Теплообменники

Теплообменники применяются для передачи тепловой энергии между рабочими средами в промышленных и инженерных системах. Оборудование используется для нагрева, охлаждения, конденсации и других технологических процессов без необходимости непосредственного смешивания потоков.

Теплообменное оборудование для нагрева и охлаждения рабочих сред

Принцип действия поверхностного теплообменного аппарата основан на передаче тепла через металлическую разделительную поверхность. Один поток отдает тепловую энергию, а второй принимает ее, при этом конструкция выбирается с учетом температур, давления, расхода, свойств сред и требуемой тепловой производительности.

Какие задачи решают промышленные теплообменники

Оборудование включают в технологические линии, системы теплоснабжения, охлаждающие контуры и установки подготовки продукта. Один аппарат может выполнять строго определенную функцию, поэтому его конфигурация зависит от расчетного режима эксплуатации и параметров подключаемой системы.

Теплообменник - основные процессы:

• нагрев жидких технологических сред;
• охлаждение продукта или теплоносителя;
• передача тепла между независимыми контурами;
• подогрев воды и других жидкостей;
• охлаждение производственного оборудования;
• конденсация паровой среды;
• испарение рабочей жидкости при соответствующей конструкции;
• утилизация тепловой энергии технологических потоков.

Теплообменные устройства различаются способом формирования поверхности передачи тепла и организацией движения рабочих потоков. В промышленности применяются трубчатые, кожухотрубные, пластинчатые и другие конструкции, а подходящий вариант выбирают по совокупности технологических требований.

Распространенные конструктивные исполнения:

• трубчатые теплообменники;
• кожухотрубные аппараты;
• пластинчатые конструкции;
• аппараты типа «труба в трубе»;
• змеевиковые теплообменные устройства;
• погружные конструкции;
• специальные исполнения по техническому заданию.

Нельзя выбирать тип оборудования только по требуемой мощности: дополнительно учитываются состав продукта, загрязненность среды, возможность очистки, давление, температура и условия технического обслуживания.

Трубчатое оборудование для передачи тепла

В трубчатой конструкции одна из рабочих сред движется по внутренним каналам труб, а вторая контактирует с их наружной поверхностью со стороны другого контура. Количество труб, их геометрия, длина и схема движения продукта определяют площадь теплообмена и рассчитываются для заданного технологического режима.

Кожухотрубные аппараты из металла

Кожухотрубное исполнение включает наружный корпус и расположенный внутри трубный пучок. Один теплоноситель перемещается по трубному пространству, второй — внутри кожуха вокруг труб, а разделяющая их металлическая поверхность обеспечивает передачу тепловой энергии без непосредственного контакта потоков.

Конструкция может включать:

• цилиндрический корпус;
• трубный пучок;
• трубные решетки;
• входные и выходные патрубки;
• крышки или камеры;
• внутренние направляющие перегородки;
• опорные элементы;
• дополнительные узлы по проекту.

Состав, размеры и материал каждого элемента зависят от расчетных параметров аппарата и характеристик сред, поэтому универсальной конструкции для всех производственных процессов не существует.

Пластинчатые установки для инженерных систем

В пластинчатом теплообменнике поверхность передачи тепла формируется пакетом металлических пластин с каналами для движения сред. Потоки проходят по раздельным каналам, а развитая поверхность позволяет организовать интенсивный теплообмен при сравнительно компактной компоновке оборудования.

Основные параметры теплообменного аппарата

Характеристики оборудования определяются расчетом для конкретной технологической задачи. Производительность, площадь поверхности, диаметры присоединений, материалы и габариты нельзя назначать только по общему названию теплообменника без исходных данных по рабочим потокам.

Параметры для технического подбора

Чем точнее исходные параметры, тем корректнее можно определить требуемую поверхность теплообмена и конструкцию аппарата без необоснованного увеличения размеров оборудования.

