Płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła: urządzenie, przeznaczenie i cechy urządzenia

Płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła jest rodzajem urządzeń inżynierii cieplnej i pełni funkcję przekazywania ciepła z chłodziwa do ogrzewanej substancji. W zależności od konkretnego przypadku rolę chłodziwa może stanowić para wodna lub ciecz. Do tej pory najbardziej rozpowszechniony był model płaszczowo-rurowy grzejnika.

Wymiennik ciepła jest dość złożonym urządzeniem stosowanym jako skraplacz, grzejnik lub parownik

Obszary zastosowania

Produkcja tych urządzeń rozpoczęła się na początku XX wieku. Wynika to z faktu, że stacje termiczne potrzebowały wielkopowierzchniowych grzejników pracujących pod wysokim ciśnieniem.

Grzejniki płaszczowe i rurowe są stosowane w wielu branżach, w tym:

• Przemysłu naftowo-gazowego;
• produkcja chemiczna;
• przemysł spożywczy.

Prawie każda produkcja wiąże się z wytwarzaniem lub pochłanianiem ciepła, dlatego wymienniki ciepła są poszukiwane w różnych dziedzinach działalności człowieka. Wydajność urządzeń w przedsiębiorstwach, a także funkcjonowanie domowych klimatyzatorów i grzejników, chłodnic samochodowych itp., Zależy od ich konstrukcji i właściwości.

Uwaga! Grzejniki tego typu są najczęściej używane do chłodzenia płynów roboczych i podgrzewania czynnika chłodniczego do pracy pomp ciepła.

Płaszczowe i rurowe wymienniki ciepła są szeroko stosowane jako skraplacze oraz parowniki. Dziś, dzięki rozwojowi technologii przemysłowych, konstrukcja wymienników ciepła stała się bardziej zaawansowana i wciąż modernizowana.

Zalety i wady wymienników płaszczowo-rurowych

Z strukturalnego punktu widzenia wymienniki tego typu są podobne do pierwszych modeli, które zostały wyprodukowane na początku XX wieku. Modernizacja tych urządzeń wpłynęła tylko na niektóre elementy, jednak podstawa pozostała niezmieniona. Nowoczesne materiały stosowane do grzejników płaszczowych i rurowych mogą poprawić ich właściwości operacyjne.

Przy produkcji wymienników ciepła stosuje się nowoczesne materiały, które znacznie poprawiają jakość gotowych urządzeń

Płaszczowe i rurowe wymienniki ciepła wyróżniają się szeregiem pozytywnych cech, które pozwalają im pozostać niezbędnymi elementami różnych branż do dziś:

• odporność na uderzenie wodne w systemie;
• zdolność do pracy w zanieczyszczonym środowisku;
• niskie prędkości wymiany ciepła;
• dobry występ;
• odporność na zużycie;
• łatwość utrzymania;
• odporność na wysokie ciśnienie;
• odporność na agresywne chemikalia;
• bezpieczeństwo operacyjne;
• niezawodność i trwałość.

Grzejniki tego typu mają swoje wady, w tym:

• dość duże wymiary;
• wysoka cena.

Urządzenie i zasada działania

Płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła zawiera kilka elementów konstrukcyjnych. Rozważ główne:

• obudowa (obudowa);
• komory dystrybucyjne i prowadzące;
• system rurek wewnętrznych;
• arkusze rur;
• przegrody i uszczelki.

Ten model urządzenia wyróżnia się obecnością obudowy, która ukrywa rury wewnętrzne, stąd nazwa - „shell-and-tube”

Dwie dysze są przyspawane do korpusu. Jeden z nich odpowiada za zapewnienie środowiska pracy, a drugi za wnioski. Specjalne kołnierze są przyspawane do końców obudowy.

Ponadto struktura takiego grzejnika obejmuje arkusze rur, między którymi spawane są rury, wyposażone w odległe kratki. Taka konstrukcja tworzy system rurowy rekuperatora i pozwala na wielokrotne przejście nagrzewnicy.

