Il modo più semplice per capire come funziona uno scambiatore di calore a fascio tubiero è studiarne il diagramma schematico:

Immagine 1. Il principio di funzionamento di uno scambiatore di calore a fascio tubiero. Ma, questo schema illustra solo quanto già detto: due flussi di scambio termico separati e immiscibili che passano all'interno del mantello e attraverso il fascio tubiero. Sarà molto più chiaro se il diagramma è animato.

Figura 2. Animazione del funzionamento di uno scambiatore di calore a fascio tubiero. Questa illustrazione mostra non solo il principio di funzionamento e il design dello scambiatore di calore, ma anche l'aspetto dello scambiatore di calore dall'esterno e dall'interno. È costituito da un involucro cilindrico con due raccordi, al suo interno e due camere di distribuzione su entrambi i lati dell'involucro.

I tubi sono assemblati insieme e tenuti all'interno dell'involucro per mezzo di due piastre tubiere: dischi interamente metallici con fori al loro interno; le piastre tubiere separano le camere di distribuzione dall'alloggiamento dello scambiatore di calore. I tubi sulla piastra tubiera possono essere fissati mediante saldatura, espansione o una combinazione di questi due metodi.

Figura 3 Piastra tubiera con fascio tubiero svasato. Il primo liquido di raffreddamento entra immediatamente nell'involucro attraverso il raccordo di ingresso e lo lascia attraverso il raccordo di uscita. Il secondo refrigerante viene prima alimentato nella camera di distribuzione, da dove viene diretto al fascio tubiero. Una volta nella seconda camera di distribuzione, il flusso "inverte" e passa nuovamente attraverso i tubi fino alla prima camera di distribuzione, da dove esce attraverso il proprio raccordo di uscita. In questo caso, il flusso inverso viene convogliato attraverso un'altra parte del fascio tubiero, in modo da non interferire con il passaggio del flusso "avanti".

Sfumature tecniche

1. Va sottolineato che i diagrammi 1 e 2 mostrano il funzionamento di uno scambiatore di calore a due passaggi (il vettore di calore passa attraverso il fascio tubiero in due passaggi: flusso diretto e inverso). In tal modo si ottiene un migliore trasferimento di calore a parità di lunghezza dei tubi e del corpo scambiatore; tuttavia, allo stesso tempo, il suo diametro aumenta per l'aumento del numero di tubi nel fascio tubiero. Ci sono più modelli semplici, in cui il liquido di raffreddamento passa attraverso il fascio tubiero in una sola direzione:

Figura 4 schema elettrico scambiatore di calore a passaggio singolo. Oltre agli scambiatori di calore a uno e due passaggi, ci sono anche scambiatori di calore a quattro, sei e otto passaggi, che vengono utilizzati a seconda delle specifiche di compiti specifici.

2. Il diagramma animato 2 mostra il funzionamento di uno scambiatore di calore con deflettori installati all'interno dell'involucro, che dirige il flusso del termovettore lungo un percorso a zigzag. Pertanto, viene fornito un flusso incrociato di vettori di calore, in cui il vettore di calore "esterno" lava i tubi del fascio perpendicolarmente alla loro direzione, il che aumenta anche il trasferimento di calore. Esistono modelli dal design più semplice, in cui il liquido di raffreddamento passa nell'involucro parallelamente ai tubi (vedi schemi 1 e 4).

3. Poiché il coefficiente di scambio termico dipende non solo dalla traiettoria dei flussi dei fluidi di lavoro, ma anche dall'area della loro interazione (in questo caso, dall'area totale di tutti i tubi del fascio tubiero), anche come sulle velocità dei vettori di calore, è possibile aumentare il trasferimento di calore attraverso l'utilizzo di tubi con appositi dispositivi - turbolatori.

Figura 5 Tubi per uno scambiatore di calore a fascio tubiero con zigrinatura ondulata. L'uso di tali tubi con turbolatori rispetto ai tradizionali tubi cilindrici consente di aumentare la potenza termica dell'unità del 15 - 25 percento; inoltre, a causa del verificarsi di processi a vortice in essi, si verifica l'autopulizia superficie interna tubazioni da giacimenti minerari.

Va notato che le caratteristiche di trasferimento del calore dipendono in gran parte dal materiale del tubo, che deve avere una buona conduttività termica, la capacità di resistere ad alta pressione ambiente di lavoro ed essere resistente alla corrosione. Insieme, questi requisiti acqua dolce, vapore e oli la scelta migliore sono francobolli moderni acciaio inossidabile di alta qualità; per acqua di mare o clorurata - ottone, rame, cupronichel, ecc.

Produce scambiatori di calore a fascio tubiero standard e retrofit secondo moderne tecnologie per le nuove linee installate, e produce anche unità progettate per sostituire gli scambiatori di calore che hanno esaurito la loro risorsa. e la sua fabbricazione sono realizzati secondo singoli ordini, tenendo conto di tutti i parametri e dei requisiti di una specifica situazione tecnologica.

Tra tutti i tipi di scambiatori di calore, questo tipo è il più comune. Viene utilizzato quando si lavora con qualsiasi mezzo liquido, gassoso e vaporoso, anche se lo stato del mezzo cambia durante il processo di distillazione.

Storia dell'aspetto e dell'attuazione

Scambiatori di calore a fascio tubiero (o) inventati all'inizio del secolo scorso, per essere utilizzati attivamente durante il funzionamento delle centrali termiche, dove un gran numero di l'acqua riscaldata è stata distillata a pressione elevata. In futuro, l'invenzione iniziò ad essere utilizzata nella creazione di evaporatori e strutture di riscaldamento. Nel corso degli anni, il design dello scambiatore di calore a fascio tubiero è migliorato, il design è diventato meno ingombrante, ora è in fase di sviluppo in modo che sia accessibile per la pulizia singoli elementi. Più spesso iniziò a utilizzare tali sistemi nell'industria e nella produzione di raffinazione del petrolio prodotti chimici domestici, poiché i prodotti di queste industrie trasportano molte impurità. Il loro sedimento richiede solo una pulizia periodica delle pareti interne dello scambiatore di calore.

