Принцип работы кожухотрубчатого теплообменника, его преимущества и недостатки

Принцип работы на примере пластинчатого теплообменника

6620373e2c2691183785d365ced77057.jpgЭтот теплообменник был выбран непросто. Он отличается довольно сложным принципом действия, а потому идеально освещает некоторые общие особенности каждого вида агрегата. Каждая из пластин устройства монтируется к другой части с поворотом равным 180 градусов. В стандартном составе прибора можно встретить до четырёх подобных элементов. В комплекте они создают пакеты, которые отвечают за коллекторный контур. Сам же контур функционирует для создания движения теплоносителя. Конструкция теплообменника подразумевает наличие двух крайних контуров. Именно они не участвуют в процессе создания тепла механизмом.

На сегодняшний день производители техники предлагают пользователю получить два различных вида комплектации.

  1. Одноходовой. Теплоноситель разделяется и создаёт параллельные потоки. Практически сразу же они стекают в выводной порт.
  2. Многоходовой. Этот вариант подразумевает использование сложной схемы. Теплообменник начинает своё движение по одинаковому количеству задействованных каналов. Такой принцип работы подразумевает наличие дополнительных элементов (пластин), которые заканчиваются заглушками в отводных портах. Эта особенность добавляет сложности в обслуживание подобных элементов.

Принцип работы

Главный элемент теплообмена – жидкость. Жидкости перемещаются в противотоке по каналам, созданным благодаря гофрированным пластинам, которые образуют каналы. Пристенный гофрированный слой, из-за высокой скорости потока начинает набирать турбулентность. Каждая среда продвигается по одной пластине, но с разных ее сторон, во избежание смешения. Все пластины теплообменника одинаковые, и установить их так же просто, как и сварной теплообменник. Благодаря этому приспособление образует некий пакет, в котором находятся 4 коллектора, они предназначены для ввода и отвода различных сред. В теплообмене принимают участие все пластины за исключением крайних (первой и последней).

Имея даже самые низкие показатели гидравлического сопротивления, теплоотдачу можно увеличить при помощи тонкого потока и турбулентности. При этом и турбулентность, и тонкий поток очищают пластины от нежелательных и даже самых устойчивых налетов.

Задняя и передняя плита имеют отверстия, которые подключаются к трубопроводу, и производят нагревание сред. Трубы могут отличаться между собой методом присоединения (к примеру, есть тип с резьбой ГОСТа №6357 и с резьбой по ГОСТу №12815). Оба они зависят от типа устройства. Размещенные параллельно пластины теплообменника создают каналы. Проходя все каналы, среда осуществляет теплообмен и покидает оборудование. Это значит, что пластины самый важный элемент всего теплообменника. Их толщина составляет всего 0,5 мм, производят их из нержавеющей стали методом холодной штамповки. Между пластинами устанавливают устойчивую к температурам резину, которая делает каналы герметичными. Входящие и выходящие отверстия укрепляют специальной прокладкой и кольцами, спереди и сзади соответственно.

Выбор теплообменника происходит с учетом его рабочих требований. Чем они выше – тем больше потребуется пластин. Именно число пластин отвечает за общую эффективность.

Вторичные теплообменники

Котёл для отопления дома с вторичным теплообменником — это оборудование с соединёнными между собой пластинами из нержавеющей стали. Такие теплообменники устанавливают в котлах Linea, Mini kW, Major kW и Micra 2. Эти производители продумывают самые малейшие детали, прежде чем определиться, как сделать котёл отопления. Производят такие котлы с большой площадью теплообмена, с высокой теплопроводностью пластин, что и обеспечивает необходимый теплообмен даже при высокой скорости потока теплоносителя. Благодаря скорости потока такой теплообменник может «похвастаться» отсутствием отложения на своих стенках разнообразных солей жёсткости.

Конструктивные особенности пластинчатых ГВС-обменников отличаются направлением потоков холодной воды и теплоносителя прямо навстречу друг другу. Мощность такого теплообменника зависит исключительно от того количества пластин, которые между собой связаны. Чем больше их — тем выше мощность и больше площадь теплообмена.

Конструктивно такие теплообменники представляют собой (то есть одну трубу, расположенную в другой), на поверхности которой напаяны рёбра теплообменника — специальные медные пластины.

Внутренняя труба предназначается для санитарной воды ГВС, а наружная труба — для теплоносителя в системе отопления. При работе в режиме отопления теплоносителю непосредственно передаётся тепло от сгораемых газов. Когда же котёл работает в ГВС-режиме, тепло сгораемых газов изначально передаётся теплоносителю, а уже после этого — контуру ГВС. При этом циркуляция в контуре отопления останавливается.

c40f94a9351c9a08567d1d57732fcd02.jpg

Недостаток этого теплообменника заключается в одном. В режиме работы горячего водоснабжения теплопередача довольно ограничена. Поэтому, и количество приготовленной горячей воды получается немного ниже, чем в котлах, в которых располагаются сразу два теплообменника.

Запрещено! Использование котлов с битермическими теплообменниками в таких районах, где в воде содержится большое количество солей жидкости, Обусловлено это тем, что благодаря большому перепаду температур в ГВС и контурах отопления намного интенсивнее начинает проходить процесс отложения солей.

В заключение стоит сказать несколько слов о теплообменниках, отличающихся повышенной ёмкостью. Устанавливают их в оригинальных котлах класса VIP — к примеру, таких как Eura. По конструкции они являются шести-восьмилитровыми бойлерами, внутри которых расположены медные змеевики почти по всему объёму. Называют такие теплообменники нередко также ещё и мини-бойлерами.

Через стены такого мини-бойлера проходит контур ГВС, по змеевику — контур теплоносителя. Преимущество такого теплообменника заключается в том, что в связи с большим объёмом теплоносителя в теплообменнике при изменении скорости потока и температуры воды ГВС, начинают сглаживаться пульсации температуры воды прямо на выходе котла. Одним словом, на выходе постоянно обеспечивается горячая вода (со стабильной температурой) в независимости от изменения напора воды и от скачков температуры на входе. Помимо этого, теплообменники с повышенной ёмкостью позволяют воспользоваться функцией под названием «быстрый старт», обеспечивающей сразу же после включения крана подачу горячей воды.

Использование материалов разрешено только при наличии индексируемой ссылки на страницу с материалом.

Теплообменник
– один из главнейших элементов современного газового котельного оборудования. И если вы хотите, чтобы приобретаемый вами котел работал с максимально возможной эффективностью, то в первую очередь нужно смотреть на то, из какого материала он изготовлен, а также насколько качественным является этот самый материал.

