Классификация теплообменных аппаратов Трубчатые С плоской поверхностью Блочные Поверхностные(рекуперативные) Смесительные Теплообменники Регенеративные Кожухотрубчатые Элементные (секционные) «труба в трубе» Оросительные Оребренные Пластинчатые Спиральные С двойными стенками Графитовые Паровые барботеры Сопловые подогреватели Градирни Барометрические конденсаторы С неподвижной насадкой С подвижной насадкой

Классификация теплообменных аппаратов по способу передачи тепла Поверхностные Тепло передается через твердую поверхность, разделяющую теплообменивающиеся среды Смешения Передача тепла от одного потока к другому происходит при их контактировании

Виды теплообменников по способу передачи тепла Поверхностные; Поверхностные аппараты подразделяются на следующие виды: рекуперативные; регенеративные. Поверхностные теплообменники передают тепло посредством разделительных твердых стенок. Смесительные. Смесильные теплообменники передают тепло посредством непосредственного контакта холодных и горячих сред (т.е. смешения).

Виды теплообменников по функциональному назначению подогреватели; холодильники; испарители; конденсаторы; дистилляторы; сублиматоры; плавители и т.п.

Холодильники и конденсаторы Служат для охлаждения потоков или конденсации паров с применением специальных хладагентов.

Нагреватели, испарители, кипятильники Назначение нагрев или испарение соответствующего технологического потока, тогда как охлаждение или изменение агрегатного состояния теплоносителя определяются передачей тепла нагретому потоку.

Испарители Трубчатые теплообменные аппараты часто используются в испарителях, где устанавливаются в вертикальном или наклонном положении. Испаряющаяся среда течет вниз по открытым трубкам. Она закипает и в виде пузырьков пара разбрызгивается в камере испарителя. Греющий пар находится внутри полости корпуса. В соответствии с выбранным режимом, испарители могут быть: - проточными аппаратами (жидкость протекает через испаритель только один раз); - аппаратами естественной циркуляции (жидкость течет в замкнутом цикле по рециркуляционной трубке).

По конструктивным признакам теплообменники делятся: нагревающие/охлаждающие рубашки, оснащенные мешалкой; трубчатые (в т.ч. кожухотрубные); теплообменники типа «труба в трубе»; спиральные; пластинчатые; пластинчато-ребристые; блочные графитовые; воздушные охладители с ребристыми трубами; оросительные; башенные.

Кристаллизаторы Предназначены для охлаждения жидких потоков до температур, обеспечивающих образование кристаллов некоторых составляющих смесь веществ.

Рекуперативные теплообменники Рекуперативные аппараты классифицируют по следующим признакам: По роду теплоносителей в зависимости от их агрегатного состояния: парожидкостные; жидкостно-жидкостные; газо-жидкостные; парогазовые. По конфигурации поверхности теплообмена: трубчатые аппараты с прямыми трубками; спиральные; пластинчатые; змеевиковые; ребристые; сетчатые. По компоновке поверхностей теплообмена: типа «труба в трубе»; кожухотрубные аппараты. Рекуперативные аппараты могут быть классифицированы по назначению (подогреватели, холодильники и т.д.); по взаимному направлению потоков рабочих сред (прямоток, противоток, смешанный ток и т.д.); по материалу поверхности теплообмена; по числу ходов теплоносителей и т.д.

Виды поверхностных теплообменников Поверхностные аппараты подразделяются на следующие виды: рекуперативные; регенеративные.

Регенеративные теплообменники Регенеративные теплообменники периодического действия обычно состоят из двух аппаратов цилиндрической или прямоугольной формы, корпуса которых заполнены насадкой в виде свёрнутой в спираль гофрированной металлической ленты, кирпича, кусков шамота, листового металла и других материалов. Эта насадка нагревается, аккумулируя тепло, при соприкосновении с горячим теплоносителем, и отдаёт накопленное тепло, соприкасаясь с холодным теплоносителем. Используются для утилизации тепла одного потока, подлежащего охлаждению, для нагрева другого потока.

Схемы движения теплоносителей

В нефтеперерабатывающей промышленности широко распространены процессы теплообмена (нагревания и охлаждения) жидкостей и газов без изменения их агрегатного состояния, а также испарение жидкостей и конденсация паров. Для этого существуют специальные теплообменные аппараты. Известно, что на установках нефтепереработки около 50% теплообменного оборудования. Из них около 80% кожухотрубчатой теплообменной аппаратуры.

Проблемы...? ТЕПЛОНОСИТЕЛИ Fishbone Нет проблем!!!

Схемы движения теплоносителей На практике существует четыре схемы движения теплоносителей: прямоток – параллельное движение в одном направлении; противоток – параллельное движение на встречу; перекрестный ток – движение в перпендикулярном направлении; смешанные токи – один или более теплоносителей делают несколько ходов в аппарате, омывая, при этом, часть поверхности по схеме прямотока, а другую часть – согласно схеме противотока или перекрестного тока.

Виды промышленных теплоносителей Промышленные теплоносители можно разделить на следующие основные виды: водяной пар; топочные газы; высококипящие промышленные теплоносители (органические, ионные, жидкометаллические); неорганические.

