Izmjenjivač topline. Vrste, uređaji, klasifikacija izmjenjivača topline

Do danas se u određenom području ljudske aktivnosti koristi oprema kao što su izmjenjivači topline. Trenutno se može razlikovati značajan broj vrsta takvih uređaja, čiji je glavni zadatak prijenos topline iz rashladnog sredstva u hladno okruženje.

Takav model kao izmjenjivač topline s školjkom i cijevi, u pravilu se koristi u plinu, ulju, hemijska industrija. Osim toga, često se mogu naći u velikim termoelektranama, jer se tamo koriste rashladne tekućine s visokim parametrima. Također treba reći da se ovakvi modeli izmjenjivača topline često koriste u proizvodnji hrane, mlijeka i piva. Svestrani opseg upotrebe ovih jedinica ukazuje na postojanje tako izuzetne prednosti kao što je visoki nivo moć. Na primjer, značajan dio sličnih uređaja koristi se samo u domaću upotrebu i može obezbijediti toplinu samo jednom dijelu zgrade.

Sljedeća stvar na koju treba obratiti pažnju je takva karakteristika kao što je otpornost na vodeni udar. Ovi ili drugi uređaji se vrlo često postavljaju u složeno i teško radno okruženje. U nepredviđenim okolnostima neki uređaji jednostavno pokvare, dok izmjenjivači topline sa školjkom i cijevi mogu ispravno raditi čak i sa vodenim čekićem.

Važna prednost izmjenjivača topline s školjkom i cijevi je sposobnost savršenog funkcioniranja čak iu zagađenom radnom okruženju. Mnogi modeli izmjenjivača topline mogu raditi samo s čistim medijima. Opisani uređaji ne nameću stroge zahtjeve za čistoću okoliša, a to je vrlo važno.

Treba reći nekoliko riječi o cijeni. Na primjer, cijena pločastog izmjenjivača topline je vrlo visoka. Ovaj faktor mnoge sprečava da kupe ovaj uređaj. Uređaji sa školjkom i cijevi su mnogo jeftiniji. Istovremeno, njihova efikasnost neće biti gora od onih uređaja u čije su dizajne ugrađene ploče.

Međutim, postoje mnogi nedostaci izmjenjivača topline s školjkom i cijevi. Prije svega, mora se reći da ih je prilično teško očistiti. Prvo, ovaj proces će zahtijevati dosta fizičke snage. Drugo, čišćenje će trajati dosta vremena. To ne isključuje mogućnost da će nakon ovog postupka cijevi prestati ispravno funkcionirati.

Još jedan značajan nedostatak je što takva jedinica zauzima puno prostora, za razliku od, na primjer, lamelnih uređaja.

Međutim, unatoč postojećim nedostacima, izmjenjivači topline s školjkom i cijevi i danas se vrlo aktivno koriste.

Kao što znate, postoji mnogo vrsta izmjenjivača topline (HE). Dijele se na površinske (rekuperativne i regenerativne, ovisno o istovremenom ili uzastopnom kontaktu nosača topline sa zidom koji ih razdvaja) i miješanje. TO površinski tipovi se pak dijele na školjke i cijevi, "cijev u cijevi", uvijene, potopljene, za navodnjavanje, spiralne, lamelarne i školjke i ploče.

Oklopni izmjenjivač topline je snop cijevi smještenih u cilindrično kućište (okućište) na način da je unutrašnjost kućišta prstenasta. Cijevi za izmjenjivanje topline su umotane u završnim limovima cijevi zavarenim na tijelo izmjenjivača topline. Kod nekih su ivice cijevi dodatno oparene kako bi se osigurala nepropusnost spoja. Srednji cijevni listovi dizajnirani su i za podupiranje cijevi i za organizaciju poprečnog toka medija. Komore sa mlaznicama su pričvršćene na cijevne listove za drenažu medija koji teče unutar cijevi. U zavisnosti od prisutnosti i broja pregrada u komorama, izmjenjivači topline mogu biti jednoprolazni, dvoprolazni ili višeprolazni u odnosu na kretanje medija koji teče u cijevima. Također, tijelo je opremljeno razvodnim cijevima za dovod pare i odvod kondenzata. Cijevi su izrađene od karbona ili od nerđajućeg čelika, bakar, mesing ili titanijum. Tijelo je obično izrađeno od karbona ili nehrđajućeg čelika. Kada se izmjenjivač topline zagrije, on se izdužuje. Postoji nekoliko načina za kompenzaciju toplinskog širenja, na primjer, korištenje "plutajuće glave" ili križnih dilatacijskih spojeva. Izmjenjivači topline sa omotačem i cijevi se obično koriste pri pritiscima zasićene pare iznad 15 bara ili na temperaturama iznad 190°C, kao i pregrijanoj pari.

