пары пластин. Вся конструкция собирается между концевыми пластинами на болтах. Между каждым сварным модулем устанавливается резиновая прокладка.

Такие теплообменники используются в особых случаях, когда в качестве теплоносителя будет использоваться вещество с очень высокой температурой, давлением, любым другим опасным параметром или просто опасное вещество. В этом случае он будет продвигаться в сварные каналы по теплообменным пластинам.

5. Кожухотрубные теплообменники (их основные элементы — трубные пучки, собранные в трубные решетки и помещенные в кожух, патрубки и концы трубок закреплены в трубных решетках расширением, сваркой, пайкой)

6. Спиральные теплообменники (поверхность нагрева образована двумя тонкими листами, приваренными к сепаратору (сердечнику) и свернутыми по спирали) В спиральном теплообменнике, в отличие от RPTO, используются только две пластины, намотанные на сердечник в спиральные и «упакованные» в сварной кожух.

Спиральные устройства используются в процессах с агрессивными жидкостями и высоким давлением (PS в настоящее время на нашем рынке остался только один производитель этих брендов — Alfa Laval. GEA и Sondex отказались выпускать эти устройства в дальнейшем. Исключительная компактность и надежность -очищающий эффект делает спиральные теплообменники Альфа Лаваль чрезвычайно универсальным устройством — они применимы как при работе с неоднородными жидкими средами, склонными к образованию отложений на теплообменных поверхностях, так и при наличии конденсации пара или газа в условия вакуума.

Принцип работы на примере пластинчатого теплообменника

Этот теплообменник оказался непростым выбором. Он отличается довольно сложным принципом действия и поэтому идеально освещает некоторые общие характеристики каждого типа агрегата. Каждая из пластин устройства установлена ​​на другой части с поворотом на 180 градусов. В стандартном составе устройства можно найти до четырех подобных элементов. В комплекте создаются пакеты, отвечающие за коллекторную схему. Сам контур работает, чтобы создать движение теплоносителя. Конструкция теплообменника подразумевает наличие двух крайних контуров. Именно они не участвуют в процессе создания тепла от механизма.

Сегодня производители оборудования предлагают пользователю два разных типа оборудования.

1. Улица с односторонним движением. Охлаждающая жидкость разделена и создает параллельные потоки. Практически сразу они выпадают в выходную дверь.
2. Многопроходный. Этот вариант предполагает использование сложной схемы. Теплообменник начинает движение по такому количеству затронутых каналов. Такой принцип работы подразумевает наличие дополнительных элементов (пластин), заканчивающихся заглушками в выходных дверцах. Эта функция усложняет обслуживание этих элементов.

Монтаж

Монтаж пластинчатого теплообменника, как наиболее распространенного, осуществляется тремя способами:

• параллельный;
• смешанная двухступенчатая;
• двухступенчатый последовательный.

Для параллельной установки требуется термостат. Этот способ экономит место, время, а также не требует больших затрат. Двухступенчатый смешанный контур позволяет значительно экономить теплоноситель. Это достигается за счет использования обратного потока горячей воды для нагрева потока до более низкой температуры.

При использовании последовательной схемы входящий поток делится на две ветви. Один из них проходит через регулятор, другой — через нагреватель. Далее оба потока смешиваются, после чего попадают в нагревательный блок. Это экономит теплоноситель. Полная автоматизация оборудования невозможна.

Теплообменники крепятся к стене с помощью крепежной ленты, кронштейна и кронштейна, прикрепленного к нижней части агрегата. Далее необходимо установить фильтры. Минимальное условие — наличие системы фильтрации в системе централизованного теплоснабжения. Перед установкой стоит подготовить отводы и американки — резьбовые разъемные соединительные элементы. Каждый включает в себя накидную гайку, прокладку и два штуцера. Важно правильно выбрать запасные части, чтобы они соответствовали диаметру соединительной системы. Так что установка не вызовет затруднений.

Внешний вид пластинчатого теплообменника

Область применения

Основным потребителем кожухотрубных теплообменников является жилищно-коммунальное хозяйство. Устройства широко используются для дополнения инженерных коммуникаций. В системах отопления активно используются устройства для обеспечения горячей водой. По возможности оборудуют индивидуальными тепловыми пунктами, эффективность которых намного выше, чем эффективность централизованных магистралей.