Собственно, материал теплообменника
может быть любым, но в современных условиях наибольшее распространение получили медные
, стальные
и чугунные
теплообменники. Каждый из этих материалов обладает своими преимуществами и недостатками, а также степенью эффективности, от которой и будет зависеть производительность приобретаемого котельного оборудования. Предлагаем вам сразу приступить к рассмотрению каждого из указанных видов теплообменников.

Советы по выбору теплообменника

Программа расчёта кожухотрубного подогревателя нуждается в чёткой формулировке исходных данных. Хорошая работа рекуперативного устройства требует чётко сформулированной схемы. Существует несколько положений, которые необходимо учитывать при выборе кожухотрубного теплообменника. Эти положения являются очень важными для расчётов.

В первую очередь стоит отметить, что для жидких и газообразных теплоносителей существует своя скорость циркуляции по трубкам. Как уже было сказано выше, чем больше скорость, тем, соответственно, лучше теплоотдача. Для жидких сред скорость колеблется от 0,6 до 6 м/с. Для газообразных сред скорость может быть от 3 до 30 м/с. Однако от скорости зависит и количество затрачиваемой электроэнергии, поэтому в некоторых случаях скорость теплоносителя занижают, чтобы снизить расход электричества.

При выборе трубок стоит обратить внимание на материал, из которых они изготовлены, а также на их диаметр. Материал трубок подбирается в зависимости от рабочей среды, которая будет циркулировать по ним

Необходимо запомнить — чем агрессивнее среда, тем надёжнее должен быть материал трубок.

Важно! Если очистка системы будет производиться с использованием кислоты, то тогда рекомендуется выбирать трубки из нержавеющей стали. Нержавейка отличается высокими антикоррозийными свойствами, имеет отличную сопротивляемость к агрессивным реагентам и, кроме того, обладает низким коэффициентом теплопроводности

Кожухотрубные теплообменники являются довольно громоздкими аппаратами, поэтому при их выборе стоит учитывать их размеры, чтобы в последующем не возникло сложностей с их транспортировкой и установкой.

Крупногабаритные устройства имеют значительный вес, что увеличивает расходы на транспортировку

Также необходимо учесть то, что после установочных работ перед рекуператором должно быть достаточно места, чтобы в случае необходимости провести оперативный ремонт устройства. Места должно быть столько, чтобы можно было извлечь трубную систему из корпуса. Кожухотрубный теплообменник должен иметь конструкцию, которая учитывает свободный доступ не только к основным элементам, но и к остальным запчастям. Особенно это касается приборов контроля.

Сферы использования

Производство этих устройств началось ещё в начале ХХ века. Это было связано с тем, что тепловые станции нуждались в подогревателях с большой поверхностью, функционирующих при высоком давлении.

Кожухотрубные подогреватели применяются во многих отраслях, среди которых:

  • нефтегазовая промышленность;
  • химические производства;
  • пищевая отрасль.

Практически каждое производство связано с выделением или поглощением тепла, поэтому теплообменные устройства являются востребованными в самых разных сферах человеческой деятельности. От их конструкции и свойств зависит производительность оборудования на предприятиях, а также функционирование бытовых кондиционеров и обогревателей, радиаторов охлаждения в автомобилях и т. д.

Обратите внимание! Подогреватели такого типа чаще всего используются для охлаждения рабочих жидкостей и нагрева хладагента для работы тепловых насосов. . Кожухотрубные теплообменники широко используются в качестве конденсаторов, а также испарителей

На сегодняшний день благодаря развитию промышленных технологий конструкция теплообменников стала более совершенной и продолжает модернизироваться.

Кожухотрубные теплообменники широко используются в качестве конденсаторов, а также испарителей. На сегодняшний день благодаря развитию промышленных технологий конструкция теплообменников стала более совершенной и продолжает модернизироваться.

История появления и внедрения

Изобрели кожухотрубные (или ) теплообменники в начале прошлого века, дабы активно использовать при работе ТЭС, где большое количество нагретой воды перегонялось при повышенном давлении. В дальнейшем изобретение стали использовать при создании испарителей и нагревающих конструкций. С годами устройство кожухотрубного теплообменника совершенствовалось, конструкция стала менее громоздкой, ее теперь разрабатывают так, чтобы было доступно чистить отдельные элементы. Чаще стали применять подобные системы в нефтеперегонной промышленности и производстве бытовой химии, поскольку продукты этих отраслей несут в себе массу примесей. Их осадок как раз и требует периодической чистки внутренних стенок теплообменника.

Устройство и принцип действия

Кожухотрубчатый теплообменник включает в себя несколько элементов конструкции. Рассмотрим основные из них:

  • кожух (корпус);
  • распределительная и направляющая камеры;
  • внутренняя система трубок;
  • трубные решётки;
  • перегородки и уплотнения.

Данная модель устройства отличается наличием кожуха, который скрывает внутренние трубы, отсюда и название — «кожухотрубный»

К корпусу привариваются два патрубка. Один из них отвечает за подвод рабочей среды, а другой — за вывод. В торцы кожуха приваривают специальные фланцы.

Кроме этого, в состав такого подогревателя входят трубные решётки, между которыми привариваются трубы, оснащённые дистанционными решётками. Такая конструкция образует трубную систему рекуператора и позволяет обогревателю быть многоходовым.

В дно рекуператора вставляются два патрубка, которые так же, как и патрубки корпуса выполняют подводящую и выводящую функцию. Дно рекуператора оснащено фланцами. Фланцы рекуператора являются ответными фланцам корпуса. Трубная система такого устройства вставляется в корпус. Решётки фиксируются с помощью специальных уплотнительных элементов и болтов между фланцами рекуператора и корпуса. Это позволяет, в случае необходимости, беспрепятственно выполнить ремонт любого элемента кожухотрубного устройства.

Принцип действия подогревателя такого типа заключается в следующем: горячая и холодная среда циркулирует по двум различным каналам. Сам процесс передачи тепла осуществляется между стенками этих каналов.

Эксплуатация трубчатого теплообменника

Кожухотрубный теплообменник является устройством, которое характеризуется высокой продолжительностью срока службы и хорошими параметрами эксплуатации. Однако, как и любому другому устройству, для качественной и долговременной работы ему необходимо плановое обслуживание. Поскольку в большинстве случаев кожухотрубные теплообменники работают с жидкостью, которая не прошла предварительную очистку, трубки агрегата рано или поздно засоряются и на них образуется осадок и создается препятствие для свободного протекания рабочей жидкости.

Чтобы эффективность работы оборудования не снижалась и не произошла поломка кожухотрубного агрегата, следует систематически проводить его чистку и промывку.

Благодаря этому он сможет осуществлять качественную работу на протяжении длительного времени. По истечению срока действия прибора, рекомендуется осуществить замену его на новый.

