Výměníky tepla a trubice: návrh, technické vlastnosti, výroba

Výměník tepla je zařízení, v němž se teplo přenáší mezi chladiči.

Princip činnosti

Výměnné výměníky tepla a trubky jsou rekuperačního typu, kde jsou média odděleny stěnami. Jejich práce spočívá v procesech výměny tepla mezi kapalinami. V takovém případě může dojít ke změně agregačního stavu. Přenos tepla se může objevit také mezi kapalinou a parou nebo plynem.

Výhody a nevýhody

Výměníky tepla a trubice jsou společné díky následujícím pozitivním vlastnostem:

• odolnost proti mechanickému namáhání a hydraulickým otřesům;
• nízké požadavky na čistotu médií;
• vysoká spolehlivost a trvanlivost;
• široká nabídka modelů;
• možnost použití v různých prostředích.

Nevýhody tohoto typu modelu zahrnují:

• malá hodnota koeficientu přestupu tepla;
• významné rozměry a vysoká spotřeba kovů;
• vysoká cena díky zvýšenému obsahu kovu;
• potřeba používat zařízení s velkým okrajem v souvislosti se zástrčkou poškozených trubek při opravách;
• kolísání hladiny kondenzátu nelineárně měnit přenos tepla v zařízeních s horizontálním provedením.

Výměnné výměníky tepla a trubky mají nízký koeficient přenosu tepla. To je částečně způsobeno skutečností, že prostor těla je dvakrát větší než celkový průřez trubek. Použití vodicích přepážek umožňuje zvýšit rychlost kapaliny a zlepšit přenos tepla.

V prstencovém prostoru prochází chladicí kapalina a ohřáté médium je přiváděno trubkami. Podobně se může také ochladit. Účinnost přenosu tepla je zajištěna zvýšením počtu trubek nebo vytvořením příčného proudu vnějšího chladiva.

Kompenzace rozšíření teploty

Teplota chladiva je odlišná a v důsledku toho dochází k tepelné deformaci konstrukčních prvků. Tepelný výměník se provádí s nebo bez kompenzace roztažení. Pevné upevnění trubek je přípustné, když teplotní rozdíl mezi nimi a tělem je až 25-30 ^° C. Pokud překročí tyto limity, použijí se následující teplotní kompenzátory.

1. "Plovoucí" hlava - jedna z mřížek nemá spojení se skříní a při prodloužení trubek se volně pohybuje v axiálním směru. Design je nejspolehlivější.
2. Tělo je vyrobeno z kompenzátoru čoček v podobě zvlnění, které se může roztahovat nebo kontrastovat.
3. Kompenzátor žlábek je instalován na horním dně, který má schopnost pohybovat se mřížkou během tepelné roztažnosti.
4. Trubky ve tvaru U jsou volně rozšiřovány v prostředí nosiče tepla. Nevýhodou je složitost výroby.

Typy výměníků tepla s pláštěm a trubkami

Návrh zařízení je jednoduchý, jsou vždy požadovány. Valcovité těleso je ocelové pouzdro o velkém průměru. Na svých okrajích jsou umístěny příruby, na kterých jsou instalovány kryty. V trubkových listech uvnitř pláště jsou svazky trubek upevněny svařováním nebo roztažením.

Materiál pro trubky je ocel, měď, mosaz, titan. Ocelové desky jsou upevněny mezi přírubami nebo přivařeny k pouzdru. Mezi nimi jsou vytvořeny komory a uvnitř těla, kterým procházejí chladicí kapaliny. Existují také oddíly, které mění pohyb tekutin, které procházejí výměníky tepla s pláštěm. Konstrukce umožňuje měnit rychlost a směr toku mezi trubkami, čímž se zvýší intenzita přenosu tepla.

Zařízení mohou být umístěna ve vesmíru vertikálně, horizontálně nebo se svahem.