Виды промышленных хладагентов Воздух Вода Холодильные рассолы Аммиак Фреоны

Поверхностные (по конструктивным признакам) Кожухотрубчатые (жесткого типа, с линзовым компенсаторам на корпусе, с плавающей головкой, с U-образными трубками) «Труба в трубе» Подогреватели с паровым пространством (ребойлеры) Погружные конденсаторы-холодильники Конденсаторы воздушного охлаждения

Кожухотрубчатые теплообменники Широкое распространение получили кожухотрубные теплообменники. Данные аппараты применяются для осуществления теплообмена между потоками веществ, находящихся в различных агрегатных состояниях: пар-жидкость; жидкость-жидкость; газ-газ; газ-жидкость.

Классификация кожухотрубчатых теплообменников Кожухотрубчатые теплообменные аппараты обозначаются индексами и классифицируются: по назначению (первая буква индекса): Т – теплообменники; Х – холодильники; К – конденсаторы; И – испарители; по конструкции (вторая буква индекса) – Н с неподвижными трубными решетками; К с температурным компенсатором на кожухе; П с плавающей головкой; У с U-образными трубами; ПК с плавающей головкой и компенсатором на ней; по расположению (третья буква индекса): Г – горизонтальные; В – вертикальные. Кожухотрубчатые теплообменники представляют собой аппараты, выполненные из пучков труб, собранных при помощи труб­ных решеток, и ограниченные кожухами и крышками со штуцерами.

Теплообменный аппарат жесткого типа Двухходовой горизонтальный теплообменник типа Н состоит из цилиндрического сварного кожуха 8, распределительной камеры 11 и двух крышек 4. Трубный пучок образован трубами 7, закрепленными в двух трубных решетках 3. Трубные решетки приварены к кожуху. Крышки, распределительная камера и кожух соединены фланцами. В кожухе и распределительной камере выполнены штуцера для ввода и вывода теплоносителей из трубного (штуцера 1, 12) и межтрубного (штуцера 2, 10) пространств. Перегородка 13 в распределительной камере образует ходы теплоносителя по трубам. Для герметизации узла соединения продольной перегородки с трубной решеткой использована прокладка 14, уложенная в паз решетки 3. Поскольку интенсивность теплоотдачи при поперечном обтекании труб теплоносителем выше, чем при продольном, в межтрубном пространстве теплообменника установлены зафиксированные стяжками 5 поперечные перегородки 6, обеспечивающие зигзагообразное по длине аппарата движение теплоносителя в межтрубном пространстве. На входе теплообменной среды в межтрубное пространство предусмотрен отбойник 9 круглая или прямоугольная пластина, предохраняющая трубы от местного эрозионного изнашивания.

Площадь теплообмена. Коэффициент теплопередачи. Эффективность теплообменников. Уравнение теплового баланса Эффективность теплообменного аппарата, определяется количеством энергии Q, которое он передает за установленное время. Данный показатель, в свою очередь, зависит от таких параметров как: коэффициент проницаемости тепла k, площадь теплообменной поверхности A и средняя разность температур Δt m. Q=k·A·Δt m Коэффициент проницаемости тепла k напрямую зависит от конструкции теплообменника, типа материала из которого изготовлен аппарат, а также специфики протекания веществ в теплообменнике. k=[(1/α 1 )+(s/λ)+(1/α 2 )] -1 Накипь, корка соли, а также другие типы отложений на трубах отрицательно влияют на эффективность работы теплообменника. По этой причине, необходимо регулярно удалять отложения и предотвращать их образование.

Разность температур теплоносителей (t 1 -t 2 ) является движущейся силой процесса теплообмена. Как правило, уровень температуры потоков веществ (или хотя бы одного из потоков) меняется по мере протекания по поверхности теплообмена, вследствие чего изменяется и разность температур от сечения к сечению Δt=t 1 -t 2. Таким образом, уравнение теплопередачи должно быть написано применительно к общему случаю в дифференциальной форме для элемента поверхности dF/dQ=k·Δt·dF, откуда при K=const Q=k· 0 F (Δt·)dF=K·Δ ср ·F где Δ ср - средняя разность температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена. Задача технологического расчета теплообменника заключается: в определении необходимой поверхности теплообмена F при заданных водяных эквивалентах (W 1 и W 2 ) и температурах обоих теплоносителей (t' 1, t" 1, t' 2, t" 2 ); либо в нахождении возможного теплового потока Q в аппарате с поверхностью F при заданных значениях остальных величин. В обоих случаях необходимо знать величину средней разности температур. Разность температур теплоносителей как движущая сила теплообмена

С неподвижными трубными решетками

Схема размещения труб в трубной решетке Размещение труб в трубных решетках производится по вершинам равносторонних треугольников, вершинам квадратов и концентрическим окружностям. В ряде случаев встречается необходимость комбинированного размещения. Наиболее рациональным является размещение по вершинам равносторонних треугольников, при котором при одном и том же шаге между трубами на решетке помещается максимальное количество труб. Размещение по вершинам квадратов целесообразно производить при необходимости чистки межтрубного пространства.