Если возникла потребность в ремонте трубчатого теплообменника, то первоначально необходимо произвести диагностику устройства. Это позволит выявить основные проблемы и определит объем предстоящей работы. Самая слабая его часть — это трубки, и, чаще всего, основным поводом ремонта является повреждение трубчатки.

Для диагностики кожухотрубного теплообменника используется метод гидравлических испытаний.

В сложившейся ситуации необходимо произвести замену трубок, а это трудоемкий процесс. Необходимо заглушить вышедшие из строя элементы, в свою очередь это сокращает площадь теплообменной поверхности. Осуществляя ремонтные работы, обязательно нужно учитывать тот факт, что любое, даже малейшее вмешательство, может стать причиной уменьшения теплообмена.

Теперь вы знаете, как устроен кожухотрубный теплообменник, какие есть у него разновидности и особенности.

Преимущества кожухотрубных теплообменников

Кожухотрубные агрегаты в последнее время пользуются высоким спросом, и большинство потребителей предпочитают именно данный тип агрегата. Такой выбор не случаен – кожухотрубные агрегаты имеют множество достоинств.

Основным, и наиболее весомым достоинством является высокая стойкость данного типа агрегатов к гидроударам. Большинство производимых сегодня видов теплообменников таким качеством не обладают.

Вторым преимуществом является то, что кожухотрубные агрегаты не нуждаются в чистой среде. Большинство приборов в агрессивных средах работают нестабильно. Например, пластинчатые теплообменники таким свойством не обладают, и способны работать исключительно в чистых средах.
Третьим весомым преимуществом кожухотрубных теплообменников является их высокая эффективность. По уровню эффективности его можно сравнить с пластинчатым теплообменником, который по большинству параметров является наиболее эффективным.

Таким образом, можно с уверенностью говорить о том, что кожухотрубные теплообменники являются одними из самых надежных, долговечных и высокоэффективных агрегатов.

Недостатки кожухотрубных агрегатов

Несмотря на все плюсы, данные устройства имеют и некоторые недостатки, о которых также стоит упомянуть.

Первый, и наиболее значительный недостаток – большие размеры. В некоторых случаях от использования таких агрегатов приходится отказываться именно из-за крупных габаритов.

Второй недостаток – высокая металлоемкость, которая  является причиной высокой цены кожухотрубных теплообменников.

Расчет теплообменных аппаратов

При расчете поверхностных теплообменных аппаратов основным уравнением для расчета является уравнение

de41dc7e24a67ed59b991af4519df267.jpg(41)

где Q — количество теплоты, переданной через стенку от греющей среды к нагреваемой за единицу времени, Вт; k — коэффициент теплопередачи, равный обратной величине термического сопротивления и определяемый по формуле (42):

5cd68e4d456915c8f6f9dfcf769157c2.jpg (42)

где F — поверхность теплообменника, м2; t — температурный напор, град.

Ранее предполагалось, что температура греющей и нагреваемой сред не изменяется вдоль поверхности нагрева. Однако, хотя такой случай и встречается на практике (в испарителях), но чаще всего температура теплоносителей по поверхности нагрева изменяется. На рис. 39,а показана схема теплообменника, где теплоносители движутся противоточно навстречу друг другу. На рис. 39,б изображен теплообменник, в котором теплоносители движутся по схеме прямотока (параллельного тока); в этом случае величина t изменяется по поверхности нагрева сильнее, чем в предыдущем случае. Бывают и теплообменники с перекрестным током и с движением теплоносителей по сложным схемам (рис. 39,в).

d62d8a5e1fefc1af458ce0c3011530a9.jpg

Рис. 39. Схема теплообменников: а — противоток; б — прямоток; в — перекрестный ток

def9eacea3a2e7c43ac73f17c344a7e4.jpg

Рис. 40. Изменение температуры жидкости в теплообменном аппарате: а — прямоток; б — противоток

Строение и принцип работы

Механизм действия легко рассмотреть на примере пластинчатого теплообменника заводской сборки. Структура предусматривает два контура и четыре выхода. Пластинчатое устройство разделяет потоки по давлению и температуре. Теплоносителями выступают кислоты и другие жидкости.

теплообменники для отопления предполагают подключение к одному контуру теплых полов, а к другому – теплоцентрали.

Прямое подключение центрального теплоносителя невозможно, поскольку это приводит к выходу из строя теплого напольного покрытия.

Это происходит из-за повышения давления в теплоцентрали, температурных перепадов и присутствия химически агрессивных веществ в теплоносителе.

Строение теплообменника представлено на рисунке ниже.

efb6c29d9fac78863ca458840f9aa08b.jpgСхематичное устройство пластинчатого теплообменника

Структуру теплообменника составляют:

  • станина, которая с одной стороны устройства прикрепляется к неподвижной прижимной плите и служит элементом опоры;
  • пакет пластин, образующий между составляющими элементами каналы для теплоносителя;
  • рама, которая состоит из подвижной прижимной плиты , неподвижной прижимной плиты и задней стойки;
  • кожух, служащий для защиты устройства от внешних воздействий;
  • шпильки, которые размещены по краю отверстий, через которые в устройство поступает теплоноситель;
  • прокладка, необходимая для герметичности каналов;
  • опорные и крепежные элементы (направляющие балки, несущая база, лапы станины и рамы, подшипники, болты, гайки, шайбы).

Синие и красные стрелки на рисунке обозначают направления движения холодного и горячего теплоносителя внутри теплообменника соответственно.

В быту применяют теплообменник, чей принцип функционирования основан на разделении потоков и поддержании автономного функционирования теплых полов при пониженном уровне рабочего давления в 1,5 бара и подключении чистой воды.

Структуру теплообменного оборудования составляют три группы пластин:

  1. Набранные, принадлежащие автономной системе отопления с пониженным уровнем давления.
  2. Набранные, принадлежащие центральной системе отопления с повышенным уровнем температуры и давления.
  3. Разделительные, характеризующиеся малой толщиной и передающие тепло от централизованной системы к автономной.

Число и параметры пластин предопределяют мощность теплообменного оборудования. Каждое устройство предполагает установку очистительного фильтра. Он способен удержать грубые частицы: окалины, стружку и прочие. Фильтр нуждается в периодическом промывании очистительными растворами.

Принцип работы теплообменника

Принцип работы теплообменника заключается в передаче тепловой энергии от одного теплоносителя к другому. В устройство поступает прямая греющая среда и холодная среда. При прохождении их между пластинами по каналам происходит нагревание холодной среды. На выходе из теплообменника получают нагретую среду и обратную греющую среду. Внутри оборудования теплообменивающие жидкости движутся навстречу друг другу, то есть в противотоке, и не могут смешиваться, поскольку разделены пластинами.

