Теплообменные аппараты и оборудование. Регенеративные теплообменные аппараты. Теплообменные оборудование – теплообменные аппараты

Являются объектами, у которых суммарная занимаемая площадь теплообменного оборудования превышает аналогичный показатель любых других установок. Считается, что тенденция увеличения мощности единичного блока сжижения будет сдерживаться сложностью изготовления требуемого низкотемпературного теплообменника. Так, крупнейшие в мире теплообменники спроектированы и изготовлены фирмой Air Products .

Представление об основных характеристиках можно получить из нижеследующей таблицы, в которой представлены расчетные данные для базового завода СПГ производительностью 5 млрд.м 3 в год.

Наименьшую массу при максимальной площади поверхности имеет теплообменное оборудование с однопоточным каскадным циклом. Это парадоксальное положение объясняется тем, что количество единиц теплообменного оборудования в этом случае минимально, а их размеры максимальны, что приводит к относительному уменьшению массы кожухов теплообменных аппаратов и соединительных трубопроводов и, как следствие, снижению общей массы.

Проектирование любых низкотемпературных теплообменников связано с противоречивыми требованиями. С одной стороны, необходимо обеспечить минимум разности температур потоков на теплом конце теплообменника и минимум потерь давления в теплообменнике, так как эти величины в значительной степени определяют энергетические затраты. С другой стороны, требуется создать конструкцию с минимальной массой. Однако как уменьшение разности температур, так и снижение потерь давления (снижение скоростей потоков и, как следствие, уменьшение коэффициентов теплоотдачи) приводят к росту площади теплообменной поверхности и массы аппаратов.

Требование минимизации массы имеет особое значение для крупных установок. Поэтому в блоках заводов СПГ нашли применение наиболее эффективные теплообменники: витые и пластинчатые (или пластинчато-ребристые ).

ВИТЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ

Широкое распространение витых теплообменников в криогенной технике, обусловленное их относительной компактностью и эффективностью (коэффициенты теплоотдачи в витых теплообменниках в среднем в 1,5-2 раза выше, чем в кожухотрубных) послужило предпосылкой для их применения на заводах СПГ. В частности, они использованы на заводах СПГ Skikda-1,2,3 в Брунее и Ливии, использующих однопоточный каскадный цикл (ОКЦ) и ОКЦ с предварительным пропановым охлаждением.

1 – прокладка,
2 – сердечник,
3 – трубная доска.

Принципиальных отличий от общеизвестных конструкций эти теплообменники не имеют. Как и все подобные теплообменники, они изготовляются путем намотки труб на сердечник. Между слоями труб и между отдельными трубами с помощью прокладок оставляются небольшие зазоры. Трубы и прокладки между слоями выполняются из алюминия, трубные доски и корпуса – из алюминия или нержавеющей стали.

Однако изготовить витые теплообменники для крупных заводов СПГ может незначительное количество фирм как из-за размеров этого вида оборудования, так и из-за особенностей распределения потоков хладагента в межтрубном пространстве.

Эффективность витых теплообменников может быть существенно увеличена путем покрытия труб пористым слоем, который наносится газопламенной металлизацией . Применение теплообменников с пористой поверхностью в установках СПГ производительностью 625 тыс.м 3 газа/ч позволяет снизить общую площадь поверхности теплообмена в 3,8 раза (со 149 до 39 тыс.м 2), а площадь поверхности испарителей-конденсаторов ОКЦ в 5,4 раза (со 135 до 25 тыс.м 2).Пористые поверхности интенсифицируют процесс парообразования при кипении хладагента. При этом толщина металлизированного слоя составляет 0,25-0,5 мм при пористости 50-65% по объему. Металлизированный слой может наноситься на трубы из любых материалов. Ухудшение свойств слоя в течение нескольких лет эксплуатации не наблюдается. В выборе напыляемого материала мнения исследователей расходятся. Так, фирмы США Linde Division of Union Carbide Corporation и Wolverine Tube division of Universal Oil Products из числа испытанных материалов: алюминия, меди, чугуна, нержавеющей стали – выбрали медь. При этом отмечено увеличение скорости парообразования в 6 раз. Имеются указания на целесообразность применения алюминия.

Процесс металлизации достаточно прост, может быть реализован даже в полукустарных условиях и широко применяется для нанесения защитных антикоррозионных и антифрикционных покрытий на различные конструкции и их элементы. Поэтому можно предположить, что в ближайшие годы он получит распространение при изготовлении витых теплообменников-испарителей и конденсаторов установок СПГ.

ПЛАСТИНЧАТЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ

Появление алюминиевых пластинчато-ребристых теплообменников относится к 50-м годам. В настоящее время их преимущества считаются неоспоримыми, несмотря на то, что внедрение их происходило с трудом из-за скептического (и как теперь стало ясно, неоправданного) отношения многих специалистов.

Широкое применение пластинчатых теплообменников началось после отработки технологии изготовления низкотемпературных аппаратов, в том числе витых теплообменников, из . Стимулом к использованию алюминия как конструкционного материала были значительные стоимость и масса конструкций из нержавеющей стали и сплавов на основе меди. Поэтому первоначально из алюминия были изготовлены крупнотоннажные конструкции (ректификационные колонны, змеевиковые теплообменники, многотрубчатые конденсаторы), и только после этого алюминий стал преобладающим материалом при выпуске установок средней и малой производительности. Помимо некоторого снижения стоимости алюминиевые конструкции, и, главным образом пластинчатые теплообменники, позволяют резко снизить объем, массу, а следовательно, и общую теплоемкость аппаратуры.

Снижение общей теплоемкости в свою очередь позволяет значительно сократить время и отогрева установок, что имеет особое значение для установок большой производительности, так как дает возможность более быстро проводить ремонтно-восстановительные операции при неполадках в криогенном оборудовании.

Конструкция пластинчатого теплообменника такова: между двумя алюминиевыми листами, плакированными малокремнистым силумином, укладывается гофрированный тонкостенный, также плакированный лист, образующий ребра. Полученный пакет представляет собой отдельный элемент теплообменника. Несколько пакетов накладываются один на другой, сжимаются и направляются в соляную ванну для пайки. Вследствие того, что плакирующее покрытие имеет более низкую температуру плавления (на 50-80°), в ванне происходит прочное соединение каждого ребра с соответствующим ограничивающим листом. После охлаждения и сушки к теплообменнику привариваются распределительные коллекторы. Направление каналов в различных пакетах может быть как параллельным, так и поперечным, поэтому один теплообменник может быть предназначен для теплообмена двух-шести потоков.

Схема пластинчатого теплообменника, А и В — плоскости сечения

Один м 3 пластинчатого теплообменника соответствует 1000-1500 м 2 теплообменной поверхности при плотности 240-1300 кг/м 3 (нижняя граница площади соответствует давлению 25 бар и более), причем удельная стоимость его на единицу теплообменной поверхности может быть в три раза меньше, чем для спирального теплообменника.

Более низкая удельная стоимость позволяет принимать в установках, выполненных на базе пластинчатых теплообменников, недорекуперацию в пределах 1,5-3° по всей теплообменной поверхности. При этом снижается энергоемкость холодильного цикла и сокращаются потери от внешнего теплопритока (ввиду уменьшения объема). Представление о преимуществах пластинчатых теплообменников дает нижеследующая таблица, в которой проведено сопоставление в процентах некоторых характеристик витых и пластинчатых теплообменников крупной воздухоразделительной установки производительностью 10 тыс.м 3 /ч кислорода.

Применительно к крупным установкам пластинчатые теплообменники обладают еще одним преимуществом: они позволяют резко сократить номенклатуру используемого теплообменного оборудования путем объединения однотипных теплообменников в группы с общими коллекторами. При этом упрощается монтаж и достигается более рациональное использование объема низкотемпературного блока. Ниже на рисунке показан блок из десяти теплообменников для завода СПГ Skikda -4 (цикл фирмы Pritchard ).

Пластинчатый теплообменник блока сжижения установки Skikda-4
1 – жидкий хладагент, направляемый в дроссельный вентиль; 2 – жидкий хладагент, выходящий из сепаратора; 3 – пары хладагента, выходящие из сепаратора; 4 – СПГ; 5,6 – обрабатываемый газ; 7 – подаваемый жидкий хладагент; 8 – подаваемые пары хладагента; 9 – природный газ, поступающий на сжижение; 10 – пары хладагента, подаваемые к компрессору.

Особенно перспективно применение пластинчатых теплоооменников в установках с регенераторами, например, для осушки и вымораживания С0 2 , где они позволяют снизить в несколько раз среднюю разность температур потоков, улучшить условия самоочищения, на 10% повысить выход чистых продуктов и в 2-3 раза поднять производительность цикла переключения.

Помимо уменьшения массы конструкций, применению алюминия благоприятствуют его хорошая стойкость к коррозии и истиранию и, что особенно важно для теплообменных устройств, высокая теплопроводность и повышенная прочность при низких температурах. Так, предел прочности алюминиевого сплава 5083 (стандарт США) 2800 кгс/см 2 при обычных условиях с понижением температуры до 78°К увеличивается на 40%. Интересно отметить, что для судовых низкотемпературных конструкций из алюминия управление береговой охраны США разрешило принимать с соответствующими ограничениями повышенные допустимые напряжения при низких температурах.

