Новые конструкции теплообменников
В наше время начинает развиваться производство компактных теплообменников с рельефными поверхностями и интенсивным движением жидкостей. В результате их технические характеристики приближаются к пластинчатым аппаратам. Но производство последних также развивается, и догнать их сложно. Замена кожухотрубных теплообменников на пластинчатые целесообразна, благодаря следующим преимуществам:
- коэффициент теплопередачи гофрированного профиля пластины в 3-4 раза больше;
- легкость разборки и ремонта;
- компактность, благодаря небольшим расстояниям между пластинами.
К недостатку относится быстрая загрязненность пластин из-за малой величины зазоров между ними. Если хорошо фильтровать теплоносители, теплообменный аппарат будет работать долго. Мелкие частицы не удерживаются на полированных пластинах, а турбулизация жидкостей также предупреждает осаждение загрязнений.
Применение теплообменников
Кожухотрубные теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками и с поперечными перегородками в межтрубном пространстве применяются в химической, нефтяной и других отраслях промышленности. Теплообменники кожухотрубчатые достаточно просты в изготовлении, отличаются возможностью развивать большую поверхность теплообмена в одном аппарате, надежны в работе. Использование кожухотрубчатых теплообменников обусловлено потребностью регулировки температуры без специальных терморегулирующих устройств. Теплоотдача осуществляется путём обмена теплом через стенки теплопроводного материала. В теплообменнике происходит одновременное охлаждение нагретой среды и, соответственно, нагрев другой холодной среды.
При заказе кожухотрубного теплообменника важны следующие технические характеристики:
- диаметр кожуха;
- условное давление в трубах и кожухе;
- тип трубных решеток (подвижные, неподвижные);
- исполнение (вертикальное, горизонтальное);
- климатическое исполнение.
Индексы классификации теплообменников:1.По назначению (первая буква индекса): Т-теплообменники; Х-холодильники; К-конденсаторы; И-испарители.2.По конструкции (вторая буква индекса): Н- с неподвижными трубными решетками; К- с температурными компенсатором на кожухе; П- с плавающей головкой; У- с U-образными трубами; ПК- с плавающей головкой и компенсатором на ней.3.По расположению (третья буква индекса): Г-горизонтальные; В-вертикальные.
Область применения
Кожухотрубные изделия используются в составной части инженерных сетей ЖКХ. Также их применяют в теплопунктах для обеспечения горячей водой жилых домов. У индивидуальных тепловых пунктов есть определённые преимущества перед центральным тепловым и водообеспечением: они гораздо эффективнее обеспечивают теплом здания и другие объекты, чем централизованная теплосеть.
Также тепловые обменники этого типа используются в нефтедобывающей, химической и газовой промышленностях. Их применяют в сфере теплоэнергетики, где теплоносители имеют высокие показатели передачи температуры. И это ещё далеко не все отрасли, где применяется подобное оборудование. Его можно встретить в испарителях ребойлера или же в конденсаторах-охладителях воздушного теплообмена, ректификационных колоннах. Оно нашло применение в пивном производстве и пищевой отрасли.
Устройство кожухотрубного теплообменника
Кожухотрубный теплообменник состоит из:
распределительной камеры,с патрубками входа и выхода среды;
кожух(корпус) теплообменника с патрубками входа и выхода среды;
теплообменные трубки;
трубные решетки;
задняя(разворотная) камера
Конструкция кожухотрубчатого теплообменника
Теплообменник дополнительно оснащается опорами, позволяющими расположить его горизонтально, и монтажными креплениями.
Принцип действия
Принцип работы кожухотрубчатого теплообменника простой. Агрегат разделяет носители, внутри устройства не происходит смешивание продуктов. Тепло передается по трубкам, которые находятся между теплоносителями. Один из них помещен внутри труб, другой подается в межтрубный участок под давлением. Энергоносители могут различаться по своему агрегатному состоянию – газообразному, парообразному или жидкостному.
Типовые пластины и прокладки
Пластины
Самая важная и самая дорогая часть ПТ – это его термические пластины, которые изготавливаются из металла, металлического сплава или даже специальных графитовых материалов, в зависимости от области применения.