Кожухотрубные преобразователи тепловой энергии широко используются в нефтеперерабатывающей, химической и газовой промышленности. Востребована техника и в теплоэнергетике. Кроме того, устройства незаменимы в пивоваренной и пищевой промышленности. Кожухотрубные теплообменники часто используются в качестве конденсаторов, потребителей тепла отходящих газов и нагревателей.

 Регенеративные теплообменные аппараты

Для повышения эффективности теплотехнических систем, работающих в широком диапазоне перепадов температур между теплоносителями, часто целесообразно использовать регенеративные теплообменники.

Рекуперативный теплообменник — это устройство, в котором передача тепла от одного хладагента к другому происходит с помощью аккумулирующей тепло массы, называемой упаковкой. Форсунка периодически омывается струями горячих и холодных теплоносителей. В течение первого периода (периода нагрева форсунки) через прибор проходит горячий хладагент, а отдаваемое им тепло расходуется на нагрев форсунки. Во время второго периода (периода охлаждения упаковки) через аппарат пропускается холодный теплоноситель, который нагревается за счет тепла, аккумулируемого упаковкой. Периоды нагрева и охлаждения насадки длятся от нескольких минут до нескольких часов.

Для осуществления непрерывного процесса передачи тепла от одного теплоносителя к другому необходимы два регенератора: в одном из них горячий теплоноситель охлаждается, а в другом — холодный. Затем устройства переключаются, после чего в каждом из них процесс теплоотдачи протекает в обратном направлении. Схема подключения и включения пары регенераторов представлена ​​на рис.6.

Рис. 6. Схема регенератора с неподвижным соплом: I — холодный теплоноситель, II — горячий теплоноситель

Переключение происходит поворотом вентилей (заслонок) 1 и 2. Направление движения теплоносителей указано стрелками. Обычно регенераторы автоматически переключаются через равные промежутки времени.

Среди регенераторов, используемых в технологии, можно выделить конструкции оборудования, работающие в областях высоких, средних и очень низких температур. В металлургической и стекловаренной промышленности используются регенераторы с неподвижным соплом из огнеупорного кирпича. Нагреватели доменного блока различаются своими размерами. Два и более совместно работающих воздухонагревателя имеют высоту до 50 м и диаметр до 11 м, они могут нагревать до 1300 ° C около 500 000 м3 / ч воздуха. На рис. 7, а показан продольный разрез доменной печи с кирпичным выходом. Горючие газы сжигаются в камере сгорания. Продукты сгорания попадают в воздухонагреватель сверху и, двигаясь вниз, нагревают сопло, а сами охлаждаются и выходят снизу. После включения заслонки воздух движется снизу вверх через сопло в обратном направлении и при этом нагревается. Другой пример высокотемпературного регенератора — воздухонагреватель для сталеплавильной печи (рис. 7, б). Газообразное (жидкое) топливо и воздух перед подачей в топку нагреваются за счет тепла продуктов сгорания.

Рис. 7. Некоторые типы регенераторов: а — схема мартеновской печи с регенераторами: 1 — шибер; 2 — горелки; 3 — сопло; б — воздухонагреватель доменной печи: 1 — теплоаккумулирующее сопло; 2 — камера сгорания; 3 — выход горячей струи; 4 — вход воздуха в камеру сгорания; 5 — вход горячего газа; 6 — вход холодного воздуха; 7 — выхлопной газ; в — регенеративный аппарат системы Юнгстрема; г — схема регенератора с гравитационным соплом

Теплообменники, работающие при высоких температурах, обычно изготавливают из огнеупорного кирпича. Недостатками регенераторов с неподвижным кирпичным соплом являются загроможденность, усложнение эксплуатации, связанное с необходимостью периодического переключения регенераторов, колебания температуры в рабочем пространстве печи, смещение теплоносителей при переключении затвора.

Для среднетемпературных технологических процессов используются воздухонагреватели непрерывного действия с вращающимся ротором системы Юнгстрема (рис. 7, в). Рекуперативные ротационные нагреватели (RVP) используются на электростанциях в качестве воздухонагревателей для использования тепла дымовых газов, выходящих из котлов. В качестве упаковки используют плоские или гофрированные металлические листы, прикрепленные к дереву. Сопло в виде ротора вращается в вертикальной или горизонтальной плоскости с частотой 3… 6 об / мин и омывается попеременно горячими газами (при нагреве), затем холодным воздухом (при охлаждении). Преимуществами РВП перед регенераторами с фиксированными соплами являются: непрерывная работа, практически постоянная средняя температура нагретого воздуха, компактность, недостатки — дополнительные энергозатраты, сложность конструкции и невозможность герметично отделить полость нагрева от полости охлаждения, поскольку та же вращающаяся насадка проходит через них.