Принцип работы теплообменника

ff040f9a32bd0f433a9832d9fd7ab34c.jpgСовременный теплообменник может работать по трём основным процессам:

  • конвекция;
  • тепловое излучение;
  • теплопроводность.

Классификация приборов происходит по тому, каким из способов тепло поставляется к холодному объекту, а именно:

  • смесительный способ;
  • теплообменный способ.

В их принципе работы, устройстве и виде заключается основная разница

Именно потому важно, прежде чем совершить покупку теплообменника, изучить все имеющиеся виды в продаже. Лучшим вариантом описания принципа действия изделия является пример с поверхностными агрегатами

Они считаются одними из самых распространённых конструкций среди пользователей. Внутри этого прибора сосредоточены чувствительные элементы, которые нагреваются, передавая тепло холодному объекту.

Если взять смесительный агрегат, то он совмещает в себе взаимодействие воздуха и жидкости, выдавая в итоговом результате высокий уровень коэффициента полезного действия. Тем самым — это устройство становится лёгким по изготовлению, с высокой скоростью получения нужного результата. Только при смешивании двух различных сред можно достичь подобных результатов.

Каждый теплообменник имеет и набор устройств, которые работают по особому принципу. Их разделяют на два вида:

  • рекуперативные;
  • регенеративные.

В первом виде подразумевается использование двух разных жидкостей. Они взаимодействуют между собой с помощью разделительной стенки. В процессе обмена температурами, поток в обоих вариантах остаётся прежним и не изменяется. Во втором виде теплообменников прослеживается наличие рабочего элемента, который в то же время является и источником поставляемого тепла и своеобразным зарядным устройством. При контакте с жидкостями, элемент нагревается, издавая в пространство необходимое тепло. В этом случае, поток тепла может изменить своё направление.

Буржуйка с теплообменником. Видео

Про особенности изготовления буржуйки из газовых баллонов с теплообменником можно узнать из видео ниже.

Несмотря на широту сфер применения теплообменников, наиболее популярным является их использование в качестве дополнительной системы отопления. Оптимальные технические характеристики обеспечивают качественный прогрев помещений любой площади. Установка полов с теплообменниками не занимает много времени, они просты в эксплуатации и долговечны. Необходимо своевременно проводить профилактические осмотры системы, чтобы своевременно устранять возможные проблемы.

Монтаж

Монтаж пластинчатого теплообменника, как наиболее распространенного, осуществляется по трем вариантам:

  • параллельному;
  • смешанному двухступенчатому;
  • последовательному двухступенчатому.

При параллельном монтаже требуется установить терморегулятор. Этот способ экономит пространство, время, а также не требует больших затрат. Двухступенчатая смешанная схема обеспечивает значительную экономию теплоносителя. Это достигается благодаря использованию обратного тока теплой воды для обогрева потока с более низкой температурой.

Использование последовательной схемы применяет разделение входящего потока на две ветки. Одна из них проходит сквозь регулятор, другая – сквозь подогреватель. Далее оба потока смешиваются, после чего попадают в отопительный блок. Это экономит теплоноситель. Полная автоматизация оборудования невозможна.

Теплообменники закрепляются на стене с помощью крепежной ленты, консоли и уголка, прикрепленного к нижней части устройства. После этого требуется провести установку фильтров. Минимальное условие – присутствие фильтрующей системы в системе теплоцентрали. Перед установкой стоит подготовить краны и американки – резьбовые разъемные соединительные компоненты. Каждый из них включает в состав накидную гайку, прокладку и два фитинга

Важно правильно подбирать запчасти, чтобы они подходили к диаметру системы подключения. Тогда монтаж не вызовет затруднений

33957dd155f5eae0f0b1ad28c3f2e0b2.jpgВнешний вид пластинчатого теплообменника

Первичный и вторичный теплообменник в газовом котле, отличия

Мы уже упоминали о том, что к числу ключевых и важных элементов отопительной системы можно смело отнести теплообменник для газового котла. Часто в параметрах котла он упоминается, но редко где говорится о нем подробно. Рассматривали мы также и типы материалов, из которых предпочтительно выбирать материал для своего теплообменника. Сегодня же мы поговорим о том, какими бывают теплообменники, и какие функции они выполняют.

Если рассматривать функции теплообменника в целом, то они не только многочисленны, но и достаточно важны, так как от этого устройства зависит и функция, и назначение газового котла. Но, и это ещё не всё. С помощью именно теплообменника холодный теплоноситель получает тот необходимый объём тепла, от уже нагретого теплоносителя. Также, ещё одна немаловажная функция – эта деталь отопительной системы осуществляет передачу энергии тепла от самого теплоносителя к санитарной воде, а также, от газа, который сгорает,  к теплоносителю. Именно поэтому, в зависимости от того способа передачи тепла жидкости, классифицируют следующие виды теплообменников:

  • Первичный теплообменник – в таком виде теплообменника передача энергии осуществляется от газа непосредственно к теплоносителю.
  • Вторичный теплообменник – в таком теплообменнике передача энергии происходит от жидкости к теплоносителю.
  • Совмещённые или битермические теплообменники – такой вид теплообменников отличает особенность двойного обмена тепла, как от теплоносителя к воде, так и от газа к теплоносителю.

Также, существует классификация теплообменников согласно их назначения – бывают испарительные, нагревательные, охлаждающие, и конденсирующие теплообменники. И, в зависимости от среды – бывают теплообменники для воды/воды, жидкости/пара, воды/газа…

А теперь о каждом из них более подробно#8230

Первичный теплообменник

Выглядит эта деталь как большая труба, изогнутая в одной плоскости в форме змеевика. Изготавливается из специальных антикорозийных материалов – меди, стали… Дополнительно в этой плоскости располагаются и пластины различного размера. Для того, чтобы защитить такие рабочие поверхности от появления ржавчины их покрывают специальной краской. Что же касается мощности данной детали, то она зависит от длины трубы и количеств « рёбер». Как правило, такие детали объединяет единое конструктивное решение, возможные различия лишь касаются способа подключения трубы или же размеров самого теплообменника, и показателей его мощности. Однако, следует помнить, что негативное воздействие на работу этой составляющей оказывают не только внешние факторы – грязь и копоть, но и внутренние – отложение солей. Всё это приводит к тому, что нарушаются процессы циркуляции в теплоносителе, и уменьшается теплопроводность стен этого устройства

Именно поэтому, к сервисному техническому обслуживанию первичного теплообменника необходимо уделять должное и своевременное внимание, проводить его промывку и очистку. Также, специалисты по газовому оборудованию рекомендуют дополнительно приобретать для первичного теплообменника фильтры, которые не только увеличивают срок эксплуатации газового котла, но и защищают теплообменник от негативных накоплений и  их агрессивных воздействий

Вторичный теплообменник

Сферы применения

Пищевая промышленность. Производя спирт, пиво, растительное масло, сахар и молочные продукты, обязательно используют теплообменники. Здесь они предназначены для пастеризации продуктов, их охлаждения и возможного испарения. Для таких целей очень часто используют паяный вид пластинчатых теплообменников, хотя нередко также применяют разборной теплообменник.

