Najłatwiejszym sposobem zrozumienia działania wymiennika ciepła typu płaszczowo-rurowego jest przestudiowanie jego schematu:

Obrazek 1. Zasada działania wymiennika płaszczowo-rurowego. Jednak, ten schemat ilustruje tylko to, co już zostało powiedziane: dwa oddzielne, nie mieszające się strumienie wymiany ciepła przechodzące przez obudowę i przez wiązkę rur. Jeśli diagram jest animowany, będzie to znacznie jaśniejsze.

Rysunek 2. Animacja pracy wymiennika płaszczowo-rurowego. Ta ilustracja pokazuje nie tylko zasadę działania i konstrukcję wymiennika ciepła, ale także wygląd wymiennika z zewnątrz i od wewnątrz. Składa się z cylindrycznej obudowy z dwoma armaturami, w niej oraz dwóch komór rozdzielczych po obu stronach obudowy.

Rury są połączone i utrzymywane wewnątrz obudowy za pomocą dwóch den sitowych - całkowicie metalowych krążków z wywierconymi w nich otworami; dna sitowe oddzielają komory rozdzielcze od obudowy wymiennika ciepła. Rury na dno sitowym można mocować przez spawanie, kielichowanie lub kombinację tych dwóch metod.

Rysunek 3 Blacha rurowa z rozszerzoną wiązką rur. Pierwszy płyn chłodzący natychmiast dostaje się do obudowy przez złączkę wlotową i opuszcza ją przez złączkę wylotową. Drugi czynnik chłodzący podawany jest najpierw do komory rozdzielczej, skąd kierowany jest do wiązki rur. W drugiej komorze rozdzielczej strumień „zawraca” i ponownie przechodzi przez rury do pierwszej komory rozdzielczej, skąd wypływa przez własną armaturę wylotową. W tym przypadku przepływ wsteczny jest kierowany przez inną część wiązki rur, aby nie zakłócać przejścia przepływu „do przodu”.

niuanse techniczne

1. Należy podkreślić, że schematy 1 i 2 pokazują pracę dwuciągowego wymiennika ciepła (nośnik ciepła przechodzi przez wiązkę rur w dwóch ciągach - przepływ bezpośredni i przepływ wsteczny). W ten sposób uzyskuje się lepszą wymianę ciepła przy tej samej długości rur i korpusu wymiennika; jednocześnie jednak jego średnica wzrasta ze względu na wzrost liczby rur w wiązce rur. Jest więcej proste modele, w którym chłodziwo przepływa przez wiązkę rur tylko w jednym kierunku:

Rysunek 4 Schemat obwodu jednoprzepływowy wymiennik ciepła. Oprócz jedno- i dwuciągowych wymienników ciepła istnieją również wymienniki cztero-, sześcio- i ośmiociągowe, które stosuje się w zależności od specyfiki konkretnych zadań.

2. Schemat animowany 2 przedstawia pracę wymiennika ciepła z zamontowanymi wewnątrz obudowy przegrodami kierującymi przepływ nośnika ciepła po zygzakowatej ścieżce. W ten sposób zapewniony jest przepływ krzyżowy nośników ciepła, w którym „zewnętrzny” nośnik ciepła myje rury wiązki prostopadle do ich kierunku, co również zwiększa przenoszenie ciepła. Istnieją modele o prostszej konstrukcji, w których chłodziwo przepływa w obudowie równolegle do rur (patrz schematy 1 i 4).

3. Ponieważ współczynnik przenikania ciepła zależy nie tylko od trajektorii przepływów mediów roboczych, ale także od powierzchni ich wzajemnego oddziaływania (w tym przypadku od całkowitej powierzchni wszystkich rur wiązki rur), podobnie jak w przypadku prędkości nośników ciepła, możliwe jest zwiększenie wymiany ciepła poprzez zastosowanie rur ze specjalnymi urządzeniami - turbulatorami.

Rysunek 5 Rury do wymiennika płaszczowo-rurowego z radełkowaniem falistym. Zastosowanie takich rur z turbulatorami w porównaniu z tradycyjnymi rurami cylindrycznymi pozwala na zwiększenie mocy cieplnej urządzenia o 15 - 25 procent; dodatkowo ze względu na występowanie w nich procesów wirowych następuje samooczyszczanie wewnętrzna powierzchnia rury ze złóż mineralnych.

Należy zauważyć, że charakterystyka wymiany ciepła w dużej mierze zależy od materiału rury, który musi mieć dobrą przewodność cieplną, zdolność do wytrzymywania wysokiego ciśnienia środowisko pracy i być odpornym na korozję. Razem te wymagania świeża woda, para i oleje najlepszy wybór są nowoczesne znaczki wysokiej jakości stal nierdzewna; do wody morskiej lub chlorowanej - mosiądz, miedź, miedzionikiel itp.

Produkuje standardowe i modernizowane płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła zgodnie z nowoczesne technologie dla nowo zainstalowanych linii, a także produkuje jednostki przeznaczone do wymiany wymienników ciepła, które wyczerpały swoje zasoby. a jego produkcja wykonywana jest na indywidualne zamówienie, z uwzględnieniem wszelkich parametrów i wymagań konkretnej sytuacji technologicznej.

Spośród wszystkich typów wymienników ciepła ten typ jest najczęstszy. Stosuje się go podczas pracy z dowolnymi mediami płynnymi, gazowymi i parowymi, w tym w przypadku zmiany stanu medium podczas procesu destylacji.

Historia pojawienia się i realizacji

Wynaleziono płaszczowo-rurowe (lub) wymienniki ciepła na początku ubiegłego wieku, w celu aktywnego wykorzystania podczas pracy elektrociepłowni, gdzie duża liczba podgrzaną wodę destylowano pod podwyższonym ciśnieniem. W przyszłości wynalazek zaczął być wykorzystywany do tworzenia parowników i konstrukcji grzewczych. Z biegiem lat konstrukcja płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła uległa poprawie, konstrukcja stała się mniej uciążliwa, obecnie jest rozwijana tak, aby była dostępna do czyszczenia poszczególne elementy. Coraz częściej takie systemy zaczęły być stosowane w przemyśle i produkcji rafinacji ropy naftowej domowe środki chemiczne, ponieważ produkty tych branż zawierają dużo zanieczyszczeń. Ich osad wymaga jedynie okresowego czyszczenia wewnętrznych ścianek wymiennika ciepła.