Варианты крепления трубных решеток к кожуху аппарата Для обеспечения герметизации теплообменников и предотвращения смешения теплоносителей разработаны различные способы крепления труб в трубных решётках.Чаще всего трубы закрепляют при помощи развальцовки, это наиболее удобный и распространенный метод. Сварку используют, когда материал труб не поддается развальцовке или при большом давлении теплоносителя. Использование сальниковых уплотнений дорого, сложно и недостаточно надежно, хотя значительно упрощает разбор теплообменника для его чистки. Кроме того, крепление труб с помощью сальникового уплотнения является одним из способов компенсации температурных деформаций теплообмненика.

Назначение поперечных перегородок они резко меняют траекторию движения потока, способствуя образованию вихрей, что повышает эффективность теплопередачи.. Для удлинения пути жидкости в корпусе пучки труб снабжают поперечными перегородками из листовой стали толщиной 5 мм и более. Геометрическая форма перегородок и их взаимное расположение определяют характер движения потока по корпусу теплообменника. Поперечные перегородки фиксируются одна по отношению к другой посредством распорных труб, прижимаемых к ним общими тягами. Кроме технологического назначения поперечные перегородки служат также промежуточными опорами для трубного пучка, препятствуя его прогибанию при горизонтальном расположении аппарата.

Варианты поперечных перегородок секторными, щелевыми вырезами, с чередованием дисков и колец. а) сплошные; б) с секторным вырезом; в) с щелевым вырезом; г) с сегментным вырезом; д) кольцевые.

Теплообменники с линзовым компенсатором на корпусе Применяют для уменьшения температурных напряжения в аппаратах жесткого типа.

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат с линзовым компенсатором на кожухе При небольших температурных деформациях (не более 10–15 мм) и невысоких давлениях в межтрубном пространстве (не более 0,5 МПа) в качестве устройства для компенсации температурных деформаций может быть использован линзовый компенсатор. Линзовый компенсатор представляет собой гибкую складку на кожухе теплообменника и компенсирует температурные деформации своим осевым сжатием или расширением. Линзовый компенсатор прост, его установка не влияет существенно на стоимость теплообменника, однако он значительно снижает прочность кожуха, что ограничивает его применение.

С линзовым компенсатором на кожухе Применение кожухотрубчатых теплообменников с температурным компенсатором на кожухе (линзовый компенсатор) ограничено предельно допустимым давлением в кожухе, равным 1,6 МПа. При большем давлении в кожухе (1.68,0 МПа) следует применять теплообменники с плавающей головкой или с U-образными трубами.

Внешний вид аппарата с температурным компенсатором на кожухе

Теплообменник U-образными трубками Конструкция теплообменного аппарата с U-образными трубками представляет собой одну трубную решетку, в которую вварены U- образные трубки. Округленная часть трубки свободно опирается на поворотные щитки в полости корпуса. К плюсам такого типа конструкции можно отнести возможность линейно расширять трубки, что обеспечивает возможность работ при большем перепаде температур. Для того, чтобы очистить трубки, необходимо вынуть из корпуса всю трубную секцию. Очищение возможно только путем химической очистки.

Теплообменник с U-образными трубками Имеют трубный пучок, трубки которого изогнуты в виде латинский буквы U и концы их закреплены в трубной решетке. Это обеспечивает свободное удлинение трубок независимо от корпуса.

Теплообменник с U-образными трубками

Схема теплообменника с u-образными трубками.

Кожухотрубчатый теплообменник с U-образными трубками В аппаратах типа У обеспечивается свободное температурное удлинение труб: каждая труба может расширяться независимо от кожуха и соседних труб. Разность температур стенок труб по ходам в этих аппаратах не должна превышать 100 °С. В противном случае могут возникнуть опасные температурные напряжения в трубной решетке вследствие температурного скачка на линии стыка двух ее частей. Теплообменники с U-образными трубами применяют для нагрева и охлаждения жидких или газообразных сред без изменения их агрегатного состояния. Они рассчитаны на давление до 6,4 МПа. Преимущество конструкции аппарата типа У 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 У практически невозможна, в трубное пространство таких аппаратов следует направлять среду, не образующую отложений, которые требуют механической очистки.

Так выглядит трубный пучок кожухотрубчатого теплообменника Трубчатка теплообменника с U-образными трубами

Что собой представляет трубный пучок

Трубный пучок кожухотрубчатого теплообменника с перегородками в межтрубном пространстве

Теплообменники с плавающей головкой В этих аппаратах один конец трубного пучка закреплен в трубной решетке, связанной с корпусом, а второй может свободно перемещаться относительно корпуса при температурных изменениях длины трубок.

С плавающей головкой Эти теплообменники, нормализованные в соответствии с ГОСТ , могут быть двух- или четырехходовыми, горизонтальными длиной 3, 6 и 9 м или вертикальными высотой 3 м. Допустимое давление охлаждающей среды в трубах до 1,0 МПа, в межтрубном пространстве от 1,0 до 2,5 МПа. Диаметр кожуха от 600 до 1400 мм, высота труб 6,0 м.

Кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой

Конструктивное исполнение теплообменников с плавающей головкой Хотя в аппаратах типа П обеспечивается хорошая компенсация температурных деформаций, эта компенсация не является полной, поскольку различие температурных расширений самих трубок приводит к короблению трубной решетки. В связи с этим в многоходовых теплообменниках типа П диаметром более 1000 мм при значительной (выше 100°С) разности температур входа и выхода среды в трубном пучке, как правило, устанавливают разрезную по диаметру плавающую головку. Наиболее важный узел теплообменников с плавающей головкой – соединение плавающей трубной решетки с крышкой. Это соединение должно обеспечивать возможность легкого извлечения пучка из кожуха, аппарата, а также минимальный зазор между кожухом и пучком труб. Вариант, показанный на рис. 1.11, позволяет извлекать трубный пучок, но зазор получается больше (по крайней мере чем в теплообменниках типа Н) на ширину фланца плавающей головки. Крепление по этой схеме наиболее простое; его часто применяют в испарителях с паровым пространством.

Способы крепления крышки плавающей головки к трубной решетке а – разрезным фланцем; б – разрезной фланцевой скобой; в – разрезным кольцом; г – разрезным стяжным кольцом Конструкции крепления плавающей головки с трубной решеткой, позволяющие легко извлекать трубный пучок из кожуха при минимальном зазоре между трубным пучком и кожухом, показаны на рисунке. В одном из таких простых соединений использованы разрезные фланцы (,а). Конструкция включает разрезной фланец 1 (состоит из двух полуколец, стянутых ограничительным кольцом 2), уплотняющую прокладку 3, крышку 4 плавающей головки и трубную решетку 5.рисунке,а Широко распространены соединения фланцевой скобой 2 ( б), представляющей собой приспособление типа струбцины. Соединение состоит из двух полуколец, охватывающих край трубной решетки 4 и фланец 3 крышки. Винты 1 должны быть расположены посередине уплотнения, что обеспечивает разгрузку фланца от изгибающих моментов. б В другой конструкции ( в) накидной фланец 1 удерживается разрезным кольцом 2, вставленным в паз трубной решетки 3. Широко применяют также крепление крышки 3 ( г) и трубной решетки 4 разрезным кольцом 1, половинки которого соединены между собой накладками 2. Особенно часто трубные пучки с плавающей головкой используют в испарителях с паровым пространством. в( г

Конструктивные элементы кожутрубчатых теплообменников

Одноходовой кожухотрубчатый теплообменник В кожухтрубчатом теплообменнике один поток проходит по трубам трубного пучка 4 (это так называемое трубное пространство). Второй поток омывает эти трубы снаружи, проходя по межтрубному пространству. Установлено, что продольное обмывание труб, показанное на рисунке, неэффективно. Лучше, если поток будет омывать трубы под углом, близким к прямому, т.е. перпендикулярно или почти перпендикулярно. Поэтому для интенсификации передачи теплоты в межтрубном пространстве устанавливают перегородки. Эти перегородки резко меняют траекторию движения потока, способствуя образованию вихрей. А это повышает эффективность теплоотдачи.

Двухходовой кожухотрубчатый теплообменник

Многоходовые теплообменники

Назначение продольных перегородок Многоходовые теплообменники не применяют в том случае, если в трубном пространстве происходит изменение фазового состояния теплоносителя (кипение или конденсация), поскольку образующийся при кипении пар движется строго вверх, а образующаяся при конденсации жидкость – строго вниз, и они не могут преодолеть все изменения направления движения, которые претерпевает теплоноситель в многоходовом теплообменнике.

Что такое поточность аппарата Для интенсификации процесса теплопередачи используют многопоточные или многоходовые теплообменные аппараты

Назвать типы теплообменных аппаратов

Внешний вид рибойлера

Испаритель с паровым пространством (рибойлер) Согласно существующим рекомендациям корпуса подогревателей рассчитаны на давление 0,8; 1,6 и 2,5 Мпа, а трубные пучки- на давление 1,6; 2,5 и 4,0 Мпа. Различают подогреватели с пучком, имеющим плавающую головку (ПП), и с пучком из у-образных труб (ПУ). Для увеличения зеркала испарения корпуса подогревателей изготавливают с эксцентрическим коническим днищем. Это позволяет опустить трубный пучек предельно низко. В качестве теплоносителя в подогревателях используют главным образом насыщенный или отработанный пар.

Указать теплообменник с U-образными трубками

Теплообменник «труба в трубе» Поскольку сечения внутренней трубы и кольцевого зазора неве­лики, то в этих теплообменниках достигаются значительные скоро­сти движения теплоносителей (до 3 м/с), что приводит к увеличению коэффициентов теплопередачи и тепловых нагрузок, замедлению отложения накипи и загрязнений на стенках труб. Однако двухтруб­ные теплообменники более громоздки, чем кожухотрубчатые, на их изготовление требуется больше металла на единицу поверхности теплообмена.