Теплообменник – это специальное оборудование, предназначенное для обмена энергией между жидкостями без их смешения. Приспособление применяется в различных сферах человеческой жизни, в том числе:

отопление зданий;

работа промышленного технического оборудования и аппаратуры;

обогрев бассейна;

работа саун.

Современные механизмы эффективнее справляются с большими нагрузками, не вызывая аварийных ситуаций и поломок. Важным правило является для промышленных предприятий и коммунальных хозяйств, работа которых требует больших затрат тепловой энергии.

Пластинчатые аппараты имеют следующие преимущества:

выгодная цена;

оптимальные размеры;

компактность;

минимальное содержания металла.

Специалисты советуют купить теплообменник нового поколения при реконструкции зданий и сооружений, ведь его установка и эксплуатация поможет предприятию сэкономить время и денежные средства. Инженерные системы любых типов позволяют устанавливать новые модели оборудования без ущерба для продуктивности производственного процесса. Грамотный подход к выбору устройств поможет контролировать все этапы производственного процесса.

Сегодня самыми востребованными аппаратами на рынке являются разборные и паяные типы. Их используют в следующих целях:

формирование местной отопления;

налаживание подачи воды;

регулирование системы кондиционирования;

нагрев воды в бассейне.

Принцип работы техники

Каждый вид теплообменного оборудования имеет преимущества и недостатки. Несмотря на это, три типа имеют схожий принцип работы.

Основу механизма пластиночного агрегата образуют попарно сформированные пластины, которые имеют непосредственную связь с каналами для жидкостей. Резервуары для воды не имеют соединения между собой, что позволяет исключить необходимость смешения жидкостей.

В кожухотрубных приборах процесс обмена тепловой энергией осуществляется внутри кожуха через специальные соединения труб. Специалисты рекомендуют уточнить все детали эксплуатации и установки перед тем, как приобретать агрегат.

Цена теплообменника зависит от ряда характеристик:

мощность;

продуктивность;

качество материалов;

страна производителя;

наличие сертификатов качества и соответствия;

сложность строения.

Пластинчатое оборудование разборное

Соединение пластин аппарата осуществляется в печи вакуумной. Тонкий процесс соединения элементов конструкции обеспечивает высокую герметичность труб и эффективность использования техники. Эксплуатировать высокотехнологичное оборудование можно до десяти лет.

Преимущества:

срок эксплуатации;

прочность материалов;

исключение поломок.

Кожухотрубные теплообменники

Трубы внутри механизма - спиральные или прямые. Увеличение тепловой подачи осуществляется за счет размещения перегородок внутри конструкции.

Преимущества:

нержавеющие материалы;

доступное обслуживание;

устойчивость к коррозии.

Разборные аппараты

Каждая из пластин оснащается резиной, обладающей свойствами термостойкости. Выбор материалов для уплотнения основывается на агрегатном состоянии веществ, которые проходят через каналы.

Преимущества:

• доступное обслуживание;
• механическая очистка;
• срок эксплуатации.

Теплообменный аппарат (теплообменник) - это устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя или несколькими средами. Устройства, в которых между средами происходит массообмен, называют массообменными аппаратами. Аппараты, в которых одновременно протекают тепло- и массообмен, называют тепломассообменными. Движущиеся среды, обменивающиеся теплотой или применяемые для передачи теплоты от более нагретых тел и веществ к менее нагретым, называют теплоносителями.

Наибольшее распространение в тепломассообменных и теплотехнологических установках получили следующие процессы: нагревание, охлаждение, конденсация, выпаривание, сушка, дистилляция, плавление, кристаллизация, затвердевание. По потенциалу теплоносителя теплотехническое оборудование можно разделить на низкотемпературное, среднетемпературное и высокотемпературное. К высокотемпературным установкам относятся промышленные печи, им соответствуют рабочие температуры в пределах 400...2000 °С. Низко- и среднетемпературное оборудование представляет собой теплообменные аппараты, установки для тепловлажностной обработки и сушки материалов и изделий, установки утилизации тепла и пр. Рабочий диапазон среднетемпературных процессов и установок находится, как правило, в пределах 150...700 °С. Процессы с более низкими температурами, до -150 °С, называют криогенными.

Изучение тепло- и массообменных процессов и установок дает возможность правильно осуществлять выбор теплоиспользующего оборудования для решения вопросов по экономии энергоресурсов на промышленных объектах, а это является одной из задач в работе инженера-энергетика.