Jak widać na przedstawionym schemacie, płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła składa się z wiązki rur, które znajdują się w ich komorze i są zamocowane na płycie lub ruszcie. Obudowa - w rzeczywistości nazwa całej komory, spawanej z blachy o grubości co najmniej 4 mm (lub większej, w zależności od właściwości środowiska pracy), w której znajdują się rurki i płyta. Jako materiał na deskę zwykle stosuje się blachę stalową. Pomiędzy sobą rury są połączone rurami rozgałęzionymi, jest też wlot i wylot do komory, odpływ kondensatu i przegrody.

W zależności od liczby rur i ich średnicy moc wymiennika ciepła jest różna. Tak więc, jeśli powierzchnia wymiany ciepła wynosi około 9000 m2. m., moc wymiennika ciepła wyniesie 150 MW, jest to przykład pracy turbiny parowej.

Urządzenie wymiennika płaszczowo-rurowego obejmuje podłączenie spawane rury z płytą i osłonami, które mogą być różne, a także wygięciem obudowy (w formie litery U lub W). Poniżej przedstawiamy typy urządzeń najczęściej spotykanych w praktyce.

Kolejną cechą urządzenia jest odległość między rurami, która powinna być 2-3 razy większa od ich przekroju. Dzięki temu współczynnik przenikania ciepła jest niewielki, a to wpływa na sprawność całego wymiennika ciepła.

Od nazwy wymiennik ciepła to urządzenie stworzone do przekazywania wytworzonego ciepła ogrzewanemu obiektowi. Chłodziwo w tym przypadku to konstrukcja opisana powyżej. Działanie wymiennika płaszczowo-rurowego polega na tym, że zimne i gorące media robocze przemieszczają się przez różne płaszcze, a wymiana ciepła zachodzi w przestrzeni między nimi.

Czynnikiem roboczym wewnątrz rur jest ciecz, podczas gdy gorąca para przepływa przez odległość między rurami tworząc kondensat. Ponieważ ścianki rur nagrzewają się bardziej niż płyta, do której są przymocowane, różnica ta musi zostać skompensowana, w przeciwnym razie urządzenie poniosłoby znaczne straty ciepła. Stosowane są do tego trzy rodzaje tzw. kompensatorów: soczewki, dławnice lub mieszki.

Również podczas pracy z cieczą pod wysokim ciśnieniem stosuje się jednokomorowe wymienniki ciepła. Posiadają wygięcie typu U, W, niezbędne do uniknięcia wysokich naprężeń w stali spowodowanych rozszerzalnością cieplną. Ich produkcja jest dość droga, rury w przypadku naprawy są trudne do wymiany. Dlatego takie wymienniki ciepła są mniej poszukiwane na rynku.

W zależności od sposobu mocowania rur do deski lub rusztu wyróżniamy:

• Rury spawane;
• Mocowane w rozszerzonych niszach;
• Przykręcany do kołnierza;
• zapieczętowany;
• Posiadanie uszczelnień olejowych w konstrukcji łącznika.

W zależności od rodzaju konstrukcji wymienniki płaszczowo-rurowe to (patrz schemat powyżej):

• Sztywne (litery na rys. a, j), niesztywne (d, e, f, h, i) i półsztywne (litery na rys. b, c i g);
• Według liczby ruchów - jedno- lub wielokierunkowe;
• W kierunku przepływu płynu technicznego - wprost, poprzecznie lub pod prąd;
• Według lokalizacji deski są poziome, pionowe i umieszczone na pochyłej płaszczyźnie.

Szeroka gama wymienników płaszczowo-rurowych

1. Ciśnienie w rurach może osiągnąć różne wartości, od próżni do najwyższej;
2. Może być osiągnięty warunek konieczny przez naprężenia termiczne, a cena urządzenia nie zmieni się znacząco;
3. Wymiary systemu mogą być również różne: od domowego wymiennika ciepła w łazience po obszar przemysłowy o powierzchni 5000 metrów kwadratowych. m.;
4. Nie ma potrzeby wstępnego czyszczenia środowiska pracy;
5. Użyj, aby stworzyć rdzeń różne materiały, w zależności od kosztów produkcji. Jednak wszystkie spełniają wymagania dotyczące temperatury, ciśnienia i odporności na korozję;
6. Oddzielny odcinek rur można wyjąć do czyszczenia lub naprawy.

Czy projekt ma wady? Nie bez nich: płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła jest bardzo nieporęczny. Ze względu na swój rozmiar często wymaga osobnego pokój techniczny. Ze względu na duże zużycie metalu koszt wytworzenia takiego urządzenia jest również wysoki.

W porównaniu do wymienników ciepła U, W-rurowych i stałych, wymienniki płaszczowo-rurowe mają więcej zalet i są bardziej wydajne. Dlatego są częściej kupowane, pomimo wysokich kosztów. Z drugiej strony, niezależna produkcja taki system spowoduje duże trudności i najprawdopodobniej doprowadzi do znacznych strat ciepła podczas pracy.

Szczególną uwagę podczas pracy wymiennika należy zwrócić na stan rur, a także regulację w zależności od kondensatu. Każda ingerencja w system prowadzi do zmiany obszaru wymiany ciepła, dlatego naprawy i uruchomienie muszą być przeprowadzane przez przeszkolonych specjalistów.

Możesz być zainteresowany:

Pompa przemysłowa jest niezbędna praktycznie w każdej produkcji. w odróżnieniu pompy domowe muszą wytrzymać duże obciążenia, być odporne na zużycie i mieć maksymalną wydajność. Ponadto pompy tego typu muszą być opłacalne dla przedsiębiorstwa, w którym są używane. Aby kupić odpowiednią pompę przemysłową, należy przestudiować jej główne cechy i wziąć pod uwagę ...

Podgrzewanie i chłodzenie płynów jest niezbędnym krokiem w wielu procesy technologiczne. W tym celu stosuje się wymienniki ciepła. Zasada działania urządzenia opiera się na przenoszeniu ciepła z chłodziwa, którego funkcje pełni woda, para, media organiczne i nieorganiczne. Wybór najlepszego wymiennika ciepła dla danego obiektu proces produkcji, musisz opierać się na cechach projektu i materiału, od ...