Come vediamo nel diagramma presentato, uno scambiatore di calore a fascio tubiero è costituito da un fascio di tubi che si trovano nella loro camera e fissati su una tavola o griglia. Involucro - infatti, il nome dell'intera camera, saldata da un foglio di almeno 4 mm (o più, a seconda delle proprietà dell'ambiente di lavoro), in cui sono presenti tubicini e una tavola. La lamiera di acciaio viene solitamente utilizzata come materiale per la tavola. Tra di loro, i tubi sono collegati da tubi di derivazione, c'è anche un ingresso e un'uscita alla camera, uno scarico della condensa e pareti divisorie.

A seconda del numero di tubi e del loro diametro, varia la potenza dello scambiatore di calore. Quindi, se la superficie di scambio termico è di circa 9.000 mq. m., la capacità dello scambiatore di calore sarà di 150 MW, questo è un esempio del funzionamento di una turbina a vapore.

Il dispositivo di uno scambiatore di calore a fascio tubiero prevede la connessione tubi saldati con una tavola e coperture, che possono essere diverse, così come la curva dell'involucro (a forma di U o W). Di seguito sono riportati i tipi di dispositivi più comunemente riscontrati nella pratica.

Un'altra caratteristica del dispositivo è la distanza tra i tubi, che dovrebbe essere 2-3 volte la loro sezione trasversale. Di conseguenza, il coefficiente di trasmissione del calore è piccolo e ciò contribuisce all'efficienza dell'intero scambiatore di calore.

Basandosi sul nome, uno scambiatore di calore è un dispositivo creato per trasferire il calore generato a un oggetto riscaldato. Il liquido di raffreddamento in questo caso è il design sopra descritto. Il funzionamento di uno scambiatore di calore a fascio tubiero è che i mezzi di lavoro freddi e caldi si muovono attraverso diversi gusci e lo scambio di calore avviene nello spazio tra di loro.

Il mezzo di lavoro all'interno dei tubi è liquido, mentre il vapore caldo attraversa la distanza tra i tubi, formando condensa. Poiché le pareti dei tubi si riscaldano più della scheda a cui sono fissate, questa differenza deve essere compensata, altrimenti il ​​dispositivo avrebbe notevoli dispersioni di calore. Per questo vengono utilizzati tre tipi di cosiddetti compensatori: lenti, ghiandole o soffietti.

Inoltre, quando si lavora con liquido ad alta pressione, vengono utilizzati scambiatori di calore a camera singola. Presentano una curva di tipo U, W, necessaria per evitare nell'acciaio elevate sollecitazioni dovute alla dilatazione termica. La loro produzione è piuttosto costosa, i tubi in caso di riparazione sono difficili da sostituire. Pertanto, tali scambiatori di calore sono meno richiesti sul mercato.

A seconda del metodo di fissaggio dei tubi a una tavola o una griglia, ci sono:

• Tubi saldati;
• Fissato in nicchie svasate;
• Imbullonato alla flangia;
• sigillato;
• Avere paraolio nel design del dispositivo di fissaggio.

A seconda del tipo di costruzione, gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono (vedi diagramma sopra):

• Rigido (lettere in fig. a, j), non rigido (d, e, f, h, i) e semirigido (lettere in fig. b, c e g);
• Dal numero di mosse: singole o multiple;
• Nella direzione del flusso del fluido tecnico: diretto, trasversale o contro corrente diretta;
• Per posizione, le tavole sono orizzontali, verticali e posizionate su un piano inclinato.

L'ampia gamma di scambiatori di calore a fascio tubiero

1. La pressione nei tubi può raggiungere valori diversi, dal vuoto al massimo;
2. Può essere raggiunto condizione necessaria da stress termici, mentre il prezzo del dispositivo non cambierà in modo significativo;
3. Anche le dimensioni dell'impianto possono essere diverse: da uno scambiatore di calore domestico in un bagno ad una zona industriale di ​​5000 mq. m.;
4. Non è necessario pre-pulire l'ambiente di lavoro;
5. Utilizzare per creare il nucleo materiali diversi, a seconda dei costi di produzione. Tuttavia, soddisfano tutti i requisiti di temperatura, pressione e resistenza alla corrosione;
6. Una sezione separata di tubi può essere rimossa per la pulizia o la riparazione.

Il design ha dei difetti? Non senza di loro: lo scambiatore di calore a fascio tubiero è molto ingombrante. A causa delle sue dimensioni, spesso richiede un separato locale tecnico. A causa dell'elevato consumo di metallo, anche il costo di produzione di un tale dispositivo è elevato.

Rispetto agli scambiatori di calore a tubi U, W e fissi, gli scambiatori di calore a fascio tubiero presentano maggiori vantaggi e sono più efficienti. Pertanto, vengono acquistati più spesso, nonostante il costo elevato. D'altro canto, produzione indipendente un tale sistema causerà grandi difficoltà e molto probabilmente porterà a significative perdite di calore durante il funzionamento.

Particolare attenzione durante il funzionamento dello scambiatore di calore deve essere prestata allo stato delle tubazioni, nonché alla regolazione in funzione della condensa. Qualsiasi intervento sull'impianto comporta una modifica dell'area di scambio termico, pertanto le riparazioni e la messa in servizio devono essere eseguite da personale specializzato.

Potrebbe interessarti:

La pompa industriale è necessaria praticamente su qualsiasi produzione. a differenza di pompe per uso domestico devono sopportare carichi elevati, essere resistenti all'usura e avere le massime prestazioni. Inoltre, le pompe di questo tipo devono essere convenienti per l'impresa in cui vengono utilizzate. Per acquistare una pompa industriale adatta, è necessario studiarne le caratteristiche principali e tener conto ...

Il riscaldamento e il raffreddamento dei liquidi è un passaggio necessario in molti processi tecnologici. Per questo vengono utilizzati scambiatori di calore. Il principio di funzionamento dell'apparecchiatura si basa sul trasferimento di calore dal liquido di raffreddamento, le cui funzioni sono svolte da acqua, vapore, fluidi organici e inorganici. Scegliere quale scambiatore di calore è il migliore per un particolare processo produttivo, devi basarti sulle caratteristiche del design e del materiale, da ...