Как происходит передача тепловой энергии

Нагретая среда передает энергию металлической стенке, после чего тепло проходит через материал и поступает к более холодному потоку. Интенсивность процесса зависит от площади поверхности, скорости движения, температурного напора, свойств рабочих веществ и состояния внутренних каналов.

На эффективность теплообмена влияют:

• температура обоих потоков;
• расход каждой рабочей среды;
• площадь поверхности теплопередачи;
• теплофизические свойства продукта;
• скорость движения в каналах;
• наличие загрязнений и отложений;
• схема движения теплоносителей;
• материал разделяющей поверхности.

При изменении расхода, состава продукта или температурного режима фактическая работа аппарата также изменяется, поэтому оборудование рассчитывают под конкретные эксплуатационные условия.

Материалы для теплообменных конструкций

Материал корпуса, труб, пластин и других контактирующих деталей выбирается по характеристикам рабочих сред и условиям эксплуатации. Может применяться углеродистая, нержавеющая или другая предусмотренная проектом сталь, при этом конкретная марка определяется техническим заданием и расчетом.

Возможные области эксплуатации:

• котельные и тепловые пункты;
• производственные линии;
• системы горячего водоснабжения;
• контуры охлаждения оборудования;
• технологические установки переработки жидких продуктов;
• нефтегазовое оборудование;
• системы вентиляции и кондиционирования;
• установки рекуперации тепловой энергии.

При работе с конкретным продуктом дополнительно оценивают его вязкость, склонность к образованию отложений, химическую активность и другие свойства, влияющие на конструкцию и обслуживание аппарата.

Выбор между трубчатой и пластинчатой конструкцией

Тип теплообменника выбирается не по одному универсальному критерию, а по условиям процесса. Пластинчатая схема может использоваться там, где важны компактность и развитая поверхность теплообмена, а трубчатое или кожухотрубное исполнение выбирают, когда этого требуют рабочие среды, конструктивная схема, условия очистки или параметры системы.

При сравнении вариантов оценивают:

• рабочее давление;
• минимальную и максимальную температуру;
• характеристики обеих сред;
• допустимые гидравлические потери;
• склонность продукта к загрязнению каналов;
• возможность разборки и очистки;
• доступное место для установки;
• требования к техническому обслуживанию.

Окончательный вариант целесообразно выбирать после теплового и гидравлического расчета, а не только путем сравнения габаритов разных конструкций.

Подключение аппарата к технологической линии

Для подачи и отвода рабочих сред предусматриваются патрубки или другие присоединительные элементы. Их расположение, диаметры и тип соединения согласовываются с трубопроводной схемой объекта, чтобы обеспечить требуемое направление потоков и возможность обслуживания оборудования.

При организации обслуживания учитывают:

• состав проходящих через аппарат сред;
• скорость образования отложений;
• возможность механической очистки;
• допустимость промывки специальными составами;
• наличие разборных элементов;
• доступ к трубам, пластинам и коллекторам;
• периодичность технических осмотров.

Для расчета необходимо предоставить параметры горячего и холодного потоков, требуемые температуры, расход, давление и сведения о свойствах рабочих веществ. Дополнительно учитывают ограничения по монтажу, материалам, присоединениям и возможности последующего обслуживания.

В техническом задании желательно указать:

• назначение оборудования;
• наименование обеих рабочих сред;
• расход каждого потока;
• температуры на входе и требуемые температуры на выходе;
• рабочее и расчетное давление;
• допустимые потери давления;
• характеристики загрязнения среды;
• требования к материалам;
• параметры трубопроводных присоединений;
• ограничения по габаритам и месту установки.

Если часть характеристик заранее неизвестна, окончательное исполнение оборудования определяется после уточнения исходных данных и выполнения необходимого инженерного расчета.

Теплообменники для технологических, отопительных и охлаждающих систем

Для покупки обратитесь к нашим менеджерам по номеру телефона +7 (86148) 6-24-77 или электронной почте temruk@z-metalloprokat.ru