Studzienka pionowa ma kształt cylindrycznego zbiornika wykonanego z metalu (czasami jest kwadratowy). Kształt dna jest stożkowy lub piramidalny. Osadników można sklasyfikować na podstawie konstrukcji wlotu – centralnego i peryferyjnego. Najczęściej używany widok z centralnym wlotem. Woda w misce porusza się w dół i w górę. Zasada działania pionowego...

Ministerstwo Energii opracowało plan rozwoju zielonej energii elektrycznej do 2020 roku. Udział energii elektrycznej z alternatywne źródła energia elektryczna powinna osiągnąć 4,5% całkowitej ilości energii wytwarzanej w kraju. Jednak zdaniem ekspertów kraj po prostu nie potrzebuje takiej ilości energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych. Ogólna opinia w tym obszarze to rozwój wytwarzania energii elektrycznej poprzez...

Wymiennik ciepła to urządzenie, w którym ciepło jest przekazywane między chłodziwami.

Zasada działania

Wymienniki płaszczowo-rurowe to wymienniki rekuperacyjne, w których media są oddzielone ściankami. Ich praca polega na procesach wymiany ciepła między cieczami. W takim przypadku ich stan agregacji może ulec zmianie. Wymiana ciepła może również mieć miejsce między cieczą a parą lub gazem.

Zalety i wady

Wymienniki ciepła płaszczowo-rurowe są powszechne ze względu na następujące pozytywne cechy:

• odporność na naprężenia mechaniczne i uderzenia wodne;
• niskie wymagania dotyczące czystości mediów;
• wysoka niezawodność i trwałość;
• szeroki kolejka;
• możliwość zastosowania w różnych środowiskach.

Do wad tego typu modele obejmują:

• niski współczynnik przenikania ciepła;
• znaczne wymiary i wysokie zużycie metalu;
• wysoka cena ze względu na zwiększone zużycie metalu;
• konieczność korzystania z urządzeń z dużym zapasem ze względu na zatykanie uszkodzonych rur podczas napraw;
• wahania poziomu kondensatu zmieniają wymianę ciepła w urządzeniach poziomych nieliniowo.

Wymienniki płaszczowo-rurowe mają niski współczynnik przenikania ciepła. Wynika to częściowo z faktu, że przestrzeń obudowy jest 2 razy większa niż całkowita Przekrój rury. Zastosowanie przegród umożliwia zwiększenie prędkości płynu i poprawę wymiany ciepła.

W pierścień płyn chłodzący przechodzi, a ogrzane medium jest dostarczane przez rury. Podobnie można go również schłodzić. Efektywność wymiany ciepła zapewnia zwiększenie liczby rurek lub wytworzenie poprzecznego prądu zewnętrznego chłodziwa.

Kompensacja wydłużenia termicznego

Temperatura nośników ciepła jest różna, w wyniku czego dochodzi do odkształcenia termicznego elementów konstrukcyjnych. Płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła jest dostępny z kompensacją rozszerzalności lub bez niej. Sztywne mocowanie rur jest dopuszczalne, gdy różnica temperatur między nimi a nadwoziem wynosi do 25-30 0 C. Jeśli przekracza te granice, stosuje się następujące kompensatory temperatury.

1. Głowica „pływająca” - jedna z kratek nie jest połączona z obudową i porusza się swobodnie w kierunku osiowym podczas wysuwania rur. Projekt jest najbardziej niezawodny.
2. Kompensator soczewki w postaci pofałdowania wykonany jest na korpusie, który może się rozszerzać lub kurczyć.
3. Kompensator dławnicy montowany jest na górnym dnie, który ma możliwość przemieszczania się wraz z rusztem podczas rozszerzalności cieplnej.
4. Rury w kształcie litery U są swobodnie rozciągnięte w nośniku ciepła. Wadą jest złożoność produkcji.

Rodzaje wymienników płaszczowo-rurowych

Konstrukcja urządzeń jest prosta, zawsze jest na nie popyt. Cylindryczny korpus to stalowa obudowa duża średnica. Na jego krawędziach wykonane są kołnierze, na których montuje się osłony. Wiązki rur są mocowane w dnach sitowych wewnątrz korpusu przez spawanie lub rozprężanie.

Materiał na rury to stal, miedź, mosiądz, tytan. Płyty stalowe mocowane są między kołnierzami lub przyspawane do obudowy. Pomiędzy nimi a korpusem wewnątrz powstają komory, przez które przechodzą chłodziwa. Istnieją również przegrody, które zmieniają ruch płynów przechodzących przez płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła. Konstrukcja pozwala na zmianę prędkości i kierunku przepływu przechodzącego między rurami, zwiększając tym samym intensywność wymiany ciepła.

Urządzenia mogą być umieszczone w przestrzeni pionowo, poziomo lub z nachyleniem.

Różne typy wymienników płaszczowo-rurowych różnią się rozmieszczeniem przegród oraz rozmieszczeniem dylatacji. Przy niewielkiej liczbie rurek w wiązce obudowa ma małą średnicę, a powierzchnie wymiany ciepła są niewielkie. Aby je zwiększyć, wymienniki ciepła są połączone szeregowo w sekcje. Najprostsza jest konstrukcja typu „rura w rurze”, która często jest wykonywana samodzielnie. Aby to zrobić, konieczne jest prawidłowe dobranie średnic wewnętrznych i rura zewnętrzna i prędkość przepływów nośnika ciepła. Łatwość czyszczenia i naprawy zapewniają kolana łączące sąsiednie sekcje. Ta konstrukcja jest często stosowana jako płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła parowo-wodnego.

Spiralne wymienniki ciepła to kanały wykonane w kształcie prostokąta i spawane z blach, po których poruszają się nośniki ciepła. Zaletą jest duża powierzchnia kontaktu z cieczami, wadą niski dopuszczalny nacisk.