Назначение оребрения В технике достаточно часто встречаются процессы теплообмена, в которых коэффициенты теплоотдачи по разные стороны поверхности теплопередача резко различаются по величине. В этом случае оребрение труб со стороны воздуха позволяет существенно повысить тепловую нагрузку теплообменника за счёт увеличения поверхности теплообмена со стороны теплоносителя с низким коэффициентом теплоотдачи. Этот принцип используют при нагреве и охлаждении газов и сильновязких жидкостей. Очевидно, что материал, из которого изготавливают ребристые трубы, должен иметь большой коэффициент теплопроводности. Для снижения гидравлического сопротивления поверхность рёбер должна быть параллельна направлению движения потока теплоносителя. Форма рёбер может быть различной: а) приварными из корыт; б)завальцованными; в)выдавленными; г)приварными шиповидными; г)накатанными винтовыми.

Типы оребрения

Направление движения теплоносителей в теплообменнике «труба в трубе»

Внешний вид теплообменника типа «труба в трубе» Достоинством теплообменников «труба в трубе» является возможность создания режима противотока, установления наиболее целесообразных для данного процесса скоростей движения теплоносителей. Компенсация температурных деформаций достигается с помощью двойника. Который соединяет внутренние трубы и свободно размещен в полости крышки (калаче),объединяющей кольцевые пространства аппарата. Конструкция теплообменников «труба в трубе» позволяет применять в качестве внутренних оребренные трубы. Способ оребрения выбирают в зависимости от свойств среды в кольцевом пространстве теплообменника. Недостатком однопоточных теплообменников разборной конструкции является большое число фланцевых соединений, являющихся источниками течей, а также некомпактность и трудоемкость ремонта.

Внешний вид теплообменника типа «труба в трубе»

Аппараты воздушного охлаждения Если целевым процессом является не нагрев воздуха, а охлаждение воздухом горячего теплоносителя, то такие аппараты называют теплообменниками воздушного охлаждения. Основными элементами теплообменников воздушного охлаждения являются пучок оребрённых труб и мощный осевой вентилятор, создающий интенсивный поток воздуха через трубный пучок. Тепобменники воздушного охлаждения получают все более широкое применение. Это объясняется гораздо меньшей стоимостью воздуха как хладагента, по сравнению с водой. Достоинства оребрённых теплообменников: 1) Возможность работы со сложными (с точки зрения теплообмена) теплоносителями – воздухом и высоковязкими жидкостями. 2) Большая поверхность теплоотдачи со стороны сложного (с точки зрения теплообмена) теплоносителя при высокой компактности теплообменного аппарата. 3) Возможность использования в качестве хладагента воздуха, что экономически выгодно, поскольку позволяет сэкономить на более дорогой, чем воздух, водооборотной воде. Недостатки оребрённых теплообменников: 1) Для изготовления пластиноребрений требуется материал с высокой теплопроводностью (сталь подходит не всегда, зачастую используется алюминий или медь). 2) Теплообменники воздушного охлаждения всё же существенно более громоздки, чем теплообменники для охлаждения водой.

Пластинчатый теплообменный аппарат Пластинчатые теплообменники представляют собой аппараты, теплообменная поверхность которых образована набором тонких штампованных пластин с гофрированной поверхностью. Рабочие среды в теплообменнике движутся в щелевых каналах сложной формы между соседними пластинами в противопотоке. Каналы для греющего и нагреваемого теплоносителей чередуются между собой. Гофрированная поверхность пластин усиливает турбулизацию потоков рабочих сред и повышает коэффициент теплоотдачи. Основные размеры и параметры наиболее распространенных в промышленности пластинчатых теплообменников определены ГОСТ Их изготовляют с поверхностью теплообмена от 2 до 600 м 2 в зависимости от типоразмера пластин; эти теплообменники используют при давлении до 1,6 МПа и температуре рабочих сред от 30 до +180° С для реализации теплообмена между жидкостями и парами (газами) в качестве холодильников, подогревателей и конденсаторов.

Составные части пластинчатого аппарата

Составные элементы пластинчатого теплообменного аппарата

Устройство пластинчатого теплообменника

Пластинчатые теплообменные аппараты Одно из существенных преимуществ пластинчатых теплообменников перед другими видами теплообменных аппаратов заключается в возможности различных схем пакетной компоновки пластин. Пакетом в данном случае названа группа пластин, образующих систему параллельных каналов, в которых данный теплоноситель движется только в одном направлении (сверху вниз или наоборот). Пакет по существу аналогичен одному ходу по трубам в много-ходовых кожухотрубчатых теплообменниках. При заданном расходе теплоносителя увеличение числа пакетов приводит к увеличению скорости теплоносителя, что интенсифицирует теплоотдачу, но увеличивает гидравлическое сопротивление.