Il pozzetto verticale ha la forma di una vasca cilindrica in metallo (a volte è quadrata). La forma del fondo è conica o piramidale. I coloni possono essere classificati in base al design dell'ingresso: centrale e periferico. La vista più comunemente usata con un ingresso centrale. L'acqua nella coppa si muove con un movimento discendente-ascendente. Principio di funzionamento della verticale...

Il Ministero dell'Energia ha elaborato un piano per lo sviluppo dell'elettricità verde entro il 2020. Quota di elettricità da fonti alternative l'elettricità dovrebbe raggiungere il 4,5% della quantità totale di energia generata nel Paese. Tuttavia, secondo gli esperti, il Paese semplicemente non ha bisogno di una tale quantità di elettricità da fonti rinnovabili. L'opinione generale in questo settore è di sviluppare la produzione di elettricità attraverso...

Uno scambiatore di calore è un dispositivo in cui il calore viene trasferito tra i refrigeranti.

Principio operativo

Gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono di tipo recuperativo, in cui i fluidi sono separati da pareti. Il loro lavoro consiste nei processi di scambio termico tra liquidi. In questo caso, il loro stato di aggregazione potrebbe cambiare. Lo scambio di calore può avvenire anche tra un liquido e un vapore o gas.

Vantaggi e svantaggi

Gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono comuni a causa delle seguenti qualità positive:

• resistenza alle sollecitazioni meccaniche e al colpo d'ariete;
• bassi requisiti per la pulizia dei media;
• alta affidabilità e durata;
• largo la formazione;
• possibilità di applicazione con diversi ambienti.

A svantaggi di questo tipo i modelli includono:

• basso coefficiente di scambio termico;
• dimensioni significative ed elevato consumo di metallo;
• prezzo elevato a causa dell'aumento del consumo di metallo;
• la necessità di utilizzare dispositivi con un ampio margine a causa dell'ostruzione di tubi danneggiati durante le riparazioni;
• le fluttuazioni del livello di condensa modificano lo scambio termico nei dispositivi orizzontali in modo non lineare.

Gli scambiatori di calore a fascio tubiero hanno un basso coefficiente di scambio termico. Ciò è in parte dovuto al fatto che lo spazio della custodia è 2 volte più grande del totale sezione trasversale tubi. L'uso di deflettori consente di aumentare la velocità del fluido e migliorare il trasferimento di calore.

IN annulus il liquido di raffreddamento passa e il mezzo riscaldato viene fornito attraverso i tubi. Allo stesso modo, può anche essere raffreddato. L'efficienza del trasferimento di calore è assicurata aumentando il numero di tubi o creando una corrente trasversale del refrigerante esterno.

Compensazione dell'allungamento termico

La temperatura dei vettori di calore è diversa e di conseguenza si verifica la deformazione termica degli elementi strutturali. Lo scambiatore di calore a fascio tubiero è disponibile con o senza compensazione dell'espansione. Il fissaggio rigido dei tubi è consentito quando la differenza di temperatura tra esso e il corpo è fino a 25-30 0 C. Se supera questi limiti, vengono utilizzati i seguenti compensatori di temperatura.

1. Testa "flottante": una delle griglie non è collegata all'involucro e si muove liberamente in direzione assiale quando i tubi sono estesi. Il design è il più affidabile.
2. Il compensatore della lente sotto forma di ondulazione è realizzato sul corpo, che può espandersi o contrarsi.
3. Il compensatore premistoppa è installato sul fondo superiore, che ha la capacità di muoversi insieme alla griglia durante l'espansione termica.
4. I tubi a forma di U sono estesi liberamente nel fluido termovettore. Lo svantaggio è la complessità della produzione.

Tipi di scambiatori di calore a fascio tubiero

Il design dei dispositivi è semplice, sono sempre richiesti. Il corpo cilindrico è un involucro in acciaio grande diametro. Le flange sono realizzate sui bordi, su cui sono installate le coperture. I fasci tubieri sono fissati in piastre tubiere all'interno del corpo mediante saldatura o espansione.

Il materiale per i tubi è acciaio, rame, ottone, titanio. Le tavole in acciaio sono fissate tra le flange o saldate all'involucro. Le camere si formano tra loro e il corpo all'interno, attraverso le quali passano i refrigeranti. Esistono anche deflettori che modificano il movimento dei fluidi che passano attraverso scambiatori di calore a fascio tubiero. Il design consente di modificare la velocità e la direzione del flusso che passa tra i tubi, aumentando così l'intensità del trasferimento di calore.

I dispositivi possono essere posizionati nello spazio verticalmente, orizzontalmente o inclinati.

Diversi tipi di scambiatori di calore a fascio tubiero differiscono nella disposizione dei deflettori e nella disposizione dei giunti di dilatazione. Con un piccolo numero di tubi nel fascio, l'involucro ha un diametro ridotto e le superfici di scambio termico sono piccole. Per aumentarli, gli scambiatori di calore sono collegati in serie in sezioni. Il più semplice è il design pipe-in-pipe, che spesso è autocostruito. Per fare ciò, è necessario selezionare correttamente i diametri dell'interno e tubo esterno e la velocità dei flussi dei portatori di calore. La facilità di pulizia e riparazione è assicurata dalle ginocchia che collegano le sezioni adiacenti. Questo design è spesso utilizzato come scambiatori di calore a fascio tubiero e acqua vapore.

Gli scambiatori di calore a spirale sono canali di forma rettangolare e saldati da lamiere, attraverso i quali si muovono i vettori di calore. Il vantaggio è l'ampia superficie di contatto con i liquidi e lo svantaggio è la bassa pressione ammissibile.

Nuovi modelli di scambiatori di calore

Ai nostri giorni inizia a svilupparsi la produzione di scambiatori di calore compatti con superfici goffrate e movimento intensivo di liquidi. Di conseguenza, le loro caratteristiche tecniche sono vicine ai dispositivi lamellari. Ma anche la produzione di questi ultimi si sta sviluppando ed è difficile raggiungerli. La sostituzione degli scambiatori di calore a fascio tubiero con scambiatori di calore a piastre è utile per i seguenti vantaggi:

Lo svantaggio è la rapida contaminazione delle piastre a causa delle ridotte dimensioni degli spazi tra loro. Se i liquidi di raffreddamento sono ben filtrati, lo scambiatore di calore funzionerà a lungo. Le particelle fini non vengono trattenute sulle lastre lucidate e la turbolenza dei liquidi impedisce anche la deposizione di contaminanti.