Nowe konstrukcje wymienników ciepła

W naszych czasach zaczyna się rozwijać produkcja kompaktowych wymienników ciepła z tłoczonymi powierzchniami i intensywnym ruchem cieczy. W rezultacie ich właściwości techniczne są zbliżone do urządzeń lamelarnych. Ale produkcja tych ostatnich też się rozwija i trudno je dogonić. Zastąpienie wymienników płaszczowo-rurowych płytowymi wymiennikami ciepła jest celowe ze względu na następujące zalety:

Wadą jest szybkie zanieczyszczenie płyt ze względu na mały rozmiar szczelin między nimi. Jeśli chłodziwa są dobrze przefiltrowane, wymiennik ciepła będzie działał przez długi czas. Drobne cząstki nie są zatrzymywane na polerowanych płytach, a turbulencja cieczy zapobiega również osadzaniu się zanieczyszczeń.

Zwiększenie intensywności wymiany ciepła urządzeń

Specjaliści stale opracowują nowe płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła. Specyfikacje ulepszone poprzez zastosowanie następujących metod:

Turbulencje przepływów cieczy znacznie zmniejszają odkładanie się kamienia na ściankach rur. Dzięki temu nie są wymagane żadne środki czyszczące, które są niezbędne do gładkich powierzchni.

Produkcja wymienników płaszczowo-rurowych wraz z wprowadzeniem nowych metod pozwala na 2-3 krotne zwiększenie wydajności wymiany ciepła.

Biorąc pod uwagę dodatkowe koszty energii i koszty, producenci często próbują zastąpić wymiennik ciepła płytowym wymiennikiem ciepła. W porównaniu do konwencjonalnych płaszczowo-rurowych są one o 20-30% lepsze w przenoszeniu ciepła. Wiąże się to bardziej z rozwojem produkcji nowego sprzętu, który wciąż ma trudności.

Działanie wymienników ciepła

Urządzenia wymagają okresowych przeglądów i kontroli pracy. Parametry takie jak temperatura są mierzone na podstawie ich wartości wlotowych i wylotowych. Jeśli wydajność pracy spadła, należy sprawdzić stan powierzchni. Osady soli szczególnie wpływają na parametry termodynamiczne wymienników ciepła, w których szczeliny są niewielkie. Powierzchnie są czyszczone za pomocą środków chemicznych, a także ze względu na zastosowanie drgań ultradźwiękowych i turbulencji przepływów nośnika ciepła.

Naprawa urządzeń płaszczowo-rurowych polega głównie na uszczelnianiu nieszczelnych rur, co pogarsza ich parametry techniczne.

Wniosek

Optymalne płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła konkurują z płytowymi wymiennikami ciepła i mogą być stosowane w wielu obszarach technologii. Nowe konstrukcje mają znacznie mniejsze gabaryty i zużycie metalu, co pozwala na zmniejszenie powierzchni roboczej oraz obniżenie kosztów tworzenia i eksploatacji.

Wymienniki płaszczowo-rurowe, ich rodzaje i budowa

Wymienniki ciepła płaszczowo-rurowe- najczęstsza konstrukcja urządzeń do wymiany ciepła. Według GOST 9929 stalowe płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła produkowane są w następujących typach: TN - ze stałymi ścianami sitowymi; TK - z kompensatorem temperatury na obudowie; TP - z głowicą pływającą; TU - z rurami w kształcie litery U; TPK - z ruchomą głowicą i kompensatorem (rysunek 2.49).

Rysunek 2.49 - Rodzaje TOA typu płaszczowo-rurowego

W zależności od przeznaczenia urządzeniami płaszczowo-rurowymi mogą być wymienniki ciepła, lodówki, skraplacze i parowniki; wykonywane są jedno- i wieloprzebiegowo.

Rysunek 2.50 - Dwudrożny poziomy wymiennik ciepła typu TH

Dwukierunkowy poziomy wymiennik ciepła ze stałymi ścianami sitowymi (typ TN - Rysunek 2.50) składa się z cylindrycznej spawanej obudowy 5, komory rozdzielczej 11 i dwóch pokryw 4. Wiązkę rur (Rysunek 2.51) tworzą rury 7 połączone na pół dna sitowe 3. Ścianki sitowe są przyspawane do obudowy. Pokrywy, komora rozdzielcza i obudowa są połączone kołnierzami. W obudowie i komorze rozdzielczej znajdują się kształtki wejścia i wyjścia nośników ciepła z przestrzeni rurowej (złączka 1, 12) i pierścieniowej (złączka 2, 10). Przegroda 13 w komorze rozdzielczej tworzy kanały chłodziwa przez rury (rysunek 2.52). Do uszczelnienia połączenia pomiędzy podłużną przegrodą a dnem sitowym zastosowano uszczelkę 14, którą umieszczono w rowku kratownicy 3.

Rysunek 2.51 - Wiązka rur

Rysunek 2.52 - Podwójny TOA	Rysunek 2.53 - Arkusz rury

Wymienniki ciepła z tej grupy produkowane są na ciśnienie nominalne 0,6–4,0 MPa, o średnicy 159–1200 mm, o powierzchni wymiany ciepła do 960 m 2; ich długość wynosi do 10 m, waga do 20 t. Wymienniki tego typu stosowane są do temperatury 350 °C.

Cechą urządzeń typu TN jest to, że rury są sztywno połączone z arkuszami sitowymi (rysunek 2.53), a kraty są połączone z korpusem. W związku z tym wykluczona jest możliwość wzajemnych ruchów rur i obudowy; dlatego urządzenia tego typu nazywane są również sztywnymi wymiennikami ciepła.

Ponieważ intensywność wymiany ciepła z przepływem poprzecznym wokół rur z chłodziwem jest wyższa niż z wzdłużną, poprzeczne przegrody 6 przymocowane ściągiem 5 są instalowane w pierścieniowej przestrzeni wymiennika ciepła, zapewniając zygzakowaty ruch chłodziwa wzdłuż długość aparatu w pierścieniu.

Na wlocie czynnika wymiany ciepła do przestrzeni pierścieniowej znajduje się zderzak 9 - okrągła lub prostokątna płyta, która chroni rury przed miejscowym zużyciem erozyjnym.

Zaletą urządzeń tego typu jest prostota konstrukcji, a co za tym idzie niższy koszt.

Mają jednak dwie główne wady. Po pierwsze, czyszczenie przestrzeni pierścieniowej takich urządzeń jest trudne, dlatego wymienniki ciepła tego typu stosuje się w przypadkach, gdy czynnik przechodzący przez pierścień jest czysty, nieagresywny, czyli nie ma potrzeby czyszczenia.