Достоинства и недостатки пластинчатых теплообменников Достоинства пластинчатых теплообменников: 1) Пластинчатые теплообменники компактны (в 4-8 раз меньше по габаритным размерам равных по площади поверхности теплопередачи кожухотрубчатых теплообменников). 2) Пластинчатые теплообменники обеспечивают высокий коэффициент теплопередачи Вт/(м 2·К) (что более чем в 3 раза выше, чем в кожухотрубчатых), благодаря высокой скорости теплоносителей в каналах (1-3 м/с), при сравнительно невысоких для таких скоростей гидравлических сопротивлениях. 3) Разборные пластинчатые теплообменники удобны для обслуживания, чистки и ремонта. 4) Возможность различных схем компоновки пластин, что позволяет подобрать оптимальный режим работы при заданных расходах теплоносителей. Недостатки пластинчатых теплообменников: 1) Невозможность работы при высоких давлениях из-за недостаточной герметичности прокладок у разборных пластинчатых теплообменников и опасности деформации пластин у сварных (разборные теплообменники работают при давлениях до 1 МПа, сварные – до 4 МПа). 2) Проблема обслуживания сварных пластинчатых теплообменников – чистка и ремонт затруднены.

«Альфа Лаваль» Шведская компания «Альфа Лаваль» – одна из старейших на мировом рынке тепло- обменного оборудования. Начав развивать технологии теплопередачи в 1931 г., сегодня компания предлагает множество решений для задач обогрева, охлаждения, рекуперации тепла, испарения, конденсации, вентиляции и заморозки. AlfaLaval предлагает большой спектр разборных, полусварных, сварных и паяных агрегатов. Модельный ряд пластинчатых теплообменников также очень широк. Начиная с 1997 года «Машимпэкс» производит и весь спектр теплообменного оборудования, разработанного и выпускаемого крупнейшей немецкой компанией GEA. Компания «ГЕА Машимпэкс»,с 2011 года входящая в состав группы компаний GEA Group AG, специализируется на теплообменных и энергосберегающих технологиях. Компания выпускает несколько серий пластинчатых теплообменников, разборных паяных и сварных. Все аппараты разработаны с учетом требований компактности, надежности и энергоэффективности. Компания «Ридан» с 1998 года работает на рынке теплообменного оборудования и обладает крупнейшим в России производством разборных пластинчатых теплообменников (производственные мощности составляют более пластинчатых теплообменников в год). Благодаря современным методам организации производства и комплексной системе контроля качества теплообменников, пластинчатые теплообменники «Ридан» обладают высокой надежностью и точным соответствием расчетным характеристикам.

Теплообменники фирмы « Альфа Лаваль»

Спиральные теплообменник В таком аппарате один из теплоносителей поступает в периферийный канал аппарата 3 и, двигаясь по спирали, выходит из верхнего центрального канала 1. Другой теплоноситель поступает в нижний центральный канал 4 и выходит из периферийного канала 2. Достоинствами спиральных теплообменников являются повышенная ком­пактность (большая поверхность теплообмена в единице объема) при одинаковых коэффициентах теплопередачи и меньшее гидравлическое сопротивление для прохода теплоносителей, недостатками их являются сложность изготовления и меньшая плотность.

Схема спирального теплообменного аппарата В таком аппарате один из теплоносителей поступает в периферийный канал аппарата и, двигаясь по спирали, выходит из верхнего центрального канала. Другой теплоноситель поступает в нижний центральный канал и выходит из периферийного канала. Площадь поперечного сечения каналов в таком теплообменнике по всей длине постоянна, поэтому он может работать с загрязненными жидкостями (загрязнение смывается потоком теплоносителя ).

Направления движения теплоносителей в спиральном аппарате

Оросительные аппараты Оросительные теплообменники применяют в основном для охла­ждения жидкостей и газов или конденсации паров. Оросительный теплообменник представляет собой змеевик из разме­щенных друг над другом прямых труб 1, соединенных между собой калачами 2. Снаружи трубы орошают водой, которую подают в желоб 3 для равномерною распределения охлаждающей воды по всей длине верхней трубы змеевика. Отрабо­танная вода поступает в корыто 4 для сбора воды. По трубам протекает охлаждае­мый теплоноситель.

Змеевиковый теплообменник Конструкция змеевикового теплообменника показана на рисунке Аппарат имеет корпус 1, в котором размещен змеевик 3 или система змеевиков. Витки змеевика ориентированы по винтовой линии. При боль­шой площади поверхности теплообмена змеевики по длине набирают из нескольких секций. Во избежание прогибов труб при большом числе витков и большом диаметре навивки каждый виток закрепляют болтами на стойках.

Погружные теплообменники Погружные теплообменники представляют собой змеевик, помещённый в сосуд с жидким теплоносителем. Другой теплоноситель движется внутри змеевика. Скорость движения теплоносителя I в сосуде аппарата мала вследствие большой площади сечения аппарата, что обуславливает низкие значения коэффициента теплоотдачи между наружной поверхностью змеевика и теплоносителем I. Иногда для увеличения коэффициента теплоотдачи увеличивают скорость циркуляции теплоносителя в аппарате путём установки направляющего стакана, который упорядочивает движение теплоносителя, заставляя его направленно обтекать змеевик. При этом жидкость движется либо за счёт естественной конвекции, либо принудительно под действием мешалки. Зачастую погружной змеевик крепят к крышке аппарата, что позволяет при чистке и ремонте извлекать его из аппарата вместе со снятой крышкой.

