Płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła: konstrukcja, parametry techniczne, produkcja

Wymiennik ciepła to urządzenie, w którym ciepło jest przekazywane między czynnikami chłodzącymi.

Zasada działania

Płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła są typu rekuperacyjnego, w którym media są oddzielone ściankami. Ich praca polega na procesach wymiany ciepła pomiędzy cieczami. W takim przypadku może nastąpić zmiana ich stanu skupienia. Przenikanie ciepła może również zachodzić pomiędzy cieczą i parą lub gazem.

Zalety i wady

Wymienniki ciepła płaszczowo-rurowe są powszechne ze względu na następujące pozytywne cechy:

• odporność na obciążenia mechaniczne i uderzenia hydrauliczne;
• niskie wymagania dotyczące czystości mediów;
• wysoka niezawodność i trwałość;
• szeroki zakres modeli;
• możliwość zastosowania w różnych środowiskach.

Wady tego typu modelu obejmują:

• mała wartość współczynnika przenikania ciepła;
• znaczne wymiary i wysokie zużycie metalu;
• wysoka cena ze względu na zwiększoną zawartość metali;
• konieczność używania urządzeń z dużym marginesem w związku z wtyczką uszkodzonych rur podczas napraw;
• wahania poziomu kondensatu nieliniowo zmieniają przenoszenie ciepła w urządzeniach wykonawczych poziomych.

Wymienniki ciepła płaszczowo-rurowe mają niski współczynnik przenikania ciepła. Wynika to częściowo z faktu, że przestrzeń ciała jest 2 razy większa niż całkowity przekrój poprzeczny rur. Zastosowanie przegrody prowadzącej umożliwia zwiększenie prędkości przepływu cieczy i poprawę wymiany ciepła.

W pierścieniowej przestrzeni przechodzi chłodziwo, a podgrzane medium jest podawane przez rury. Podobnie może być również chłodzony. Wydajność wymiany ciepła jest zapewniona przez zwiększenie liczby rur lub poprzez wytworzenie poprzecznego prądu zewnętrznego płynu chłodzącego.

Kompensacja wydłużenia temperatury

Temperatura chłodziwa jest różna, co powoduje termiczne odkształcenie elementów konstrukcyjnych. Płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła jest wykonywany z kompensacją wyrównawczą lub bez niej. Sztywne mocowanie rur jest dozwolone, gdy różnica temperatur między nim a ciałem wynosi do 25-30 ^° C. Jeśli przekracza te ograniczenia, stosuje się następujące kompensatory temperatury.

1. Głowica "pływająca" - jedna z kratek nie ma połączenia z obudową i swobodnie porusza się w kierunku osiowym, gdy rury są wydłużone. Konstrukcja jest najbardziej niezawodna.
2. Korpus składa się z kompensatora soczewki w postaci pofalowania, który może się rozszerzać lub kurczyć.
3. Kompensator dławika jest zainstalowany na górnym dnie, który ma możliwość przesuwania się wraz z kratką podczas rozszerzalności cieplnej.
4. Rury w kształcie litery U są swobodnie rozciągnięte w środowisku nośnika ciepła. Wadą jest złożoność produkcji.

Rodzaje płaszczowo-rurowych wymienników ciepła

Konstrukcja urządzeń jest prosta, zawsze jest popyt. Korpus cylindryczny jest stalową obudową o dużej średnicy. Na jego krawędziach znajdują się kołnierze, na których są zainstalowane pokrywy. W arkuszach rur wewnątrz obudowy, wiązki rur są mocowane za pomocą spawania lub blachy.

Materiałem do rur jest stal, miedź, mosiądz, tytan. Stalowe płyty są mocowane między kołnierzami lub przyspawane do obudowy. Pomiędzy nimi tworzą się komory i wnętrze, przez które przechodzą chłodziwa. Istnieją również przegrody, które zmieniają ruch płynów przechodzących przez płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła. Konstrukcja umożliwia zmianę prędkości i kierunku przepływu między rurami, zwiększając w ten sposób intensywność wymiany ciepła.

Urządzenia mogą być umieszczone w przestrzeni w pionie, poziomie lub nachyleniu.