Prednosti i nedostaci
Oklopne izmjenjivače topline odlikuju se otpornošću na vodene udarce, smanjenim zahtjevima za čistoćom medija, relativno niskim koeficijentom prolaza topline i, kao rezultat toga, velikim dimenzijama i površinama potrebnim za održavanje, kao i visoka cijena zbog visokog sadržaja metala. Osim toga, popravak takvih izmjenjivača topline obično je povezan sa začepljenjem oštećenih cijevi, što dovodi do smanjenja područja izmjene topline. Stoga se obično izmjenjivači topline biraju s velikom marginom na površini, što također uzrokuje njihove velike dimenzije.
Pokušaj kontrolisanja kondenzata na horizontalnim izmjenjivačima topline s školjkom i cijevima je težak. To je zbog činjenice da se s blagom promjenom nivoa kondenzata, površina izmjene topline mijenja nelinearno i mnogo značajnije.
Međutim, moderni izmjenjivači topline s školjkom i cijevi približavaju se pločastim i pločastim izmjenjivačima topline po efikasnosti, koeficijentu prolaza topline i dimenzijama.
To se postiže upotrebom tzv. turbulizatora protoka - pregrada u cijevima i prstenastom dijelu, kao i valovitih cijevi, u kojima je strujanje medija jako turbulentno, što dovodi do povećanja koeficijenta prijenosa topline, a kao rezultat , do smanjenja dimenzija. Nedavno se koriste vertikalni izmjenjivači topline s školjkom i cijevi za smanjenje korištenja proizvodnog prostora. Omogućuju vam da organizirate regulaciju kondenzata, ako je potrebno.

Aplikacija
Izmjenjivači topline s školjkom i cijevi najčešće se koriste u kemijskoj, naftnoj, plinskoj industriji, kao iu termoenergetici velikih razmjera, gdje se koriste nosači topline visokih parametara. Osim toga, mogu se naći u pivskoj, mliječnoj i drugim prehrambenim industrijama.

Iskustvo Spirax Sarco (http://www.spiraxsarco.com/ru) pokazuje da kompetentno vezivanje oprema za izmjenu toplote omogućava smanjenje potrošnje pare u nekim slučajevima za 40% uz pružanje više visoka preciznost održavanje temperaturni uslovi. Studije izvodljivosti pokazuju da se u devet od deset slučajeva ulaganja u optimizaciju toplotnih podstanica u potpunosti isplate za godinu dana.

Klasifikacija. Izmjenjivači topline (izmjenjivači topline) su uređaji dizajnirani za razmjenu topline između grijanog i grijanog radnog okruženja. Potonji se obično nazivaju rashladnim tečnostima.

Potreba za prijenosom topline s jedne rashladne tekućine na drugu javlja se u mnogim granama tehnologije: energetici, kemijskoj, metalurškoj, naftnoj, prehrambenoj i drugim industrijama.

U kotlovskoj jedinici toplina koja se oslobađa prilikom sagorijevanja goriva prenosi se na vodu i paru, odnosno kotlovska jedinica je skup izmjenjivača topline. U nuklearnoj elektrani, pušten nuklearni reaktor toplota se percipira od strane primarnog rashladnog sredstva, koje samo po sebi postaje radioaktivno. Motor koristi sekundarno rashladno sredstvo, koje prima toplinu od primarnog rashladnog sredstva u izmjenjivaču topline. Proces regeneracije u gasnoturbinskom postrojenju odvija se prijenosom topline u izmjenjivaču topline sa otpadnih produkata izgaranja na komprimirani zrak.