1. Классификация теплообменного оборудования предприятий

Теплообменными аппаратами называются устройства, предназначенные для обмена теплотой между греющей и обогреваемой рабочими средами. Последние принято называть теплоносителями. Теплообменные аппараты различают по назначению, принципу действия, фазовому состоянию теплоносителей, конструктивным и другим знакам .

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.

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.

2. 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.

3. Рекуперативные теплообменные аппараты

Рекуперативные теплообменные аппараты - это установки, работающие в периодическом или в стационарном тепловом режиме. Аппараты периодического действия обычно представляют собой сосуды большой вместимости, которые через определенные промежутки времени заполняют обрабатываемым материалом или одним из теплоносителей, нагревают или охлаждают его, а затем удаляют. В стационарном режиме работают, как правило, аппараты непрерывного действия. Конструкции современных рекуперативных теплообменных аппаратов весьма разнообразны и предназначены для работы с теплоносителями типов жидкость-жидкость, пар-жидкость, газ-жидкость.

Значительно чаще используются теплообменные аппараты непрерывного действия , среди которых наибольшее распространение получили кожухотрубчатые теплообменники (рис. 1). Кожухотрубные теплообменники представляют собой аппараты, выполненные из пучков труб, скрепленных при помощи трубных решеток и ограниченных кожухами и крышками. Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из них разделено перегородками на несколько ходов.

В кожухотрубчатых теплообменниках обычно применяют трубы внутренним диаметром не менее 12 мм и не более 38 мм, так как при увеличении диаметра труб значительно снижается компактность теплообменника и возрастает его металлоемкость.

Длина трубного пучка колеблется от 0,9 до 5...6 м. Толщина стенки труб - от 0,5 до 2,5 мм. Трубные решетки служат для закрепления в них труб при помощи развальцовки, запайки или сальниковых соединений. Кожух аппарата представляет собой цилиндр, сваренный из одного или нескольких стальных листов. Он снабжен фланцами, к которым болтами крепятся крышки. Толщина стенки кожуха определяется максимальным давлением рабочей среды и диаметром аппарата, но не делается тоньше 4 мм. Из-за различия температур греющей и нагреваемой сред кожух и трубы работающего аппарата также имеют различные температуры. Для компенсации напряжений, возникающих в результате различия температурных расширений труб и кожуха, применяют линзовые компенсаторы, U- и W-образные трубы, теплообменники с плавающими камерами (рис. 1).

Рис. 1. : а, б - с жестким креплением труб в трубных решетках; в - с линзовыми компенсаторам корпусе; г, д - с U- и W-образными трубками; е - с нижней плавающей распределительной камерой

С целью интенсификации теплообмена увеличивают скорость теплоносителей с низким коэффициентом теплоотдачи, для чего теплообменники по теплоносителю, проходящему в трубах, делают двух-, четырех- и многоходовыми, а в межтрубном пространстве устанавливают сегментные или концентрические поперечные перегородки (рис. 1).

Если перепады давления между греющей и нагреваемой средами в аппарате достигают 10 МПа и более, применяют змеевиковые теплообменники с витыми трубами (рис. 2, а), концы которых вваривают в распределительные коллекторы или в меньшие по размерам, чем в кожухотрубных аппаратах, трубные решетки. Эти аппараты более компактны, а также позволяют обеспечить более высокие скорости и коэффициенты теплоотдачи от теплоносителя, движущегося в трубах, в случае малых его расходов.

Рис. 2. : а - с витой трубчатой поверхностью нагрева (змеевиковый); б - секционный; в - «труба в трубе»

Секционные теплообменники (рис. 2, б), как и кожухотрубчатые, применяют в самых различных областях. Они характеризуются меньшим, чем в кожухотрубчатых аппаратах, различием скоростей в межтрубном пространстве и в трубах при равных расходах теплоносителей. Из них удобно подбирать необходимую площадь поверхности нагрева и изменять ее в случае необходимости. Однако у секционных теплообменников велика доля дорогостоящих элементов - трубных решеток, фланцев, переходных камер, калачей, компенсаторов и т. п.; выше расход металла на единицу поверхности нагрева, больше длина пути теплоносителей, а следовательно, больше расход электроэнергии на их прокачку. В случае малых тепловых мощностей секции выполняют по типу теплообменников «труба в трубе», у которых в наружную трубу вставлена единственная внутренняя труба меньшего диаметра (рис. 2, в).

Разборные многопоточные теплообменники «труба в трубе» нашли применение в технологических установках заводов нефтяной, химической, газовой и других отраслей промышленности при температурах от - 40 до +450 °С и давлениях до 2,5...9,0 МПа. Для улучшения теплообмена трубы могут иметь продольные ребра или поперечную винтовую накатку.