Dwie dysze są umieszczone w dolnej części rekuperatora, który, podobnie jak dysze obudowy, pełni funkcje wlotowe i wylotowe. Dno rekuperatora jest wyposażone w kołnierze. Kołnierze rekuperatora są pasującymi kołnierzami obudowy. System rurowy takiego urządzenia jest wkładany do obudowy. Kratki są mocowane za pomocą specjalnych elementów uszczelniających i śrub między kołnierzami rekuperatora i obudowy. Umożliwia to, w razie potrzeby, bezproblemową naprawę dowolnego elementu urządzenia płaszczowo-rurowego.

Zasada działania tego typu grzejnika jest następująca: gorący i zimny czynnik przepływa przez dwa różne kanały. Proces wymiany ciepła odbywa się między ścianami tych kanałów.

Rodzaje płaszczowych wymienników ciepła

Grzejnik płaszczowo-rurowy jest dość złożony, z strukturalnego punktu widzenia, i ma kilka odmian, na które warto zwrócić uwagę. Ze względu na cechy konstrukcyjne (obecność rekuperatora) urządzenia typu shell-and-tube są klasyfikowane jako typu regeneracyjnego.

Płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła to regeneracyjne typy podobnych urządzeń.

Ponadto, w zależności od kierunku ruchu czynnika roboczego, grzejniki płaszczowo-rurowe dzielą się na następujące typy:

• przepływ bezpośredni;
• przepływ krzyżowy;
• licznik przepływu.

Model z płaszczem i rurką otrzymał swoją nazwę z tego powodu, że rury, przez które przepływa czynnik chłodzący, są umieszczone w obudowie. Istnieje zależność prędkości czynnika roboczego od liczby rurek umieszczonych w obudowie. Z kolei im wyższa prędkość, tym wyższa szybkość wymiany ciepła przez urządzenie.

Rozważ podstawowe materiały, z których wykonane są takie grzejniki:

• stali stopowej;
• Stal nierdzewna;
• stal o wysokiej wytrzymałości.

Rury takich urządzeń mogą być wykonane z następujących materiałów:

• stal;
• miedź;
• mosiądz;
• tytan.

Zastosowanie takich materiałów wynika z faktu, że wymienniki ciepła zwykle działają w trudnych warunkach i mają kontakt z agresywnymi substancjami, które mogą powodować korozję.

Wymienniki ciepła są wykonane z materiałów o wysokiej odporności na korozję, takich jak tytan lub stal nierdzewna.

Ważny! Konwencjonalna stal nie nadaje się do płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła, ponieważ ma niską odporność na korozję.

Modele typu shell-and-tube są również podzielone na typy. Obecnie istnieją 4 rodzaje tych urządzeń:

• grzejnik wyposażony w kompensator skrzynek temperaturowych;
• grzejnik z rurami statycznymi (stałymi);
• urządzenie z rurkami w kształcie litery U i W;
• pływająca głowica.

Grzejniki płaszczowo-rurowe mogą być umieszczone w przestrzeni poziomo, pionowo lub pod pewnym kątem.

Wzrost współczynnika przenikania ciepła

Przemysł nie stoi w miejscu - stale modernizuje wymienniki ciepła. Poprawę właściwości technicznych osiąga się poprzez zastosowanie następujących metod:

• tworzenie turbulentnych przepływów;
• wdrożenie spiralnych wkładek, dzięki którym powstaje wzdłużny i poprzeczny przepływ wokół rur;
• produkcja rur profilowanych i skręconych;
• stosowanie mieszanin, które obejmują ciecze i gazy;
• wytwarzanie wibracji powierzchni odpowiedzialnych za wymianę ciepła;
• pulsujący przepływ środowiska pracy.

Powyższe metody mogą zwiększyć współczynnik przenikania ciepła. Często stosuje się jednocześnie kilka metod. Taka kombinacja może znacznie zwiększyć charakterystykę pracy grzejnika płaszczowo-rurowego o współczynnik 2-3. Warto również zauważyć, że niektóre metody nie tylko zwiększają szybkość wymiany ciepła, ale mogą również pełnić inne przydatne funkcje. Na przykład przepływy turbulentne zapobiegają tworzeniu się osadów soli na wewnętrznych ściankach rur, co eliminuje zwężenie światła rur.