Конструкция и принцип работы

Конструкция кожухотрубного теплообменника проста и надежна, а также обеспечивает легкий доступ к ключевым элементам для обслуживания и ремонта. Что касается принципа работы рассматриваемой установки, то она тоже не отличается особой сложностью. Рассмотрим подробно устройство и принцип работы кожухотрубных преобразователей тепловой энергии.

Конструкция теплообменника

В целом конструкция теплообменника состоит из следующих элементов:

• распределительная камера с входным и выходным патрубками;
• кожух, имеющий впускную и выпускную трубы;
• теплообменные трубки;
• трубные пластины;
• камера заднего вида (реверс.

Основное преимущество кожухотрубного преобразователя тепловой энергии и основная причина популярности этих устройств — простота и надежность конструкции. Кожухотрубный теплообменник состоит из распределительной камеры, снабженной теплообменными трубками, корпуса, чаще всего цилиндрической формы, и специальных решеток.

На концах корпуса есть крышки, которые полностью закрывают корпус устройства. Благодаря опорам, входящим в комплект поставки, теплообменник можно легко установить в горизонтальном положении. Кроме того, в конструкции предусмотрены специальные застежки, обеспечивающие возможность произвольной установки изделия.

Использование трубок со специальными ребрами жесткости позволяет увеличить интенсивность теплопередачи. В том случае, если необходимо снизить интенсивность теплоотдачи, на трубы наносится специальное теплоизоляционное покрытие. Таким образом, можно значительно увеличить емкость хранилища. В некоторых случаях используются специальные конструктивные решения, когда предусмотрено использование двух труб: труба меньшего диаметра находится внутри трубы большего диаметра.

Поверхность теплообмена кожухотрубных теплообменников может варьироваться от 300 см2 до нескольких тысяч квадратных метров. Конденсатор современных паровых турбин мощностью 300 МВт имеет более 20 000 труб и общую поверхность теплообмена около 15 000 м2.

Корпус теплообменника изготовлен из толстого стального листа толщиной не менее 4 мм. Для изготовления решеток используется материал той же марки, но его толщина должна быть не менее 20 мм. Основным конструктивным элементом является набор труб. Для эффективной работы устройства необходимо, чтобы материал, из которого изготовлены трубы, обладал высокой теплопроводностью. Положение пучка труб внутри корпуса фиксируется с помощью одной или нескольких решеток.

Принцип действия

Принцип работы кожухотрубного теплообменника довольно прост. Внутри аппарата рабочие среды разделены таким образом, чтобы исключить возможность смешивания друг с другом. Трубки, расположенные между двумя рабочими телами, служат элементами теплопередачи.

Один из теплоносителей движется внутри трубок, другой подается под давлением в межтрубное пространство. Кожухотрубные теплообменники могут работать с любым агрегатным состоянием теплоносителей, это может быть пар, газ, жидкость или их комбинация.

Использование теплообменных устройств в промышленности

Теплообменники имеют различное технологическое значение. Все модели можно разделить на две большие категории:

• теплообменные устройства, в которых основным процессом является теплопередача;
• теплообменные устройства, в которых охлаждение, конденсация, пастеризация и другие процессы являются основными, а передача тепловой энергии служит сопутствующим компонентом.

По основному приложению модели классифицируются по группам:

• конденсаторы;
• обогреватели;
• холодильники;
• испарители.

Их использование широко востребовано в различных отраслях промышленности. Внедрение устройства в технологический процесс позволяет значительно ускорить работу и повысить эффективность.