Спиральные теплообменники -аппараты, в которых каналы для теплоносителей образованы двумя свернутыми в спирали на специальном станке листами (рис. 3). Расстояние между ними фиксируется приваренными бобышками или штифтами. В соответствии с ГОСТ 12067-80 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.

Рис. 3. : а - принципиальная схема спирального теплообменника; б - способы соединения спиралей с торцевыми крышками

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.

Пластичные теплообменники (рис. 4, а, б) имеют щелевидные каналы, образованные параллельными пластинками. В простейшем случае пластины могут быть плоскими. Для интенсификации теплообмена и повышения компактности пластинам при изготовлении придают различные профили (рис. 4, в, г), а между плоскими пластинами помещают профилированные вставки. Первые профилированные пластины изготовлялись из бронзы фрезерованием и отличались повышенной металлоемкостью и стоимостью. В настоящее время пластины штампуют из листовой стали (углеродистой, оцинкованной, легированной), алюминия, мельхиора, титана и других металлов и сплавов. Толщина пластин - от 0,5 до 2 мм. Поверхность теплообмена одной пластины - от 0,15 до 1,4 м2, расстояние между пластинами - от 2 до 5 мм.

Рис. 4. : а - пластинчатый воздухоподогреватель; б - разборный пластинчатый теплообменник для тепловой обработки жидких сред; в - гофрированные пластины; г - профили каналов между пластинами; I, II - вход и выход теплоносителя

Теплообменники делаются:

а) разборными;

б) неразборными.

В разборных аппаратах герметизацию каналов обеспечивают с помощью прокладок на основе синтетических каучуков. Их целесообразно применять при необходимости чистки поверхностей с обеих сторон. Они выдерживают температуры в диапазоне от -20 до 140...150 °С и давления не более 2...2,5 МПа. Неразборные пластинчатые теплообменники выполняют сварными. Они могут работать при температурах до 400 °С и давлениях до 3 МПа. Из попарно сваренных пластин изготовляют полуразборные теплообменники. К аппаратам этого же типа относятся блочные, которые набирают из блоков, образованных несколькими сваренными пластинами. Пластинчатые теплообменные аппараты применяют для охлаждения и нагревания жидкостей, конденсации чистых паров и паров из парогазовых смесей, а также в качестве греющих камер выпарных аппаратов.

Ребристые теплообменники (рис. 5) применяются в тех случаях, когда коэффициент теплоотдачи для одного из теплоносителей значительно ниже, чем для второго. Поверхность теплообмена со стороны теплоносителя с низким коэффициентом теплоотдачи увеличивают по сравнению с поверхностью теплообмена со стороны другого теплоносителя. Из рис. 5 (е...и) видно, что ребристые теплообменники изготовляют самых различных конструкций. Ребра выполняют поперечными, продольными, в виде игл, спиралей, из витой проволоки и т. д.

Трубы с наружным и внутренним продольным оребрением изготовляют методами литья, сварки, вытяжкой из расплава через фильеру, выдавливанием металла, нагретого до пластического состояния, через матрицу. Для закрепления ребер на трубах и пластинах используют также гальванические покрытия, покраску. Для повышения эффективности ребер их изготовляют из более теплопроводных, чем стальные трубы, материалов: меди, латуни, чаще из алюминия. Однако из-за нарушения контакта между ребром или ребристой рубашкой и стальной несущей трубой биметаллические трубы применяют при температурах не выше 280 °С, трубы с навивным оребрением - до 120 °С; навивные завальцованные в канавку ребра выдерживают температуру до 330 °С, но быстро корродируют у основания в загрязненном воздухе и других агрессивных газах.

Рис. 5. Типы ребристых теплообменников : а - пластинчатый; б - чугунная трубка с круглыми ребрами; в - трубка со спиральным оребрением; г - чугунная трубка с внутренним оребрением; д - плавниковое оребрение трубок; е - чугунная трубка с двухсторонним игольчатым оребрением; ж - проволочное (биспиральное) оребрение трубок; з - продольное оребрение трубок; и - многоребристая трубка

4. Регенеративные теплообменные аппараты

Для повышения эффективности теплотехнологических систем, работающих в широком интервале перепадов температуры между теплоносителями, часто оказывается целесообразным применение регенеративных теплообменных аппаратов .

Регенеративным теплообменным аппаратом называют устройство, в котором передача теплоты от одного теплоносителя к другому происходит с помощью теплоаккумулирующей массы, называемой насадкой. Насадка периодически омывается потоками горячего и холодного теплоносителей. В течение первого периода (периода нагревания насадки) через аппарат пропускают горячий теплоноситель, при этом отдаваемая им теплота расходуется на нагревание насадки. В течение второго периода (периода охлаждения насадки) через аппарат пропускают холодный теплоноситель, который нагревается за счет теплоты, аккумулированной насадкой. Периоды нагревания и охлаждения насадки продолжаются от нескольких минут до нескольких часов.