Металлургия. Охлаждение на металлургии нужно как нигде. Это связано с тем, что печи, стаканы, различные гидравлические системы и другие устройства вырабатывают огромное количество тепла. Для снижения этого показателя используют пластинчатые теплообменники, которые выступают как охладители. В качестве охладителей могут использоваться паяные, сварные и даже спиральные теплообменники. Выбор устройства напрямую зависит от условий его эксплуатации.

Судостроение. За охлаждение главного двигателя судна и всей центральной системы также отвечает теплообменник. Здесь вместо обычной среды может быть использована морская вода или моторные масла различных уровней вязкости. Кроме этого на судне теплообменники могут применять для поддержания работы отопительной системы, для ГВС, но это касается исключительно крупных суден.

Нефтегазовая промышленность. Для крекинга, охлаждения и подогрева нефти также используются пластинчатые теплообменники. Зачастую такие теплообменники:

  • низкого давления
  • сетевые
  • химической подготовки воды

В таких теплообменниках принято использовать пластины из титана, толщиной в 7 миллиметров, с давление в 25 бар. Для такого оборудования применяют уплотнители NBR или Витон, если нужны прокладки устойчивые к высоким температурным условиям.

Коммунальное теплоснабжение. Подогрев воды, «теплый пол», горячее водоснабжение – для всего этого также используют пластинчатые теплообменники. Такое устройство способно работать при температуре до 150 градусов по Цельсию, с давлением до 16 кПа. В таких теплообменниках используют пластины из антикоррозийной стали, толщина которых может достигать 5 миллиметров. Имеется уплотнение из этиленпропилена.

Самостоятельное изготовление теплообменника

Теплообменник вполне доступен для самостоятельного изготовления, что неоднократно использовалось многими домашними умельцами для создания этого агрегата отопления с минимальными финансовыми затратами. Если рассматривать основные типы теплообменников, изготовленные своими силами, можно выделить следующие их разновидности: выполненные собственными руками бойлеры открытого типа и расположенные вблизи источника тепла змеевики.

Вариант первый

В первом случае используется любая открытая емкость, имеющая достаточную прочность для накопления воды под нормальным давлением. Нагрев в таком изготовленном своими руками агрегате осуществляется с помощью погружения в емкость источника передачи тепла. Такие конструкции популярны для получения горячей воды в небольших загородных домах и других постройках для временного использования.

Вариант второй

Второй тип доступных для изготовления своими руками теплообменников представляет собой изогнутую трубу (змеевик), которую пропускают в непосредственной близости от котла отопления, домовой печи либо другого источника высокой температуры. Вода в трубе нагревается косвенным путем и поступает потребителю.

Виды теплообменных аппаратов

Теплообменные аппараты подразделяются на несколько групп в зависимости от:

  • типа взаимодействия сред (поверхностные и смесительные);
  • типа передачи тепла (рекуперативные и регенеративные);
  • типа конструкции;
  • направления движения теплоносителя и теплопотребителя (одноходовые и многоходовые).

Наиболее наглядно классификация теплообменных аппаратов представлена на следующем изображении (если нужно увеличить картинку, то просто кликните по ней):

a4c52e6dc7bfc1c3d4abc04157ba0cfb.jpg

Рис. 1. Виды устройств теплообменников в зависимости от принципа работы

По типу взаимодействия сред

Поверхностные

Теплообменные аппараты данного вида подразумевают, что среды (теплоноситель и теплопотребитель) между собой не смешиваются, а теплопередача происходит через контактную поверхность – пластины в пластинчатых теплообменниках или трубки в кожухотрубных.

Смесительные

Кроме поверхностных теплообменников используются агрегаты, в основе эксплуатации которых лежит непосредственный контакт двух веществ.

Наиболее известным вариантом смесительных теплообменников являются градирни:

c0c734cb7bbac5a56531d22e8bd0e079.jpg

Рис. 2. Градирни – один из видов смесительных ТО

Градирни используются в промышленности для охлаждения больших объемов жидкости (воды) направленным потоком воздуха.

К смесительным теплообменникам относятся:

  • паровые барботеры;
  • сопловые подогреватели;
  • градирни;
  • барометрические конденсаторы.

По типу передачи тепла

Рекуперативные

В данном виде устройств теплопередача происходит непрерывно через контактную поверхность. Примером такого теплообменного аппарата является .

Регенеративные

Отличаются от рекуператоров тем, что движение теплоносителя и теплопотребителя имеют периодический характер. Основная область применения таких установок – охлаждение и нагрев воздушных масс.

Установки с подобным типом действия нужны в многоэтажных офисных зданиях, когда теплый отработанный воздух выходит из здания, но его энергию передают свежему входящему потоку.

00678aa33deda469457afb62ff4f082d.jpg

Рис. 3. Регенеративный теплообменник

На изображении видно, как в теплообменник поступают 2 потока: горячий (I) и холодный (II). Проходя через коллектор 1, горячая среда нагревает гофрированную ленту, свернутую в спираль. В это время через коллектор 3, проходит холодный поток.

Спустя какое-то время (от нескольких минут до нескольких часов), когда коллектор 1, заберет достаточное количество тепла (точное время зависит от тех. процесса), крыльчатки 2 и 4 поворачиваются.

Таким образом изменяется направление потоков I и II. Теперь холодный поток идет через коллектор 1 и забирает тепло.

По типу конструкции

Вариаций конструкций теплообменных аппаратов очень много. Их выбор и подбор конкретной модели зависит от большого количества условий эксплуатации и технических характеристик:

  • мощность теплообменника;
  • давление в системе;
  • тип сред (агрессивные или нет);
  • рабочие температуры;
  • прочие требования.

Подробную классификацию типов конструктивов теплообменных аппаратов можно посмотреть выше на Рис. 1.

По направлению движения сред

Одноходовые теплообменники

В данном виде агрегатов теплоноситель и теплопотребитель пересекают внутренний объем теплообменника однократно по кратчайшему пути. Наглядно это показано в следующем видео:

Подобная схема движения в ТО используется в простых случаях, когда не требуется повышать теплоотдачу от теплоносителя хладогенту. Кроме того, одноходовые теплообменники требуют более редкого обслуживания и промывки, так как на внутренних поверхностях скапливается меньше отложений и загрязнений.