Блочные графитовые теплообменные аппараты Теплообменные аппараты, выполненные из графита, характеризуются следующими качествами: высокой стойкостью к коррозии; высоким уровнем проводимости тепла (может достигать до 100 Вт/(м·К) Наибольшее распространение получили блочные графитовые аппараты, основным элементом которых является графитовый блок в форме параллелепипеда. В блоке есть непересекающиеся отверстия (вертикальные и горизонтальные), которые предназначаются для движения теплоносителей. Конструкция блочного графитового теплообменника может включать в себя один и более блоков. По горизонтальным отверстиям в блоке осуществляется двухходовое движение теплоносителя, которое возможно благодаря боковым металлическим плитам. Теплоноситель, который перемещается по вертикальным отверстиям, совершает один или два хода, что определяется конструкцией крышек (верхней и нижней). В теплообменниках с увеличенными боковыми гранями, теплоноситель, двигающийся вертикально может делать два или четыре хода.

Блочный графитовый теплообменник Основным элементом блочного теплообменника является блок 2, имеющий форму параллелепипеда, в котором просверлены вертикальные 4 и горизонтальные 3 сквозные непересекающиеся отверстия. Теплообменный аппарат состоит из одного или нескольких блоков, помещённых в корпус 1, который обеспечивает распределение теплоносителей по отверстиям. Теплоноситель II, движущийся по вертикальным каналам- отверстиям, может иметь один или два хода, в зависимости от конструкции крышки и днища. Теплоноситель I, движущийся по горизонтальным каналам-отверстиям, имеет число ходов на единицу большее, чем число блоков в теплообменнике. Схема устройства блочного теплообменника: 1 – корпус аппарата; 2 – графитовые блоки; 3 – горизонтальные каналы; 4 – вертикальные каналы; I, II – теплоносители

Барометрический конденсатор К смесительным теплообменным аппаратам относятся конденсаторы смешения, предназначенные для конденсации паров путём их непосредственного контакта с жидкостью (чаще всего водой). Барометрические конденсаторы, помимо конденсации паров и охлаждения неконденсирующихся газов, обеспечивают поддержание вакуума в системе. Барометрические конденсаторы применяют для создания вакуума в аппаратах с паровой фазой, в частности в выпарных установках. Наиболее распространёнными являются противоточный барометрический конденсатор с перфорированными полками (и противоточный барометрический конденсатор с кольцевыми полками.В этих аппаратах пар вводят в корпус конденсатора 1, где по полкам 2 каскадно перетекает охлаждающая вода, образуя многочисленные завесы на пути пара. При контакте с водой пар конденсируется, возникающее при этом уменьшение объёма создаёт разрежение в корпусе барометрического конденсатора. Разрежение поддерживается с помощью столба жидкости в барометрической трубе 3, этот столб компенсирует атмосферное давление, действуя по тому же принципу, что и трубка Торричелли (ртутный барометр). Барометрическая трубка вместе с ёмкостью 4 образует гидрозатвор, препятствующий проникновению наружного воздуха в аппарат. Из ёмкости 4 воду удаляют в линию оборотной воды или в канализацию. Не сконденсировавшийся воздух, попавший в аппарат вместе с паром или охлаждающей водой, пропускают через ловушку 5, где отделяют от брызг, и откачивают вакуум- насосом.

Противоточный барометрический конденсатор с перфорированными полками (а) и противоточный барометрический конденсатор с кольцевыми полками (б): 1 – корпус; 2 – полки; 3 – барометрическая труба; 4 – ёмкость; 5 – ловушка

Назначение градирен Одними из самых распространенных смесительных теплообменников являются градирни. Первоначально градирни служили для сгущения (концентрирования) солевого раствора при добыче соли выпариванием. Отсюда проистекает и название этих устройств: gradieren (нем.) – сгущать соляной раствор. В настоящее время градирня – это устройство для охлаждения большого количества воды направленным потоком атмосферного воздуха. Иногда градирни называют также охладительными башнями (англ. cooling tower).

Градирня

Градирни Градирни с естественной (а) и принудительной (б) тягой: 1 – поддоны; 2 – слои насадки; 3 – распределители охлаждающей воды; 4 – полая часть градирни для обеспечения естественной тяги; 5 – осевой вентилятор; 6 – брызгоотбойник.

Решение актуальных теплотехнических задач заказчиков Модернизация устаревшего теплообменного оборудования, повышение энергоэффективности теплообменного оборудования, повышение интенсивности и глубины процесса теплообмена, увеличение срока межремонтного пробега теплообменного оборудования, сокращение поверхности теплообмена или существенное увеличение тепловой нагрузки на аналогичной площади, расширение возможностей работы теплообменников с проблемными (грязными) средами, обеспечение надежной работы и устойчивости теплообменного оборудования в условиях предельных нагрузок, создающих вибрацию и гидроудары, формирование эффекта самоочищения теплообменной поверхности.

