Меню

Оборудование теплообменное цикл нагревания что это



Инструменты пользователя

Инструменты сайта

Содержание

Теплообменное оборудование

В большинстве процессов нефтегазопереработки используется нагрев исходного сырья, а также применяемых при его переработке растворителей, реагентов, катализаторов и др. Полученные в результате того или иного технологического процесса целевые продукты или полуфабрикаты обычно требуется охлаждать до температуры, при которой возможны их хранение и транспорт.

На современном нефтеперерабатывающем заводе, где осуществляется глубокая переработка нефти, на изготовление аппаратов, предназначенных для нагрева и охлаждения, затрачивается до 30 % общего расхода металла на все технологические установки. Высокая эффективность работы подобных аппаратов позволяет сократить расход топлива и электроэнергии, затрачиваемой на тот или иной технологический процесс, и оказывает существенное влияние на его технико-экономические показатели. Поэтому изучению устройства и работы этих аппаратов, а также освоению методов их расчета необходимо уделять особое внимание.

Теплообменник — устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя теплоносителями, имеющими различные температуры. 1)

Простейший теплообменник

Нагревающие/охлаждающие рубашки являются простейшим видом теплообменных аппаратов. Такие рубашки окружают корпус аппарата и образуют кольцевое пространство, где перемещается необходимый теплоноситель (пар или вода). Данные аппараты оснащаются механическими мешалками для интенсификации процессов теплообмена.


Простейший теплообменник (аппарат с теплообменными рубашками) 2)

Классификация теплообменников

В зависимости от способа передачи тепла аппараты делятся на следующие группы:

По процессу передачи тепла поверхностные аппараты подразделяются на следующие виды:

Рекуперативные теплообменники передают тепло посредством разделяющей стены со специальной теплообменной поверхностью (или нагревательной поверхностью).

Регенеративные теплообменники также оснащены нагревающейся стенкой, но процесс передачи тепла отличается от рекуперативного теплообменника. В аппаратах данного типа оба теплоносителя по очереди контактируют с одной и той же стенкой, которая аккумулирует тепло по мере прохождения горячего потока и отдает тепло при прохождении холодного потока. Регенераторы способны функционировать только в периодическом режиме. Рекуператоры способны работать в обоих режимах: непрерывном и периодическом. 6)

По конструктивному оформлению поверхностные теплообменники делятся на различные типы, наиболее распространенные из которых спиральные, пластинчатые, типа «труба в трубе» и кожухотрубчатые (с неподвижными трубными решетками, с U-образными трубками и с плавающей головкой). 7)

1. Пластинчатые теплообменники

1.1 Пластинчатые разборные (состоят из отдельных пластин, разграниченных резиновыми прокладками, двух концевых камер, рамы и крепежных болтов)

1.2 Пластинчатые паяные (состоит из набора металлических гофрированных пластин, изготовленных из нержавеющей стали, которые соединены между собой посредством пайки в вакууме с использованием медного или никелевого припоя)

1.3 Пластинчатые сварные

Сварные пластинчатые теплообменники предназначены для использования в условиях экстремально высоких температур и давлений на установках, параметры которых не позволяют использовать уплотнения. Эти теплообменники отличаются высокой эффективностью, малыми габаритами и требуют минимального обслуживания. Материал пластин – нержавеющая сталь, титан, никелевые сплавы.

Рабочие среды – высокотемпературный пар, газы и жидкости, в том числе агрессивные, а также их смеси. Сварные теплообменники отличаются от разборных пластинчатых теплообменников опять же методом герметизации пластин, в сварных аппаратах пластины свариваются сталью, образованные сварные кассеты компонуются внутри стальных плит. Применяются в технологических процессах с агрессивными средами, газовыми средами, на больших давлениях.

1.4 Пластинчатые полусварные

Аналогично, как и в сварных аппаратах, пластины свариваются в кассеты, а кассеты между собой соединены посредством паронитовых соединений. Область применения – технологические процессы с агрессивными средами. Пластинчатый полусварной теплообменник сделан в виде конструкции из небольшого количества сварных модулей. А они, в свою очередь, соединены при помощи лазерной сварки в виде пары пластин. Вся эта конструкция собрана между торцевыми плитами при помощи болтов. Между каждым сварным модулем проложен резиновый уплотнитель.

Такие теплообменники применяются в особых случаях, когда в качестве теплоносителя будет использовано вещество с очень высокой температурой, высоким давлением либо просто опасное вещество. В этом случае оно будет перемещаться в заваренных каналах по теплообменным пластинам. 8)

2. Кожухотрубные (кожухотрубчатые) теплообменники

Трубчатые теплообменные аппараты характеризуются простой конструкцией, малыми габаритами, высоким уровнем теплопередающей мощности и адекватной ценой. Такой тип теплообменников получил широкое применение в области химического производства. Конструкция трубчатого теплообменника состоит из резервуара, выполненного в форме цилиндра, в который встроена трубная секция. Трубная секция представляет собой блок из параллельно проложенных трубок, которые закреплены в трубных решетках или досках. Трубчатый теплообменник оснащен двумя камерами (полостями): трубной полостью (трубное пространство) и полостью корпуса (межтрубное пространство). В трубной секции течет одно вещество, а в межтрубном пространстве корпуса – другое.

В теплообменном аппарате, оснащенном двумя трубными решетками, среды могут течь в двух режимах:

В данной конструкции, доступ к трубкам снаружи затруднен, поэтому среда, находящаяся внутри корпуса, не должна способствовать образованию отложений. Трубки в таких аппаратах можно очистить только предварительно удалив боковые обечайки.

Кожухотрубчатые теплообменники могут располагаться в вертикальном или горизонтальном положении в зависимости от местных условий. Такие аппараты могут соединяться последовательно, если есть необходимость удлинить пути теплоносителей. Параллельное соединение используется в случаях, если размещение необходимого числа труб в одном корпусе невозможно. 9)

Кожухотрубчатые теплообменники — наиболее распространенная конструкция теплообменной аппаратуры. По ГОСТ 9929 стальные кожухотрубчатые теплообменные аппараты изготовляют следующих типов: ТН — с неподвижными трубными решетками; ТК — с температурным компенсатором на кожухе; ТП — с плавающей головкой; ТУ — с U-образными трубами; ТПК — с плавающей головкой и компенсатором на ней (см. рисунок ниже).

Особенностью аппаратов типа ТН является то, что трубы жестко соединены с трубными решетками, а решетки с корпусом. В связи с этим исключена возможность взаимных перемещений труб и кожуха; поэтому аппараты этого типа называют еще теплообменниками жесткой конструкции. 10)

В теплообменных аппаратах типа ТК температурные деформации компенсируются осевым сжатием или расширением компенсатора. Теплообменники с линзовыми компенсаторами применяют при небольших температурных деформациях и невысоких давлениях в межтрубном пространстве.