Aumentare l'intensità dello scambio termico dei dispositivi

Gli specialisti sviluppano costantemente nuovi scambiatori di calore a fascio tubiero. Specifiche migliorato attraverso l'uso dei seguenti metodi:

La turbolenza dei flussi di fluido riduce significativamente l'accumulo di calcare sulle pareti dei tubi. Di conseguenza, non sono necessarie misure di pulizia, necessarie per superfici lisce.

La produzione di scambiatori di calore a fascio tubiero con l'introduzione di nuovi metodi consente di aumentare l'efficienza del trasferimento di calore di 2-3 volte.

Dati i costi e i costi energetici aggiuntivi, i produttori spesso cercano di sostituire lo scambiatore di calore con uno scambiatore di calore a piastre. Rispetto ai tradizionali tubi a guscio, sono migliori del 20-30% nel trasferimento di calore. Ciò è più legato allo sviluppo della produzione di nuove apparecchiature, che è ancora in corso con difficoltà.

Funzionamento degli scambiatori di calore

I dispositivi necessitano di ispezione periodica e controllo del lavoro. Parametri come la temperatura sono misurati dai loro valori di ingresso e di uscita. Se l'efficienza del lavoro è diminuita, è necessario controllare le condizioni delle superfici. I depositi di sale influiscono in particolare sui parametri termodinamici degli scambiatori di calore, dove le lacune sono piccole. Le superfici vengono pulite con mezzi chimici, nonché per l'uso di vibrazioni ultrasoniche e turbolenza dei flussi di trasporto di calore.

La riparazione dei dispositivi a fascio tubiero consiste principalmente nella sigillatura di tubi che perdono, il che peggiora le loro caratteristiche tecniche.

Conclusione

Gli scambiatori di calore a fascio tubiero ottimali competono con gli scambiatori di calore a piastre e possono essere utilizzati in molti settori della tecnologia. I nuovi design hanno dimensioni e consumo di metallo significativamente più piccoli, il che consente di ridurre l'area di lavoro e ridurre i costi di creazione e funzionamento.

Scambiatori di calore a fascio tubiero, loro tipologia e design

Scambiatori di calore a fascio tubiero- la progettazione più comune di apparecchiature per lo scambio di calore. Secondo GOST 9929, gli scambiatori di calore a fascio tubiero in acciaio sono prodotti nei seguenti tipi: TN - con piastre tubiere fisse; TK - con un compensatore di temperatura sull'involucro; TP - con una testa fluttuante; TU - con tubi a forma di U; TPK - con una testa flottante e un compensatore (Figura 2.49).

Figura 2.49 - Tipi di TOA a fascio tubiero

A seconda dello scopo, i dispositivi a fascio tubiero possono essere scambiatori di calore, frigoriferi, condensatori ed evaporatori; sono realizzati a passaggio singolo e multiplo.

Figura 2.50 - Scambiatore di calore orizzontale a due vie tipo TH

Uno scambiatore di calore orizzontale a due vie a piastre tubiere fisse (tipo TN - Figura 2.50) è costituito da un involucro cilindrico saldato 5, una camera di distribuzione 11 e due coperchi 4. Il fascio tubiero (Figura 2.51) è formato da tubi 7 fissati in due piastre tubiere 3. Le piastre tubiere sono saldate all'involucro. I coperchi, la camera di distribuzione e l'involucro sono collegati da flange. Nell'involucro e nella camera di distribuzione sono presenti raccordi per l'ingresso e l'uscita dei vettori di calore dagli spazi del tubo (raccordo 1, 12) e dell'anello (raccordo 2, 10). La partizione 13 nella camera di distribuzione forma passaggi del refrigerante attraverso i tubi (Figura 2.52). Per sigillare il giunto tra il tramezzo longitudinale e la piastra tubiera è stata utilizzata una guarnizione 14, che è stata posta nella scanalatura del traliccio 3.

Figura 2.51 - Fascio tubiero

Figura 2.52 - Doppio TOA	Figura 2.53 - Piastra tubiera

Gli scambiatori di calore di questo gruppo sono prodotti per una pressione nominale di 0,6–4,0 MPa, con un diametro di 159–1200 mm, con una superficie di scambio termico fino a 960 m 2; la loro lunghezza è fino a 10 m, il peso è fino a tonnellate 20. Gli scambiatori di calore di questo tipo vengono utilizzati fino a una temperatura di 350 ° C.

Una caratteristica dei dispositivi di tipo TN è che i tubi sono collegati rigidamente alle piastre tubiere (Figura 2.53) e i reticoli sono collegati al corpo. Al riguardo è esclusa la possibilità di movimenti reciproci di tubi e mantello; pertanto, dispositivi di questo tipo sono anche detti scambiatori di calore rigidi.

Poiché l'intensità del trasferimento di calore con un flusso trasversale attorno ai tubi con un liquido di raffreddamento è maggiore rispetto a uno longitudinale, le partizioni trasversali 6 fissate con fascette 5 sono installate nello spazio anulare dello scambiatore di calore, fornendo un movimento a zigzag del liquido di raffreddamento lungo la lunghezza dell'apparato nell'anello.

All'ingresso del mezzo di scambio termico nello spazio anulare, è previsto un paraurti 9 - una piastra rotonda o rettangolare che protegge i tubi dall'usura locale dell'erosione.

Il vantaggio di dispositivi di questo tipo è la semplicità del design e, di conseguenza, il minor costo.

Tuttavia, hanno due grossi inconvenienti. In primo luogo, la pulizia dello spazio anulare di tali dispositivi è difficoltosa, pertanto, gli scambiatori di calore di questo tipo vengono utilizzati nei casi in cui il fluido che passa attraverso l'anello è pulito, non aggressivo, cioè quando non è necessaria la pulizia.