Różne rodzaje płaszczowo-rurowych wymienników ciepła różnią się rozmieszczeniem przegród i rozmieszczeniem kompensatorów temperaturowych. Przy małej liczbie rur w pakiecie obudowa ma małą średnicę, a powierzchnie wymiany ciepła są małe. Aby je zwiększyć, wymienniki ciepła są połączone szeregowo w sekcje. Najprostsza jest konstrukcja "rury w rurze", która często jest wykonywana niezależnie. W tym celu należy wybrać średnicę wewnętrznej i zewnętrznej rury oraz natężenie przepływu chłodziwa. Wygodę czyszczenia i naprawy zapewnia koszt kolan, które łączą kolejne sekcje. Ta konstrukcja jest często używana jako płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła typu para-woda.

Spiralne wymienniki ciepła to kanały wykonane w kształcie prostokąta i przyspawane z arkuszy, wzdłuż których poruszają się chłodziwa. Zaletą jest duża powierzchnia kontaktu z cieczami, a wadą jest niskie dopuszczalne ciśnienie.

Nowe projekty wymienników ciepła

Obecnie zaczyna powstawać produkcja kompaktowych wymienników ciepła z wytłaczanymi powierzchniami i intensywnym ruchem cieczy. W rezultacie ich właściwości techniczne są bliskie urządzeniom lamelarnym. Ale produkcja tego ostatniego również się rozwija i trudno jest je dogonić. Wymiana wymienników ciepła typu płaszczowo-rurowego z płytowymi wymiennikami ciepła jest celowa ze względu na następujące zalety:

• współczynnik przenikania ciepła profilu falistego płyty jest 3-4 razy większy;
• łatwość demontażu i naprawy;
• zwartość, ze względu na małe odległości między płytami.

Wadą jest szybkie zanieczyszczenie płytek ze względu na mały rozmiar szczelin między nimi. Jeśli dobrze jest filtrować nośniki ciepła, wymiennik ciepła będzie działać przez długi czas. Małe cząstki nie są przechowywane na wypolerowanych płytkach, a turbulzacja cieczy zapobiega także osadzaniu się zanieczyszczeń.

Zwiększenie intensywności urządzenia do wymiany ciepła

Specjaliści nieustannie tworzą nowe, płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła. Poprawiono specyfikacje, stosując następujące metody:

• tworzenie turbulentnych przepływów;
• wykonywanie wkładek spiralnych, które tworzą wzdłużny i poprzeczny przepływ wokół rur;
• produkcja rur kształtowych, żebrowanych i skręcanych;
• stosowanie mieszanin gaz-ciecz;
• drgania powierzchni wymiany ciepła lub pulsacyjny przepływ chłodziwa;
• połączenie kilku metod, takich jak wirowanie przepływu i płetw.

Turbulizacja strumieni płynu znacznie zmniejsza osadzanie się kamienia na ściankach rur. Z tego powodu nie wymagają środków do czyszczenia, które są niezbędne do uzyskania gładkich powierzchni.

Produkcja płaszczowo-rurowych wymienników ciepła z wprowadzeniem nowych metod pozwala na zwiększenie wydajności wymiany ciepła o 2-3 razy.

Biorąc pod uwagę dodatkowe zużycie energii i koszty, pracownicy produkcyjni często próbują wymienić wymiennik ciepła na płytowy wymiennik ciepła. W porównaniu z tradycyjnymi płaszczowo-rurowymi, są lepsze w przenoszeniu ciepła o 20-30%. Jest to bardziej związane z rozwojem produkcji nowych technologii, która wciąż napotyka trudności.

Działanie wymiennika ciepła

Urządzenia wymagają okresowej kontroli i monitorowania pracy. Parametry, takie jak temperatura, są mierzone według ich wartości wejściowych i wyjściowych. Jeśli wydajność pracy spadła, musisz sprawdzić stan powierzchni. Osady solne wpływają w szczególności na parametry termodynamiczne wymienników ciepła, w których występuje mała szczelina. Czyszczenie powierzchni odbywa się chemicznie, a także poprzez wibracje ultradźwiękowe i turbulizację przepływów chłodziwa.

Naprawa aparatów płaszczowo-rurowych polega głównie na uszczelnianiu nieszczelnych rur, które pogarszają ich właściwości techniczne.

Wniosek

Optymalne płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła konkurują z płytowymi wymiennikami ciepła i mogą być stosowane w wielu dziedzinach techniki. Nowe projekty mają znacznie mniejsze wymiary i zużycie metalu, co pozwala zmniejszyć obszar roboczy i obniżyć koszty tworzenia i eksploatacji.