Schimbătoare de căldură - dintr-o privire
Procesele de transfer de căldură sunt de mare importanță pentru industrie. Acest lucru este valabil mai ales pentru industria chimică, metalurgică, energetică și alimentară. Procesul de transfer de căldură care are loc în schimbătoarele de căldură este destul de complex. Căldura este transferată de la un mediu la altul prin intermediul unei plăci care le separă. Procesul de transfer de căldură în sine ar trebui împărțit în 3 tipuri: convecție, conductivitate termică și radiație termică. Cu toate acestea, în practică, cel mai adesea aceste fenomene apar simultan. De mare importanță pentru schimbătoarele de căldură este transferul de căldură, realizat în timpul proceselor simultane de convecție și conducție a căldurii. Cu alte cuvinte, acest proces se numește transfer de căldură convectiv. Acesta curge în dispozitive de diferite modele și tipuri.
De asemenea, schimbătoarele de căldură sunt împărțite în funcție de metoda de transfer de căldură în amestecare (căldura este transferată prin amestecarea mediului de lucru) și suprafață (schimbul de căldură are loc prin pereți din material termoconductor). Schimbătoarele de căldură de amestecare sunt mai simple în design, cu toate acestea, utilizarea lor este posibilă numai atunci când este permisă amestecarea mediului de lucru.
La rândul lor, schimbătoarele de căldură de tip suprafață pot fi recuperatoare (schimbul de căldură are loc menținând direcția fluxului de căldură prin pereții despărțitori) și regenerative (purtătorii de căldură vin în contact cu suprafața de încălzire alternativ cu o schimbare constantă a direcției flux de caldura).
Schimbătoare de căldură cu plăci
Recent, schimbătoarele de căldură pliabile de tip plăci au devenit deosebit de populare. Ele diferă nu numai prin dimensiuni reduse și rezistență hidraulică, ci și prin ușurința de asamblare, schimbul intensiv de căldură, precum și ușurința de curățare și instalare.
Aceste dispozitive includplăci separate din tablă subțire de oțel cu o grosime de cel mult 0,6 mm. Sunt separate prin garnituri de cauciuc. De asemenea, în lista de componente sunt camere de capăt (2 buc.), Cadre și șuruburi de prindere.
Pentru a crește turbulența fluxului de lichid de răcire și a transferului său de căldură, o anumită parte a plăcilor (debitului) este ondulată (nervată). În plus, garniturile de cauciuc, cel mai adesea de formă rotundă, sunt atașate de plăci folosind lipici sau tehnologie fără lipici. Lichidul de răcire este direcționat către următorul canal prin orificiu sau de-a lungul plăcii.
În aparatele lamelare, fluxul de purtători de căldură poate fi realizat conform unui circuit mixt sau în contracurent. În acest caz, suprafața de schimb de căldură a unui schimbător de căldură poate ajunge până la 360 m2. Presiunea nu trebuie să depășească 25 kgf / cm2, iar temperatura - 150 ° C.
Schimbătoare de căldură răsucite
Potrivit numelui, întreaga suprafață de încălzire a acestor dispozitive este formată din multe bobine concentrice. Sunt închise într-o carcasă și fixate în capete speciale. Mișcarea purtătorilor de căldură este direcționată de-a lungul țevii și spațiului inelar. În mod obișnuit, aparatele răsucite sunt utilizate pentru separarea amestecurilor de gaz folosind răcirea profundă în echipamente de înaltă presiune. Acest lucru se datorează faptului că schimbătoarele de căldură de acest tip se disting prin capacitatea de autocompensare, care este suficientă pentru perceperea deformațiilor care decurg din solicitările termice.
Schimbătoare de căldură în spirală
Suprafața de încălzire în schimbătoarele de căldură spiralate este formată prin intermediul a 2 foi de metal subțiri, care sunt rulate sub formă de spirale și sudate la miez (perete despărțitor de separare). Bosele (la distanță) sunt sudate de foi pe ambele părți pentru a oferi rezistență și rigiditate. De asemenea, ajută la fixarea distanței dintre spirale.Canale spiralate cu trape de capăt cu secțiune dreptunghiulară. În schimbătoarele de căldură spiralate, etanșarea canalelor se realizează în mai multe moduri. Cea mai acceptabilă opțiune este atunci când fiecare canal este sigilat cu o garnitură plată pe o parte și sudat pe cealaltă parte. Acest lucru elimină amestecarea lichidelor de răcire. Dacă garnitura se deteriorează, atunci se va scurge doar un lichid de răcire. De asemenea, datorită acestei metode de etanșare, canalele pot fi întreținute cu ușurință.