Примеры материалов для изготовления ПТ, обычно встречающиеся в промышленном применении:
- нержавеющая сталь,
- титан,
- никель,
- алюминий,
- инколой,
- хастеллой,
- монель,
- тантал.
Пластины могут быть плоскими, но в большинстве случаев имеют гофры, которые оказывают сильное влияние на теплогидравлические характеристики устройства. Некоторые из основных типов пластин показаны на рисунке 3, хотя большинство современных ПТ используют шевронные типы пластин.
Рисунок 3 – Типичные категории пластинчатых гофр: (а) стиральная доска, (б) зигзагообразная, (в) шевронная или елочка, (г) выступы и углубления, (д) стиральная доска со вторичными гофрами, (е) косая стиральная доска.
Каналы, образованные между соседними пластинами, создают закрученное движение для жидкостей, как видно на рисунке 4.
Рисунок 4 – Турбулентный поток в каналах пластинчатого теплообменника
Угол шеврона обращен в смежных листах, так что, когда пластины затягиваются, гофры обеспечивают многочисленные точки контакта, которые поддерживают оборудование. Уплотнение пластин достигается прокладками, установленными по периметру.
Рисунок 5 – Технические характеристики пластин
Прокладки
Прокладки обычно представляют собой формованные эластомеры, выбранные на основе их совместимости с жидкостью и условий температуры и давления. Многопроходные устройства могут быть реализованы в зависимости от расположения прокладок между пластинами. Бутиловые или нитрильные каучуки – это материалы, обычно используемые при изготовлении прокладок.
Рисунок 6 – Технические характеристики прокладок
Наиболее популярное оборудование
Наиболее предпочтительным видом являются пластинчатые теплообменники, поскольку имеют ряд преимуществ в использовании.
Причины выбора в пользу пластинчатых теплообменных аппаратов:
- Коэффициент теплопередачи при нагреве одинаковой среды больше более чем в три раза, по сравнению с кожухотрубными.
- Площадь, которую может занимать пластинчатый аппарат теплообмена, в три-четыре раза меньше площади, занимаемой кожухотрубным, или в шесть-десять раз, занимаемой геликоидной теплообменной установкой относительно одинаковой эффективности.
- Уменьшается количество потребляемой электроэнергии и снижается уровень загруженности насосов сети благодаря подходящим трубопроводным диаметрам и запорно-регулирующей арматуры.
- Снижается количество требуемого электричества, чтобы нагреть теплоносители, что достигается за счет прочной арматуры и специальных средств автоматики, установленных на импортных пластинчатых теплообменниках, и обеспечивает дополнительную экономию.
Конструкции теплообменников варьируются в зависимости от условий их использования. Пластинчатые теплообменные аппараты также различаются по группам, таким как полусварные, сварные, паяные и наиболее популярные – разборные. Последние отличаются быстротой установки и отсутствием трудностей в использовании. Пластины в их структуре разделены резиновыми уплотнителями, а на поверхности наружной (а также задней в некоторых моделях аппаратов) плиты имеются входные и выходные патрубки, к которым фланцевыми, резьбовыми либо стальными соединениями подводятся рабочие теплоносители.
Кроме того, существуют аппараты-конденсаторы, испарители, градирни и конденсаторы смешения. Внутри таких теплообменников происходят различные дополнительные процессы (смешение, конденсация, испарение) одновременно с теплообменом.
Материал подготовлен сотрудниками компании ООО “Тепло Профи”
Расчет параметров
Долгое время кожухотрубные теплообменники считались самыми компактными среди существующих. Однако появились пластинчатые теплообменники, которые в три раза компактнее кожухотрубных. К тому же, особенности конструкции подобного теплообменника приводят к возникновению температурных напряжений из-за различия температур между трубами и кожухом
Поэтому при выборе подобного агрегата очень важно сделать его грамотный расчет
Формула расчёта площади кожухотрубчатого теплообменника
F — площадь поверхности теплообмена; tср – средняя разность температур между теплоносителями; К – коэффициент теплопередачи; Q — количество теплоты.
Для проведения теплового расчета кожухотрубного теплообменника необходимы следующие показатели:
- максимальный расход греющей воды;
- физические характеристики теплоносителя: вязкость, плотность, теплопроводность, конечная температура, теплоемкость воды при средней температуре.