In secondo luogo, una differenza significativa tra le temperature dei tubi e dell'involucro in questi dispositivi porta ad un maggiore allungamento dei tubi rispetto all'involucro, che provoca il verificarsi di sollecitazioni termiche nella piastra tubiera 5, viola la tenuta dei tubi in il reticolo e porta all'ingresso di un mezzo scambiatore di calore in un altro. Pertanto, gli scambiatori di calore di questo tipo vengono utilizzati quando la differenza di temperatura del mezzo scambiatore di calore che passa attraverso i tubi e lo spazio anulare non è superiore a 50 ° C e con una lunghezza dell'apparato relativamente breve.

Un apparato a fascio tubiero con un compensatore ottico sul corpo (tipo TK) è mostrato nella Figura 2.54a. Tali dispositivi hanno un involucro cilindrico 1, in cui è alloggiato il fascio tubiero 2; le piastre tubiere 3 con tubi svasati sono fissate al corpo dell'apparecchio. Ad entrambe le estremità, lo scambiatore di calore è chiuso con coperchi 4. L'apparecchio è dotato di raccordi 5 per mezzi di scambio termico; un mezzo passa attraverso i tubi, l'altro passa attraverso l'anello. Gli scambiatori di calore con compensatore di temperatura del tipo TK hanno piastre tubiere fisse e sono dotati di speciali elementi flessibili 6 (lenti) per compensare la differenza di allungamento della cassa e dei tubi risultante dalla differenza delle loro temperature. Molto spesso negli apparati del tipo TK vengono utilizzati compensatori di lenti a elemento singolo e multi (Figura 2.55), realizzati eseguendo con gusci cilindrici corti. L'elemento lente mostrato in Figura 2.55b è saldato da due semilenti ottenute da un foglio mediante stampaggio.

La capacità di compensazione di un compensatore di lenti è approssimativamente proporzionale al numero di elementi dell'obiettivo in esso contenuti, tuttavia non è consigliabile utilizzare compensatori con più di quattro lenti, poiché la resistenza dell'involucro alla flessione è nettamente ridotta. Per aumentare la capacità di compensazione del compensatore ottico, può essere precompresso durante il montaggio dell'involucro (se progettato per lavorare in tensione) o allungato (quando si lavora in compressione).

Quando si installa un compensatore obiettivo dispositivi orizzontali i fori di drenaggio sono praticati nella parte inferiore di ciascuna lente con tappi per scaricare l'acqua dopo prove idrauliche apparato.

Gli scambiatori di calore con tubi a forma di U del tipo TU (Figura 2.56) hanno una piastra tubiera, nella quale sono avvolte entrambe le estremità dei tubi a forma di U 7, che garantisce il libero allungamento dei tubi al variare della loro temperatura. Lo svantaggio di tali dispositivi è la difficoltà di pulire la superficie interna dei tubi, per cui vengono utilizzati principalmente per prodotti puliti.

Figura 2.56 - Scambiatore di calore tipo TU

Gli scambiatori di calore di questo tipo possono essere in esecuzione orizzontale e verticale. Vengono realizzati con un diametro di 325-1400 mm con tubi lunghi 6-9 m, per pressioni nominali fino a 6,4 MPa e per temperature di esercizio fino a 450°C. Massa degli scambiatori di calore fino a 30 ton.

Per garantire un ingresso e un'uscita separati del refrigerante, nella camera di distribuzione è prevista una partizione (Figura 2.57).

Gli scambiatori di calore del tipo TU sono a due passaggi nello spazio del tubo e a uno o due passaggi nell'anello.

Figura 2.57 - Fascio tubiero con tubi a U

Nei dispositivi di tipo TU è garantito il libero allungamento termico dei tubi: ogni tubo può dilatarsi indipendentemente dall'involucro e dai tubi adiacenti. La differenza di temperatura delle pareti dei tubi lungo i passaggi in questi apparecchi non deve superare i 100 °C. In caso contrario, possono verificarsi pericolose sollecitazioni termiche nella piastra tubiera a causa di un salto di temperatura sulla linea di giunzione delle sue due parti.

Il vantaggio del progetto dell'apparato di tipo TU è la possibilità di estrarre periodicamente il fascio tubiero (vedi Figura 2.57) per pulire la superficie esterna dei tubi o sostituire completamente il fascio. Tuttavia, va notato che la superficie esterna dei tubi in questi dispositivi è scomoda per la pulizia meccanica.

Poiché la pulizia meccanica della superficie interna dei tubi nei dispositivi del tipo TU è praticamente impossibile, un mezzo che non forma depositi che richiedono una pulizia meccanica deve essere diretto nello spazio dei tubi di tali dispositivi.

La superficie interna dei tubi in questi dispositivi viene pulita con acqua, vapore, prodotti a base di olio caldo o reagenti chimici. A volte viene utilizzato un metodo idromeccanico (alimentando un flusso di fluido contenente materiale abrasivo, sfere dure, ecc. nello spazio del tubo).

Uno dei difetti più comuni in uno scambiatore di calore a fascio tubiero di tipo TU è una violazione della tenuta del collegamento tubo-lamiera a causa di sollecitazioni di flessione molto significative derivanti dalla massa dei tubi e dal fluido scorre in loro. A questo proposito, gli scambiatori di calore del tipo TU con un diametro pari o superiore a 800 mm sono dotati di cuscinetti a rulli per facilitare l'installazione e ridurre le sollecitazioni di flessione nel fascio tubiero.

Gli svantaggi degli scambiatori di calore del tipo TU includono il riempimento relativamente scarso del mantello con i tubi a causa delle limitazioni causate dalla curvatura dei tubi. Tipicamente, i tubi a U sono realizzati con tubi flessibili allo stato freddo o riscaldato.

Svantaggi significativi dei dispositivi di tipo TU includono anche l'impossibilità di sostituire i tubi (ad eccezione dei tubi esterni) quando si guastano, nonché la difficoltà di posizionare i tubi, soprattutto con un numero elevato di essi.

A causa di queste carenze, gli scambiatori di calore di questo tipo non hanno trovato ampia applicazione.