Для осуществления непрерывного процесса теплопередачи от одного теплоносителя к другому необходимы два регенератора: в то время, когда в одном из них происходит охлаждение горячего теплоносителя, в другом нагревается холодный теплоноситель. Затем аппараты переключаются, после чего в каждом из них процесс теплопередачи протекает в обратном направлении. Схема соединения и переключения пары регенераторов приведена на рис. 6.

Рис. 6. : I - холодный теплоноситель, II - горячий теплоноситель

Переключение производится поворотом клапанов (шиберов) 1 и 2. Направление движения теплоносителей показано стрелками. Обычно переключение регенераторов производится автоматически через определенные промежутки времени.

Из применяемых в технике регенераторов можно выделить конструкции аппаратов, работающих в областях высоких, средних и очень низких температур. В металлургической и стеклоплавильной промышленности применяют регенераторы с неподвижной насадкой из огнеупорных кирпичей. Воздухонагреватели доменных печей выделяются своими размерами. Два или несколько совместно работающих таких воздухонагревателя имеют высоту до 50 м и диаметр до 11 м, они могут нагревать до 1300 °С примерно 500 000 м3/ч воздуха. На рис. 7, а представлен продольный разрез воздухонагревателя доменной печи с кирпичной насадкой. В камере сгорания сжигают горючие газы. Продукты сгорания поступают в воздухонагреватель сверху и, двигаясь вниз, нагревают насадку, а сами при этом охлаждаются и выходят снизу. После переключения шибера воздух движется снизу вверх через насадку в обратном направлении и при этом нагревается. Другим примером высокотемпературного регенератора является воздухонагреватель сталеплавильной печи (рис. 7, б). Г азообразное (жидкое) топливо и воздух перед подачей в печь нагреваются за счет теплоты продуктов сгорания.

Рис. 7. Некоторые типы регенераторов : а - схема мартеновской печи с регенераторами: 1 - шибер; 2 - горелки; 3 - насадка; б - воздухоподогреватель доменной печи: 1 - теплоаккумулирующая насадка; 2 - камера сгорания; 3 - выход горячего дутья; 4 - вход воздуха в камеру сгорания; 5 - вход горячего газа; 6 - вход холодного дутья; 7 - уходящие газы; в - регенеративный аппарат системы Юнгстрема; г - схема регенератора с падающей насадкой

Теплообменники, работающие при высоких температурах, обычно изготовляют из огнеупорного кирпича. Недостатками регенераторов с неподвижной кирпичной насадкой являются громоздкость, усложнение эксплуатации, связанное с необходимостью периодических переключений регенераторов, колебания температуры в рабочем пространстве печи, смещение теплоносителей во время переключения шибера.

Для среднетемпературных процессов в технике используют воздухонагреватели непрерывного действия с вращающимся ротором системы Юнгстрема (рис. 7, в). Регенеративные вращающиеся подогреватели (РВП) применяют на электростанциях в качестве воздухонагревателей для использования теплоты дымовых газов, выходящих из котлов. В качестве насадки в них используют плоские или гофрированные металлические листы, прикрепленные к валу. Насадка в виде ротора вращается в вертикальной или горизонтальной плоскости с частотой 3...6 об./мин и попеременно омывается то горячими газами (при этом нагреваясь), то холодным воздухом (при этом охлаждаясь). Преимуществами РВП перед регенераторами с неподвижной насадкой являются: непрерывный режим работы, практически постоянная средняя температура нагреваемого воздуха, компактность, недостатками - дополнительный расход электроэнергии, сложность конструкции и невозможность герметичного отделения полости нагрева от полости охлаждения, поскольку через них проходит одна и та же вращающаяся насадка.

5. Смесительные теплообменные аппараты

В тепломассообменных аппаратах и установках контактного (смесительного) типа процессы тепло- и массообмена протекают при непосредственном соприкосновении двух и более теплоносителей.

Тепловая производительность контактных аппаратов определяется поверхностью соприкосновения теплоносителей. Поэтому в конструкции аппарата предусматривается разделение потока жидкости на мелкие капли, струи, пленки, а газового потока - на мелкие пузырьки. Передача теплоты в них происходит не только путем кондуктивной теплопередачи, но и путем обмена массой, причем при массопередаче возможен даже переход теплоты от холодного теплоносителя к горячему. Например, при испарении холодной воды в горячем газе теплота испарения переносится от жидкости к газу.

Контактные теплообменники нашли широкое применение для конденсации паров, охлаждения газов водой, нагревания воды газами, охлаждения воды воздухом, мокрой очистки газов и т. п.