При осуществлении заказа кожухотрубчатого теплообменника важно знать, какими техническими характеристиками он обладает:
- давление в трубах и кожухе;
- диаметр кожуха;
- исполнение (горизонтальное\вертикальное);
- тип трубных решеток (подвижные\неподвижные);
- климатическое исполнение.
Самостоятельно сделать грамотный расчет достаточно сложно. Для этого необходимы знания и глубокое понимание всей сути процесса его работы, поэтому лучшим способом станет обращение к специалистам.
Производителем кожухотрубчатых теплообменников является шведская ]Alfa Laval.
Наши партнеры по данному оборудованию
Так как Крым наш, у нас есть партнеры и оттуда.
Устойчиво ходят слухи среди производителей кожухотрубных теплообменников, что SECESPOL JAD – польский производитель теплообменников (они тоже являются нашими партнерами), почти 30 лет активно работающий на международных рынках, получила технические разработки военного института советского времени перед распадом СССР. Современные теплообменники, производимые этой компанией были созданы на основе конструкторских проектов для подводных лодок, до 90-х годов прошлого века информация считалась засекреченной, а после было принято решение поделиться с поляками.
Большим преимуществом наших партнеров является собственное конструкторское бюро и полный цикл производства кожухотрубных теплообменников.
Буржуйка с теплообменником. Видео
Про особенности изготовления буржуйки из газовых баллонов с теплообменником можно узнать из видео ниже.
Несмотря на широту сфер применения теплообменников, наиболее популярным является их использование в качестве дополнительной системы отопления. Оптимальные технические характеристики обеспечивают качественный прогрев помещений любой площади. Установка полов с теплообменниками не занимает много времени, они просты в эксплуатации и долговечны. Необходимо своевременно проводить профилактические осмотры системы, чтобы своевременно устранять возможные проблемы.
Оросительные теплообменники
Оросительные теплообменники представляют собой ряд расположенных одна над другой прямых труб, орошаемых снаружи водой. Трубы соединяют сваркой или на фланцах при помощи «калачей». Оросительные теплообменники применяют главным образом в качестве холодильников для жидкостей и газов или как конденсаторы. Орошающая вода равномерно подается сверху через желоб с зубчатыми краями. Вода, орошающая трубы, частично испаряется, вследствие чего расход ее в оросительных теплообменниках несколько ниже, чем в холодильниках других типов. Оросительные теплообменники — довольно громоздкие аппараты; они характеризуются низкой интенсивностью теплообмена, но просты в изготовлении и эксплуатации. Их применяют, когда требуется небольшая производительность, а также при охлаждении химически агрессивных сред или необходимости применения поверхности нагрева из специальных материалов (например, для охлаждения кислот применяют аппараты из кислотоупорного ферросилида, который плохо обрабатывается).
В каких сферах используется теплообменник
Сфера использования теплообменников очень обширная:
- системы отопления;
- системы охлаждения;
- при работе с химикатами;
- с солнечными коллекторами;
- для обогрева бассейнов;
- системы вентиляции;
- системы кондиционирования;
- в сфере машиностроения;
- металлургическая промышленность;
- фармацевтическая промышленность;
- пищевая промышленность (сахарная, пивная, молочная и прочие);
- автомобильная промышленность;
- химическая промышленность.
Устройство и принцип работы теплообменников влияет на работу различных сфер, среди которых как промышленное производство, так и объекты общественного и культурного значения. Вместе с этим их использование возможно и в системах отопления частных жилых домов, где вопрос поддержки температуры стоит наиболее остро. Установка и монтаж теплообменников может быть произведён как самостоятельно, так и при помощи специалистов. Смысл же устройства состоит в равномерном распределении тепла на помещение.
Смесительные теплообменные аппараты
В тепломассообменных аппаратах и установках контактного (смесительного) типа процессы тепло- и массообмена протекают при непосредственном соприкосновении двух и более теплоносителей.
Тепловая производительность контактных аппаратов определяется поверхностью соприкосновения теплоносителей. Поэтому в конструкции аппарата предусматривается разделение потока жидкости на мелкие капли, струи, пленки, а газового потока — на мелкие пузырьки. Передача теплоты в них происходит не только путем кондуктивной теплопередачи, но и путем обмена массой, причем при массопередаче возможен даже переход теплоты от холодного теплоносителя к горячему. Например, при испарении холодной воды в горячем газе теплота испарения переносится от жидкости к газу.