Многоходовые теплообменники

Применяются, когда рабочие среды плохо отдают или принимают тепло, поэтому КПД теплообменного аппарата увеличивают за счет более длительного контакта теплоносителя с пластинами агрегата.

Пример работы двухходового пластинчатого теплообменника представлен в данном видео:

Принцип работы и устройство пластинчатого теплообменника для котельного оборудования

dfbd73b8d456d4689b527790da4024c7.jpg

Пластинчатые теплообменники, виды, устройство и принцип работы которых описаны в данной статье, относятся к классу рекуперативных устройств. Эти аппараты имеют теплообменную поверхность, которая образована целым набором штампованных тонких стальных пластин с гофрированным основанием. Эти теплообменники для котлов имеют в составе элементы, собираемые в единый пакет, который формирует между собой каналы, по последним проходит теплоноситель, обменивающийся тепловой энергией.

Принцип работы таких устройств нельзя назвать самым простым, в нем пластины устанавливаются по отношению друг к другу с поворотом на 180 градусов. Это позволяет скомпоновать 4 элемента, из которых два будут относиться к отвода, тогда как другие — к подаче теплоносителя.

Два крайних элемента в процессе обмена тепловой энергией участвовать не будут. Подобные теплообменники для котлов могут обладать разным принципом действия в зависимости от компоновки, которая бывает многоходовой или одноходовой. В последнем случае теплоноситель разделяется на параллельно идущие потоки, он проходит по всем каналам и устремляется для вывода в порт. Многоходовая компоновка предполагает использование более сложной схемы, так как теплообменник в этом случае передвигается по одинаковому числу каналов. Это достигается несколько иным способом, который выражен в наличии дополнительных пластин. В них входят глухие порты. Помимо прочего, обслуживать данную разновидность пластинчатого теплообменника несколько сложнее.

Основные виды теплообменных аппаратов

Согласно формам строения теплообменники разделяют на две большие группы – пластинчатые и трубчатые. Первые получили наибольшее распространение в пищевой промышленности, горячем водоснабжении и отоплении частных домов. Они представляют собой набор пластин с рифленой поверхностью и каналами, соединенные в единый аппарат с помощью прокладок и стяжек. Патрубки, по которым теплоноситель и теплоприемник поступают в устройство и выходят из него чаще всего располагаются на передней и задней поверхностях плит, что обеспечивает легкость эксплуатации.

Согласно методу соединения виды теплообменников пластинчатого типа разделяются на группы:

  • Разборные – герметизацию которых обеспечивают резиновые уплотнители. Их главными преимуществами являются легкость установки и эксплуатационного обслуживания, благодаря чему их активно используют на заводах и в домах. Недостатком же следует считать необходимость регулярной замены прокладок, а также отсутствие возможности работы с агрессивными средами.
  • Паянные теплообменники имеют более прочную конструкцию. Их изготавливают сугубо из высококачественной нержавеющей стали, а процесс пайки производится при создании условий вакуума. Они редко требуют эксплуатационного ремонта и способны эффективно работать с кислотами и щелочами, что сделало их неотъемлемой частью химической промышленности.
  • Сварные теплообменники, изготовленные из стали, титана или никелевых сплавов, используются в самых экстремальных условиях высокого давления и температур.

9f9f89e5b993cc5bbce65e68a102c04c.jpg

 

 

 

 

 

 

 

 

Трубчатые теплообменники применяются преимущественно в производстве, а также в качестве конструктивного элемента бытовой техники – холодильников и кондиционеров. Их общим преимуществом является устойчивость к суровым условиям работы: высоким и низким температурам, агрессивным средам и создающемуся внутри давлению.

Наиболее простой моделью трубчатого теплообменника является конструкция «труба в трубе», при которой по внутреннему контуру проходит теплоноситель, а по внешнему – теплоприемник. Возможность вариации диаметра труб с целью обеспечения оптимальной скорости движения сред и легкость обслуживания послужили главным фактором применения этой модели. Но ее внушительные габариты при малой эффективности нагрева заставили конструкторов искать иные варианты конструкций.

Ныне виды теплообменных аппаратов трубчатого типа включают достаточно большой ассортимент конструкций, используемых во всех отраслях промышленности:

  • представляют собой множество труб малого сечения, объединенных одним кожухом. Соединенные в решетку, они представляют собой компактное устройство с высокой эффективностью работы. При необходимости увеличения объема жидкостей и скорости кожухотрубные теплообменники объединяют между собой в секционные конструкции.
  • Витые устройства – система труб, предназначенных для теплоносителя и теплоприемника, плотно закрученные вокруг сердечника. Компактные и высокопродуктивные аппараты.
  • Спиральные теплообменники имеют аналогичную конструкцию, с той лишь разницей, что оба смежных канала обвивают центральную перегородку устройства. Их главная функция – нагрев и охлаждение вязких, тягучих жидкостей.
  • Оросительные устройства представляют собой спираль с желобом, на который стекает жидкость. Такая конструкция теплообменника актуальна для создания систем вентиляции и кондиционирования, обеспечения работы морозильных и охладительных камер.

57c2e530b964fbccb468b3e26625fe1d.jpg

 

 

 

 

 

 

 

 

Наибольшую распространенность во всех сферах промышленности и жизни людей ныне занимают пластинчатые теплообменники, которые за счет рифленой поверхности контуров обеспечивают максимальное прилегание и циркуляцию сред. Такая конструкция обеспечивает наивысшую эффективность при компактных размерах и простоту технического обслуживания.

Принцип работы двухконтурного газового котла

Теперь мы приступим к разбору принципа работа газового двухконтурного котла. Назначение отдельных узлов и модулей мы выяснили, теперь эти знания помогут нам понять, как работает все это оборудование. Рассматривать принцип работы будем в двух режимах:

  • В режиме обогрева;
  • В режиме генерации горячей воды.

b4994df4dcc9bf2f6af8012f26be6514.jpg

В режиме обогрева котел обеспечивает ваш дом теплом.

Сразу отметим тот факт, что работа в двух режимах сразу невозможна – для этого в двухконтурных котлах предусмотрен трехходовой клапан, направляющий часть теплоносителя в контур ГВС. Давайте рассмотрим принцип работы при обогреве, а потом узнаем, как работает техника в режиме горячего водоснабжения.

В режиме обогрева двухконтурный котел работает так же, как и самый обычный проточный нагреватель. При первом включении горелка работает довольно долго, поднимая температуру в контуре отопления до заданной отметки. Как только будет достигнут необходимый температурный режим, подача газа отключится. Если в доме установлен датчик температуры воздуха, то автоматика будет учитывать его показания.

На работу газовой горелки в двухконтурных котлах может влиять и погодозависимая автоматика, контролирующая температуру уличного воздуха.