Наиболее часто в аппаратах типа ТК используют одно- и многоэлементные линзовые компенсаторы, изготовляемые обкаткой из коротких цилиндрических обечаек. Одна линза компенсирует небольшие температурные деформации (4 – 5 мм), набор линз (не более четырех) позволяет компенсировать деформации до 15 мм. 12)

Конструкция теплообменного аппарата с U-образными трубками представляет собой одну трубную решетку, в которую вварены U-образные трубки. Округленная часть трубки свободно опирается на направляющие щитки в полости корпуса.

Преимуществом конструкции такого аппарата является возможность периодического извлечения трубного пучка для очистки наружной поверхности труб или полной замены пучка. Однако следует отметить, что наружная поверхность труб в этих аппаратах неудобна для механической очистки.

Поскольку механическая очистка внутренней поверхности труб в аппаратах типа ТУ практически невозможна, в трубное пространство таких аппаратов следует направлять среду, не образующую отложений, которые требуют механической очистки.

Внутреннюю поверхность труб в этих аппаратах очищают водой, водяным паром, горячими нефтепродуктами или химическими реагентами. Иногда используют гидромеханический способ (подача в трубное пространство потока жидкости, содержащей абразивный материал, твердые шары и др.). 16)

Теплообменные аппараты с плавающей головкой типа ТП (с подвижной трубной решеткой) являются наиболее распространенным типом поверхностных аппаратов. Подвижная трубная решетка позволяет трубному пучку свободно перемещаться независимо от корпуса. В аппаратах этой конструкции температурные напряжения могут возникать лишь при существенном различии температур трубок.


Горизонтальный двухходовой конденсатор типа ТП состоит из кожуха 10 и трубного пучка. Левая трубная решетка 1 соединена фланцевым соединением с кожухом и распределительной камерой 2, снабженной перегородкой 4. Камера закрыта плоской крышкой 3. Правая, подвижная, трубная решетка установлена внутри кожуха свободно и образует вместе с присоединенной к ней крышкой 8 «плавающую головку». Со стороны плавающей головки аппарат закрыт крышкой 7. При нагревании и удлинении трубок плавающая головка перемещается внутри кожуха.

Для обеспечения свободного перемещения трубного пучка внутри кожуха в аппаратах диаметром 800 мм и более трубный пучок снабжают опорной платформой 6. Верхний штуцер 9 предназначен для ввода пара и поэтому имеет большое проходное сечение; нижний штуцер 5 предназначен для вывода конденсата и имеет меньшие размеры. 17)

3. Теплообменник типа «труба в трубе»

Чаще всего такой теплообменник состоит из нескольких звеньев, расположенных друг над другом и соединенных между собой. Чертеж теплообменника труба в трубе приводится ниже.

Каждое звено такого теплообменника представляет собой конструкцию из вставленных друг в друга труб, между которыми и происходит теплообмен.

Наружная труба имеет больший диаметр и соединена с наружными трубами других звеньев, проложенные внутри нее трубы меньшего диаметра также последовательно соединяются между собой.

Небольшое поперечное сечение теплообменника позволят добиться высокой скорости движения теплоносителя в трубах, и в межтрубном пространстве.

Если теплообмена требует значительное количество теплоносителя, в конструкцию теплообменника включается несколько секций, которые объединяются между собой общими коллекторами.


Многосекционный теплообменник 18)

4. Спиральные теплообменники

Поверхность нагрева в таких теплообменниках образуется двумя тонкими металлическими листами, приваренными к разделителю (керну) и свернутыми в виде спирали. В спиральном теплообменнике, в отличие от разборного пластинчатого теплообменника используются всего две пластины, свернутые вокруг керна в спираль и «упакованные» в сваренный кожух. Используются спиральные аппараты в технических процессах с агрессивными средами и высокими давлениями.

Такие агрегаты способны работать в двух режимах:

Теплообменные аппараты, используемые при нефтепереработке

В зависимости от назначения теплообменные аппараты делятся на следующие группы:

теплообменники, в которых один поток нагревается за счет использования тепла другого, получаемого в процессе и подлежащего охлаждению. В таких теплообменниках нагрев одного и охлаждение другого потока позволяет сократить расход подводимого извне тепла (сократить расход топлива, греющего водяного пара и т. д.) и охлаждающего агента. К этой группе аппаратов относятся теплообменники для нагрева нефти на установке, осуществляемого за счет использования тепла отходящих с установки дистиллятов, остатка, а также промежуточного циркуляционного орошения. Сюда относятся также котлы-утилизаторы, где получают водяной пар за счет использования тепла нефтепродуктов, дымовых газов или катализатора на установках каталитического крекинга. К этой группе относятся и регенераторы холода;

нагреватели, испарители, кипятильники, в которых нагрев или нагрев и частичное испарение осуществляются за счет использования высокотемпературных потоков нефтепродуктов и специальных теплоносителей (водяной пар, пары углеводородов, специальные высококипящие жидкости и др.). В таких аппаратах нагрев или испарение одной среды является целевым процессом, тогда как охлаждение горячего потока является побочным и обусловливается необходимостью нагрева исходного холодного потока. Примером аппаратов этой группы могут служить нагреватели сырья, использующие тепло водяного пара, кипятильники, при помощи которых в низ ректификационной колонны подводится тепло, необходимое для ректификации, и т. д.;

холодильники и конденсаторы, предназначенные для охлаждения жидкого потока или конденсации и охлаждения паров с использованием специального охлаждающего агента (вода, воздух, испаряющийся аммиак, пропан и др.). Охлаждение и конденсация в этих аппаратах являются целевыми процессами, а нагрев охлаждающего агента — побочным. К таким аппаратам относятся холодильники и конденсаторы любой нефтеперерабатывающей установки, предназначенные для охлаждения и конденсации получаемых продуктов. 20)

Видео о теплообменных аппаратах на английском языке

Источник

Теплообменное оборудование

Теплообменное оборудование

  • Показатели работы теплообменного аппарата
  • Классификация теплообменного оборудования предприятий
  • Виды и свойства теплоносителей
  • Универсальное оборудование
  • Применение теплообменников
  • Характеристики оборудования
  • Монтаж

Отправьте быструю заявку
Теплообменное оборудованиеТеплообменное оборудование Danfoss

  • Паяные пластинчатые теплообменники одноходовые ХВ
  • Паяные пластинчатые теплообменники двухходовые ХВ
  • Разборные пластинчатые теплообменники одноходовые ХG
  • Дополнительные компоненты для пластинчатых теплообменников

Теплообменное оборудование – это набор различных устройств и агрегатов, осуществляющих или способствующих передаче тепла от горячего теплоносителя холодному.

Теплоноситель – это среда, обладающая определенным объемом тепла. Ей могут быть: вода, антифриз, нефть, кислоты, газы и многие другие виды веществ.

«ИНТЕХ-Климат» готова реализовать профессиональные решения по климатическому и другому инженерному оборудованию. Выполним полный цикл работ «под ключ»: проектирование, подбор, поставка, монтаж и обслуживание.