Gli scambiatori di calore a testa flottante tipo TP (con piastra tubiera mobile) sono il tipo più comune di dispositivi di superficie (Figura 2.58). La piastra tubiera mobile consente al fascio tubiero di muoversi liberamente indipendentemente dall'involucro. Nei dispositivi di questo tipo, le sollecitazioni termiche possono verificarsi solo quando c'è una differenza significativa nelle temperature dei tubi.

Gli scambiatori di calore di questo gruppo sono standardizzati in base alle pressioni condizionali Р y \u003d 1,6 - 6,4 MPa, in base ai diametri del corpo 325–1400 mm e alle superfici riscaldanti 10–1200 m 2 con una lunghezza del tubo di 3–9 m La loro massa raggiunge 35 tonnellate Gli scambiatori di calore sono utilizzati a temperature fino a 450 °C.

Negli scambiatori di calore di questo tipo, i fasci tubieri possono essere rimossi con relativa facilità dall'alloggiamento, il che ne facilita la riparazione, la pulizia o la sostituzione.

Il condensatore orizzontale a due giri del tipo TP è costituito da un involucro 10 e da un fascio tubiero. La piastra tubiera sinistra 1 è collegata mediante un raccordo flangiato all'involucro e alla camera di distribuzione 2, dotata di un divisorio 4. La camera è chiusa da un coperchio piatto 3. La piastra tubiera destra, mobile, è liberamente installata all'interno dell'involucro e forma una “testa fluttuante” insieme al coperchio 8 ad essa annesso. Dal lato della testa flottante, l'apparecchio viene chiuso con un coperchio 7. Quando i tubi vengono riscaldati e allungati, la testa flottante si sposta all'interno dell'involucro.

Per garantire la libera circolazione del fascio tubiero all'interno dell'involucro nei dispositivi con diametro uguale o superiore a 800 mm, il fascio tubiero è provvisto di una piattaforma di appoggio 6. Il raccordo superiore 9 è predisposto per l'immissione di vapore e presenta quindi un'ampia area di flusso; il raccordo inferiore 5 è predisposto per lo scarico della condensa ed ha dimensioni ridotte.

Significativi coefficienti di scambio termico durante la condensazione sono praticamente indipendenti dalla modalità di movimento del fluido. I deflettori trasversali nello spazio anulare di questo apparato servono solo a sostenere i tubi e ad irrigidire il fascio tubiero.

Sebbene i dispositivi di tipo TP forniscano una buona compensazione delle deformazioni termiche, questa compensazione non è completa, poiché la differenza di dilatazione termica dei tubi stessi porta alla deformazione della piastra tubiera. A questo proposito, negli scambiatori di calore multipasso del tipo TP con un diametro superiore a 1000 mm con una differenza di temperatura significativa (superiore a 100 °C) tra l'ingresso e l'uscita del fluido nel fascio tubiero, di norma, è installata una testa flottante di diametro tagliato.

La parte più importante di uno scambiatore di calore a testa flottante è il collegamento tra la piastra tubiera flottante e il coperchio. Questa connessione dovrebbe fornire la possibilità di una facile rimozione del fascio dall'involucro, dall'apparecchio, nonché lo spazio minimo Δ tra l'involucro e il fascio tubiero. L'opzione mostrata in Figura 2.59a consente la rimozione del fascio tubiero, ma lo spazio Δ è maggiore (almeno che negli scambiatori di calore di tipo TH) della larghezza della flangia a battente. Il montaggio secondo questo schema è il più semplice; è spesso utilizzato negli evaporatori a vapore.

Il posizionamento della testa flottante all'interno del coperchio, il cui diametro è maggiore del diametro dell'involucro, consente di ridurre lo spazio vuoto; ma allo stesso tempo lo smontaggio dell'apparato diventa più complicato, in quanto la testa flottante non può essere rimossa dall'involucro dello scambiatore di calore (Figura 2.59b).

I fasci di tubi di sterzo flottanti sono utilizzati soprattutto negli evaporatori a vapore.

In questi dispositivi deve essere creata un'ampia superficie dello specchio di evaporazione, quindi il diametro dell'involucro dell'evaporatore è molto maggiore del diametro del fascio tubiero e i deflettori nel fascio servono solo ad aumentarne la rigidità. Nell'evaporatore (Figura 2.60), il livello del liquido nell'involucro 11 è mantenuto da un divisorio 2. Per garantire un volume sufficiente di spazio di vapore e aumentare la superficie di evaporazione, la distanza dal livello del liquido alla sommità dell'involucro è di circa 30% del suo diametro. Il fascio tubiero 3 si trova nell'alloggiamento dell'evaporatore sulle travi trasversali 4.

.

Figura 2.60 - Evaporatore

Per comodità di montaggio del fascio tubiero, nella partizione 2 e nella parte inferiore sinistra è previsto un portello 10, attraverso il quale è possibile portare nell'apparecchio un cavo dall'argano. Il prodotto viene introdotto nell'evaporatore attraverso il raccordo 5; per proteggere il fascio tubiero dall'erosione, sopra questo raccordo è installato un deflettore 6. I vapori vengono scaricati attraverso il raccordo 9, il prodotto attraverso il raccordo 1. Il refrigerante viene fornito al fascio tubiero e scaricato attraverso i raccordi 7, 8. Più fasci tubieri possono essere installato in tali dispositivi.

I tubi di scambio termico degli apparati in acciaio a fascio tubiero sono prodotti in serie da tubi industriali in carbonio, acciai resistenti alla corrosione e ottone. Il diametro dei tubi di scambio termico influisce in modo significativo sulla velocità del refrigerante, sul coefficiente di trasferimento del calore nello spazio tubiero e sulle dimensioni dell'apparato; minore è il diametro dei tubi, maggiore è il numero di essi che possono essere posizionati attorno ai cerchi nell'involucro di un dato diametro. Tuttavia, i tubi di piccolo diametro si intasano più rapidamente quando si lavora con liquidi di raffreddamento contaminati, quando sorgono alcune difficoltà pulizia meccanica e fissando tali tubi mediante svasatura. Per questo motivo, il più comunemente usato tubi di acciaio con un diametro esterno di 20 e 25 mm. I tubi con un diametro di 38 e 57 mm vengono utilizzati quando si lavora con liquidi contaminati o viscosi.