Типы кожухотрубных теплообменников

Диаметр корпуса кожухотрубного теплообменника может варьироваться от 159 мм до 3000 мм; длина корпуса варьируется от 0,1 до нескольких десятков метров. Максимальное давление в системе может достигать 160 кг / см2. В настоящее время наиболее распространены следующие типы теплообменников:

• со встроенными трубными пластинами. Конструкция таких устройств предусматривает жесткую стыковку всех деталей и узлов, составляющих агрегат. Основная область использования этих установок — нефтеперерабатывающая и химическая промышленность. Эти теплообменники составляют 75% рыночного предложения. В рассматриваемом типе кожухотрубных теплообменников решетки трубок привариваются к внутренней поверхности кожуха, а трубки жестко прикрепляются к решеткам. Такое расположение обеспечивает надежное крепление и лишает элементы конструкции возможности свободного передвижения внутри ограждения;
• с термокомпенсатором. Эти устройства трубного пучка компенсируют тепловое расширение за счет продольной деформации или благодаря специальным эластичным вставкам, размещенным в расширителе. Эта конструкция относится к классу полужестких;
• с плавающей головкой. Плавающая головка — это подвижная трубная пластина. Такая сетка имеет возможность свободно перемещаться по системе вместе с крышкой. Устройство отличается высокой стоимостью, но этот недостаток полностью компенсируется высокой производительностью и надежностью;
• У труб П-образной формы: в таких конструкциях оба конца трубы приварены к решетке. Радиус изгиба трубы должен быть не менее 4 ее диаметров. Такое конструктивное решение позволяет свободное удлинение труб;
• С комбинированной начинкой. Конструкция таких устройств предусматривает наличие компенсатора. У них также есть встроенная плавающая головка.

По направлению движения теплоносителей кожухотрубные преобразователи тепловой энергии можно разделить на 3 типа:

• Одинарная точность.
• Противоток.
• Поперечный поток.

Теплообменники бывают одно- и многоходовые.

В однопроходных устройствах теплоноситель циркулирует по ограниченному контуру. Примером может служить водонагреватель ВВП, который широко применяется в системах отопления. Такие устройства используются в помещениях, где интенсивность теплообмена не имеет принципиального значения (температура окружающей среды немного отличается от температуры теплоносителя).

Многопроходные устройства имеют поперечные или продольные перегородки, изменяющие направление движения теплоносителя. Такие теплообменники используются там, где интенсивность теплообмена особенно важна.

Электрическое отопление

Если в вашем случае нет схем с использованием газовых котлов, в качестве теплоносителя можно использовать электроэнергию. Есть много вариантов создания утепления. Например, можно сделать теплый пол, который приобретается с готовыми матами и устанавливается в процессе укладки пола.

Электрические полы с подогревом

Также можно пользоваться электрическим чайником. Из него укладываются армированные пластиковые трубы Ø16 или Ø20 см, закрепленные на теплоизоляционном слое. Что касается самой схемы, то здесь вы можете выбрать комбинацию или спираль.

Теплый пол на водной основе

Трубы крепятся к специальной сетке с помощью крепежа. Как только вся система будет готова и все трубы уложены, ее следует проверить. Это можно сделать двумя способами. Например, можно наливать воду под давлением. Если обнаружена утечка, ее следует немедленно устранить. Другой вариант более простой, так как этот воздух закачивается в систему. Воздух будет шуметь в месте утечки, и вы обнаружите утечку.

Основные особенности конструкции

Для производства плит используются сплавы, обладающие коррозионной стойкостью. Это обеспечивает им необходимый уровень надежности и долговечности.

В собранном виде теплообменник отличается довольно плотным расположением пластин. Это создает желобчатые каналы. Их герметичность достигается за счет использования дополнительных контурных резиновых уплотнителей.

Все пластины имеют отверстия в количестве четырех штук. Два из них обеспечивают нагрев среды. Оставшаяся пара изолирована. Эта мера предотвращает недопустимое смешивание жидкостей.

Особенностью работы пластинчатых теплообменников является довольно небольшое гидравлическое сопротивление. Кроме того, следует отметить, что на поверхности плит практически не образуется пена.

При установке дополнительных трубок на прижимную пластину реализуется возможность многократного теплообмена жидкостей. Такой подход актуален в ситуациях, когда есть небольшая разница в температуре двух сред, а также если есть заметная разница в их расходе.

Оборудование для промывки теплообменников

Современный пластинчатый теплообменник: принцип работы

Устройство этого типа работает по перекрестной схеме.

Секции заполняются поочередно нагретой и охлаждаемой средой.

Теплообмен между ними происходит через пластины.

Заполнение секций при работе устройства обеспечивается прокладками различной формы.