Звоните сейчас: . Отправьте заявку

Показатели работы теплообменного аппарата

К теплообменному оборудованию можно отнести насосы, насосные станции, приборы автоматики, запорную арматуру и, кончено же, теплообменники.

Главное условие применения любого оборудования – высокая продуктивность. У теплообменного аппарата этот показатель зависит от ряда критериев:

  1. Коэффициент теплопередачи определяется агрегатным состоянием вещества, конструкцией и материалом теплообменника.
  2. Площадь теплообмена: чем больше поверхность соприкосновения рабочей среды с греющим элементом, тем большее количество энергии сможет принять теплопотребитель.
  3. Разность температур – движущая сила процесса.

На эффективность работы прибора большое значение оказывает способ передачи энергии: теплопередача, конвекция или излучение. Один аппарат может сочетать в себе все три типа в разных частях устройства.

Классификация теплообменного оборудования предприятий

По назначению теплообменные аппараты делятся на подогреватели, испарители, конденсаторы, холодильники и т. д.

По принципу действия теплообменные аппараты могут быть разделены на рекуперативные, регенеративные и смесительные.

Рекуперативными называются такие аппараты, в которых тепло от горячего теплоносителя к холодному передается через разделяющую их стенку. Примером таких аппаратов являются паровые котлы, подогреватели, конденсаторы и др.

Регенеративными называются такие аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева омывается то горячим, то холодным теплоносителем. При протекании горячей жидкости тепло воспринимается стенками аппарата и в них аккумулируется, при протекании холодной жидкости это аккумулированное тепло ею воспринимается. Примером таких аппаратов являются регенераторы мартеновских и стеклоплавильных печей, воздухоподогреватели доменных печей и др.

Читайте также:  Оборудование и его тарифы

В рекуперативных и регенеративных аппаратах процесс передачи тепла неизбежно связан с поверхностью твердого тела. Поэтому такие аппараты называются также поверхностными.

В смесительных аппаратах процесс теплопередачи происходит путем непосредственного соприкосновения и смешения горячего и холодного теплоносителей. В этом случае теплопередача протекает одновременно с материальным обменом. Примером таких теплообменников являются башенные охладители (градирни), скрубберы и др.

Если участвующие в тепломассообмене горячий и холодный теплоносители перемещаются вдоль поверхности нагрева в одном и том же направлении, тепломассообменный аппарат называют прямоточным, при встречном движении теплоносителей и сред — противоточным, а при перекрестном движении — перекрестноточным. Перечисленные схемы движения теплоносителей и сред в аппаратах называют простыми. В том случае, когда направление движения хотя бы одного из потоков по отношению к другому меняется, говорят о сложной схеме движения теплоносителей и сред.

Виды и свойства теплоносителей

В качестве теплоносителей в зависимости от назначения производственных процессов могут применяться: водяной пар, горячая вода, дымовые и топочные газы, высокотемпературные и низкотемпературные теплоносители.

Водяной пар как греющий теплоноситель получил большое распространение вследствие ряда своих достоинств:

  1. Высокие коэффициенты теплоотдачи при конденсации водяного пара позволяют получать относительно небольшие поверхности теплообмена.
  2. Большое изменение энтальпии при конденсации водяного пара позволяет расходовать малое его массовое количество для передачи сравнительно больших количеств теплоты.
  3. Постоянная температура конденсации при заданном давлении дает возможность наиболее просто поддерживать постоянный режим и регулировать процесс в аппаратах.

Основным недостатком водяного пара является значительное повышение давления в зависимости от температуры насыщения.

Наиболее часто употребляемое давление греющего пара в теплообменниках составляет от 0,2 до 1,2 МПа. Теплообменники с паровым обогревом для высоких температур получаются очень тяжелыми и громоздкими по условиям обеспечения прочности, имеют толстые фланцы и стенки, весьма дороги и поэтому применяются редко.

Горячая вода получила большое распространение в качестве греющего теплоносителя, особенно в системах отопления и вентиляционных установках. Подогрев воды осуществляется в специальных водогрейных котлах или водонагревательных установках ТЭЦ и котельных. Достоинством воды как теплоносителя является сравнительно высокий коэффициент теплоотдачи

Дымовые и топочные газы как греющая среда применяются обычно на месте их получения для непосредственного обогрева промышленных изделий и материалов, если физико-химические характеристики последних не изменяются при взаимодействии с сажей и золой.

Достоинством топочных газов является возможность нагрева ими материала до весьма высоких температур. Однако оно не всегда может быть использовано вследствие трудности регулировки и возможности перегрева материала. Высокая температура топочных газов приводит к большим тепловым потерям. Газы, покидающие топку с температурой выше 1000 °С, доходят до потребителя с температурой не выше 700 °С, так как осуществить удовлетворительную термоизоляцию при таком высоком уровне температур достаточно трудно.

К недостаткам дымовых и топочных газов при использовании их в качестве теплоносителя можно отнести следующее:

  1. Малая плотность газов, которая влечет за собой необходимость получения больших объемов для обеспечения достаточной теплопроизводительности, что приводит к созданию громоздких трубопроводов.
  2. Вследствие малой удельной теплоемкости газов их необходимо подавать в аппараты в большом количестве с высокой температурой; последнее обстоятельство вынуждает применять огнеупорные материалы для трубопроводов. Прокладка таких газопроводов, а также создание запорных и регулирующих приспособлений по тракту течения газа связаные с большими трудностями.
  3. Вследствие низкого коэффициента теплоотдачи со стороны газов теплоиспользующая аппаратура должна иметь большие поверхности нагрева и поэтому получается весьма громоздкой.

К высокотемпературным теплоносителям относятся: минеральные масла, органические соединения, расплавленные металлы и соли. Низкотемпературные теплоносители — это вещества, кипящие при температурах ниже 0 °С. К ним относят: аммиак, двуокись углерода, сернистый ангидрид, фреоны.

Универсальное оборудование

Из всех разновидностей наиболее востребованы пластинчатые теплообменники. Их популярность обусловлена эксплуатационными характеристиками и оптимизируемостью под определенные гидравлические и термодинамические параметры. Кроме того, эти устройства обладают малым весом и занимают небольшую площадь.

Пластинчатые теплообменники, цельносварные, паянные или разборные демонстрируют высокие теплотехнические показатели. Дело в том, что в узких каналах между гофропластинами создается турбулизация жидких теплоносителей, что способствует интенсивному обмену тепловой энергией в агрегате. Отличительная особенность заключается в том, что пластины различного профиля можно комбинировать и модифицировать, тем самым адаптируя мощность и эффективность в зависимости от изменений эксплуатационных условий.

Среди других преимуществ этих аппаратов отмечают внушительный диапазон температурных условий (-30°С — +200°С), возможность быстрого и недорого монтажа, подбор эластомеров для уплотнения каналов, приемлемую цену относительно рабочего потенциала. Гибкие конструкции устройств Termowave легко чистить и обслуживать. Для разбора нужно немного ослабить талрепы.