Různé typy výměníků tepla s pláštěm a trubkami se liší v uspořádání přepážek a uspořádání teplotních dilatačních spár. S malým počtem trubek ve svazku má pouzdro malý průměr a povrchy výměny tepla jsou malé. Pro jejich zvýšení jsou výměníky tepla zapojeny do série v řadě. Nejjednodušší je konstrukce "potrubí v potrubí", která se často provádí nezávisle. K tomu je třeba zvolit průměry vnitřních a vnějších trubek a průtok chladicí kapaliny. Pohodlné čištění a opravy je zajištěno na úkor kolen, které spojují další části. Tento návrh se často používá jako výměník tepla s pláštěm a trubkou.

Spirálové výměníky tepla jsou kanály vyrobené z obdélníkového tvaru a svařované z plechů, podél kterých se chladicí kapaliny pohybují. Výhodou je velký povrchový kontakt s kapalinami a nevýhodou je nízký přípustný tlak.

Nové konstrukce výměníků tepla

V dnešní době se začíná vyvíjet výroba kompaktních výměníků tepla s reliéfními povrchy a intenzivní pohyb tekutin. Výsledkem je, že jejich technické vlastnosti jsou blízké lamelárním přístrojům. Produkce druhého z nich se také vyvíjí a je obtížné je dohnat. Výměna výměníků tepla s trubkovými trubkami je vhodná díky následujícím výhodám:

• součinitel přestupu tepla zvlněného profilu desky je 3-4krát větší;
• snadná demontáž a oprava;
• kompaktnost díky malým vzdálenostem mezi deskami.

Nevýhodou je rychlá kontaminace desek v důsledku malých rozměrů mezery mezi nimi. Pokud je dobré filtrovat nosiče tepla, výměníku tepla bude pracovat dlouho. Na leštěných deskách nejsou uloženy malé částice a turbulizace kapalin také zabraňuje ukládání kontaminantů.

Zvýšení intenzity zařízení pro přenos tepla

Odborníci neustále vytvářejí nové výměníky tepla se skořepinou. Specifikace jsou vylepšeny použitím následujících metod:

• vytváření turbulentních toků;
• vytváření spirálních vložek, které vytvářejí podélný a příčný tok kolem trubek;
• výroba tvarových, pletených a zkroucených trubek;
• použití směsí plyn-kapalina;
• vibrace povrchů výměny tepla nebo pulzující proud chladicí kapaliny;
• kombinace několika metod, jako je vířivý tok a ploutve.

Turbulizace proudění tekutin významně snižuje škálování stěn potrubí. Z tohoto důvodu nevyžadují opatření pro jejich čištění, které jsou nezbytné pro hladké povrchy.

Výroba výměníků tepla s trubkovými trubkami se zavedením nových metod umožňuje zvýšit účinnost přenosu tepla o 2-3 krát.

Vzhledem k dodatečné spotřebě energie a nákladům se výrobní pracovníci často pokoušejí vyměnit výměník tepla deskovým výměníkem tepla. Ve srovnání s konvenčními plášťovými trubkami jsou lepší v přenosu tepla o 20-30%. To souvisí s rozvojem výroby nových technologií, které přetrvávají s obtížemi.

Provoz výměníku tepla

Zařízení potřebují pravidelnou kontrolu a monitorování práce. Parametry, jako je teplota, jsou měřeny jejich vstupními a výstupními hodnotami. Pokud se snížila efektivita práce, měl by být zkontrolován stav povrchu. Salinové depozity zvláště ovlivňují termodynamické parametry výměníků tepla, kde je malá mezera. Čištění povrchu se provádí chemicky, stejně jako pomocí ultrazvukových vibrací a proudění proudění chladicí kapaliny.

Oprava skořepinových přístrojů spočívá především v těsnění netěsných trubek, což snižuje jejich technické vlastnosti.

Závěr

Optimální výměníky tepla se skořepinou konkurují deskovým výměníkům tepla a mohou být použity v mnoha oblastech technologie. Nové konstrukce mají výrazně menší rozměry a spotřebu kovů, což umožňuje snížit pracovní plochu a snížit náklady na tvorbu a provoz.