Po drugie, znaczna różnica temperatur rur i obudowy w tych urządzeniach prowadzi do większego wydłużenia rur w stosunku do obudowy, co powoduje występowanie naprężeń termicznych w dno sitowym 5, narusza szczelność rur w sieci i prowadzi do wnikania jednego czynnika wymiany ciepła do drugiego. Dlatego wymienniki ciepła tego typu stosuje się, gdy różnica temperatur czynnika wymiany ciepła przechodzącego przez rury i przestrzeń pierścieniową nie przekracza 50°C i przy stosunkowo niewielkiej długości aparatu.

Aparat płaszczowo-rurowy z kompensatorem soczewki na korpusie (typ TK) pokazano na rysunku 2.54a. Takie urządzenia mają cylindryczną obudowę 1, w której znajduje się wiązka rur 2; arkusze sitowe 3 z kielichowanymi rurkami są przymocowane do korpusu urządzenia. Na obu końcach wymiennik ciepła jest zamknięty pokrywami 4. Aparat wyposażony jest w złączki 5 do mediów wymiany ciepła; jedno medium przechodzi przez rurki, drugie przechodzi przez pierścień. Wymienniki ciepła z kompensatorem temperatury typu TK mają nieruchome dna sitowe i wyposażone są w specjalne elementy elastyczne 6 (soczewki) kompensujące różnicę wydłużenia obudowy i rur wynikającą z różnicy ich temperatur. Najczęściej w aparatach typu TK stosuje się jedno- i wieloelementowe kompensatory soczewkowe (ryc. 2.55), wykonane przez bieganie z krótkich cylindrycznych powłok. Element soczewkowy pokazany na rysunku 2.55b jest spawany z dwóch półsoczewek uzyskanych z arkusza przez tłoczenie.

Zdolność kompensacyjna kompensatora obiektywu jest w przybliżeniu proporcjonalna do liczby zawartych w nim soczewek, jednak nie zaleca się stosowania kompensatorów z więcej niż czterema soczewkami, ponieważ odporność obudowy na zginanie jest znacznie zmniejszona. Aby zwiększyć zdolność kompensacyjną kompensatora soczewki, można go wstępnie skompresować (jeśli jest przeznaczony do pracy w napięciu) lub rozciągnąć (w przypadku pracy w kompresji) podczas montażu obudowy.

W przypadku montażu kompensatora obiektywu urządzenia poziome W dolnej części każdej soczewki wiercone są otwory drenażowe z zatyczkami do spuszczania wody po testy hydrauliczne aparat.

Wymienniki ciepła z rurami w kształcie litery U typu TU (rysunek 2.56) mają jeden arkusz sitowy, w który zwijane są oba końce rur w kształcie litery U 7, co zapewnia swobodne wydłużenie rur przy zmianie ich temperatury. Wadą takich urządzeń jest trudność w czyszczeniu wewnętrznej powierzchni rur, w wyniku czego stosuje się je głównie do czystych produktów.

Rysunek 2.56 - Wymiennik ciepła typu TU

Wymienniki ciepła tego typu mogą mieć konstrukcję poziomą i pionową. Produkowane są o średnicy 325-1400 mm z rurami o długości 6-9 m, na ciśnienie nominalne do 6,4 MPa i na temperatury pracy do 450 °C. Masa wymienników ciepła do 30 ton.

Aby zapewnić oddzielne wejście i wyjście chłodziwa, w komorze rozdzielczej znajduje się przegroda (rysunek 2.57).

Wymienniki ciepła typu TU są dwuciągowe w przestrzeni rurowej oraz jedno- lub dwuciągowe w pierścieniu.

Rysunek 2.57 - Wiązka rur z rurkami w kształcie litery U

W urządzeniach typu TU zapewnione jest swobodne wydłużenie termiczne rur: każda rura może rozszerzać się niezależnie od osłony i rur sąsiednich. Różnica temperatur ścianek rur wzdłuż przejść w tych aparatach nie powinna przekraczać 100°C. W przeciwnym razie w dennicy sitowej mogą wystąpić niebezpieczne naprężenia termiczne spowodowane skokiem temperatury na linii połączenia jej dwóch części.

Zaletą konstrukcji aparatu typu TU jest możliwość okresowego wyjmowania wiązki rur (patrz rysunek 2.57) w celu oczyszczenia zewnętrznej powierzchni rur lub całkowitej wymiany wiązki. Należy jednak zauważyć, że zewnętrzna powierzchnia rur w tych urządzeniach jest niewygodna do czyszczenia mechanicznego.

Ponieważ mechaniczne czyszczenie wewnętrznej powierzchni rur w urządzeniach typu TU jest praktycznie niemożliwe, w przestrzeń rurową takich urządzeń należy skierować czynnik, który nie tworzy osadów wymagających czyszczenia mechanicznego.

Wewnętrzna powierzchnia rur w tych urządzeniach jest czyszczona wodą, parą, gorącymi produktami olejowymi lub odczynnikami chemicznymi. Czasami stosuje się metodę hydromechaniczną (doprowadzenie do przestrzeni rurowej strumienia cieczy zawierającej materiał ścierny, twarde kulki itp.).

Jedną z najczęstszych wad wymiennika płaszczowo-rurowego typu TU jest naruszenie szczelności połączenia rura-drzewo z powodu bardzo dużych naprężeń zginających wynikających z masy rur i medium wpływające do nich. W związku z tym wymienniki ciepła typu TU o średnicy 800 mm lub większej są wyposażone w łożyska toczne dla ułatwienia montażu i zmniejszenia naprężeń zginających w wiązce rur.

Do wad wymienników ciepła typu TU należy zaliczyć stosunkowo słabe wypełnienie płaszcza rurami ze względu na ograniczenia spowodowane zginaniem rur. Zazwyczaj U-rurki są wykonane z elastycznych rur w stanie zimnym lub podgrzanym.

Istotnymi wadami urządzeń typu TU są również brak możliwości wymiany rur (z wyjątkiem rur zewnętrznych) w przypadku awarii, a także trudność umieszczania rur, zwłaszcza przy dużej ich liczbie.

Z powodu tych niedociągnięć wymienniki ciepła tego typu nie znalazły szerokiego zastosowania.