În cazul încălcării materialului garniturii unui lichid de răcire, un canal h este făcut „surd”, adică este sudat pe ambele părți. Celălalt este complet etanșat cu o garnitură plată. Trebuie remarcat faptul că, cu astfel de manipulări, „surdul” devine inaccesibil pentru curățarea mecanică. Dacă amestecarea mediilor de lucru nu este periculoasă, atunci ambele canale pot fi sigilate cu o garnitură plată. De asemenea, la o presiune relativ constantă în canalele, canalele de trecere pot fi sigilate cu manșete spiralate în formă de U, care au apăsat pe proeminențele din capac prin forța presiunii interne.
Principalul avantaj al unui schimbător de căldură spiralat este dimensiunea sa mică, rezistența hidraulică, precum și o intensitate semnificativă a transferului de căldură în prezența vitezelor crescute de transfer de căldură.
Printre dezavantaje se numără complexitatea reparației și producției, combinată cu restricțiile privind utilizarea echipamentelor la o presiune a mediului de lucru care depășește 10 kgf / cm2.
Schimbatoare de caldura cu manta si tub
Elementele principale ale schimbătoarelor de căldură cu carcasă și tub sunt fasciculele de tuburi, carcasa, foile tubulare, duzele și capacele. Capetele țevilor sunt fixate în foile tubulare prin expansiune, sudură și lipire.
Adesea, pentru a crește viteza de mișcare a purtătorilor de căldură, se folosesc deflectoare, care sunt instalate în inel și țeavă.spatii. Acest lucru ajută la obținerea unei intensificări a transferului de căldură.
În funcție de cerințele procesului tehnologic și de ușurința instalării, dispozitivele cu carcasă și tub sunt orizontale, verticale și înclinate. Dimensiunea corpului și alungirea temperaturii tuburilor afectează rigiditatea designului schimbătorilor de căldură cu carcasă și tub. Poate fi non-rigid, rigid și semi-rigid.
În cazul diferențelor de temperatură relativ mici între fascicul de tuburi și corp, sunt instalate schimbătoare de căldură cu un design rigid (se disting prin simplitatea dispozitivului).
Cu solicitări suplimentare de la alungirea termică, este recomandabil să se utilizeze schimbătoare de căldură cu carcasă și tub cu un design nerigid, care este asigurată de un mănunchi de țevi în formă de U, o garnitură de etanșare situată pe corp sau pe conducta de ramificare și o foaie de tub mobil de orice tip (închis sau deschis).
În cazul deformărilor de temperatură în dispozitivele semirigide, compensarea are loc datorită compresiei axiale sau expansiunii compensatoarelor speciale, care sunt amplasate pe corp.
Schimbatoare de caldura tub-in-pipe cu doua conducte
Structura acestui tip de schimbătoare de căldură include o serie de legături care sunt conectate în serie. Fiecare legătură este de 2 conducte coaxiale. Adesea, pentru a simplifica înlocuirea și ușurința întreținerii, conductele interioare sunt interconectate prin coturi. Schimbatoarele de caldura cu 2 conducte, care au o suprafata de incalzire mai mare, includ o serie de sectiuni si colectoare conectate in paralel. Dacă aburul saturat este unul dintre purtătorii de căldură, atunci este trimis în inel. Schimbătoarele de căldură de acest tip pot fi lichide sau gaz-lichid. Prin selectarea diametrului conductelor exterioare și interioare, ambele medii de lucru pot fi asigurate cu viteză,necesare pentru a realiza transferul de căldură și intensitate ridicată.