Контактные теплообменники нашли широкое применение для конденсации паров, охлаждения газов водой, нагревания воды газами, охлаждения воды воздухом, мокрой очистки газов и т. п.
По направлению потока массы контактные теплообменники могут быть разделены на две группы:
1) аппараты с конденсацией пара из газовой фазы. При этом происходят осушка и охлаждение газа и нагревание жидкости (конденсаторы, камеры кондиционеров, скрубберы);
2) аппараты с испарением жидкости в потоке газа. При этом увлажнение газа сопровождается его охлаждением и нагреванием жидкости или его нагреванием и охлаждением жидкости (градирни, камеры кондиционеров, скрубберы, распылительные сушилки).
По принципу диспергирования жидкости контактные аппараты могут быть насадочными, каскадными, барботажными, полыми с разбрызгивателями и струйными (рис. 8).
Каскадные (полочные) аппараты применяются преимущественно в качестве конденсаторов смещения (рис. 8, а). В полом вертикальном цилиндре установлены на определенном расстоянии одна от другой (350…550 мм) плоские перфорированные полки в виде сегментов. Охлаждающая жидкость подается в аппарат на верхнюю полку. Основная масса жидкости вытекает через отверстия в полке тонкими струями, меньшая ее часть переливается через борт на нижележащую полку.
Пар для конденсации подается через патрубок в нижней части конденсатора и движется в аппарате противотоком к охлаждающей жидкости. Жидкость вместе с конденсатом выводится через нижний патрубок аппарата и барометрическую трубу, а воздух отсасывается через верхний патрубок вакуум-насосом. Кроме сегментных полок в барометрических конденсаторах применяются кольцевые, конические и иной формы полки.
Барботажные аппараты (рис. 8, б) отличаются простотой конструкции, их применяют для нагревания воды паром, выпаривания агрессивных жидкостей и растворов, содержащих шламы, взвеси и кристаллизующиеся соли, горячими газами и продуктами сгорания топлива. Принцип работы барботажных подогревателей и испарителей состоит в том, что перегретый паp или горячие газы, поступающие в погруженные барботеры, диспергируются в пузырьки, которые при всплытии отдают теплоту жидкости и одновременно насыщаются водяным паром. чем больше пузырьков образуется в растворе, тем лучше структура барботажного слоя и тем больше межфазная поверхность. Структура барботажного слоя зависит от размеров газовых пузырьков и режима их движения.
Рис. 8. Виды смесительных теплообменников: а — каскадный теплообменник; б —барботажный; в — полый с разбрызгивателем; г — струйный; д — насадочная колонна: 1 — контактная камера; 2 — насадка; 3 — штуцер для входа газа; 4 — патрубок для подачи жидкости; 5 — штуцер для удаления газа; 6 — спускной штуцер для жидкости; 7 — распылительное устройство; 8 — распределительная тарелка; 9 — решетка
Полые контактные теплообменники (с разбрызгивателями) нашли применение при конденсации паров, охлаждении, сушке и увлажнении газов, упаривании и сушке растворов, нагревании воды и др. На рис. 8, в показана схема контактного водонагревательного теплообменника.
Струйные (эжекторные аппараты) применяются редко и только для конденсации паров. На рис. 8, г показана схема такого конденсатора.
Конструктивно смесительные теплообменные аппараты выполняются в виде колонн из материалов, устойчивых к воздействию обрабатываемых веществ, и рассчитываются на соответствующее рабочее давление. Насадочные и полые аппараты чаще всего изготовляются железобетонными или кирпичными. Каскадные, барботажные и струйные аппараты выполняются из металла. Высота колонн обычно в несколько раз превышает их поперечное сечение.
Каждому типу контактного устройства свойственны особенности, которые следует учитывать при выборе аппарата.
Современный пластинчатый теплообменник: принцип работы
Функционирует устройство этого типа по перекрестной схеме.
Секции поочередно заполняются нагреваемой и охлаждаемой средой.
Теплообмен между ними происходит через пластины.
Заполнение секций в процессе работы устройства обеспечивают прокладки-уплотнители разной формы.