Применение теплообменников

Не менее популярные кожухотрубные теплообменники стремятся купить те, кто доверяет их надежности и прочности. Эти агрегаты обладают простой конструкцией, подразделяющейся на четыре типа, в зависимости от конфигурации трубок и локализации компенсатора. Универсальны в применении — от конденсаторов и холодильных установок до испарителей. Одним из наиболее часто используемых видов кожухотрубных агрегатов считается водяной подогреватель, в котором тепловым агентом выступает горячая вода. Но в целом, рабочие характеристики этих теплообменников уступают пластинчатым аналогам.

Производители оборудования постоянно совершенствуют конструкцию аппаратов в целях достижения максимальной производительности, высокого индекса КПД и простого технического обслуживания теплообменников.

Характеристики оборудования

Теплообменное оборудование маркируется следующими данными:

  • уровень тестового давления;
  • уровень максимального рабочего давления;
  • уровень максимальной рабочей температуры;
  • производитель.

Помимо этого, в комплектацию входят схема и техпаспорт на языке страны-производителя, в нужных случаях переведенный на язык продающей страны.

Возможно диагональное и вертикальное расположение контуров. При диагональном расположении контуров требуется производить установку только в вертикальное положение. Тогда возможно поступление горячей воды в теплообменивающий аппарат в направлении сверху вниз. При этом происходит передача тепла в автономную систему посредством разделительных пластин.

Вода на входе – повышенной температуры, а на выходе она снижена. При этом в контуре, принадлежащем автономной системе, движение теплоносителя происходит снизу вверх. На нижних уровнях происходит слабый нагрев воды, при приближении к верхним – нагрев усиливается. Это облегчает функционирование системы. Подача воды в оборудование возможна благодаря принудительной циркуляции.

Монтаж

Монтаж пластинчатого теплообменника, как наиболее распространенного, осуществляется по трем вариантам:

  • параллельному;
  • смешанному двухступенчатому;
  • последовательному двухступенчатому.

При параллельном монтаже требуется установить терморегулятор. Этот способ экономит пространство, время, а также не требует больших затрат. Двухступенчатая смешанная схема обеспечивает значительную экономию теплоносителя. Это достигается благодаря использованию обратного тока теплой воды для обогрева потока с более низкой температурой.

Использование последовательной схемы применяет разделение входящего потока на две ветки. Одна из них проходит сквозь регулятор, другая – сквозь подогреватель. Далее оба потока смешиваются, после чего попадают в отопительный блок. Это экономит теплоноситель. Полная автоматизация оборудования невозможна.

Теплообменники закрепляются на стене с помощью крепежной ленты, консоли и уголка, прикрепленного к нижней части устройства. После этого требуется провести установку фильтров. Минимальное условие – присутствие фильтрующей системы в системе теплоцентрали. Перед установкой стоит подготовить краны и американки – резьбовые разъемные соединительные компоненты. Каждый из них включает в состав накидную гайку, прокладку и два фитинга. Важно правильно подбирать запчасти, чтобы они подходили к диаметру системы подключения. Тогда монтаж не вызовет затруднений.

Источник

Теплообменники, подогреватели пароводяные кожухотрубные, конденсаторы

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

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

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

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

2) по принципу действия: поверхностные и смесительные.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

3) Постоянная температура конденсации при заданном давлении дает возможность намного

проще поддерживать постоянный режим и регулировать процесс в теплообменниках.

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

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

Читайте также:  Оборудование для пайки латуни

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

отопительных вентиляционных аппаратах. Подогрев воды происходит в особых водогрейных котлах, производственных технологических агрегатах (к примеру, в печах) или водонагревательных установках ТЭЦ и котельных. Горячую воду как теплоноситель есть возможность транспортировать по трубопроводам на большие расстояния (на несколько километров). Однако горячая вода, поступающая от тепловых сетей, как нагревающий теплоноситель производственных теплообменников применяется редко, поскольку в течение отопительного сезона при качественном регулировании отпуска тепла температура ее непостоянна и изменяется от 70 до 150 °С.

Дымовые и топочные газы как греющая среда используются обычно на месте их получения для непосредственного обогрева промышленных изделий и материалов, если физико-химические параметры последних не изменяются при загрязнении сажей и золой. Если по условиям использования загрязнение обрабатываемого материала недопустимо, дымовые газы направляются в рекуперативный теплообменник, где отдают свое тепло воздуху, а тот в свою очередь нагревает обрабатываемый материал.

Огромным плюсом топочных газов является возможность нагрева ими материала до весьма высоких температур, которые требуются иногда по технологическим условиям производства. Но это достоинство не всегда может быть применимо, потому что вследствие трудности регулировки возможны перегрев материала и ухудшение его качества; с другой стороны, по условиям техники безопасности не всегда является возможным пользоваться огневым обогревом. Высокая температура топочных газов приводит к большим тепловым потерям. Газы, покидающие топку с температурой выше 1000 °С, поступают к потребителю с температурой не выше 700 °С, так как осуществить удовлетворительную термоизоляцию при таком высоком уровне температур достаточно тяжело.

Недостатки дымовых и топочных газов как греющей среды:

1) Низкая плотность газов влечет за собой необходимость получения больших объемов для получения достаточной теплопроизводительности, а последнее приводит к созданию громоздких трубопроводов.

2) Вследствие малой удельной теплоемкости газов их требуется подавать в аппараты в большом количестве с высокой температурой; последнее обстоятельство вынуждает использовать огнеупорные материалы для трубопроводов. Прокладка таких газопроводов, а также создание запорных и регулирующих приспособлений по тракту течения газа приносят большие трудности.

3) Вследствие низкого коэффициента теплоотдачи со стороны газов теплоиспользующая аппаратура должна иметь большие поверхности нагрева и поэтому получается весьма громоздкой.

Классификация поверхностных теплообменных аппаратов по отдельным группам. Кожухотрубчатые (кожухотрубные) теплообменники (подогреватели) представляют собой аппараты, выполненные из пучков труб, соединенных при помощи трубных решеток (досок) и ограниченных кожухами и крышками с патрубками. Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из них может быть разделено перегородками на несколько ходов. Перегородки предназначены для увеличения скорости и, соответственно, коэффициента теплоотдачи теплоносителей. Теплообменники кожухотрубные предназначаются для теплообмена: между различными жидкостями, между жидкостями и паром, между жидкостями и газами. Они применяются в случаях, когда требуется большая поверхность теплообмена.

Используются типовые конструкции кожухотрубчатых теплообменников (подогревателей пароводяных, подогревателей водоводяных).