Avantajele unui schimbător de căldură cu 2 conducte sunt ușurința în fabricare, întreținere și instalare, coeficient ridicat de transfer de căldură și utilizarea mediilor de înaltă presiune pentru încălzire sau răcire. Printre dezavantaje se numără costul și dimensiunea ridicate, precum și dificultatea de curățare a inelului.
Schimbătoare de căldură din grafit
Schimbătoarele de căldură de acest tip sunt incluse într-un grup separat. Acest lucru se datorează rezistenței ridicate la coroziune și conductivității termice ridicate, care în unele industrii fac grafitul pur și simplu de neînlocuit. Există schimbătoare de căldură bloc, de irigare, cu tuburi, precum și elemente submersibile cu schimb de căldură.
Schimbătorul de căldură din grafit tip bloc este un singur bloc, de formă dreptunghiulară sau cilindrică. Uneori pot exista mai multe blocuri. Au 2 sisteme de găuri perpendiculare care nu se intersectează, care creează o direcție transversală de mișcare a tuturor lichidelor de răcire. Toate sistemele cu orificii sunt echipate cu capace din grafit concepute pentru intrarea (ieșirea) mediilor de lucru. Plăci metalice sunt suprapuse pe capace, după care sistemul este înșurubat împreună până când se creează cea mai puțin periculoasă solicitare de compresiune în grafit.
Compoziția schimbătorului de căldură de tip carcasă și tub din grafit include foi de tuburi, țevi, capace din grafit și o carcasă metalică echipată cu o etanșare a cutiei de presa. Țevile sunt lipite de grătare cu un chit numit „Arzamit”, iar garniturile de etanșare sunt din fluoroplastic.
Să calculăm numărul total de țevi după formula: n = F / d*l Aici F este suprafața de schimb de căldură; d este diametrul conductei; l este lungimea tuburilor. n0 = 3,54*10-4(Gmp / d2*b*w) , aici Gtr este debitul de lichid de răcire în spațiul conductei; d - interndiametrul tubului; b - densitatea lichidului de răcire; w este viteza lichidului de răcire.
Numărul de treceri din spațiul tubului se află prin formula: z = n/n0.
Schimbătoare de căldură elementare (secționale).
Aceste schimbătoare de căldură constau din secțiuni - elemente conectate în serie conform principiului echipamentului cu carcasă și tuburi multi-pass. Dacă viteza de mișcare a purtătorilor de căldură este proporțională cu viteza fără modificarea stării de agregare, eficiența schimbătoarelor de căldură elementare este evidentă. De asemenea, utilizarea lor este recomandabila in cazul mediilor de lucru cu presiune ridicata. Poluarea spațiului inelar reduce absența deflectoarelor, tot din această cauză, rezistența hidraulică scade. Cu toate acestea, aceste schimbătoare de căldură sunt mai puțin compacte și mai scumpe decât schimbătoarele de căldură cu carcasă și tub.
Schimbătoare de căldură prin imersie
Compoziția acestui tip de schimbătoare de căldură include serpentine plate sau cilindrice scufundate într-un vas cu un mediu de lucru (lichid). Cu toate acestea, ele nu sunt suficient de eficiente din cauza ratei scăzute de spălare cu lichid și a transferului scăzut de căldură din exteriorul bobinei. Utilizarea lor este adecvată pentru un mediu de lucru lichid în stare de fierbere, precum și pentru incluziunile mecanice și necesitatea de a folosi încălzirea suprafeței din materiale speciale.
Schimbătoare de căldură pentru irigare
Schimbătoarele de căldură pentru irigare sunt o serie de țevi drepte care sunt amplasate una deasupra celeilalte și sunt irigate cu apă din exterior. Prin sudare, țevile sunt conectate pe flanșe cu coturi. Schimbătoarele de căldură pentru irigare sunt utilizate în principal ca frigidere pentru gaze și lichide, precum și condensatoare. Apa, care este furnizată uniform de sus prin jgheab, se evaporă parțial. Prin urmare, consumul său în schimbătoarele de căldură de irigare este mai mic decât în alte frigidere.
Schimbătoare de căldură pentru irigaresunt ușor de fabricat și exploatat, dar se caracterizează prin dimensiuni mari și intensitate scăzută a schimbului de căldură.