По направлению потока массы контактные теплообменники могут быть разделены на две группы:

1) аппараты с конденсацией пара из газовой фазы. При этом происходят осушка и охлаждение газа и нагревание жидкости (конденсаторы, камеры кондиционеров, скрубберы);

2) аппараты с испарением жидкости в потоке газа. При этом увлажнение газа сопровождается его охлаждением и нагреванием жидкости или его нагреванием и охлаждением жидкости (градирни, камеры кондиционеров, скрубберы, распылительные сушилки).

По принципу диспергирования жидкости контактные аппараты могут быть насадочными, каскадными, барботажными, полыми с разбрызгивателями и струйными (рис. 8).

Каскадные (полочные) аппараты применяются преимущественно в качестве конденсаторов смещения (рис. 8, а). В полом вертикальном цилиндре установлены на определенном расстоянии одна от другой (350...550 мм) плоские перфорированные полки в виде сегментов. Охлаждающая жидкость подается в аппарат на верхнюю полку. Основная масса жидкости вытекает через отверстия в полке тонкими струями, меньшая ее часть переливается через борт на нижележащую полку.

Пар для конденсации подается через патрубок в нижней части конденсатора и движется в аппарате противотоком к охлаждающей жидкости. Жидкость вместе с конденсатом выводится через нижний патрубок аппарата и барометрическую трубу, а воздух отсасывается через верхний патрубок вакуум-насосом. Кроме сегментных полок в барометрических конденсаторах применяются кольцевые, конические и иной формы полки.

Барботажные аппараты (рис. 8, б) отличаются простотой конструкции, их применяют для нагревания воды паром, выпаривания агрессивных жидкостей и растворов, содержащих шламы, взвеси и кристаллизующиеся соли, горячими газами и продуктами сгорания топлива. Принцип работы барботажных подогревателей и испарителей состоит в том, что перегретый паp или горячие газы, поступающие в погруженные барботеры, диспергируются в пузырьки, которые при всплытии отдают теплоту жидкости и одновременно насыщаются водяным паром. чем больше пузырьков образуется в растворе, тем лучше структура барботажного слоя и тем больше межфазная поверхность. Структура барботажного слоя зависит от размеров газовых пузырьков и режима их движения.

Рис. 8. : а - каскадный теплообменник; б -барботажный; в - полый с разбрызгивателем; г - струйный; д - насадочная колонна: 1 - контактная камера; 2 - насадка; 3 - штуцер для входа газа; 4 - патрубок для подачи жидкости; 5 - штуцер для удаления газа; 6 - спускной штуцер для жидкости; 7 - распылительное устройство; 8 - распределительная тарелка; 9 - решетка

Полые контактные теплообменники (с разбрызгивателями) нашли применение при конденсации паров, охлаждении, сушке и увлажнении газов, упаривании и сушке растворов, нагревании воды и др. На рис. 8, в показана схема контактного водонагревательного теплообменника.

Струйные (эжекторные аппараты) применяются редко и только для конденсации паров. На рис. 8, г показана схема такого конденсатора.

Конструктивно смесительные теплообменные аппараты выполняются в виде колонн из материалов, устойчивых к воздействию обрабатываемых веществ, и рассчитываются на соответствующее рабочее давление. Насадочные и полые аппараты чаще всего изготовляются железобетонными или кирпичными. Каскадные, барботажные и струйные аппараты выполняются из металла. Высота колонн обычно в несколько раз превышает их поперечное сечение.

Каждому типу контактного устройства свойственны особенности, которые следует учитывать при выборе аппарата.

Воздушные конденсаторы

Конденсатор входит в число важнейших частей парокомпрессионной холодильной установки, без которых невозможно осуществление холодильного цикла. Конденсатор представляет собой теплообменный аппарат, который отводит теплоту от холодильного агента в тепловоспринимающую среду, как правило, это воздух или вода. Во многих схемах холодильный агент в конденсаторе не только изменяет своё агрегатное состояние, но и переохлаждается в виде жидкости.

Градирни вентиляторные

Градирня - эффективное устройство незначительного охлаждения тёплой воды. Конструкции градирен очень разнообразны – какие-то из них по виду и принципу действия можно отнести к обычным теплообменным аппаратам (например, сухие охладители), а какие-то сделаны из железобетона и обеспечивают расход до 60 м3/с. В градирнях, рассчитанных на большую мощность, используют непосредственный контакт атмосферного воздуха с водой.