Široka distribucija izmjenjivača topline dovela je do raznolikosti njihovog dizajna.

Toplotni procesi koji se javljaju u izmjenjivačima topline mogu biti vrlo raznoliki: zagrijavanje, hlađenje, isparavanje, ključanje, kondenzacija, topljenje, očvršćavanje i složeniji procesi koji su kombinacija navedenog. U procesu razmjene topline može sudjelovati nekoliko rashladnih tekućina: toplina iz jednog od njih može se prenijeti na nekoliko i od nekoliko do jednog.

Izmjenjivači topline se klasificiraju na sljedeći način:

po dogovoru - grijači, kondenzatori, hladnjaci, isparivači, pretvarači pare, itd.;

princip rada- rekuperativno, regenerativno i miješanje.

Rekuperativno nazivaju se takvi izmjenjivači topline u kojima se izmjena topline između nosača topline odvija kroz pregradni zid. Tokom razmjene topline u uređajima ovog tipa, tok topline u svakoj tački na površini pregradnog zida održava konstantan smjer.

Temperatura grijanja nosača topline je 400...500°C za konstrukcije od ugljičnog čelika i 700...800°C za konstrukcije od legiranog čelika.

U rekuperativnim izmenjivačima toplote, nosači toplote peru zid sa dve strane i istovremeno razmenjuju toplotu. Proces prijenosa topline se odvija kontinuirano i obično je stacionaran. Na sl. 4.1 prikazuje primjer rekuperativnog izmjenjivača topline, u kojem jedan od nosača topline teče unutar cijevi, a drugi pere njihove vanjske površine.

Zid, koji se s obje strane pere nosačima topline, naziva se radna površina izmjenjivača topline.

Regenerativno nazivaju se takvi izmjenjivači topline, uređaji u kojima dva ili više nosača topline naizmjenično dolaze u kontakt sa istom površinom grijanja.

Tijekom kontakta s različitim nosačima topline, grijaća površina ili prima toplinu i akumulira je, a zatim je oslobađa, ili, obrnuto, prvo oslobađa akumuliranu toplinu i hladi se, a zatim se zagrijava. U različitim periodima razmjene topline (zagrijavanje ili hlađenje grijaće površine), smjer toka topline u svakoj tački grijaće površine mijenja se u suprotan.

Kao primjer, na sl. 4.2 prikazuje dijagram regenerativnog grijača zraka kotlovske jedinice sa sporo rotirajućim (2 ... 5 o/min) rotorom - akumulatorom topline. Rotor je pakovan tankim valovitim čeličnim limovima (vidi sliku 4.2, b) zatvoreno u zatvorenom kućištu 3. Kutije za zrak i plin su pričvršćene na kućište. Tokom rada, izmjena toplote

Jedan od originalnih uređaja koji koristi paru i njen kondenzat kao srednju rashladnu tečnost je zatvorena cijev ispunjena dijelom tekućinom, a dijelom parom (slika 4.3). Takav uređaj tzv toplotna cijev, sposoban za prijenos velikih toplotna snaga. Na toplom kraju toplotne cevi tečnost isparava usled dovoda toplote, a na hladnom se para kondenzuje, dajući oslobođenu toplotu. Kondenzat se vraća u zonu isparavanja ili gravitacijom, ako se hladni kraj može postaviti iznad vrućeg kraja, ili korištenjem posebnih fitilja, kroz koje se tekućina kreće pod djelovanjem kapilarnih sila u bilo kojem smjeru, čak i protiv gravitacije (poput alkohola u alkoholnoj lampi).