Последние могут или пропускать среду, или задерживать ее. Теплообменники пластинчатые устроены так, что среды в них перемещаются навстречу друг другу. При этом нагревающая подается сверху и выходит в нижний патрубок, а охлаждаемая, соответственно, наоборот.
Таким образом функционируют все подобные устройства. Принцип работы пластинчатого теплообменника для ГВС точно такой же, как у моделей, предназначенных для кондиционирования, охлаждения смазочных материалов и проч. Единственное отличие состоит в проходящих через корпус видах сред. В модели для ГВС — это, соответственно, вода, в других устройствах такого типа обмен может происходить между растворами, маслами, газами и т. д.
Как протекают процессы в пластинчатом теплообменнике
Пластины разборного пластинчатого теплообменника устанавливаются одна за другой с поворотом на 180°. Эта компоновка создает теплообменный пакет с четырьмя коллекторами для подвода и отвода жидкостей. Первая и последняя пластины не участвуют в процессе теплообмена, задняя пластина выполняется обычно без портов.
На схеме представлен пластинчатый теплообменник для отопления самой простой конструкции с патрубками, расположенными по разные стороны агрегата.
1, 11 – подающий и обратный патрубки для подключения греющей среды (теплоносителя); 2, 12 – входной и выходной патрубки нагреваемой среды; 3 — передняя неподвижная плита; 4, 14 – отверстия для протока теплоносителя; 5 – малая уплотнительная прокладка в виде кольца; 6 – рабочая теплообменная пластина; 7 – верхняя направляющая; 8 – задняя подвижная плита; 9 – задняя опора; 10 – шпилька; 13 – большая прокладка по контуру пластины; 15 – нижняя направляющая.
Во время работы в каждой секции, кроме первой и последней, происходит интенсивный обмен теплом через пластины сразу с двух сторон.
Обе среды протекают через свои секции навстречу друг другу, нагревающая подается сверху и выходит через нижний патрубок, а нагреваемая – наоборот.
Как это работает, отображает функциональная схема пластинчатого теплообменника:
Какие виды теплообменников бывают по конструкции
По конструктивным особенностям все виды теплообменников можно разделить на 3 группы:
1. Пластинчатые. Имеют вид трубопровода с пластинами с волнистыми каналами и штамповкой, обеспечивающей циркуляцию жидкости. Такие виды теплообменников достаточно популярные благодаря их легкости сборки, простоте чистки и минимальному сопротивлению гидравлики. Пластинчатые теплообменники простые в применении и компактные.
2. Трубчатые. Такие теплообменники состоят из набора труб, трубных решеток и элементами для компенсации напряжения в случае изменения давления, температуры. Также присутствуют распределительные коллекторы. Трубчатые теплообменники обладают компактными размерами и характеризуются высокой скоростью теплообмена.
3. Спиральные. Состоят из листов металла, закрученных в спираль, которые соединяются между собой при помощи сварки, формируя теплообменные каналы. Также могут использоваться специальные прокладки. Спиральные теплообменники отличаются высокой эффективностью теплообмена и компактными размерами, но данные приборы сложные в обслуживании, из-за чего не пользуются спросом.
По типу соединения пластинчатые теплообменники, в свою очередь, делятся на несколько групп:
- Разборные. Самые популярные виды теплообменников пластинчатого типа, в которых пластины разделены резиновыми уплотнителями. Простые в установке и обслуживании, но не способны работать с агрессивными средами и нуждаются в регулярной замене прокладок.
- Неразборные. Изготавливаются из качественной нержавеющей стали, имеют упрочненную конструкцию. Пластины соединены между собой пайкой, резиновые прокладки не используются. Процесс пайки осуществляется при создании вакуумных условий. Эффективно работают с агрессивными средами, не нуждаются в специальном сложном обслуживании.
- Сварные. Конструкции соединены при помощи сварных соединений. Пластины выполнены из никелевых сплавов, титана или нержавеющей стали. Такие виды теплообменников способны функционировать в экстремальных условиях.
Существуют и другие типы, виды теплообменников. Все они могут изготавливаться из разнообразных материалов. Чаще всего устройство для передачи тепла выполняется из нержавеющей стали и чугуна. Такие материалы наиболее устойчивы к внешним воздействиям и способны использоваться очень долго без поломок и ремонтов. Особенно популярный чугун с высоким содержанием хрома, который выдерживает высокие температуры и агрессивные среды.