При нагреве жидкости паром в большинстве случаев пар вводится в межтрубное пространство, а нагреваемая жидкость протекает по трубкам. В кожухотрубчатых теплообменниках (пароводяных подогревателях) проходное сечение межтрубного пространства в 2-3 раза больше проходного сечения внутри труб. Таким образом при одинаковых расходах теплоносителей, имеющих одинаковое агрегатное состояние, скорости теплоносителя в межтрубном пространстве более низкие и коэффициенты теплоотдачи на поверхности межтрубного пространства невысокие, что снижает коэффициент теплопередачи в аппарате. Теплопередающая поверхность аппаратов может составлять от нескольких сотен квадратных сантиметров до нескольких тысяч квадратных метров.

Кожух (корпус) кожухотрубчатого теплообменника (пароводяного подогревателя) представляет собой цилиндр, сваренный из одного или нескольких стальных листов. Кожухи отличаются главным образом методом соединения с трубной решеткой и крышками. Толщина стенки кожуха определяется максимальным давлением рабочей среды и диаметром теплообменника, но не делается тоньше 4 мм. К цилиндрическим кромкам кожуха привариваются фланцы для соединения с крышками или днищами. На наружной поверхности кожуха привариваются патрубки и опоры аппарата.

Трубки кожухотрубчатых аппаратов производят прямыми или изогнутыми (U-образными) диаметром от 12 до 57 мм. Материал трубок выбирается в зависимости от среды, омывающей ее поверхность. Используются трубки из стали, латуни и из специальных сплавов.

Крышки кожухотрубчатых теплоообменников изготавливаются в форме плоских плит, конусов, сфер, а чаще всего выпуклых или вогнутых эллипсов.

Секционные теплообменники представляют собой разновидность трубчатых теплообменников, состоят из нескольких поочередно соединенных секций, каждая из которых представляет собой кожухотрубный теплообменник с малым числом труб и кожухом небольшого диаметра (рис. 1.3).

В секционных теплообменниках при одинаковых расходах жидкостей скорости движения теплоносителей в трубах и межтрубном пространстве практически равновелики, что обеспечивает повышенные коэффициенты теплопередачи в сравнении с обычными трубчатыми теплообменниками.

Простейшим из этого вида теплообменников является теплообменник «труба в трубе» (паровик): в наружную трубу вставлена труба меньшего диаметра (трубная система). Все элементы теплообменника соединены сваркой.

Недостатки секционных теплообменников: высокая цена единицы поверхности нагрева, так как деление ее на секции вызывает увеличение количества наиболее дорогих элементов теплообменника — трубных решеток, фланцевых соединений, переходных камер, компенсаторов и т. д.; значительные гидравлические сопротивления вследствие различных поворотов и переходов вызывают повышенный расход электроэнергии на привод прокачивающего теплоноситель насоса.

Кожухи серийных секционных теплообменников производят из труб длиной до 4 м, внутренним диаметром от 50 до 305 мм. Количество труб в секции от 4 до 151, поверхность нагрева от 0,75 до 26 м2, трубы латунные диаметром 16/14 мм.

Спиральные теплообменники выполнены из двух спиральных каналов прямоугольного сечения, по которым движутся теплоносители 1 и 2.

Каналы образуются металлическими листами, которые служат поверхностью теплообмена. Внутренние концы спиралей соединены разделительной перегородкой. Для обеспечения жесткости конструкции и фиксации расстояния между спиралями приваривают бобышки. Спирали производят так, что торцы листов лежат в одной плоскости. С торцов спирали закрывают крышками и стягивают болтами. Для лучшей герметизации и во избежание перетекания теплоносителей между крышками и листами по всему сечению аппарата помещают прокладку из резины, паранита, асбеста или мягкого металла. Спиральные теплообменники могут выполняться горизонтальными и вертикальными; в большинстве случаев их устанавливают блоками по два, четыре и восемь аппаратов.

Горизонтальные спиральные теплообменники используются для теплообмена между двумя жидкостями. Для теплообмена между конденсирующимся паром и жидкостью применяют вертикальные спиральные теплообменники; такие аппараты используют в качестве конденсаторов и паровых подогревателей для жидкости.

Положительные черты спиральных теплообменников: компактность (большая поверхность теплообмена в единице объема, чем у многоходовых трубчатых теплообменников) при одинаковых коэффициентах теплопередачи и меньшее гидравлическое сопротивление для прохода носителей.

Недостатки: сложность производства и ремонта, а также пригодность работы под избыточным давлением не свыше 1,0 МПа.

Пластинчатые теплообменники имеют плоские поверхности теплообмена. В основном такие теплообменники используют для теплоносителей, величины коэффициентов теплоотдачи которых одинаковы.

Недостатками изготовлявшихся до недавнего времени пластинчатых теплообменников была малая герметичность и незначительные перепады давлений между теплоносителями.

В настоящее время чаще производятся компактные разборные пластинчатые теплообменники, состоящие из штампованных металлических листов с внешними выступами, расположенными в коридорном или шахматном порядке; данные конструкции используются для теплообмена между жидкостями и газами и работают при перепадах давлений до 12 МПа.

Пленочные конденсаторы поверхностного типа используются в холодильных и прочих промышленных установках. В вертикальных конденсаторах пары аммиака (или другого вещества) поступают в межтрубное пространство и конденсируются на внешней поверхности вертикальных труб, имеющих длину 3-6 м;

Охлаждающая вода поступает в бак, дном которого является верхняя трубная решетка, и из него стекает по внутренней поверхности трубе (в виде пленки).

Основной положительной стороной пленочных конденсаторов является более интенсивный теплообмен и пониженный расход охлаждающей воды.

Ребристые теплообменники используются тогда, когда коэффициент теплоотдачи для одного из теплоносителей на много ниже, чем для второго. Поверхность теплообмена со стороны теплоносителя с низким коэффициентом теплоотдачи увеличивают по сравнению с поверхностью теплообмена со стороны другого теплоносителя. В таких устройствах поверхность теплообмена имеет на одной стороне ребра различной формы.

Оросительные теплообменники состоят из змеевиков, омываемых снаружи жидким теплоносителем (обычно водой) и используются главным образом в качестве холодильников или конденсаторов. Змеевики изготавливают из прямых горизонтальных труб, находящихся друг над другом и последовательно соединенных между собой сваркой или на фланцах. Орошающая вода подается на верхнюю трубу, стекает с нее на нижележащую трубу и, пройдя последовательно по поверхности всех труб, стекает в поддон, расположенный под холодильником. Около 1-2% всего количества орошающей воды, как правило, испаряется. Вследствие сильного испарения орошающей воды оросительные холодильники обычно устанавливают на открытом воздухе.

Источник

Теплообменное оборудование

Москва, 27.06.2021, 19:56:51, редакция ПРОНЕДРА.РУ, автор admin.

Теплообменное оборудование – это набор различных устройств и агрегатов, осуществляющих или способствующих передаче тепла от горячего теплоносителя холодному.