Toplotne cijevi sa gravitacijskim povratom kondenzata poznate su odavno. Široka upotreba toplinskih cijevi s fitiljem nedavno je počela zbog potrebe da se uklone veliki toplinski tokovi iz moćnih, ali malih poluvodičkih uređaja. Toplotne cijevi s fitiljem praktički su nezamjenjive u prostoru. Prirodna konvekcija se široko koristi za hlađenje mehaničkih, električnih ili radiotehničkih uređaja u zemaljskim uvjetima. U prostoru ne može biti prirodne konvekcije, jer nema gravitacije i potrebne su druge metode odvođenja topline. Toplotne cijevi sa fitiljem također mogu raditi u nultom stanju gravitacije. Male su veličine, ne zahtijevaju energiju za pumpanje nosača topline i, uz odgovarajući odabir radnog sredstva, rade u širokom temperaturnom rasponu.

miješanje nazivaju se takvi izmjenjivači topline u kojima se prijenos topline i mase odvija uz direktan kontakt i miješanje nosača topline. Stoga se izmjenjivači topline za miješanje ponekad nazivaju kontaktnim izmjenjivačima topline. Većina važan faktor u procesu rada izmjenjivača topline miješanja je kontaktna površina nosača topline. Kao primjer, na sl. 4.4 prikazuje dijagram mješajućeg izmjenjivača topline (deaeratora) za zagrijavanje vode parom tokom termičkog uklanjanja otopljenih plinova (vazduha).

Osnovne rashladne tečnosti. IN kao nosioci toplote, u zavisnosti od namene proizvodnih procesa, mogu se koristiti razne gasovite, tečne i čvrste materije.

Sa stanovišta tehničke i ekonomske izvodljivosti njihove upotrebe, rashladne tečnosti treba da imaju sledeće kvalitete.

Imaju dovoljno veliku toplinu isparavanja, gustinu i toplinski kapacitet, nisku viskoznost. Sa takvim karakteristikama nosača topline osigurava se dovoljan intenzitet prijenosa topline i smanjuju njihove masene i volumne količine potrebne za dato toplinsko opterećenje izmjenjivača topline.

Imati potrebnu otpornost na toplinu i ne utjecati negativno na materijale opreme. Tečnosti za prenos toplote moraju biti hemijski otporne i neagresivne, čak i uz dovoljno dugo izlaganje visokim temperaturama. Poželjno je da nosači topline ne stvaraju naslage na površini izmjenjivača topline tokom rada, jer naslage smanjuju koeficijent prijenosa topline i toplinski učinak opreme.

Biti jeftin i dovoljno dostupan u domaćim resursima.

Prilikom odabira rashladnih sredstava potrebno je u svakom pojedinačnom slučaju detaljno uzeti u obzir njihova termodinamička i fizičko-hemijska svojstva, kao i tehničke i ekonomske pokazatelje.

U proizvodnim aparatima i sistemima grijanja i opskrbe toplom vodom najčešće se koriste sljedeći nosači topline.

vodena para kao rashladno sredstvo za grijanje postalo je široko rasprostranjeno zbog svojih sljedećih prednosti.

1- Visoki koeficijenti prenosa toplote tokom kondenzacije vodene pare omogućavaju dobijanje relativno malih površina razmene toplote.

2. Velika promjena entalpije tokom kondenzacije vodene pare omogućava da se njena mala masena količina potroši za prijenos relativno velike količine topline.

3. Konstantna temperatura kondenzacije pri datom pritisku omogućava najjednostavnije održavanje konstantnog režima i regulaciju procesa u aparatu.

Najčešće korišćeni pritisak pare za grejanje u izmenjivačima toplote je od 0,2 do 1,2 MPa.

Vruća voda je postao široko rasprostranjen kao rashladno sredstvo za grijanje, posebno u instalacijama grijanja i ventilacije. Grijanje vode vrši se u posebnim kotlovima za grijanje vode, industrijskim tehnološkim jedinicama (npr. u pećima) ili instalacijama za grijanje vode termoelektrana i kotlarnica. vruća voda kao rashladno sredstvo može se transportovati kroz cjevovode na velike udaljenosti (nekoliko kilometara). Istovremeno, pad temperature vode u dobro izoliranim cjevovodima nije veći od 1°C po 1 km. Prednost vode kao nosača topline je relativno visok koeficijent prijenosa topline. U pravilu, industrijski i komunalni sistemi grijanja koriste toplu vodu s temperaturom od 70 ... 150 (200) "C.