Wymienniki ciepła z głowicą pływającą typu TP (z ruchomą ścianą sitową) są najczęstszym typem urządzeń powierzchniowych (rysunek 2.58). Ruchoma ścianka sitowa umożliwia swobodne poruszanie się wiązki rur niezależnie od obudowy. W urządzeniach tej konstrukcji naprężenia termiczne mogą wystąpić tylko wtedy, gdy występuje znaczna różnica temperatur rur.

Wymienniki ciepła z tej grupy są znormalizowane zgodnie z ciśnieniami warunkowymi Р y \u003d 1,6–6,4 MPa, zgodnie ze średnicami korpusu 325–1400 mm i powierzchniami grzewczymi 10–1200 m 2 przy długości rury 3–9 m. Ich masa sięga 35 ton Wymienniki ciepła są stosowane w temperaturach do 450 °C.

W wymiennikach tego typu wiązki rur można stosunkowo łatwo wyjąć z obudowy, co ułatwia ich naprawę, czyszczenie lub wymianę.

Skraplacz poziomy dwuciągowy typu TP składa się z obudowy 10 i wiązki rur. Lewy dno sitowe 1 jest połączone kołnierzem z obudową i komorą rozdzielczą 2, wyposażoną w przegrodę 4. Komora jest zamknięta płaską pokrywą 3. Prawa, ruchoma dno sitowe jest swobodnie zamontowana wewnątrz obudowy i tworzy „pływającą głowę” wraz z przymocowaną do niej osłoną 8. Od strony głowicy pływającej aparat jest zamknięty pokrywą 7. Gdy rury są podgrzewane i wydłużane, głowica pływająca porusza się wewnątrz obudowy.

Aby zapewnić swobodny ruch wiązki rur wewnątrz obudowy w urządzeniach o średnicy 800 mm lub większej, wiązka rur jest wyposażona w platformę nośną 6. Górny łącznik 9 jest przeznaczony do wprowadzania pary, a zatem ma duży obszar przepływu; dolna złączka 5 jest przeznaczona do odprowadzania kondensatu i ma mniejsze wymiary.

Znaczące współczynniki przenikania ciepła podczas kondensacji są praktycznie niezależne od trybu ruchu medium. Przegrody poprzeczne w przestrzeni pierścieniowej tego urządzenia służą jedynie do podparcia rur i usztywnienia wiązki rur.

Chociaż urządzenia typu TP zapewniają dobrą kompensację odkształceń termicznych, kompensacja ta nie jest kompletna, ponieważ różnica w rozszerzalności cieplnej samych rur prowadzi do wypaczenia dna sitowego. W związku z tym w wielociągowych wymiennikach ciepła typu TP o średnicy powyżej 1000 mm ze znaczną (powyżej 100°C) różnicą temperatur pomiędzy wlotem i wylotem czynnika w wiązce rur z reguły zamontowana jest głowica pływająca o średnicy cięcia.

Najważniejszą częścią wymiennika ciepła z głowicą pływającą jest połączenie pomiędzy pływającym dnem sitowym a pokrywą. Połączenie to powinno zapewniać możliwość łatwego wyjmowania wiązki z obudowy, aparatu oraz minimalną szczelinę Δ pomiędzy obudową a wiązką rur. Opcja pokazana na rysunku 2.59a pozwala na wyjęcie wiązki rur, ale szczelina Δ jest większa (przynajmniej niż w wymiennikach ciepła typu TH) o szerokość kołnierza głowicy ruchomej. Montaż według tego schematu jest najprostszy; jest często stosowany w parownikach parowych.

Umieszczenie głowicy pływającej wewnątrz pokrywy, której średnica jest większa niż średnica obudowy, pozwala na zmniejszenie szczeliny; ale jednocześnie demontaż urządzenia staje się bardziej skomplikowany, ponieważ pływającej głowicy nie można wyjąć z obudowy wymiennika ciepła (rysunek 2.59b).

Pływające wiązki głowicy są stosowane zwłaszcza w parownikach z komorą parową.

W tych urządzeniach musi powstać duża powierzchnia lustra odparowującego, dlatego średnica obudowy parownika jest znacznie większa niż średnica wiązki rur, a przegrody w wiązce służą jedynie do zwiększenia jej sztywności. W parowniku (rysunek 2.60) poziom cieczy w obudowie 11 jest utrzymywany przez przegrodę 2. Aby zapewnić wystarczającą objętość przestrzeni parowej i zwiększyć powierzchnię parowania, odległość od poziomu cieczy do górnej części obudowy wynosi w przybliżeniu 30% jego średnicy. Wiązka rur 3 znajduje się w obudowie parownika na belkach poprzecznych 4.

.

Rysunek 2.60 - Parownik

Dla wygody montażu wiązki rur, w przegrodzie 2 i lewym dolnym dnie znajduje się właz 10, przez który można wprowadzić kabel z wciągarki do urządzenia. Produkt wprowadzany jest do parownika przez złączkę 5; aby chronić wiązkę rur przed erozją, nad kształtką zainstalowano przegrodę 6. Opary odprowadzane są przez złączkę 9, produkt przez złączkę 1. Chłodziwo jest dostarczane do wiązki rur i odprowadzane przez złączki 7, 8. Kilka wiązek rur może być być instalowane w takich urządzeniach.

Rury do wymiany ciepła z aparatów ze stali płaszczowo-rurowej są produkowanymi komercyjnie rurami wykonanymi ze stali węglowych, odpornych na korozję i mosiądzu. Średnica rur wymiany ciepła znacząco wpływa na prędkość chłodziwa, współczynnik przenikania ciepła w przestrzeni rurowej oraz wymiary aparatu; im mniejsza średnica rur, tym większą ich ilość można umieścić na okręgach w obudowie o danej średnicy. Jednak rury o małej średnicy zapychają się szybciej podczas pracy z zanieczyszczonym chłodziwem, pewne trudności pojawiają się, gdy czyszczenie mechaniczne i mocowanie takich rur przez kielichowanie. Z tego powodu najczęściej używany stalowe rury o średnicy zewnętrznej 20 i 25 mm. Rury o średnicy 38 i 57 mm są używane do pracy z zanieczyszczonymi lub lepkimi cieczami.

Wraz ze wzrostem długości rur i spadkiem średnicy aparatu spada jego koszt. Najtańszy wymiennik ciepła o długości rury 5–7 m.