  • Показатели работы теплообменного аппарата
  • Классификация промышленных теплообменных аппаратов
  • Рекуперативные аппараты
  • Секционные теплообменники
  • Спиральные теплообменники
  • Пластинчатые теплообменники
  • Ребристые теплообменники
  • Регенеративные теплообменники
  • Смесительные теплообменники
  • Преимущества и недостатки разных видов теплообменных аппаратов

Теплоноситель – это среда, обладающая определенным объемом тепла. Ей могут быть: вода, антифриз, нефть, кислоты, газы и многие другие виды веществ.

Показатели работы теплообменного аппарата

К теплообменному оборудованию можно отнести насосы, насосные станции, приборы автоматики, запорную арматуру и, кончено же, теплообменники.

Главное условие применения любого оборудования – высокая продуктивность. У теплообменного аппарата этот показатель зависит от ряда критериев:

  1. Коэффициент теплопередачи определяется агрегатным состоянием вещества, конструкцией и материалом теплообменника.
  2. Площадь теплообмена: чем больше поверхность соприкосновения рабочей среды с греющим элементом, тем большее количество энергии сможет принять теплопотребитель.
  3. Разность температур – движущая сила процесса.

На эффективность работы прибора большое значение оказывает способ передачи энергии: теплопередача, конвекция или излучение. Один аппарат может сочетать в себе все три типа в разных частях устройства.

Классификация промышленных теплообменных аппаратов

Современные установки можно классифицировать по разным критериям: по принципу работы, внутренней конструкции, виду теплоносителей, их взаимодействию.

Современные производители предлагают теплообменники, которые позволяют осуществлять следующие виды процессов:

  • нагревание;
  • конденсация;
  • охлаждение;
  • плавление;
  • дистилляция;
  • затвердевание;
  • выпаривание;
  • кристаллизация.

В зависимости от потенциала теплоносителя можно выделить виды теплообменного оборудования:

  1. Низкотемпературные аппараты.
  2. Высокотемпературные аппараты, функционирующие при температуре 400-2000 °С: промышленные печи.
  3. Среднетемпературные аппараты, функционирующие при температуре 150-700 °С: устройства для сушки различных изделий, утилизации тепла, обработки предметов.

По принципу действия различают:

  1. Рекуперативные аппараты – приборы, в которых передача энергии осуществляется через перегородку. Пример: паровой котел.
  2. Регенеративные аппараты – установка, в которой один и тот же элемент поочередно омывается холодной и горячей средой. Пример: воздухонагреватель доменной печи, регенератор стеклоплавильной и мартеновской установки.
  3. Смесительные аппараты – устройство предлагает непосредственный контакт и смешивание двух или более рабочих сред для осуществления теплообменного процесса. Пример: скруббер, градирни – башенные охладители.

Первые две разновидности теплообменников называются поверхностными. Обязательное условие для передачи энергии в таких устройствах – промежуточный элемент в виде поверхности твердого тела.

По направлению движения типы теплообменного оборудования классифицируют на:

  1. Прямоточные модели: горячая и холодная среда двигаются в одном направлении вдоль функционального элемента.
  2. Противоточные модели: встречное движение веществ.
  3. Перекрестноточные модели: перекрёстное направление потоков.

Грамотный выбор рабочей среды и типа теплообменного устройства – залог высокой производительности технологического процесса.

Рекуперативные аппараты

Рекуперативные теплообменники – устройства, работающие в непрерывном или циклическом режиме. Прибор периодического действия – это объемный сосуд, который поочередно через одинаковые периоды времени заполняется горячей и холодной рабочей средой.

Наиболее популярен прибор со стационарным режимом. Известный пример – кожухотрубный теплообменник.

Кожухотрубный теплообменник

Кожухотрубный аппарат состоит из скрепленных пучков труб. Межтрубная и трубная зона внутри теплообменника такого типа разделена на несколько ходов перегородками. Отличительные особенности:

  1. Диаметр трубы – 12-38 мм. Это оптимальный размер для сохранения компактности устройства и хороших значений металлоемкости.
  2. Длина пучка труб – 0,9-6 м.
  3. Толщина стенки – 0,5-2,5 мм.

Фиксация труб осуществляется решетками с помощью сальникового соединения, запайки или развальцовки. Кожух аппарата имеет цилиндрическую форму и состоит из сваренных листов стали. Толщина стенки зависит от особенностей технологического процесса и максимального давления рабочей среды, но не может быть меньше 4 мм. Разная температура кожуха и трубы вызывает напряжение, для компенсации которого используют линзовые компенсаторы и трубы U- и W-образной формы, плавающие камеры.

Многоходовые трубы и межтрубное пространство позволяют увеличить скорость движения жидкости и интенсифицировать теплообмен для рабочей среды с низким показателем теплоотдачи.

Секционные теплообменники

Секционная конструкция востребована в разных отраслях промышленности. Отличительные особенности прибора:

  • небольшое различие скоростей циркуляции жидкости в трубном и межтрубном пространстве;
  • удобная регулировка и изменение площади нагрева;
  • конструкция оснащена большим объемом дорогостоящих деталей: переходные камеры, фланцы, трубные решетки, компенсаторы;
  • на перемещение рабочих сред требуется много электроэнергии.

Пример секционного аппарата – установка «труба в трубе», популярная в химической, нефтяной и газовой сферах.

Читайте также:  Спутниковая система глонасс оборудование

Спиральные теплообменники

Спиральные аппараты – конструкция, в которой каналы для циркуляции рабочей среды образованы свернутыми в спираль листами. Для фиксации расстояния применяют штифты или приваренные бобышки. Оптимальный материал для намотки спирали – легированная и углеродистая сталь, алюминий, никель, титан.

Секционные приборы можно объединять в блоки. Они применяются для охлаждения и нагрева растворов и жидкостей, конденсации чистого пара из смеси.

Пластинчатые теплообменники

Пластинчатые устройства оснащены пластинами, которые объединены в пачку. Для увеличения рабочей площади практикуют разные профили элементов, включают в конструкцию профилированные вставки.

Наиболее подходящим материалом для изготовления пластин является сплав листовой стали с титаном, алюминием, мельхиором.

  • толщина пластины 0,5-2 мм;
  • поверхность теплообмена одного элемента 0,15-1,4 м2;
  • размер щелевидного канала 2-5 мм.

Нагревающий агент циркулирует в межканальном пространстве, внутри каналов – рабочая среда, которая поглощает аккумулированное в пластинах тепло.

Пластинчатые устройства можно разделить на два вида: неразборные и разборные. Второй тип подразумевает использование эластичных прокладок для создания герметичности конструкции. Они более востребованы из-за возможности произвести механическую и химическую промывку с обеих сторон. Разборный теплообменник выдерживает давление до 2,5 МПа, температуру – до +150 °С. Паяная конструкция способна функционировать при давлении рабочей среды – до 3 МПа и температуре – до +400 °С.

Основная сфера применения пластинчатых теплообменников: нагревание и охлаждение жидких растворов, монтаж греющих камер выпарных приборов, выделение из смеси чистого пара.