Драйкулеры

В условиях современной промышленности для поддержания многих технологических процессов, в том числе холодильных, есть необходимость в использовании оборотной воды. Охлаждение оборотной воды эффективно с помощью такого теплообменного оборудования как градирни, сухие или вентиляторные. В случаях, когда нужна небольшая производительность, используют сухие градирни, или драйкулеры.

Теплообменники

Теплообменное оборудование, в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному (нагреваемому). Теплоносителями могут быть газы, пары, жидкости. В зависимости от назначения теплообменные аппараты используют как нагреватели и как охладители. Применяется в технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других отраслях промышленности, в энергетике и коммунальном хозяйстве.

Теплообменные оборудование – теплообменные аппараты

В условиях современного рынка лидером по производству качественного теплообменного оборудования является Европа. Именно оттуда к нам пришло, пожалуй, самое большое количество известных брендов. С каждым годом заводы ЕС продолжают совершенствовать свои технологии и делают теплообменное оборудование всё более качественным, упрощая при этом технологию, что положительно влияет на ценовые предложения. Именно поэтому необходимо точно подобрать теплообменный аппарат для решения именно ваших задач и изготовленное надёжным производителем. Опираясь на многолетний опыт, наша компания предоставит вам эту возможность.

Теплообменные аппараты – агрегаты, с помощью которых выполняется теплообмен между двумя рабочими средами с разными температурами. Промышленное теплообменное оборудование делится на два типа: поверхностного и контактного действия.

Агрегаты поверхностного типа делятся на теплообменники рекуперативные и регенеративные. В первом случае рабочие среды сохраняют направление потока, обмениваясь теплом сквозь стенки труб, причем температура стенок также остается неизменной. Во втором случае обмен теплом происходит посредством элемента, называемого насадкой – через нее попеременно проходят оба теплоносителя, сначала один отдает насадке свое тепло, а затем уже насадка сама отдает ранее полученное тепло второму теплоносителю. Контактные (смесительные) теплообменники подразумевают непосредственный контакт двух рабочих сред для обмена теплом между ними.

В холодильном оборудовании под теплообменником чаще всего подразумевается холодильной установки, где в качестве двух рабочих сред выступают воздух и какой-либо хладагент (вода, диоксид углерода, аммиак, прочие смеси). Хладагент передает тепло окружающей среде посредством перехода фазового перехода в газообразную форму после получения тепловой энергии от воздуха.

Что такое теплообменное оборудование? Это центр всех процессов в большинстве сфер человеческой деятельности. Теплообменники способны передавать холод или тепло от одного края системы ко второму. Благодаря использованию этих элементов, можно добиться максимальной эффективности производства.

Сам механизм теплообменника представляет собой сложную систему. Монтаж необходимо производить при полном соблюдении всех правил и требований безопасности. Осуществлять подобные работы самостоятельно нельзя.

Существует множество видов теплообменников от производителей, однако самыми распространенными являются пластинчатые. Они состоят из двойной защиты, которая гарантирует сохранность продукции.

Теплообменники холодоснабжения – это устройство, которое обеспечивает циркуляцию тепла от горячей среды к холодной. Теплоносителем может выступать жидкость, пар или газ. Теплообменники могут не только нагревать определенный участок, но и охлаждать его. Процесс охлаждения используется в химической, нефтехимической и пищевой сферах.

ПрофХолодСистемс предлагает большой ассортимент экономичного, эффективного и надежного теплообменного оборудования в Москве, которое с легкостью может помочь в решении поставленных задач. Продукция, реализуемая компанией ПрофХолодСистемс, обладает всеми необходимыми сертификатами качества и большим сроком гарантии. Мы предлагаем свои услуги по доставке и монтажу. Среди самых распространенных вариантов, которые вы можете найти в наших каталогах, есть пластинчатые, сварные и полусварные теплообменники.

Преимущества работы с нами:

1. Большой выбор прокладок и пластин, которые будут находиться внутри механизма.
2. Все теплообменники, которые мы реализуем, удобно чистить и использовать.
3. Благодаря скромным размерам, размещение возможно в любом помещении.
4. Вы можете в любой момент изменить принцип работы теплообменника.

Производство теплообменников направлено на такие сферы:

1. Пищевая промышленность, которая включает в себя производство молочных продуктов, напитков и т.д.
2. Нефтеперерабатывающая сфера.
3. Сфера энергопроизводства.
4. Системы отопления, кондиционирования, вентиляции.
5. Медицинская и фармацевтическая сфера.

Различают следующие виды теплообменников:

Нужна помощь в подборе теплообменного оборудования? Просто обратитесь к менеджеру, и он поможет подобрать эффективное решение, подходящее под ваши требования. Мы готовы предложить не только типовые изделия, которые всегда имеются в наличии, но и спроектировать и реализовать индивидуальный проект любой сложности.