Основные способы интенсификации теплообмена Применяют следующие основные способы интенсификации теплообмена: конструирование шероховатых поверхностей и поверхностей сложной формы, способствующих турбулизации потока в пристенном слое; использование турбулизирующих вставок в каналах; увеличение площади поверхности теплообмена посредством оребрения; воздействие на поток теплоносителя электрическим, магнитным и ультразвуковым полями; турбулизация пристенного слоя организацией пульсаций скорости набегающего потока и его закрутки; механическое воздействие на поверхность теплообмена посредством ее вращения и вибрации; применение зернистой насадки как в неподвижном, так и в псевдо подвижном состоянии; добавление в теплоноситель твердых частиц или газовых пузырьков.

Методы повышения эффективности теплообмена Методы повышения эффективности можно разделить на: 1. производственные (или эксплуатационные); 2. конструктивные. К производственным можно отнести: 1. высококачественную химводоочистку, 2. проведение своевременной промывки теплообменного аппарата, 3. использование теплообменного аппарата в соответствии с расчетными параметрами. К конструктивным можно отнести: 1. изменения геометрической поверхности теплообменного аппарата на стадии производства, 2. замена теплообменной поверхности в существующем оборудовании на другую (при возможности). В теплообменниках, с передачей теплоты от жидкости в трубном пространстве к вязкой жидкости или газу в межтрубном пространстве к вязкой жидкости или газу в межтрубном пространстве, коэффициент теплоотдачи а с наружной стороны на порядок меньше, чем с внутренней стороны. применение гладких труб в таких теплообменниках приводит к резкому увеличению их массы и размеров. Поэтому для интенсификации теплоотдачи разработаны различные конструкции оребренных труб.

Трубный пучок с витыми трубами Методы повышения эффективности можно разделить на производственные (или эксплуатационные) и конструктивные. К производственным можно отнести: высококачественную химводоочистку, проведение своевременной промывки теплообменного аппарата, использование теплообменного аппарата в соответствии с расчетными параметрами. К конструктивным можно отнести изменения геометрической поверхности теплообменного аппарата на стадии производства, замена теплообменной поверхности в существующем оборудовании на другую (при возможности). Технология витых трубок (Twisted tube) компании Koch Heat Transfer позволяет создать оборудование на основе стандартных кожухотрубных теплообменников с характеристиками, на порядок лучшими стандартных. Трубки для трубного пучка закручиваются на специальном аппарате, что позволяет создать завихряющийся поток в теплообменнике и прикреплять трубки друг к другу через каждый дюйм. Это позволяет увеличить число трубок по сравнению с обычным кожухотрубным теплообменником на 40% при одинаковом размере кожуха и устранить механические вибрации. Преимущества ТО с витыми трубками перед обычными КЖТТО: - улучшенные термодинамические характеристики; - организация противотока теплообменивающихся сред; - низкие потери давления; - снижение загрязняемости и улучшенная очищаемость; - устранение вибрации; - отсутствие диафрагм.

Турбулизующие вставки Для интенсификации теплообмена иногда используют турбулизаторы-элементы, турбулизующие или разрушающие пограничный слой теплоносителя на наружной поверхности труб.

Интенсификация процесса теплообмена в кожухотрубчатых теплообменниках Проблема интенсификации работы кожухотрубчатых аппаратов связана с выравниваем термических сопротивлений на противоположных сторонах теплообменной поверхности. Это достигается либо увеличением поверхности теплообмена ( например, оребрением ее со стороны теплоносителя с меньшим коэффициентом теплоотдачи), либо увеличением α рациональным подбором гидродинамики теплоносителя. Теплообмен значительно улучшается при ликвидации застойных зон в межтрубном пространстве. Особенно часто такие зоны образуются в близи трубных решеток, поскольку штуцера ввода и вывода теплоносителя из межтрубного пространства расположены на некотором расстоянии от них.

Кожухотрубные теплообменники со спиральной перегородкой В основе этой технологии тот же принцип, что и в технологии витых трубок – создание завихряющегося потока. Однако в этом типе теплообменников используются обычные трубки, а в качестве разделителей потока используется специальная перегородка, завихряющая поток. Это позволяет применять их для высоких давлений. Преимуществами теплообменников со спиральной перегородкой перед обычными кожухотрубными теплообменниками являются: -уменьшенное загрязнение кожуха; - улучшенный теплообмен в межтрубном пространстве; -низкие потери давления в межтрубном пространстве; -снижение вибрации; -лучшее распределение двухфазного потока; -увеличенный срок службы Системы закрытия Breech Lock и Taper Lock для теплообменников с трубным пучком высокого давления Предлагаемые инновационные системы закрытия для кожухотрубных теплообменников большого давления (до 1000 атм.) позволяют решить многие проблемы использования стандартных систем. Преимущества Breech Lock перед стандартными системами закрытия: - чрезвычайно надежное закрытие; - распределение нагрузок на все части конструкции; - возможность выполнять затяжку внутренних уплотнений во время работы; - простота монтажа-демонтажа для выполнения осмотра и очистки; - отсутствие необходимости выполнения надрезов при демонтажа и сварочных работ при монтаже; - отсутствие резьбовых соединений в поковках и наплавках; - сжатие уплотнений при помощи болтов небольших размеров упрощает монтаж.

Спасибо за внимание!