Rury mocowane są w kratach najczęściej poprzez kielichowanie (rysunek 2.61a, b) i szczególnie mocne połączenie (wymagane, jeśli aparat pracuje przy podwyższone ciśnienia) uzyskuje się poprzez ułożenie w dnach sitowych otworów z rowkami pierścieniowymi, które podczas jej rozszerzania wypełniane są metalem rury (rysunek 2.61b). Ponadto rury mocuje się przez spawanie (rysunek 2.61c), jeśli materiał rury nie nadaje się do ciągnienia i dopuszczalne jest sztywne połączenie rur z dnem sitowym, a także lutowanie (rysunek 2.61d), stosowane głównie do łączenia rury miedziane i mosiężne. Niekiedy rury łączy się z siatką za pomocą przepustów (rysunek 2.61d), które umożliwiają swobodny ruch wzdłużny rur oraz możliwość ich szybkiej wymiany. Takie połączenie może znacznie zmniejszyć odkształcenie termiczne rur, ale jest złożone, drogie i niewystarczająco niezawodne.

Najpopularniejszą metodą mocowania rur w kratownicy jest kielichowanie. Rury wkłada się w otwory kratki z pewną szczeliną, a następnie zwija się je do środka specjalnym narzędziem wyposażonym w rolki (walcowanie). Aby zintensyfikować wymianę ciepła, czasami stosuje się turbulatory - elementy, które turbulizują lub niszczą warstwę graniczną chłodziwa na zewnętrznej powierzchni rur. Chęć zintensyfikowania wymiany ciepła z nieefektywnego chłodziwa (gazy, lepkie ciecze) doprowadziło do rozwoju różne wzoryżebrowane rury. Stwierdzono, że użebrowanie zwiększa nie tylko powierzchnię wymiany ciepła, ale także współczynnik przenikania ciepła z powierzchni użebrowanej do chłodziwa w wyniku turbulencji przepływu przez żebra. W tym przypadku należy jednak wziąć pod uwagę wzrost kosztów pompowania chłodziwa.

Stosowane są rury z żebrami podłużnymi (rysunek 2.62a) i dzielonymi (rysunek 2.62b), z żebrami poprzecznymi o różnych profilach (rysunek 2.62c). Żebra na rurach mogą być wykonane w postaci żeber spiralnych (rysunek 2.62d), igieł o różnej grubości itp.

Rysunek 2.62 - Rury z żebrami

W wymiennikach płaszczowo-rurowych instalowane są przegrody poprzeczne i wzdłużne.

Przegrody poprzeczne (rysunek 2.63), umieszczone w pierścieniu wymienników ciepła, mają na celu uporządkowanie ruchu chłodziwa w kierunku prostopadłym do osi rur i zwiększenie prędkości chłodziwa w pierścieniu. W obu przypadkach wzrasta współczynnik przenikania ciepła na zewnętrznej powierzchni rur.

Przegrody poprzeczne montuje się również w przestrzeni pierścieniowej skraplaczy i parowników, w których współczynnik przenikania ciepła na powierzchni zewnętrznej rur jest o rząd wielkości wyższy niż współczynnik na ich powierzchni wewnętrznej. W tym przypadku przegrody pełnią rolę podpór wiązek rur, mocując rury w określonej odległości od siebie, a także redukują drgania rur.

Wymiennik ciepła płaszczowo-rurowy (płaszczowo-rurowy) poziomy

rurowy wymiennik ciepła

NORMIT posiada szeroką gamę wymienników ciepła, które spełnią wszelkie wymagania. różnego rodzaju przemysł. Jesteśmy gotowi zapewnić naszym Klientom sprzęt europejskiej jakości w rozsądnych cenach.

Cel, powód

Wymienniki ciepła płaszczowo-rurowe służą do wymiany ciepła i procesów termochemicznych pomiędzy różnymi cieczami, parami i gazami - zarówno bez zmian, jak i ze zmianą ich stanu skupienia. Można stosować wymienniki płaszczowo-rurowe

jako skraplacze, nagrzewnice i parowniki. Obecnie projekt wymiennika ciepła w wyniku tego specjalne rozwiązania biorąc pod uwagę doświadczenie operacyjne stało się znacznie doskonalsze.

Zalety płaszczowo-rurowe wymienniki ciepła:

• Niezawodność
• Wysoka wydajność
• ścisłość
• Szeroki zakres zastosowań
• Duża powierzchnia wymiany ciepła
• Nie uszkadza struktury produktu
• Łatwe czyszczenie i konserwacja
• Brak „martwych stref”
• Może być wyposażony w zlew CIP
• Niskie koszty energii
• Bezpieczne użytkowanie dla personelu

Wymienniki ciepła płaszczowo-rurowe są jednymi z najczęściej używanych urządzeń w tej dziedzinie, głównie ze względu na ich wytrzymała konstrukcja oraz wiele możliwości wykonania zgodnie z różne warunki operacja.

Specyfikacje może ulec zmianie zgodnie z wymaganiami technologicznymi Klienta:

• przepływy jednofazowe, wrzenie i kondensacja po ciepłej i zimnej stronie wymiennika ciepła o konstrukcji pionowej lub poziomej
• zakres ciśnień od próżni do wysokich wartości
• bardzo zróżnicowane spadki ciśnienia po obu stronach z powodu wielka różnorodność opcje
• spełnienie wymagań na naprężenia termiczne bez znaczącego wzrostu kosztów urządzenia
• rozmiary od małych do bardzo dużych (5000 m2)
• możliwość aplikacji różne materiały według kosztu, korozja, reżim temperaturowy i ciśnienie
• zastosowanie rozbudowanych powierzchni wymiany ciepła zarówno wewnątrz jak i na zewnątrz rur, różnego rodzaju wzmacniacze itp.
• możliwość wyciągnięcia wiązki rur do czyszczenia i naprawy.

Opis

Wymienniki płaszczowo-rurowe składają się z wiązek rur zamocowanych w dnach sitowych, obudowach, pokrywach, komorach, króćcach i wspornikach. Przestrzenie rurowe i pierścieniowe w tych urządzeniach są oddzielone, a każda z nich może być podzielona przegrodami na kilka przejść.

Powierzchnia wymiany ciepła urządzeń może wynosić od kilkuset centymetrów kwadratowych do kilku tysięcy. metry kwadratowe. Tak więc skraplacz turbiny parowej o mocy 150 MW składa się z 17 tys. rur o łącznej powierzchni wymiany ciepła około 9000 m2.