Последние могут пропустить среду или отложить ее. Пластинчатые теплообменники сконструированы таким образом, что содержащиеся в них жидкости движутся навстречу друг другу. При этом греющий подается сверху и выходит в нижний патрубок, а охлаждаемый соответственно наоборот.

Вот как работают все эти устройства. Принцип работы пластинчатого теплообменника для горячего водоснабжения точно такой же, как у моделей, предназначенных для кондиционирования, смазочно-охлаждающих жидкостей и т.д. Единственная разница — это типы среды, протекающей через корпус. В модели для горячего водоснабжения это, соответственно, вода, в других устройствах этого типа может происходить обмен между растворами, маслами, газами и так далее

Принципы маркировки теплообменных аппаратов

В настоящее время символы кожухотрубных теплообменников соответствуют международному стандарту TEMA, который отражает основные принципы маркировки этого типа оборудования.

Обозначения теплообменников стандарта TEMA

Типы передних неподвижных головок по системе обозначений ТЕМА:

• А — тип — воздуховод, крышка — съемная;
• Б — тип — крышка, крышка — сплошная;
• С — полноканальный, с трубной пластиной и съемной крышкой;
• N — полноканальный, с трубной решеткой и несъемной крышкой;
• D — оборудован специальной головкой с крышкой для работы в условиях повышенного давления.

Виды туш по системе обозначений ТЕМА:

• Д — каркас с вылетом в кольцевом пространстве;
• F — двухпроходная оболочка в кольцевом пространстве с продольной перегородкой;
• G — огибающая распределенного потока;
• H — кожух с двойным расширением выдачи;
• J — огибающая разделенного потока;
• К — ребойлер;
• Х — оболочка с перетеканием в затрубное пространство.

Типы задних торцевых заглушек по системе обозначений ТЕМА:

• L — с неподвижной трубной пластиной, как у неподвижной головки типа А;
• М — с неподвижной трубной решеткой, как у неподвижной головки типа Б;
• N — с неподвижной трубной решеткой, как у неподвижной головки типа N;
• П — с плавающей головкой, загерметизированной снаружи;
• S — с плавающей головкой с опорным устройством;
• Т — с плавающей головкой, извлекаемой из картера двигателя;
• П — головка с П-образным пучком труб;
• W — головка с плавающей трубной пластиной с внешним уплотнением.

Тип ставки

Применение: нагрев жидких сред с низким давлением пара в корпусе; охлаждение газа или масла в пространстве тела.

Тип AES

Применение: Часто используется на нефтеперерабатывающих заводах с повышенным давлением в корпусе.

Тип BEP

Описание: Съемный пучок труб, крепление к внешней решетке, трубная решетка может быть изготовлена ​​из кованой стали, чтобы соответствовать требованиям к расчетному давлению на корпус, доступны из различных материалов, максимальное давление в трубке до 3000 фунтов на квадратный дюйм, полностью герметичный корпус.

Применение: При использовании особо опасных газов под высоким давлением на участке трубопровода, где неисправности уплотнения необходимо выявлять как можно быстрее.

БЭМ типа

Описание: трубная решетка несъемная с несъемным пучком труб, приваренная непосредственно к внутренней поверхности корпуса, одно- или двухтактного исполнения.

Применение: химическая промышленность; рабочие средства — воздух (при высоком давлении), азот (газ в трубах, фреон в корпусе).

Тип БЭУ

Описание: Трубы типа U; съемный или несъемный пучок труб; многоступенчатый дизайн; широкий диапазон рабочих давлений как по корпусу, так и по трубам.

Применение: химическая промышленность; жидкостные нагреватели; различные типы испарителей.

Тип ДРЛО

Описание: Съемный пучок труб; строительство в один-два этапа; плавающая трубная плита с двойным уплотнением с уплотнительным кольцом и резьбовыми соединениями с контрольными отверстиями для обнаружения утечек, размеры корпуса от 6 до 42; широкий диапазон рабочих давлений.

Применение: промышленные и бытовые чиллеры.

Исходные данные и расчет теплообменника

1 — Температура на входе и выходе обоих контуров.
Пример: максимальная температура на входе составляет 55 ° C, а LMTD — 10 ° C. Теплообменник будет дешевле и меньше, если разница будет больше.

2 — Максимально допустимая рабочая температура, среднее давление.
При неверных параметрах цена будет ниже.