Dimni i dimni gasovi kao medij za grijanje, obično se koriste na mjestu njihove proizvodnje za direktno zagrijavanje industrijskih proizvoda i materijala, ako se fizičko-hemijske karakteristike potonjih ne mijenjaju pri kontaminaciji čađom i pepelom. Ukoliko je, prema radnim uslovima, kontaminacija obrađenog materijala neprihvatljiva, dimni gasovi se šalju u rekuperativni izmenjivač toplote, gde svoju toplotu odaju vazduhu, a ovaj zagreva obrađeni materijal.

Prednost dimnih plinova je mogućnost zagrijavanja materijala na vrlo visoke temperature koje su ponekad potrebne tehnološkim uslovima proizvodnja.

Međutim, dim i dimni plinovi kao medij za grijanje imaju niz nedostataka.

Niska gustoća plinova podrazumijeva potrebu za dobivanjem velikih količina kako bi se osigurala dovoljna toplinska snaga, a potonje dovodi do stvaranja glomaznih cjevovoda.

Zbog male specifična toplota gasova, oni se moraju dovoditi u aparat u u velikom broju sa visokom temperaturom. Posljednja okolnost prisiljava upotrebu vatrostalnih materijala za cjevovode.

Zbog niskog koeficijenta prijenosa topline na strani plinova, oprema koja koristi toplinu mora imati velike površine grijanja i stoga se ispostavlja da je vrlo glomazna.

Rashladne tečnosti visoke temperature. Trenutno se u industriji za visokotemperaturno grijanje, osim dimnih plinova, koriste mineralna ulja, organska jedinjenja, rastopljeni metali i soli. Karakteristike nekih rashladnih tečnosti visoke temperature date su u tabeli. 4.1.

Niskotemperaturni fluidi za prenos toplote su supstance koje ključaju na temperaturama ispod 0 "C. Njihovi tipični predstavnici su: amonijak NH 3, ugljen dioksid CO 2, sumpor dioksid SO 2 i veliki broj halogenih derivata zasićenih ugljovodonika koji se koriste kao rashladna sredstva u hlađenju.

Ispod je lista glavnih prednosti sklopivih PHE.

1. Kompaktan i visoka efikasnost

Efikasnost pločastog izmenjivača toplote za grejanje i snabdevanje toplom vodom je 80-85%. Sa relativno male veličine, ukupna površina svih ploča može doseći nekoliko kvadratnih kilometara. 99,0-99,8% ukupne površine je površina za prenos toplote. Priključci su na jednoj strani, što pojednostavljuje instalaciju i povezivanje. Dvostepeni izmjenjivač topline omogućava vam da smanjite površinu ispod ITP-a (pojedinačna grijna točka). Prilikom dirigovanja radovi na popravci potrebna je manja površina nego kada se koristi izmjenjivač topline s školjkom i cijevi.

2. Nizak gubitak pritiska u PHE

Dizajn pločastog izmjenjivača topline omogućava vam da glatko promijenite ukupnu širinu kanala. Smanjenje maksimalne vrijednosti dozvoljenih hidrauličnih gubitaka postiže se povećanjem broja kanala. Smanjenje hidraulički otpor smanjuje potrošnju energije pumpi.

3. Ekonomičan, niska cijena rada i kratko vrijeme popravke

Trošak instalacije često ne prelazi 2-4% cijene opreme. Stručnjak može rastaviti i isprati pločasti izmjenjivač topline za nekoliko sati. Za laka zaprljanja može se koristiti CIP čišćenje. Vek trajanja PHE zaptivki, pri ispravan rad, dostiže deset godina, ploče - 15-20 godina. Troškovi zamjene svih brtvi ne prelaze 15-20% cijene aparata i nije potrebno mijenjati cijeli paket odjednom.

4. Nisko zagađenje

Ploče za prijenos topline koriste profile kanala za postizanje visoke turbulencije protoka i, kao rezultat, samočišćenja. Ovo omogućava duže servisne intervale.