Ребристые теплообменники

Ребристые теплообменники – теплообменное оборудование, применяемое в условиях, когда коэффициенты теплоотдачи циркулирующих сред значительно отличаются друг от друга. Поверхность элемента со стороны теплоносителя с низкой теплоотдачей увеличивают за счет ребристой поверхности.

Для изготовления труб с наружным и внутренним оребрением применяют литье, сварку, вытяжку из сплава, выдавливание горячего металла через матрицу. Эффективность ребер возрастает, если элементы выполнены из теплопроводных материалов – алюминия, латуни или меди. В зависимости от исполнения труб максимальная рабочая температура варьирует от +120 до +330 °С.

Регенеративные теплообменники

Регенеративные аппараты целесообразно применять в технологических процессах, характеризуемых сильными температурными скачками. Конструкция оборудования предполагает передачу тепла от одной среды к другой посредством насадки – теплоаккумулирующей массы. Циклы работы аппарата включает в себя следующие процессы:

  • поступление горячего теплоносителя;
  • аккумулирование тепла в насадке;
  • поступление холодного теплоносителя;
  • нагревание рабочей среды за счет накопленной в насадке энергии.

Продолжительность одного цикла — от нескольких минут до нескольких часов.

Непрерывный процесс теплообмена возможен при наличии двух регенераторов: когда в одном из них происходит аккумулирование энергии, в другом осуществляется нагрев холодного теплоносителя. После автоматического переключения регенераторов процесс в каждом отсеке сменяется противоположным.

Смесительные теплообменники

Смесительные аппараты – приборы, обмен энергией в которых происходит при непосредственном взаимодействии и смешивании двух или более рабочих сред.

Эффективность работы контактного теплообменного оборудования напрямую зависит от площади соприкосновения теплоносителей. Один из практикуемых способов увеличения производительности – разделение жидкости на капли и мелкие струи, газа – на пузырьки. Отличительная особенность оборудования – обмен энергией происходит кондуктивным способом и путем обмена массой.

Сфера применения: охлаждение газообразных веществ водой, конденсация пара, мокрая очистка газов.

Преимущества и недостатки разных видов теплообменных аппаратов

Особенности конструкции, использование определенного типа материала и теплоносителя накладывают на оборудование определенные ограничения, приводят к недостаткам и достоинствам.

Кожухотрубный теплообменник:

  • широкий рабочий диапазон давления и температуры;
  • высокая устойчивость к гидроударам;
  • низкие требования к чистоте раствора;
  • простая конструкция.
  • низкий коэффициент передачи энергии;
  • температурная деформация.

Пластинчатый теплообменник:

  • компактность;
  • нет потребности в сильной температурной разнице между рабочими средами;
  • медленное образование солей и иных загрязнений;
  • простой ремонт.
  • высокая себестоимость;
  • необходимость обучения персонала для работы на приборах;
  • высокая стоимость обслуживающего оборудования.

Витой теплообменник:

  • эксплуатация при высокой температуре и давлении;
  • устойчивость к деформациям.
  • малая теплоотдача.

Спиральный теплообменник:

  • компактные размеры;
  • высокая продуктивность;
  • малое гидравлическое сопротивление.
  • серьезные ограничения по рабочему давлению;
  • высокая стоимость ремонта и сложное изготовление оборудования.

Выбрать один лучший теплообменный аппарат и оборудование невозможно. В разных производственных процессах и условиях для высокой производительности имеют значение разные показатели. Определение оптимальной модели должно осуществляться с учетом технологии изготовления, ожидаемых функций и иных параметров установки.

Поэтому при подборе теплообменного оборудования всегда лучше обращаться к профессионалам.

Источник

Теплообменное оборудование. Варианты конструкции, особенности эксплуатации.

Технологические процессы как в нефтехимии, так и в иных сферах промышленности, невозможны без нагрева либо охлаждения сред, а в силу того, что, как правило, используются различные опасные вещества, находящиеся под давлением, необходимо специальное герметичное оборудование для теплообмена между различными средами. Таким оборудованием являются теплообменники.

Теплообменник – это оборудование, предназначенное для теплообмена жидких и газообразных сред. Основным теплоносителем для нагревания, испарения являются:

  • водяной пар;
  • пары высококипящих органических жидкостей;
  • горячая вода;
  • горячие топочные газы, отработанные газы;

Основным теплоносителем для охлаждения, конденсации являются:

  • воздух (АВЗ, КВО, градирни);
  • оборотная вода;
  • низкотемпературные агенты (этиленгликоль)
  • Сжиженные углеводородные газы

Основные конструкции теплообменников

Кожухотрубный стальной теплообменник является одним из наиболее распространенных. Кожухотрубные теплообменники состоят из пучка труб, концы которых закреплены в специальных трубных решетках путем развальцовки, сварки, пайки, на сальниках и т.п. Трубный пучок расположен внутри общего кожуха, один из теплоносителей движется по трубам (трубное пространство), а другой – в пространстве между кожухом (корпусом) и трубами (в межтрубном пространстве). В зависимости от технологического назначения предусматривают четыре вида кожухотрубных теплообменников:

  • испарители (И);
  • конденсаторы (К);
  • холодильники (Х);
  • теплообменники (Т).

По конструкции различают теплообменники:

  • с неподвижной трубной решеткой (решетка жестко прикреплена к корпусу и трубы не могут свободно удлиняться – Н);
  • с компенсирующими устройствами (К – с линзовым температурным компенсатором на кожухе, П – с плавающей головкой, У – с U-образными трубами, ПК – с плавающей головкой и компенсатором на ней)

Теплообменники изготавливаются в следующих исполнениях:

  • горизонтальные (Г);
  • вертикальные (В).

Теплообменники могут быть изготовлены (для повышения скорости движения теплоносителей и увеличения интенсивности теплообмена) одно-, двух-, четырех-, шестиходовыми по трубному пространству (кроме U-образных – они всегда двухходовые), путем применения продольных перегородок, с поперечными (сегментные перегородки, в виде чередующихся колец и дисков, в виде сплошных дисков, кольцевыми отверстиями вокруг каждой трубы) перегородками в межтрубном пространстве. Применение данного решения позволяет увеличить КПД аппарата, однако затрудняет чистку и несколько повышает сопротивление потоку.

В теплообменниках с неподвижными трубными решетками при различном тепловом удлинении труб и кожуха возникают температурные напряжения, поэтому такие теплообменники применяют при небольшой (до 50 град. С) разности температур между трубами и кожухом.

Применение кожухотрубных теплообменников с температурным компенсатором на кожухе (линзовый компенсатор) ограничено предельно допустимым давлением в кожухе (не более 1,6 МПа). Также одним из недостатков является наличие трудновычищаемой полости, в которой, в случае применения загрязненных сред, может скапливаться шлам, тина, песок, кокс и пр.

