Топлообменници и топлообменници
Топлообменници
Топлообменник е устройство за пренос на топлина между две среди: от нагрята (течна или газообразна) охлаждаща течност към по-студена. От голямо значение са процесите на топлообмен в химическата, енергийната, металургичната, хранително-вкусовата и други индустрии. Сложен процес е преносът на топлина от една среда към друга през стена, която ги разделя в топлообменници.Такъв процес обикновено се разделя на три елементарни вида пренос на топлина: топлопроводимост, конвекция и топлинно излъчване. За топлообменниците най-важен е конвективният топлопренос или топлообмен, който се осъществява с комбинирано и едновременно действие на топлопроводимост и конвекция. Топлообменниците могат да бъдат представени от различни видове и дизайни.
Според метода на пренос на топлина топлообменниците се разделят на повърхностни и смесителни. В повърхностните апарати работните среди обменят топлина през стени от топлопроводим материал, а в смесителните апарати топлината се пренася при директно смесване на работните среди.
Смесителните топлообменници са по-прости по конструкция от повърхностните топлообменници: те използват топлината по-пълноценно. Но те са подходящи само в случаите, когато според технологичните условия на производство е допустимо смесване на работни среди.
Повърхностните топлообменници от своя страна се делят на рекуперативни и регенеративни. В рекуперативните устройства топлообменът между различни топлоносители се осъществява чрез разделителни стени. В този случай топлинният поток във всяка точка на стената запазва същата посока. При регенеративните топлообменници топлоносителите последователно влизат в контакт с една и съща нагряваща повърхност. В този случай посоката на топлинния поток във всяка точка на стенатапроменя се периодично. Помислете за рекуперативни повърхностни топлообменници с непрекъснато действие, най-често срещаните в индустрията.
Тези устройства се използват в технологичните процеси на нефтопреработвателната, нефтохимическата, химическата, нефтената, газовата и други индустрии. И колкото повече се развиват тези видове индустрии, толкова повече се увеличава необходимостта от увеличаване на производството на топлообменно оборудване.
Освен това топлообменниците се използват и за подгряване на вода в отоплителни системи и топла вода за обществени, промишлени и жилищни помещения.
Производството на топлообменници е сложен и високотехнологичен процес. Тук трябва да се вземат предвид най-съвременните изисквания за производство на тези продукти и да се спазва достатъчно ниво на надеждност при работа.
В зависимост от предназначението се разграничават следните видове топлообменници:
- кожухотръбни (основните им елементи са тръбни снопове, които са свързани в тръбни листове и затворени с тяло, а самите тръби и краищата на тръбите са закрепени в тръбните листове чрез разширяване, запояване или заваряване);
- ламеларни (състоят се от отделни плочи, разделени от гумени уплътнения, две крайни камери, рамка и съединителни болтове);
- усукана (нагревателната повърхност е завършена от множество концентрични намотки, затворени в корпус и фиксирани в съответните глави, топлоносителите се движат по тръбата и пръстеновидните пространства);
- спирала (тяхната нагревателна повърхност е оформена от два тънки метални листа, заварени към разделителната стена (сърцевина) и навити под формата на спирала);
- както и водни и въздушни топлообменници.
Сгъваемите пластинчати топлообменници се отличават с интензивен топлообмен, ниско хидравлично съпротивление, тяхната компактност, лекота на монтаж, лекота на производство и възможност за почистване от замърсяване.
Но производството на петрол, нефтохимическата промишленост и газ е невъзможно без кожухотръбни, усукани, спирални топлообменници с висока проводимост и така наречените топлообменници "тръба в тръба".
Кожухотръбни топлообменници Основните елементи на кожухотръбните топлообменници са тръбни снопове, тръбни листове, корпус, капачки, дюзи. Краищата на тръбите се закрепват в тръбните листове чрез разширяване, заваряване и запояване.
За да се увеличи скоростта на движение на топлоносителите, за да се интензифицира преносът на топлина, често се монтират прегради както в тръбните, така и в междинните пространства. Кожухотръбните топлообменници могат да бъдат вертикални, хоризонтални и наклонени в съответствие с изискванията на технологичния процес или лекотата на монтаж. В зависимост от температурното удължение на тръбите и тялото се използват кожухотръбни топлообменници с твърда, полутвърда и нетвърда конструкция. тези топлообменници са прости по дизайн. Гъвкавите кожухо-тръбни топлообменници позволяват известно независимо движение на топлообменните тръби и корпуса, за да се елиминират допълнителните напрежения от топлинното разширение. Нетвърдостта на конструкцията се осигурява от уплътнение на салника на разклонителната тръба илитяло, сноп от U-образни тръби, подвижна тръбна плоча от затворен и отворен тип В полутвърдите устройства температурните деформации се компенсират чрез аксиално компресиране или разширение на специални компенсатори, монтирани върху тялото. Полутвърдата конструкция надеждно компенсира температурните деформации, ако те не надвишават 10–15 mm, а условното налягане в пръстеновидното пространство е не повече от 2,5 kgf/cm 2.
Елементни (секционни) топлообменници Тези топлообменници се състоят от последователно свързани елементи — секции. Комбинацията от няколко елемента с малък брой тръби съответства на принципа на многоходов кожухотръбен апарат, работещ по най-изгодната схема - противоток. Елементарните топлообменници са ефективни, когато топлоносителите се движат със сравними скорости, без да променят агрегатното си състояние. Също така е целесъобразно да се прилагат при високо налягане на работните среди. Липсата на прегради намалява хидравличното съпротивление и намалява степента на замърсяване на пръстена. Въпреки това, в сравнение с многоходовите кожухотръбни топлообменници, елементарните топлообменници са по-малко компактни и по-скъпи поради увеличаването на броя на скъпите елементи на апарата - тръбни листове, фланцови връзки, компенсатори и др. връзки. Всяка връзка се състои от две коаксиални тръби. За по-лесно почистване и подмяна вътрешните тръби обикновено са свързани помежду си с "калачи" или колена. двутръбни топлообменници,имайки значителна нагревателна повърхност, те се състоят от редица секции, свързани паралелно с колектори. Ако един от топлоносителите е наситена пара, тогава, като правило, той се насочва към пръстеновидното (пръстенообразно) пространство. Такива топлообменници често се използват като течност или газ-течност. Чрез избора на диаметрите на вътрешните и външните тръби е възможно да се осигурят и двете работни среди, участващи в топлообмена, с необходимата скорост за постигане на висока интензивност на топлообмен. The disadvantages of a two-pipe heat exchanger are bulkiness, high cost due to the large consumption of metal for external pipes that are not involved in heat exchange, the difficulty of cleaning the annular space.Twisted heat exchangers The heating surface of twisted heat exchangers is composed of a number of concentric coils enclosed in a casing and fixed in the corresponding heads. Топлоносителите се движат по протежение на тръбните и пръстеновидните пространства. Усуканите топлообменници се използват широко в оборудване за високо налягане за процеси на разделяне на газови смеси чрез дълбоко охлаждане. Тези топлообменници се характеризират със способността за самокомпенсация, достатъчна за възприемане на деформации от топлинни напрежения.
Спомагателни топлообменници вода-вода Топлообменниците (топлообменници) са предназначени за нагряване на химически обработена вода в цеховете за пречистване на вода на топлоелектрически централи чрез използване на топлината на продухваща вода и други горещи дренажи. Тялото е изработено от валцована ламарина или валцована стомана 20 и VMSt-3. Тръбният сноп е изработен от прав месингтръби (L0-70-1)