Ciągłe doskonalenie konstrukcji wymiennika ciepła pozwala na zwiększenie wymiany ciepła i poprawę parametrów operacyjnych

Wskazówki dotyczące wyboru wymiennika ciepła

Program obliczeniowy grzejnika płaszczowo-rurowego wymaga jasnego określenia początkowych danych. Dobre urządzenie rekuperacyjne wymaga dobrze zdefiniowanego obwodu. Przy wyborze płaszczowego i rurowego wymiennika ciepła należy wziąć pod uwagę kilka kwestii. Przepisy te są bardzo ważne dla obliczeń.

Przede wszystkim warto zauważyć, że dla płynnych i gazowych chłodziw istnieje specyficzna prędkość cyrkulacji przez rury. Jak wspomniano powyżej, im wyższa prędkość, tym lepiej, odpowiednio, lepsze przenoszenie ciepła. W przypadku mediów płynnych prędkość wynosi od 0,6 do 6 m / s. W przypadku mediów gazowych prędkość może wynosić od 3 do 30 m / s. Jednak ilość zużytej energii zależy również od prędkości, dlatego w niektórych przypadkach prędkość płynu chłodzącego jest niedoszacowana, aby zmniejszyć zużycie energii elektrycznej.

Wybierając rury, należy zwrócić uwagę na materiał, z którego są wykonane, a także na ich średnicę. Materiał rurek dobierany jest w zależności od czynnika roboczego, który będzie w nich krążył. Trzeba pamiętać - im bardziej agresywne środowisko, tym bardziej niezawodny powinien być materiał rurki.

Ważny! Jeśli system zostanie wyczyszczony za pomocą kwasu, zaleca się wybór rurki ze stali nierdzewnej. Stal nierdzewna charakteryzuje się wysokimi właściwościami antykorozyjnymi, ma doskonałą odporność na agresywne odczynniki, a ponadto ma niski współczynnik przewodności cieplnej.

Płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła są raczej nieporęcznymi urządzeniami, dlatego przy ich wyborze warto zastanowić się nad ich rozmiarami, aby w przyszłości nie będzie żadnych trudności z ich transportem i instalacją.

Przewymiarowane urządzenia mają znaczną wagę, co zwiększa koszty transportu

Należy również wziąć pod uwagę fakt, że po pracach instalacyjnych musi być wystarczająco dużo miejsca przed rekuperatorem, aby w razie potrzeby przeprowadzić naprawy operacyjne urządzenia. Powinno być wystarczająco dużo miejsca, aby system rur można było usunąć z obudowy. Płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła musi mieć konstrukcję uwzględniającą swobodny dostęp nie tylko do głównych elementów, ale także do innych części zamiennych. Dotyczy to zwłaszcza urządzeń sterujących.

Wskazówki dotyczące działania wymiennika ciepła rurowego i płaszczowego

Wymienniki ciepła tego typu, choć są to dość bezpretensjonalne urządzenia, i prędzej czy później wymagają profilaktycznego czyszczenia lub naprawy.

Naprawa wymiennika ciepła pociąga za sobą pewne konsekwencje - najczęściej jest to spadek współczynnika przenikania ciepła. Najbardziej wrażliwą częścią grzejnika płaszczowo-rurowego jest rura. Z reguły to one powodują awarię. Znając tę ​​funkcję wymienników ciepła, eksperci zalecają ich zakup z marginesem. Ponadto często pojawiają się problemy, gdy urządzenia te są regulowane przez kondensat. Wszelkie zmiany pociągają za sobą odchylenia w obszarze wymiany ciepła. Zmiany w obszarze wymiany ciepła są zwykle nieliniowe.

Robienie takiego urządzenia własnymi rękami jest dość trudne, aw niektórych przypadkach niemożliwe. Płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła jest bardzo złożonym urządzeniem, którego produkcja wymaga ścisłego przestrzegania procesu technologicznego, który obejmuje wiele etapów.