Тепло от работающей горелки нагревает теплоноситель, который гоняется по отопительной системе в принудительном режиме. Трехходовой клапан находится в таком положении, чтобы обеспечить нормальное прохождение воды через основной теплообменник. Продукты сгорания удаляются двумя способами – самостоятельно или с помощью специального вентилятора, располагающегося в верхней части двухконтурного котла. Система ГВС при этом находится в отключенном состоянии.

Работа в режиме подачи горячей воды

Что касается контура горячего водоснабжения, то он запускается в тот момент, когда мы поворачиваем ручку водопроводного крана. Появившийся ток воды приводит к срабатыванию трехходового клапана, который отключает отопительную систему. Одновременно с этим происходит розжиг газовой горелки (если на тот момент она была отключена). Спустя несколько секунд из крана начинает течь горячая вода.

4e3dcfc76fbe56ae5ac9b049a39b0837.jpg

При переходе в режим подачи горячей воды, контур отопления полностью отключается.

Давайте разберем принцип работы контура ГВС. Как мы уже говорили, его включение приводит к отключению работы отопления – здесь может работать только что-то одно, или ГВС или отопительная система. Управляет всем этим трехходовой клапан

Он направляет часть горячего теплоносителя во вторичный теплообменник – обратите внимание, что никакого пламени на вторичке нет. Под действием теплоносителя теплообменник начинает греть протекающую через него воду

Схема несколько сложноватая, так как здесь задействуется малый круг циркуляции теплоносителя. Подобный принцип работы нельзя назвать самым оптимальным, зато двухконтурные газовые котлы с раздельными теплообменниками могут похвастаться нормальной ремонтопригодностью. Каковы особенности котлов с комбинированными теплообменниками?

  • Более простая конструкция;
  • Высока вероятность образования накипи;
  • Более высокий КПД у ГВС.

Как мы видим, недостатки плотно переплетаются с достоинствами, но раздельные теплообменники ценятся больше. Конструкция несколько усложняется, зато здесь отсутствует накипь. Обратите внимание, что в момент работы ГВС протекание теплоносителя по отопительному контуру останавливается. То есть, его длительная работа способна нарушить тепловой баланс в помещениях.

Как только мы закрываем кран, происходит срабатывание трехходового клапана, и двухконтурный котел переходит в режим ожидания (или сразу же включается подогрев чуть остывшего теплоносителя). В таком режиме оборудование будет находиться до тех пор, пока мы снова не откроем кран. Производительность некоторых моделей достигает до 15-17 л/мин, что зависит от мощности используемых котлов.

Разобравшись с принципом работы газового двухконтурного котла, вы сможете понять назначение отдельных узлов и даже сможете самостоятельно разобраться в вопросах ремонта. На первый взгляд, устройство кажется очень сложным, а плотная внутренняя компоновка вызывает уважение – все-таки разработчикам удалось создать почти идеальное отопительное оборудование. Двухконтурные котлы, таких фирм как Vaillant. активно используются для обогрева зданий различного назначения и для генерации горячей воды, заменяя собой сразу два прибора. А их компактность позволяет сэкономить место и избавиться от необходимости приобретения напольного котла.

Классификация

Классификация теплообменников предусматривает их деление на такие виды:

  • пластинчатые;
  • трубчатые.

Пластинчатые устройства включают набор пластин с волнистыми каналами со штамповкой и поверхностями, предназначенными для циркуляции жидкостей. Пластины соединены при помощи прорезиненных прокладок и стяжек. Преимущества подобных устройств – легкость в применении и компактность.

Пластинчатые теплообменники находят все более широкое применение. Сфера их использования не ограничивается только промышленным оборудованием, возможен также монтаж этих устройств в жилых домах для монтажа отопительных систем.

Пластинчатые теплообменники классифицируются на группы:

  • неразборные (они же сварные и паяные);
  • полусварные;
  • разборные.

Разборные устройства наиболее популярны. В них пластины разделены при помощи резиновых уплотнителей. Установка не занимает много времени, а эксплуатация не вызывает трудностей.

Классический вариант пластинчатых теплообменников имеет входные и выходные патрубки на поверхности передней плиты. Некоторые устройства имеют патрубки и на передней, и на задней панелях. Рабочие среды подсоединяются к патрубкам посредством фланцевых, резьбовых, стальных соединений. Некоторые модели имеют меньшее количество патрубков, тогда теплоносители подсоединяются непосредственно к плите.

Трубчатые теплообменники включают трубы малого диаметра, вваренные в другие трубы. Достоинствами устройства считается применение в условиях повышения давления.

По критерию способа теплообмена техника подразделяется на смесительную и поверхностную. Устройства смесительного типа передают тепло при плотномконтактировании носителей. Поверхностные теплообменники содержат два контура, в которых происходит перемещение сред с отличными температурами. Обмен теплом между ними возможен через поверхностные элементы пластин, стенок, листов или труб, которые выполнены из теплопроводящих материалов (нержавеющей или высокоуглеродистой стали, сплавов цветных металлов). Этот тип оборудования применяется в жилищно-коммунальном хозяйстве, промышленных предприятиях и в организации малого бизнеса.

Поверхностные теплообменники делятся виды: рекуперативные и регенеративные. Рекуперативные теплообменники характеризуются константным обменом тепла посредством стенок контуров при однонаправленном движении носителей. В регенеративных устройствах происходит поочередный контакт носителей с теплообменивающей поверхностью.

Рекуперативные теплообменники тоже классифицируются:

  1. Погружные. Принцип работы предусматривает движение одного теплоносителя по змеевику, который погружен в бак, содержащий второй жидкий теплоноситель. Модель отличается удобством в применении, характеризуется оптимальной стоимостью.
  2. Оросительные. Сфера применения – как конденсаторы в системах охлаждения. Теплобменники выглядят как змеевики из горизонтальных труб, которые размещены в вертикальной плоскости. У каждого ряда труб есть желоб, по которому на них стекает вода пониженной температуры. Вода, которая не испарилась, возвращается в систему благодаря насосу.
  3. Витые. Представляют собой систему труб, намотанных на сердечник. Компактны и высокоэффективны.
  4. Спиральные. Для оборудования характерен вид двух спиральных каналов, которыми обвита центральная перегородка. Предназначены для охлаждения и нагрева вязких жидкостей.
  5. Кожухотрубные. Трубные решетки присоединены к кожуху посредством сварки. В них закрепляются трубы. Крепление их происходит плотно при помощи развальцовки. Решетки закрыты крышками на шпильках, болтах и прокладках. Кожух включает штуцера (патрубки). Принцип работы заключен в циркуляции носителя тепла в межтрубном пространстве и по трубам. Увеличение теплоотдачи происходит при помощи оребрения.
  6. Секционные – последовательность секций, которые представляют собой кожухотрубные устройства.
  7. Пластинчатые. Включают набор пластин с волнистыми поверхностями со штамповкой и каналами для движения жидкостей. Возможна работа только при пониженном давлении.