Con un aumento della lunghezza dei tubi e una diminuzione del diametro dell'apparato, il suo costo diminuisce. Lo scambiatore di calore più economico con una lunghezza del tubo di 5–7 m.

I tubi sono fissati nelle griglie il più delle volte mediante svasatura (Figura 2.61a, b) e un collegamento particolarmente robusto (necessario se l'apparecchio viene utilizzato a pressioni elevate) si ottiene disponendo fori con scanalature anulari nelle piastre tubiere, che vengono riempite di tubo metallico durante la sua espansione (Figura 2.61b). Inoltre, i tubi vengono fissati mediante saldatura (Figura 2.61c), se il materiale del tubo non è suscettibile di trafilatura ed è accettabile una connessione rigida dei tubi con una piastra tubiera, nonché la saldatura (Figura 2.61d), utilizzata per collegare principalmente tubi di rame e ottone. Occasionalmente, i tubi sono collegati alla rete mediante pressacavi (Figura 2.61d), che consentono il libero movimento longitudinale dei tubi e la possibilità di una loro rapida sostituzione. Tale connessione può ridurre significativamente la deformazione termica dei tubi, ma è complessa, costosa e non abbastanza affidabile.

Il metodo più comune per fissare i tubi in un reticolo è la svasatura. I tubi vengono inseriti nei fori della griglia con una certa distanza, quindi vengono arrotolati all'interno con un apposito attrezzo dotato di rulli (rullatura). Per intensificare il trasferimento di calore, a volte vengono utilizzati i turbolatori, elementi che turbolizzano o distruggono lo strato limite del liquido di raffreddamento sulla superficie esterna dei tubi. Il desiderio di intensificare il trasferimento di calore da un liquido di raffreddamento inefficiente (gas, liquidi viscosi) ha portato allo sviluppo vari disegni tubi alettati. È stato stabilito che l'alettatura aumenta non solo la superficie di scambio termico, ma anche il coefficiente di scambio termico dalla superficie alettata al liquido di raffreddamento a causa della turbolenza del flusso da parte delle alette. In questo caso, però, è necessario tenere conto dell'aumento del costo del pompaggio del liquido di raffreddamento.

Vengono utilizzati tubi con nervature longitudinali (Figura 2.62a) e sdoppiate (Figura 2.62b), con nervature trasversali di vario profilo (Figura 2.62c). Le alette sui tubi possono essere realizzate sotto forma di nervature a spirale (Figura 2.62d), aghi di vari spessori, ecc.

Figura 2.62 - Tubi con alette

Negli scambiatori di calore a fascio tubiero sono installate partizioni trasversali e longitudinali.

I deflettori trasversali (Figura 2.63), posti nell'anello degli scambiatori di calore, sono progettati per organizzare il movimento del liquido di raffreddamento nella direzione perpendicolare all'asse dei tubi e aumentare la velocità del liquido di raffreddamento nell'anello. In entrambi i casi aumenta il coefficiente di scambio termico sulla superficie esterna dei tubi.

Le partizioni trasversali sono installate anche nello spazio anulare di condensatori ed evaporatori, in cui il coefficiente di scambio termico sulla superficie esterna dei tubi è un ordine di grandezza superiore al coefficiente sulla loro superficie interna. In questo caso, i deflettori svolgono il ruolo di supporto del fascio tubiero, fissando i tubi a una certa distanza l'uno dall'altro, e riducono anche le vibrazioni dei tubi.

Scambiatore di calore a fascio tubiero (a fascio tubiero) orizzontale

scambiatore di calore a tubi

NORMIT dispone di un'ampia gamma di scambiatori di calore per soddisfare qualsiasi esigenza. vari tipi industria. Siamo pronti a fornire ai nostri clienti attrezzature di qualità europea a prezzi ragionevoli.

Scopo

Scambiatori di calore a fascio tubiero sono utilizzati per il trasferimento di calore e processi termochimici tra vari liquidi, vapori e gas, sia senza modifiche, sia con un cambiamento nel loro stato di aggregazione. Possono essere utilizzati scambiatori di calore a fascio tubiero

come condensatori, riscaldatori ed evaporatori. Allo stato attuale, il design dello scambiatore di calore di conseguenza sviluppi speciali tenendo conto dell'esperienza operativa è diventata molto più perfetta.

Vantaggi scambiatori di calore a fascio tubiero:

• Affidabilità
• Alta efficienza
• compattezza
• Ampia gamma di applicazioni
• Ampia zona di scambio termico
• Non danneggia la struttura del prodotto
• Facile pulizia e manutenzione
• Nessuna "zona morta"
• Può essere dotato di lavello CIP
• Bassi costi energetici
• Uso sicuro per il personale

Scambiatori di calore a fascio tubiero sono uno dei dispositivi più utilizzati in questo settore, in gran parte per la loro design robusto e molte opzioni per l'esecuzione in conformità con varie condizioni operazione.

Specifiche può variare in base alle esigenze tecnologiche del Cliente:

• flussi monofase, ebollizione e condensazione sui lati caldo e freddo dello scambiatore di calore con esecuzione verticale o orizzontale
• campo di pressione da vuoto a valori elevati
• perdite di carico ampiamente variabili su entrambi i lati a causa di grande varietà opzioni
• soddisfare i requisiti per le sollecitazioni termiche senza un aumento significativo del costo del dispositivo
• dimensioni da piccolo a estremamente grande (5000 m2)
• possibilità di applicazione vari materiali in base al costo, alla corrosione, regime di temperatura e pressione
• l'uso di superfici di scambio termico sviluppate sia all'interno che all'esterno dei tubi, intensificatori vari, ecc.
• la possibilità di estrarre il fascio tubiero per la pulizia e la riparazione.

Descrizione

Gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono costituiti da fasci tubieri fissati in piastre tubiere, involucri, coperchi, camere, ugelli e supporti. Gli spazi del tubo e dell'anello in questi dispositivi sono separati e ciascuno di essi può essere diviso da partizioni in più passaggi.