Теплообменники с плавающей головкой имеют одну трубную решетку, закрепленную в кожухе; вторая решетка подвижна и может перемещаться внутри аппарата. Такой тип конструкции также исключает температурные напряжения в кожухе и в трубах, а таже в этих теплообменниках пучок труб можно демонтировать из кожуха для осмотра и чистки.

Теплообменники с U-образным трубным пучком также лишены проблемы возникновения температурных напряжений, однако имеют существенный недостаток в виде сложности чистки трубного пространства. Как и с теплообменником с плавающей головкой, трубный пучок можно вынуть для чистки межтрубного пространства. Также одной из возможных неполадок может быть разрушение перегородки между входом и выходом продукта в трубное пространство, вследствии чего рабочая среда будет двигаться напрямую, минуя трубный пучок, тем самым снижая эффективность аппарата до 0.

Кожухотрубные испарители (рибойлер) с трубными пучками из U-образных труб (марка ИУ), или с плавающей головкой имеют паровое пространство над кипящей в кожухе жидкостью. В этих аппаратах, всегда расположенных горизонтально, горячий теплоноситель движется по трубам. Для предотвращения прогара пучка и постоянного уровня жидкости, перед пучком монтируется перегородка

Теплообменник типа «труба в трубе» применяется при небольших тепловых нагрузках, когда требуемая поверхность теплообмена не превышает 30 м2. Подобные теплообменники изготавливают следующих типов:

  • неразборные однопоточные малогабаритные;
  • разборные одно и двухпоточные малогабаритные;
  • разборные однопоточные;
  • неразборные однопоточные;
  • разборные многопоточные.

Благодаря небольшому поперечному сечению в этих теплообменниках легко достигаются высокие скорости теплоносителей как в трубах, так и в межтрубном пространстве. В пластинчатых теплообменниках поверхность теплообмена образована набором тонких штампованных гофрированных пластин. Данные аппараты могут быть разборными, полуразборными и неразборными. В пластинах разборных теплообменников имеются отверстия для прохода теплоносителей и пазы, в которых закрепляются уплотнительные и компонующие прокладки из специальных резин. Пластины сжимаются между неподвижной и подвижной плитами таким образом, что благодаря прокладке между ними образуются каналы для поочередного прохода горячего и холодного теплоносителей. Плиты снабжены штуцерами для присоединения трубопроводов. В полуразборных теплообменниках пластины попарно сварены, доступ к поверхности теплообмена возможен только со стороны хода одной из рабочих сред.


Данные теплообменники очень компактны, что обеспечивает пропускание обоих теплоносителей со значительными скоростями и приводит к достижению высоких коэффициентов теплопередачи, однако крайне плохо справляются с загрязненными средами, и больше других боятся «размораживания».

Аппараты, в которых каналы для теплоносителей образованы двумя свернутыми в спирали на специальном станке листами. Расстояние между ними фиксируется приваренными бобышками или штифтами. В соответствии с СТО 00220256-003-2006 навивку спиральных теплообменников производят из рулонной стали шириной от 0,2 до 1,5 м с поверхностями нагрева от 3,2 до 100 м2 при расстоянии между листами от 8 до 12 мм и толщине стенок 2 мм для давления до 0,3 МПа и 3 мм — до 0,6 МПа. Зарубежные фирмы изготовляют специальные теплообменники из рулонного материала (углеродистых и легированных сталей, никеля, титана, алюминия, их сплавов и некоторых других) шириной от 0,1 до 1,8 м, толщиной от 2 до 8 мм при расстоянии между листами от 5 до 25 мм. Поверхности нагрева составляют от 0,5 до 160 м2.

Спиральные теплообменники устанавливают по штуцерам горизонтально и вертикально. Их часто монтируют блоками по два, четыре, восемь аппаратов и применяют для нагревания и охлаждения жидкостей и растворов. Вертикальные аппараты используют также для конденсации чистых паров и паров из парогазовых смесей. В последнем случае на коллекторе для конденсата имеется штуцер для удаления неконденсирующегося газа.

Данные теплообменники весьма компактны, что обеспечивает пропускание обоих теплоносителей с высокими скоростями, что обеспечивает большой коэффициент теплопередачи. При сопоставимых скоростях движения потока гидравлическое сопротивление спиральных теплообменников очень низкое, а за счет съемных боковых крышек сильно облегчается чистка аппарата.

Эксплуатация теплообменного оборудования

Теплообменники хоть и являются достаточно простым оборудованием, однако всё же имеют свою специфику.

При использовании в теплообменнике пары теплоносителей «вода-СУГ», нередки случаи «разморозки» аппарата по причине того, что при выводе в ремонт или резерв первым стравливают компонент с очень низкой температурой кипения. Данное действие приводит к закипанию СУГ, а т.к. температура кипения сжиженных газов намного ниже 0 градусов Цельсия, вода начинает замерзать и расширяться, что приводит к разрушению аппарата.

ВАЖНО. Всегда аппарат сначала освобождается от воды, а только после этого от сжиженных газов.

Также частым явлением является срыв перегородок, особенно в U-образных теплообменниках и теплообменниках с плавающей головкой. В случае разрушения перегородки эффективность аппарата равна нулю, т.к. среда идет по пути наименьшего сопротивления, минуя трубную решетку. К причинам можно отнести:

  • высокий перепад давления между входом и выходом в аппарат в следствии загрязнения трубной решетки
  • резкие (ударные) колебания расхода продукта
  • коррозия, усталость металла

Как правило, для возникновения данной ситуации необходимо совпадение 2-х факторов. Аналогичная ситуация может происходить и с перегородками в межтрубном пространстве.

На предприятиях нефтехимической промышленности оборудование, как правило, спроектировано таким образом, чтобы максимально эффективно тратить энергоресурсы, т.е. нагрев и охлаждение осуществляются между имеющимися на производстве продуктами в зависимости от потребности на данном этапе производственной цепочки. Например, для нагрева ЭЭФ для подачи в куб колонны используется этилен, температура которого выросла в результате сжатия компрессором для перекачки товарного этилена в парки, при этом в процессе нагрева этилен охлаждается, и поступает в парк с температурой не 70-80 градусов цельсия, а 25. Для достижения аналогичного результата за счет нагрева паром и охлаждения водой/хладагентом потребовались бы дополнительные расходы на монтаж оборудования, трубопроводов, а также на закуп теплоносителя и хладагента соответственно.

Часто возникает необходимость прочистить оборудование «на ходу», т.е. возможности вывести теплообменник в резерв, вскрыть и прочистить нет. В таком случае в зависимости от среды возможна промывка «обратным ходом», т.е. теплоноситель/хладагент отсекается по входу, и за счет давления на линии выхода с аппарата промывается потоком в обратном направлении на дренаж. Данная операция особенно эффективна когда в качестве хладагента используется оборотная вода, несущая в себе множество примесей. В таком случае для увеличения эффективности промывки допускается осуществлять барботирование техническим воздухом либо азотом.

Источник