Современные производители нередко изготавливают теплообменники из комбинированных материалов. Чаще всего это медь и ее сплавы, латунь, бронза. Составляющие теплообменников могут выполняться и из материалов неметаллического происхождения, пластмассы.
Принцип работы теплообменника
Современный теплообменник может работать по трём основным процессам:
- конвекция;
- тепловое излучение;
- теплопроводность.
Классификация приборов происходит по тому, каким из способов тепло поставляется к холодному объекту, а именно:
- смесительный способ;
- теплообменный способ.
В их принципе работы, устройстве и виде заключается основная разница
Именно потому важно, прежде чем совершить покупку теплообменника, изучить все имеющиеся виды в продаже. Лучшим вариантом описания принципа действия изделия является пример с поверхностными агрегатами
Они считаются одними из самых распространённых конструкций среди пользователей. Внутри этого прибора сосредоточены чувствительные элементы
, которые нагреваются, передавая тепло холодному объекту.
Если взять смесительный агрегат, то он совмещает в себе взаимодействие воздуха и жидкости, выдавая в итоговом результате высокий уровень коэффициента полезного действия. Тем самым – это устройство становится лёгким по изготовлению, с высокой скоростью получения нужного результата. Только при смешивании двух различных сред можно достичь подобных результатов.
Каждый теплообменник имеет и набор устройств, которые работают по особому принципу. Их разделяют на два вида:
- рекуперативные;
- регенеративные.
В первом виде подразумевается использование двух разных жидкостей. Они взаимодействуют между собой с помощью разделительной стенки. В процессе обмена температурами, поток в обоих вариантах остаётся прежним и не изменяется. Во втором виде теплообменников прослеживается наличие рабочего элемента
, который в то же время является и источником поставляемого тепла и своеобразным зарядным устройством. При контакте с жидкостями, элемент нагревается, издавая в пространство необходимое тепло. В этом случае, поток тепла может изменить своё направление.
Виды теплообменников
Теплообменники бывают различных видов. Их диаметр может составлять от 159 до 3000 мм. Максимальное давление — 160 кг/см2. Длина может колебаться от нескольких десятков до 10 000 мм. Виды агрегатов:
- Со встроенными решётками, выполненными в виде трубы.
- Устройство кожухотрубного теплообменника может предусматривать наличие температурного компенсатора.
- Прибор, оснащённый плавающей головкой.
- С U-образной формой устройства.
- Комбинированный. В нём есть компенсатор и встроенная плавающая головка.
В этом видео вы узнаете, как классифицируются теплообменники:
https://youtube.com/watch?v=hqnMHH6bz_A
Конструкция кожухотрубного теплообменника, в котором есть трубные решётки, имеет жёсткую сцепку всех элементов. Такие аппараты чаще всего используются в нефтяной или химической промышленности. Этот тип устройства занимает примерно три четверти всего рынка. У данного вида трубные решётки привариваются изнутри к стенкам корпуса, а к ним на жёсткой сцепке приделаны теплообменные трубы. Это позволяет избежать каких-либо сдвигов всех составных элементов внутри корпуса.
Устройство с плавающей головкой считается намного совершеннее. Плавающая головка — это специальная подвижная решётка. Она перемещается по всей трубной системе вместе с крышкой. Такой аппарат дороже, но и намного надёжнее.
Существуют теплообменники с одним ходом и многоходовые
У аппарата с U-образной трубной системой два конца привариваются к одной решётке. Угол поворота составляет 180°, а радиус — от 4 диаметров трубы. Благодаря такой конструкции трубы внутри корпуса могут свободно удлиняться.
Существуют одноходовые и многоходовые теплообменники. Выбор зависит от направления перемещения теплоносителя внутри аппарата. В одноходовом наполнитель движется по кратчайшему пути. Самый яркий пример такого типа устройств — это водонагреватель ВВП, который используется в системах отопления. Такой аппарат лучше всего применять в местах, где не нужен высокий показатель теплообмена (разница между температурой окружающей среды и носителем тепла минимальная).
В многоходовых аппаратах присутствуют специальные поперечные перегородки. Они обеспечивают перенаправление потока теплоносителя. Используются там, где необходима большая скорость теплообмена. Также трубчатые аппараты делятся на одноточные, перекрестноточные и противоточные.