La superficie di trasferimento del calore dei dispositivi può variare da diverse centinaia di centimetri quadrati a diverse migliaia. metri quadrati. Quindi, il condensatore di una turbina a vapore con una capacità di 150 MW è costituito da 17mila tubi con una superficie di scambio termico totale di circa 9000 m 2.

Il guscio di uno scambiatore di calore a fascio tubiero è un tubo saldato da uno o più lamiere di acciaio. Gli involucri si differenziano tra loro principalmente per il modo in cui sono collegati ai coperchi e alla piastra tubiera. Lo spessore della parete dell'involucro è determinato dalla pressione del mezzo di lavoro e dal diametro dell'involucro, ma si presume sia almeno 4 mm. Le flange sono saldate ai bordi cilindrici dell'involucro per il collegamento con coperchi o fondi. I supporti dell'apparecchio sono fissati alla superficie esterna dell'involucro.

La tubazione degli scambiatori di calore a fascio tubiero è costituita da tubi diritti o curvi (a forma di U o W) con un diametro da 12 a 57 mm. Sono preferiti tubi in acciaio senza saldatura.

Scambiatori di calore a fascio tubiero l'area di flusso dello spazio anulare è 2-3 volte maggiore dell'area di flusso all'interno dei tubi. Pertanto, a parità di portata di vettori di calore con lo stesso stato di fase, i coefficienti di trasferimento di calore sulla superficie dello spazio anulare sono bassi, il che riduce il coefficiente di trasferimento di calore complessivo nell'apparato. La disposizione dei deflettori nello spazio anulare di uno scambiatore di calore a fascio tubiero aiuta ad aumentare la velocità del refrigerante e ad aumentare l'efficienza del trasferimento di calore.

Di seguito sono riportati i diagrammi dei dispositivi più comuni:

Gli scambiatori di calore a fascio tubiero possono essere rigidi, non rigidi e semirigidi, a passaggio singolo e multipasso, a flusso diretto, controcorrente e incrociato, orizzontali, inclinati e verticali.

In uno scambiatore di calore a tubi diritti a passaggio singolo di design rigido, il mantello e i tubi sono collegati da piastre tubiere e quindi non vi è alcuna possibilità di compensare la dilatazione termica. Tali dispositivi hanno un design semplice, ma possono essere utilizzati solo a differenze di temperatura relativamente piccole tra il corpo e il fascio tubiero (fino a 50 ° C). Hanno bassi coefficienti di trasferimento del calore a causa della bassa velocità del liquido di raffreddamento nell'anello.

Negli scambiatori di calore a fascio tubiero, l'area di flusso dello spazio anulare è 2-3 volte più grande dell'area di flusso dei tubi. Pertanto, a parità di portate di vettori di calore aventi lo stesso stato di aggregazione, i coefficienti di trasmissione del calore sulla superficie dello spazio anulare sono bassi, il che riduce il coefficiente di trasmissione del calore nell'apparato. La disposizione dei deflettori nello spazio anulare contribuisce ad aumentare la velocità del liquido di raffreddamento e ad aumentare il coefficiente di scambio termico.

Negli scambiatori di calore vapore-liquido, il vapore passa solitamente nello spazio anulare e il liquido passa attraverso i tubi. La differenza di temperatura tra la parete del guscio e i tubi è generalmente significativa. Per compensare la differenza di allungamento termico tra l'involucro e i tubi, sono installati compensatori di lenti, premistoppa o soffietti.

Per eliminare le sollecitazioni nel metallo dovute all'allungamento termico, vengono realizzati anche scambiatori di calore monocamerali con tubi piegati a forma di U e W. Sono utili alle alte pressioni dei refrigeranti, poiché la fabbricazione di camere d'acqua e il fissaggio di tubi in piastre tubiere negli apparati alta pressione le operazioni sono complesse e costose. Tuttavia, le macchine con tubi piegati non possono ricevere molto diffuso a causa della difficoltà di realizzare tubi con diversi raggi di curvatura, della difficoltà di sostituzione dei tubi e dell'inconveniente di pulire i tubi curvati.

I dispositivi di compensazione sono di difficile realizzazione (membrana, soffietto, con tubi piegati) o non sufficientemente affidabili nel funzionamento (lente, premistoppa). Un design più perfetto dello scambiatore di calore con fissaggio rigido di una piastra tubiera e movimento libero della seconda piastra insieme alla copertura interna del sistema tubiero. un certo aumento del costo dell'apparecchiatura dovuto all'aumento del diametro del corpo e alla fabbricazione di un fondo aggiuntivo è giustificato dalla semplicità e dall'affidabilità nel funzionamento. Questi dispositivi sono chiamati scambiatori di calore a "testa flottante". Gli scambiatori di calore a flussi incrociati sono diversi coefficiente aumentato trasferimento di calore sulla superficie esterna dovuto al fatto che il liquido di raffreddamento si muove attraverso il fascio tubiero. Con il flusso incrociato, la differenza di temperatura tra i vettori di calore diminuisce, tuttavia, con un numero sufficiente di sezioni di tubo, la differenza rispetto al controflusso è piccola. In alcuni modelli di tali scambiatori di calore, quando il gas scorre nello spazio anulare e il liquido nei tubi, vengono utilizzati tubi con nervature trasversali per aumentare il coefficiente di trasferimento del calore.

L'uso diffuso degli scambiatori di calore a fascio tubiero e delle loro progettazioni non dovrebbe escludere l'uso di scambiatori di calore raschiati e di scambiatori di calore tubo in tubo nei casi in cui il loro utilizzo sia più accettabile dal punto di vista tecnologico ed economico caratteristiche.

Specifiche tecniche:

Modello	Tubo Heatex NORMIT 1	Tubo Heatex NORMIT 2	Tubo Heatex NORMIT 3	Tubo Heatex NORMIT 4
Area di scambio termico, m2
Materiale	AISI 304
Numero di tubi, pz
Temperatura, °C	fino a 200

Dimensioni:

Dimensioni d'ingombro, mm	UN	B	C
Tubo Heatex NORMIT 1		1500
Tubo Heatex NORMIT 2		1900
Tubo Heatex NORMIT 3		2200
Tubo Heatex NORMIT 4		2600