5. Fleksibilnost

Dizajn PHE omogućava promjenu površine za izmjenu topline kako bi se povećala snaga. Kako potrebe rastu, ploče se mogu dodavati bez zamjene cijelog aparata.

6. Ličnost

Program proizvođača omogućava stručnjaku da izračuna i odabere konfiguraciju opreme u skladu s potrebnim temperaturni grafikoni i gubitke pritiska u oba kruga. Predviđeno vrijeme traje 1-2 sata. Čak i rashladno sredstvo s niskom temperaturom u sistemima grijanja omogućava vam da zagrijete vodu u PHE na željenu temperaturu.

7. Otpornost na vibracije

Pločasti izmjenjivači topline su vrlo otporni na inducirane vibracije u dvije ravni koje uzrokuju oštećenje cijevnog izmjenjivača topline.

Upotreba sklopivih izmjenjivača topline omogućava smanjenje troškova za 20-30% i efikasnije korištenje izvora energije, povećavajući njihovu efikasnost. Otplata PHE u termoenergetici kreće se od 2 do 5 godina, au nekim slučajevima se postiže i za nekoliko mjeseci.

Proračun pločastog izmjenjivača topline

Da saznate cijenu i kupite pločasti izmjenjivač topline, potrebno je da popunite Upitnik i pošaljete ga na e-mail [email protected] web stranica

Dizajn izmjenjivača topline osigurava prijenos topline između dva medija. Za proces izmjene topline koriste se zavareni, lemljeni i sklopivi tipovi pločastih izmjenjivača topline. Profilisane metalne ploče sastavljene u pakete potrebne površine razmene toplote montažom (estrih) kroz gumene brtve ili zavarivanje (lemljenje), formiraju kanale kroz koje se grijaći i zagrijani medij kreću bez miješanja, dok razmjenjuju toplinu kroz zid ploče.
Ploče su obično izrađene od nerđajućeg čelika. Ovaj materijal dobro je otporan na koroziju i visoke temperature, a poznat je i po svojoj izdržljivosti i čvrstoći.

Prednosti i nedostaci pločastog izmjenjivača topline

Prednosti Relativna kompaktnost, tako da nije potrebna instalacija velike površine. Fleksibilnost leži u mogućnosti korištenja sa razne vrste avg. Jednostavnost održavanja i čišćenja - zbog činjenice da se ploče koje čine izmjenjivač topline mogu ukloniti, ako je potrebno, mogu se lako očistiti, ukloniti ili zamijeniti. Istina, na zalemljenim i zavarenim uređajima demontaža nije moguća, zbog čega se čiste isključivo pranjem.

Nedostaci pločastih izmjenjivača topline:

Prvo, skupe brtve za ploče su povremeno potrebne za njihovu zamjenu, najvjerovatnije će biti uvezene, kao i same ploče. Pločasti izmjenjivači topline i posebno lemljeni i zavarene konstrukcije, zahtijevaju rješenja za ispiranje. I opet, vjerovatno će biti i uvezeni. To znači da se moraju uzeti u obzir ozbiljni operativni troškovi kako bi se oprema održala u dobrom stanju.

Drugo postoji značajna mogućnost curenja. Pogoršava ga činjenica da je prilikom sastavljanja ploča nakon popravka ili čišćenja potrebno promatrati momente zatezanja vijaka na spojnim šipkama pomoću moment ključa. U pravilu se to ne provodi u proizvodnom okruženju, što dovodi do oštećenja zaptivki prilikom montaže.

Treće, pločasti izmjenjivači topline nije predviđeno za upotrebu u uslovima visoke temperature i pritisak (iznad 200°C i 20 bara). Na primjer, ovo je vrlo čest proizvodni problem pri radu s parom. Budući da se vrlo često ne koriste potrebni redukcioni ventili za smanjenje pritiska dovedene pare u izmjenjivač topline. Zaptivke ploča izgaraju od dugotrajnog izlaganja previsokim temperaturama.