878b1fabce1704fb953d2d693201e38a.jpgКожухотрубный теплообменник

Принцип работы кожухотрубного теплообменника

Исходя из названия, теплообменник – это устройство, создаваемое с целью передать вырабатываемое тепло на нагреваемый предмет. Теплоносителем в данном случае выступает конструкция, описанная выше. Работа кожухотрубного теплообменника заключается в том, что холодная и горячая рабочие среды двигаются по разным кожухам, и теплообмен происходит в пространстве между ними.

44002f2d8099faaa95d6cd61cc96a2c5.jpg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рабочей средой внутри труб является жидкость, в то время как горячий пар проходит в расстоянии между труб, образуя конденсат. Поскольку стенки труб нагреваются больше, чем доска, к которой они прикреплены, эту разность необходимо компенсировать, иначе бы устройство имело значительные потери тепла. Для этого применяются так называемые компенсаторы трех типов: линзы, сальники или сильфоны.

Также, при работе с жидкостью под высоким давлением используют однокамерные теплообменники. Они имеют изгиб U, W-образного типа, необходимое чтобы избежать высоких напряжений в стали, вызываемых тепловым удлинением. Их производство достаточно дорогое, трубы в случае ремонта сложно заменить. Поэтому такие теплообменники пользуются меньшим спросом на рынке.

Расчет параметров

Долгое время кожухотрубные теплообменники считались самыми компактными среди существующих. Однако появились пластинчатые теплообменники, которые в три раза компактнее кожухотрубных. К тому же, особенности конструкции подобного теплообменника приводят к возникновению температурных напряжений из-за различия температур между трубами и кожухом

Поэтому при выборе подобного агрегата очень важно сделать его грамотный расчет.

a490e6b66e5c697126701f3a30ce8bbb.jpg

Формула расчёта площади кожухотрубчатого теплообменника

F — площадь поверхности теплообмена;tср – средняя разность температур между теплоносителями;К – коэффициент теплопередачи;Q — количество теплоты.

Для проведения теплового расчета кожухотрубного теплообменника необходимы следующие показатели:

  • максимальный расход греющей воды;
  • физические характеристики теплоносителя: вязкость, плотность, теплопроводность, конечная температура, теплоемкость воды при средней температуре.

При осуществлении заказа кожухотрубчатого теплообменника важно знать, какими техническими характеристиками он обладает:

  • давление в трубах и кожухе;
  • диаметр кожуха;
  • исполнение (горизонтальное\вертикальное);
  • тип трубных решеток (подвижные\неподвижные);
  • климатическое исполнение.

Самостоятельно сделать грамотный расчет достаточно сложно. Для этого необходимы знания и глубокое понимание всей сути процесса его работы, поэтому лучшим способом станет обращение к специалистам.

Производителем кожухотрубчатых теплообменников является шведская компания .

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.

75ab94b32663e8897637f8b2a7c14c5d.jpg

Рис. 8. Виды смесительных теплообменников: 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.

Подробнее о видах теплообменников

1. Пластинчатые разборные теплообменники (состоят из отдельных пластин, разграниченных резиновыми прокладками, двух концевых камер, рамы и крепежных болтов)

b2737e61ec3414604cd0d8e888f5bd3e.jpga43542143b235663e3e36e193cbc4cd0.jpg

2. Пластинчатые паяные теплообменники (состоит из набора металлических гофрированных пластин, изготовленных из нержавеющей стали, которые соединены между собой посредством пайки в вакууме с использованием медного или никелевого припоя)

0c04e25d7b5a7b494219532715c97cd2.jpg

3. Пластинчатые сварные теплообменники предназначены для использования в условиях экстремально высоких температурах и давлениях на установках, параметры которых не позволяют использовать уплотнения. Эти теплообменники отличаются высокой эффективностью, малыми габаритами и требуют минимального обслуживания. Материал пластин – нержавеющая сталь, титан, никелевые сплавы.

5f7c1c8883935ec2db2219bea3d589f7.jpg

Рабочие среды – высокотемпературный пар, газы и жидкости, в том числе агрессивные, а также их смеси. Сварные ТО отличаются от РПТО опять же методом герметизации пластин, в сварных аппаратах пластины свариваются сталью, образованные сварные кассеты компонуются внутри стальных плит. Применяются в тех. процессах с агрессивными средами, газовыми средами, на больших давлениях.

4. Пластинчатые полусварные теплообменники. Аналогично, как и в сварных аппаратах, пластины свариваются в кассеты, но метод соединения кассет между друг другом посредством паронитовых соединений. Область применения – тех. процессы с агрессивными средами. Пластинчатый полусварной теплообменник сделан в виде конструкции из небольшого количества сварных модулей. А они в свою очередь соединены при помощи лазерной сварки в виде пары пластин. Вся эта конструкция собрана между торцевыми плитами при помощи болтов. Между каждым сварным модулем проложен резиновый уплотнитель.

d2a4606c8e775233e759ab168cbdb888.jpg

Такие теплообменники применяются в особых случаях, когда в качестве теплоносителя будет использовано вещество с очень высокой температурой, давлением, любым другим опасным параметром или просто опасное вещество. В этом случае оно будет перемещаться в заваренных каналах по теплообменным пластинам.

5. Кожухотрубные теплообменники (их основными элементами являются пучки труб, собранные в трубные решетки и помещенные в корпус, патрубки и концы труб крепятся в трубных решетках развальцовкой, сваркой, пайкой)

d719fdcefac2b8c6ec0ab8a4034a374f.jpg

6. Спиральные теплообменники (поверхность нагрева образуется двумя тонкими металлическими листами, приваренными к разделителю (керну) и свернутыми в виде спирали) В спиральном теплообменнике, в отличии от РПТО используются всего две пластины, свернутые вокруг керна в спираль и «упакованные» в сваренные кожух.

6f9e10009bec7542a720d14c060b8c36.jpg

Используются спиральные аппараты в тех. процессах, с агрессивными средами и высокими давлениями (P.S. на данный момент из брендов на нашем рынке остался один производитель – Alfa Laval. GEA и Sondex отказались от дальнейшего выпуска данных аппаратов. Исключительная компактность и эффект самоочистки делают спиральные теплообменники Альфа Лаваль в высшей степени универсальным оборудованием – они применимы, как в работе с жидкими неоднородными средами, склонными к образованию отложений на теплопередающих поверхностях, так и при наличии конденсации пара или газа в условиях высокого вакуума.

Добавить комментарий

Adblock
detector