3 — Массовый расход (м) рабочего тела в обоих контурах (кг / с, кг / ч).
Или КПД теплообменника. Часто указывается только один параметр — объем потребления воды. Общий массовый расход можно рассчитать, умножив объемный расход на плотность. Например, плотность холодной воды в центральной системе составляет примерно 0,99913.

4 — Тепловая мощность (П, кВт).
Или тепловая нагрузка (количество тепла, выделяемого теплообменником) рассчитывается по формуле:

P = m * cp * δt

• где m — дальность действия среды
• cp — удельная теплоемкость (для воды, нагретой до 20 градусов, она составляет 4,182 кДж / (кг * ° C))
• δt — разность температур на входе и выходе контура (t1 — t2)

5 — Дополнительные возможности.

• для выбора состава пластин необходимо выяснить, в какой рабочей среде будет использоваться теплообменник и его вязкость;
• средний напор температуры LMTD (рассчитывается по формуле ΔT1 — ΔT2 / (In ΔT1 / ΔT2), где ΔT1 = T1 (температура на входе в горячий контур) — T4 (на выходе из горячего контура) и ΔT2 = T2 (на входе горячего контура) холодного контура) — Т3 (холодный контур на выходе);
• уровень загрязнения окружающей среды (R) — используется редко, так как этот параметр необходим только в отдельных случаях.

Видео «Как рассчитать теплообменник?»

Преимущества и недостатки

Кожухотрубные теплообменники обладают рядом преимуществ, выгодно отличающих их от других типов преобразователей тепловой энергии. Эти преимущества включают:

• устойчивость к гидравлическому удару. В отличие от теплообменников других типов, кожухотрубные установки легко переносят гидродинамические воздействия;
• возможность работы с различными агрегатными состояниями теплоносителя. Кроме того, устройства могут эффективно работать в экстремальных условиях с загрязненной рабочей средой;
• простота эксплуатации и обслуживания. Эти теплообменники легко разбирать и чистить. Кроме того, продукция отличается высокой ремонтопригодностью;
• простота и надежность конструкции обеспечивают долгий срок службы оборудования.

Несмотря на вышеперечисленные достоинства, у таких установок есть и существенные недостатки, которые необходимо учитывать перед покупкой такого устройства. Кожухотрубный преобразователь тепла может быть не оптимальным решением для поставленной задачи. К недостаткам таких агрегатов можно отнести:

• недостаточно высокий КПД. Пластинчатые теплообменники обладают высоким КПД благодаря большей поверхности теплообмена;
• большие габариты и вес. Это связано с увеличением конечной стоимости продукта и эксплуатационных расходов;
• зависимость интенсивности теплообмена от скорости движения рабочего тела.

Даже с учетом перечисленных недостатков этот тип теплообменников занял достойное место на рынке преобразователей тепловой энергии. Кожухотрубные теплообменники особенно популярны в химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Расчет кожухотрубчатого теплообменника

Расчет кожухотрубного теплообменника включает в себя серию отдельных расчетов, направленных на определение необходимой поверхности теплообмена: это означает определение необходимой поверхности теплообменника и выбор теплообменника по ГОСТу.

Для определения необходимой поверхности теплообмена следует провести следующие виды расчетов:

1. Тепловой расчет.
2. Расчет температурного режима.
3. Расчет физических параметров рабочей среды.
4. Расчет коэффициента теплоотдачи.
5. Расчет параметров теплообменника.

Более подробную информацию о методике проведения этих расчетов можно найти на соответствующих сайтах в Интернете или в специальной литературе.

Классификация теплообменников по внутреннему строению:

• Кожух и трубка — о них мы писали отдельную статью с совместимостью оборудования с kvip.su. Возможна сварка сред с твердыми включениями. Большой выбор моделей: они могут как охлаждать, так и нагревать. Длительная продолжительность.
• Плиты (а о них у нас отдельная статья), в том числе неразборные сварные для нетривиальных задач. Малое гидравлическое сопротивление, гофрированная или оребренная поверхность скольжения для захвата площади поверхности теплообмена, водонепроницаемые прокладки, до 150 ° C при средней температуре. Требуется тщательная сборка для сохранения герметичности.
• Из оребренных труб.

