Рекуперативные теплообменники (спиральные): назначение, конструкция, принцип действия, недостатки и преимущества.
Теплообменники спиральные. Теплообменник представляет собой два спиральных канала, навитых из рулонного материала вокруг центральной разделительной перегородки — керна, среды движутся по каналам. Одно из назначений спиральных теплообменников —нагревание и охлаждение высоковязких жидкостей.
Теплообме́нник спира́льный - это теплообменник, в котором поверхность нагрева образуется двумя тонкими металлическими листами, приваренными к разделительной перегородке (керну) и свёрнутыми в виде спиралей. Спиральные теплообменники – аппараты, состоящие из 2-х каналов прямоугольного сечения, образованных свернутыми в спирали двух листов металла. Листы служат поверхностями теплообмена. Внутренние концы спиралей соединены разделительной перегородкой, а расстояние между ними фиксируется штифтами. Изготавливают их вертикальными или горизонтальными с шириной спирали 0,2-1,5 м, поверхностью нагрева 3,2-100 м² и расстоянием между листами 8-12 мм. Предельное давление 1 МПа.
Достоинства – компактность, пониженное по сравнению с кожухотрубчатыми многоходовыми теплообменниками гидравлическое сопротивление. Недостатки – сложность изготовления и ремонта, возможность применения при сравнительно низких давлениях теплоносителей, относительная сложность обеспечения герметичности
Рекуперативные теплообменники (труба в трубе): назначение, конструкция, принцип действия, недостатки и преимущества.
Теплообменник "труба в трубе" включают несколько расположенных друг над другом элементов, причем каждый элемент состоит из двух труб: наружной трубы большего диаметра и концентрически расположенной, внутри нее трубы меньшего диаметра. Внутренне трубы элементов соединены друг с другом последовательно; так же связаны между собой наружные трубы. Для возможности очистки внутренне трубы соединяются при помощи съемных калачей.
Благодаря небольшому поперечному сечению в этих теплообменниках легко достигаются высокие скорости теплоносителей в как в трубах, так и в межтрубном пространстве. При значительных количествах теплоносителей теплообменник составляют из нескольких параллельных секций, присоединяемых к общим коллекторам.
Преимущества теплообменников "труба в трубе":
-высокий коэффициент теплопередачи вследствие большой скорости
обоих теплоносителей;
- простота изготовления.
Недостатки этих теплообменников:
- громоздкость;
- высокая стоимость ввиду большого расхода металла на наружные
трубы, не участвующие в теплообмене;
- трудность очистки межтрубного пространства.
Теплообменники "труба в трубе" могут использоваться, как для нагревания, так и для охлаждения.
Нагревание обычно производится или горячей водой или насыщенным водяным паром, который запускается в межтрубное пространство и конденсируется на поверхности внутренней трубы.
Использование водяного пара в качестве греющего агента имеет следующие достоинства:
- высокий коэффициент теплоотдачи;
- большое количество тепла, выделяемое при конденсации пара;
- равномерность обогрева, так как конденсация пара происходит при
постоянной температуре;
- легкое регулирование обогрева.
При охлаждении в теплообменниках "труба в трубе" в качестве хладоагента может использоваться речная или артезианская вода, а в случае, когда требуется получить температуру ниже 5-20°С применяют холодильные рассолы (водные растворы СаС12, NaCl, и др.).
Однопоточный неразборный теплообменник состоит из отдельных звеньев, в каждый из которых входят трубы наружная(или кожуховая) 1 и внутренняя (или теплообменная) 2. наружная труба двумя приварными кольцами связана с внутренней трубой 2 в звено. Звенья в свою очередь собраны в вертикальный ряд и составляют теплообменную секцию. При этом внутренние трубы соединены между собой коленами 3, а наружные - штуцерами 4 на фланцах или сваркой. Звенья закреплены скобами на металлическом каркасе 5.
Назначение теплообменника - «труба в трубе»
Теплообменники типа «труба в трубе» используются в основном для нагрева или охлаждения теплоносителя в тех случаях, когда требуются небольшие поверхности теплообмена (обычно до 50 м2). Они также могут использоваться в процессах, сопровождающихся частичным кипением или конденсацией теплоносителя. Преимущество теплообменника «труба в трубе» заключается в разнообразии компоновок, и, кроме того, они могут быть быстро собраны из стандартных элементов на месте монтажа. При необходимости поверхность теплообмена может быть увеличена за счет установки дополнительных секций. Подходящим выбором конструкции входных и выходных патрубков можно обеспечить эффективную очистку поверхностей теплообмена по обеим сторонам. Можно просто выполнять контроль распределения потоков теплоносителя по каждому каналу теплообменника, что особенно важно при охлаждении вязких жидкостей, когда в случае необходимости один насос может быть установлен для группы теплообменников. Главными недостатками теплообменников «труба в трубе» являются большой объем и стоимость. на единицу поверхности теплообмена.
Область применения теплообменника
Простейший вид теплообменника «труба в трубе» представляет собой U-образную трубу, помещенную внутри трубы такой же формы. Теплообменники «труба в трубе» с продольными ребрами были разработаны в конце второй мировой войны. Теплообменники «труба в трубе» используются вместо кожухотрубных теплообменников при выполнении хотя бы одного из следующих условий:
низкий коэффициент теплоотдачи со стороны кожуха: Если отношение коэффициентов теплоотдачи внутри труб к коэффициентам в межтрубном пространстве больше 2:1, то следует использовать развитые поверхности. Типичным примером могут служить теплообменники с газом или вязкими жидкостями в межтрубном пространстве и водой, паром или жидкостью с низкой вязкостью в трубах. Чем больше это отношение, тем более эффективным будет применение развитых поверхностей, поскольку при этом могут быть увеличены число и размер ребер;
«пересечение» или близкие значения температур по горячей и холодной стороне. Конструкция теплообменников «труба в трубе» позволяет в точности воспроизвести режим противотока, И ситуация, при которой возникает «пересечение» температур, легко устранима. Поскольку теплообменники типа «труба в трубе» имеют модульную структуру, они могут быть смонтированы последовательно и параллельно с минимумом коммуникационных трубопроводов и на общем фундаменте;
высокие давления. Для выбранной мощности теплообменники «труба в трубе» имеют меньший диаметр наружной трубы, чем диаметр кожуха в кожухотрубных теплообменниках. Наружные трубы обычно не имеют сварных швов, и их диаметр варьирует от 50 до 200 мм, хотя в особых случаях возможны и большие диаметры. Следовательно, при высоком давлении в наружной трубе требуется меньшая толщина стенок из-за малого диаметра;
малые мощности. Теплообменники «труба в трубе» часто используются для небольших мощностей, при которых нет необходимости применять оребренные трубы (например, при использовании в качестве теплоносителя воды). В этом случае применяются гладкие трубы или пучки гладких труб.