Płaszcz wymiennika ciepła płaszczowo-rurowego to rura spawana z jednego lub więcej blachy stalowe. Osłonki różnią się od siebie przede wszystkim sposobem łączenia z osłonami i dnem sitowym. Grubość ścianki obudowy jest określona przez ciśnienie czynnika roboczego i średnicę obudowy, ale przyjmuje się, że wynosi co najmniej 4 mm. Do cylindrycznych krawędzi obudowy przyspawane są kołnierze w celu połączenia z pokrywami lub dnami. Wsporniki aparatu są przymocowane do zewnętrznej powierzchni obudowy.

Przewody wymienników płaszczowo-rurowych wykonane są z rur prostych lub zakrzywionych (w kształcie litery U lub W) o średnicy od 12 do 57 mm. Preferowane są rury stalowe bez szwu.

W wymiennikach płaszczowo-rurowych powierzchnia przepływu przestrzeni pierścieniowej jest 2-3 razy większa niż powierzchnia przepływu wewnątrz rur. Dlatego przy równych natężeniach przepływu nośników ciepła o tym samym stanie fazowym współczynniki przenikania ciepła na powierzchni przestrzeni pierścieniowej są niskie, co zmniejsza całkowity współczynnik przenikania ciepła w aparacie. Rozmieszczenie przegród w pierścieniu płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła pomaga zwiększyć prędkość chłodziwa i zwiększyć efektywność wymiany ciepła.

Poniżej znajdują się schematy najpopularniejszych urządzeń:

Wymienniki płaszczowo-rurowe mogą mieć konstrukcję sztywną, niesztywną i półsztywną, jedno- i wielociągową, z przepływem bezpośrednim, przeciwprądowym i krzyżowym, poziomą, nachyloną i pionową.

W jednociągowym prostym rurowym wymienniku ciepła o sztywnej konstrukcji płaszcz i rury są połączone dnem sitowym, w związku z czym nie ma możliwości kompensacji rozszerzalności cieplnej. Takie urządzenia są proste w konstrukcji, ale mogą być używane tylko przy stosunkowo niewielkich różnicach temperatur między korpusem a wiązką rur (do 50 ° C). Mają niskie współczynniki przenikania ciepła ze względu na małą prędkość chłodziwa w pierścieniu.

W płaszczowo-rurowych wymiennikach ciepła powierzchnia przepływu przestrzeni pierścieniowej jest 2-3 razy większa niż powierzchnia przepływu rur. Dlatego przy tych samych natężeniach przepływu nośników ciepła o tym samym stanie skupienia współczynniki przenikania ciepła na powierzchni przestrzeni pierścieniowej są niskie, co zmniejsza współczynnik przenikania ciepła w aparacie. Rozmieszczenie przegród w przestrzeni pierścieniowej przyczynia się do wzrostu prędkości chłodziwa i wzrostu współczynnika przenikania ciepła.

W wymiennikach ciepła typu para-ciecz para zwykle przepływa w przestrzeni pierścieniowej, a ciecz przepływa przez rury. Różnica temperatur między ścianą płaszcza a rurami jest zwykle znaczna. Aby skompensować różnicę w wydłużeniu termicznym między obudową a rurami, instalowane są kompensatory soczewkowe, dławnicowe lub mieszkowe.

Aby wyeliminować naprężenia w metalu spowodowane wydłużeniem termicznym, produkowane są również jednokomorowe wymienniki ciepła z wygiętymi rurami w kształcie litery U i W. Są celowe przy wysokich ciśnieniach chłodziwa, ponieważ produkcja komór wodnych i mocowanie rur w dnach sitowych w aparatach wysokie ciśnienie operacje są złożone i kosztowne. Jednak maszyny z wygiętymi rurami nie mogą odbierać rozpowszechniony ze względu na trudność w produkcji rur o różnych promieniach gięcia, trudność wymiany rur i niewygodę czyszczenia rur giętych.

Urządzenia kompensacyjne są trudne do wykonania (membrana, mieszek, z wygiętymi rurami) lub niewystarczająco niezawodne w działaniu (soczewka, dławnica). Udoskonalona konstrukcja wymiennika ciepła ze sztywnym mocowaniem jednej płyty sitowej i swobodnym ruchem drugiej płyty wraz z wewnętrzną pokrywą układu rurowego. pewien wzrost kosztów aparatu ze względu na zwiększenie średnicy korpusu i wykonanie dodatkowego dna jest uzasadniony prostotą i niezawodnością działania. Urządzenia te nazywane są wymiennikami ciepła z „pływającą głowicą”. Krzyżowe wymienniki ciepła są inne zwiększony współczynnik przenoszenie ciepła na zewnętrznej powierzchni ze względu na fakt, że chłodziwo przesuwa się po wiązce rur. Przy przepływie krzyżowym różnica temperatur pomiędzy nośnikami ciepła maleje, jednak przy wystarczającej liczbie odcinków rur różnica w porównaniu z przeciwprądem jest niewielka. W niektórych konstrukcjach takich wymienników ciepła, gdy gaz płynie w przestrzeni pierścieniowej, a ciecz w rurach, stosuje się rury z użebrowaniem poprzecznym w celu zwiększenia współczynnika przenikania ciepła.

Powszechne stosowanie wymienników płaszczowo-rurowych i ich konstrukcji nie powinno wykluczać stosowania wymienników zgarnianych i rurowych w przypadkach, gdy ich stosowanie jest bardziej akceptowalne z punktu widzenia technologicznego i ekonomicznego. cechy.

Specyfikacja techniczna:

Model	Rura grzewcza NORMIT Heatex 1	Rura grzewcza NORMIT Heatex 2	Rura grzewcza NORMIT Heatex 3	Rura grzewcza NORMIT Heatex 4
Powierzchnia wymiany ciepła, m2
Materiał	AISI 304
Liczba rur, szt
Temperatura, °C	do 200

Wymiary:

Wymiary całkowite, mm	A	b	C
Rura grzewcza NORMIT Heatex 1		1500
Rura grzewcza NORMIT Heatex 2		1900
Rura grzewcza NORMIT Heatex 3		2200
Rura grzewcza NORMIT Heatex 4		2600