Это радиатор для автомобилей и кондиционеров внутри (для испарения охлаждающей жидкости) и снаружи (для вывода в атмосферу). Чиллеры, используемые, когда нет смысла искать вторичный ресурс в виде ряда оребренных труб, содержат охлаждаемую среду и, благодаря ламелям (перемычкам), увеличивают количество тепла. Когда воду нельзя использовать для охлаждения (например, из-за вероятности неожиданной реакции на химическом заводе), вентиляторы взрывают конструкцию.

ВАЖНЫЙ! Медь — Cu (материал трубки) и алюминий — Al (пластинчатый материал) представляют собой гальванические пары, взаимодействие которых может привести к коррозии. Конденсат попадает в место стыка несовместимых элементов, а агрессивность реакции из-за воздействия окружающей среды приводит к временному или постоянному отключению оборудования и его замене.

• Спираль.

Они были изобретены в первой половине прошлого века и использовались в целлюлозно-бумажной промышленности для создания подложек с твердыми частицами. Тонкие листы железа (2 или 4), соединенные с перегородкой (сердечником), закатываются и помещаются в кожух. Для контроля расстояния в полостях и увеличения турбулентности (и, следовательно, теплопередачи) есть выступы (пики). На концах каналов имеются заглушки (в кожухе проделываются отверстия с насадками). Канал с одной стороны уплотнен прокладкой, с другой — приварен — обеспечивается легкость очистки; только одна жидкость может выйти. Если прокладка теряет свои свойства, один канал приваривается с двух сторон, а другой снова герметизируется. Если смешивание жидкостей безопасно, сквозные каналы закрывают прокладкой или манжетами.

• Секционные теплообменники. Комбинирование нескольких трубопроводов и путей противотока полезно при постоянных условиях текучей среды. Отсутствие дефлекторов снижает потребность в очистке со стороны кожуха и снижает потери энергии. Такие теплообменники менее компактны, чем спиральные, и требуют дополнительных затрат на сети, подключения и т.д.

Типы теплообменников по используемым средам

Среда:

• теплообменники жидкость — жидкость кожухотрубные и пластинчатые для систем горячего водоснабжения, охладители моторного масла;
• парожидкостные кожухотрубные нагреватели (пар в кожухе и жидкость в кожухотрубных). Деаэратор парового котла — смесительный теплообменник, включая отопительную воду;
• пар-пар — в стерилизаторах;
• парогаз: использование тепла выхлопных газов газовых турбин;
• газ-газ — конденсация, испарение;
• газ-жидкость — используется в теплообменниках-потребителях.

По направлению движения поверхностные теплообменники могут быть:

• противоток, в противотоке горячая и холодная жидкость движутся в противоположных направлениях.
• прямой поток, параллельный поток горячей и холодной жидкости в одном направлении. Это также называется параллельной потоковой передачей.
• поперечный поток, в устройстве поперечного потока горячие и холодные жидкости движутся под прямым углом друг к другу

Требования к прокладкам

К устройствам с пластинами предъявляются довольно жесткие требования относительно герметичности оборудования, именно по этой причине сегодня прокладки начали изготавливать из полимеров. Например, этиленпропилен можно легко использовать в условиях повышенных температур, как пара, так и жидкости. Однако он начинает довольно быстро разлагаться в среде, содержащей большое количество жиров и кислот.

Теплообменники различаются количеством пластин

Крепление прокладок к пластинам чаще всего осуществляется с помощью зажимных замков, в редких случаях — с помощью клея.

Характеристики оборудования

На теплообменное оборудование нанесены следующие данные:

• уровень испытательного давления;
• максимальный уровень рабочего давления;
• максимальный уровень рабочей температуры;
• режиссер.

Кроме того, в комплект поставки входят диаграмма и технический паспорт на языке страны происхождения, при необходимости переведенный на язык страны продажи.

Возможно диагональное и вертикальное расположение контуров. При диагональном расположении контуров устанавливать необходимо только в вертикальном положении. Тогда возможно, что горячая вода потечет в теплообменник сверху вниз. В этом случае тепло передается автономной системе через перегородки.

Входящая вода имеет более высокую температуру, а выходящая вода ниже. При этом в контуре, принадлежащем автономной системе, движение теплоносителя происходит снизу вверх. На нижних уровнях наблюдается слабый нагрев воды, по мере приближения к более высоким уровням нагрев увеличивается. Это упрощает использование системы. Подача воды к оборудованию возможна благодаря принудительной циркуляции.