Устройство пластин
Конструкция и принцип работы пластинчатого теплообменника будет зависеть от модификации оборудования, в котором может находиться разное количество пластин с зафиксированными прокладками. Эти прокладки перекрывают каналы с проходящим тепловым носителем. Чтобы достигнуть необходимой герметичности прилегания пар соединенных между собой прокладок, достаточно крепления этих пластин с подвижной плитой.
Нагрузки, которые действуют на это устройство, распределяются, как правило, на пластины и уплотнители. Рама и элементы крепежа, по большому счету, представляют собой корпус оборудования.
Рельефная поверхность пластин во время сжатия гарантирует прочное крепление и позволяет всей системе теплообменника набрать необходимую прочность и жесткость.
Прокладки фиксируются на пластинах с помощью клипсового соединения. Необходимо сказать, что прокладки во время зажатия самостоятельно центрируются относительно своей оси. Утечка теплового носителя предотвращается благодаря окантовке обшлага, который дополнительно создает барьер.
Для устройства пластинчатого теплообменника изготавливаются несколько видов уплотнителей: с жестким и мягким рифлением.
Подробнее о теплообменном оборудовании:
В жестких элементах при изготовлении канавок делается угол в 60 градусов. Для этих устройств не характерна повышенная теплопроводность, их основное достоинство — возможность переносить значительное давление теплоносителя.
Для достижения наилучшего режима тепловой отдачи можно комбинировать пластины. Причем нужно учитывать, что для оптимальной работы устройства необходимо, чтобы оно функционировало в режиме турбулентности — тепловой носитель обязан передвигаться по каналам без каких-либо задержек. Между прочим, кожухотрубный теплообменник, где конструкция имеет схему «труба в трубе», обладает ламинарным течением теплоносителя.
В чем состоит преимущество? Во время одинаковых теплотехнических характеристик пластинчатое оборудование имеет значительно меньшие габариты.
Теплообменники с плавающей головкой
На заводах широко применяются теплообменные аппараты с самостоятельной компенсацией термических расширений, которые называют теплообменники с плавающей головкой. Конструктивное отличие в том, что они имеют плав. головку, которая не прикреплена к корпусу аппарата. Такая конструкция позволяет трубному пучку свободно передвигаться при линейном расширении труб, не создавая напряжений и имея возможность свободно деформироваться.
Конструкция теплообменников типа ТП получила наибольшее распространение на НПЗ. Их конструкция дает возможность разобрать аппарат для его очистки от загрязнений.
Конструкция
Проще всего понять, как работает теплообменник кожухотрубного типа, можно, изучив его принципиальную схему:
Рисунок 1. Принцип работы кожухотрубного теплообменника. Однако, данная схема иллюстрирует лишь уже сказанное: два раздельных, не смешивающихся теплообменных потока, проходящих внутри кожуха и сквозь трубный пучок. Куда нагляднее будет, если схему сделать анимированной. Рисунок 2. Анимация работы кожухотрубчатого теплообменника. Данная иллюстрация демонстрирует не только принцип работы и устройство теплообменного аппарата, но и то, как выглядит теплообменник снаружи и внутри. Он состоит из цилиндрического кожуха с двумя штуцерами, трубного пучка в нём и двух распределительных камер по обе стороны кожуха. Трубы собраны вместе и удерживаются внутри кожуха посредством двух трубных решёток – цельнометаллических дисков с просверленными в них отверстиями; трубные решётки отделяют распределительные камеры от корпуса теплообменника. Трубы на трубной решётке могут крепиться методами сварки, развальцовки или сочетанием этих двух методов.
Рисунок 3. Трубная решётка с развальцованными трубами пучка. Первый теплоноситель попадает сразу в кожух через впускной штуцер и покидает его через штуцер выпуска. Второй теплоноситель вначале подаётся в распределительную камеру, откуда направляется в трубный пучок. Попадая во вторую распределительную камеру, поток «разворачивается» и вновь проходит сквозь трубы к первой распределительной камере, откуда выходит через собственный выпускной штуцер. При этом, обратный поток направляется через другую часть трубного пучка, чтобы не препятствовать прохождению «прямого» потока.
