Тема: Поняття про теплообмінник

План

1.     Поняття про теплообмінник.

2.     Класифікація теплообмінників.

3.     Конструкції теплообмінників.

1.     Теплообмінник (теплообмінний апарат) — пристрій, в якому тепло передається від гарячого теплоносія до холодного (того, який треба нагріти). Як теплоносії використовують рідини, гази або пари. Теплообмінні апарати можуть використовуватися як для нагрівання, так і для охолодження. Їх використовують в технологічних процесах в нафтопереробній, нафтохімічній, хімічній, газовій та інших секторах промисловості. Їх також використовують в енергетиці і комунальному господарстві.

2.     Класифікація теплообмінників.

Теплообмінники за методом передачі тепла діляться на два типи:

Поверхневі. В них немає безпосереднього контакту теплоносіїв, а передача відбувається через тверду стінку;

Змішувальні. В них теплоносії контактують

Поверхневі теплообмінники бувають рекуперативні і регенеративні. Це залежить від того, чи  теплоносії контактують з розділяючою їх стінкою одночасно або почергово.

Рекуперативні теплообмінники

Рекуперативний теплообмінник — в ньому гарячий і холодний теплоносії циркулюють різними каналами, у стінці між якими здійснюється обмін теплом. В них процес передачі тепла має стаціонарний характер. Рекуперативні теплообмінники по іншому називають стаціонарними.

Теплообмінники поділяють на види, залежно від напрямку руху в них теплоносіїв. Вони можуть бути 3 типів:

коли теплоносії рухаються паралельно в одному напрямку;

коли теплоносії рухаються паралельно в зустрічному напрямі;

коли теплоносії рухаються перпендикулярному.

Найпоширенішими є такі типи рекуперативних теплообмінників:

Кожухотрубні;

Елементні (секційні);

Двотрубні, типу «труба в трубі»;

Кручені;

Заглибні;

Зрошувальні;

Ребристі;

Оребрені пластинчасті;

Спіральні;

Пластинчасті;

Пластинчато-ребристі;

Графітові.

Регенеративні теплообмінники

У регенеративних поверхневих теплообмінниках гарячий і холодний теплоносії контактують з твердою стінкою почергово. Стінка при контакті з гарячим теплоносієм накопичує тепло. Потім при контакті з холодним теплоносієм віддає тепло.

Змішувальні теплообмінники

Змішувальні теплообмінники (їх також називають контактними теплообмінниками) —  це теплообмінники, які призначені для тепло- і масообмінних процесів методом прямого змішування середовищ. Найпоширенішими є пароводяні струменеві апарати — теплообмінники струменевого типу, які використовують струменевий інжектор. Змішувальні теплообмінники мають простішу конструкцію, ніж поверхневі. Вони повніше використовують тепло.

Контактні теплообмінники застосовують в установках з утилізації тепла відпрацьованої пари, димових газів, і т.д.

3.                   Конструкції теплообмінників

За типом конструкції теплообмінники ділять на:

Об’ємні. Одне речовина сконцентрована в баку великого об’єму, друга речовина протікає через змійовик;

Швидкісні (кожухотрубні). Речовини рухаються з достатньо великою швидкістю для підвищення коефіцієнта тепловіддачі;

Пластинчасті теплообмінники складаються з набору пластин. Речовини рухаються між пластинами. Вони прості у виготовленні, їх легко модифікувати, вони досить ефективні.

Пластинчасто-ребристиі теплообмінники складаються із системи розділюючих пластин, між якими знаходяться ребристі поверхні.

По бокам канали обмежуються брусками, які підтримуються пластинами і утворюються закриті канали. В основі пластинчасто-ребристого теплообмінника лежить тверда і міцна цільнопаяна теплообмінна матриця, яка зроблена за стільниковим принципом й може працювати при тиску до 100 атм. і вище. У пластинчасто-ребристих теплообмінниках є велика кількість насадок. Це дозволяє підбирати геометрію каналів з боку кожного з потоків. Основні переваги цього типу теплообмінників — це компактність і легкість.

Оребрені пластинчасті теплообмінники складаються з тонкостінних оребрених панелей, які виготовляються методом високочастотного зварювання. Їх з’єднують почергово з поворотом на 90 градусів..

спіральні теплообмінники складаються з двох спіральних каналів, навитих з рулонного матеріалу навколо центральної розділюючої перегородки — керна, речовини рухаються по каналах. Одне із призначень спіральних теплообмінників — нагрівання й охолодження високов’язких рідин.

При виборі між пластинчастими і кожухотрубними теплообмінниками кращими є пластинчасті, коефіцієнт теплопередачі у них більш ніж у три рази вище, ніж у традиційних кожухотрубних. Крім того, коефіцієнт корисної дії пластинчастих теплообмінників становить 90-95 %, а займана площа в 3-4 рази менше, ніж у кожухотрубних.

Пластинчасті теплообмінники, обладнані автоматикою, надійною арматурою та іншими засобами дозволяють знизити кількість теплоносія, який використовують на нагрівання води. А значить і діаметри трубопроводів і запірно-регулюючої арматури, знизити навантаження на насоси і, відповідно, зменшити споживання електроенергії і т.д.

Зараз стали з’являтися сучасні кожухотрубні теплообмінники, обладнані трубками, які профільовані таким чином, щоб зростання гідравлічного опору ненабагато перевищувало зростання тепловіддачі через застосування турбулізаторів потоку. Цього досягають накаткою на зовнішній поверхні труби кільцевих або гвинтоподібних канавок, внаслідок утворення яких на внутрішній поверхні труби утворюються плавно окреслені виступи невеликої висоти, що інтенсифікують тепловіддачу в трубах. Ця технологія, плюс висока надійність (в тому числі при гідравлічному ударі) і менша ціна, дає вітчизняному кожухотрубному обладнанню додаткові переваги в порівнянні з іноземними пластинчастими аналогами. Але ця перевага зникає при першому промиванні такого теплообмінника, тому що очищення внутрішніх поверхонь трубок із гвинтоподібними канавками практично неможливе і призводить до швидкого виходу такого теплообмінника з ладу.

Серйозною проблемою є корозія теплообмінників. Для захисту від корозії застосовують газотермічне напилення труб. Це стосується тільки кожухотрубних теплообмінників, виготовлених зі спеціальної сталі. Пластинчасті теплообмінники в переважно виготовляють з нержавіючої сталі.