Топлообменникът с черупки и тръби е вид топлотехнически устройства и изпълнява функцията за прехвърляне на топлина от охлаждащата течност към нагрятото вещество. В зависимост от конкретния случай, ролята на охлаждащата течност може да бъде пара или течност. Към днешна дата моделът на корпуса на нагревателя е получил най-широко приложение.
Топлообменникът е доста сложно устройство, използвано като кондензатор, нагревател или изпарител
съдържание
- 1 Области на употреба
- 2 Предимства и недостатъци на топлообменниците с черупки и тръби
- 3 Устройството и принципът на работа
- 4 Видове топлообменници с черупки и тръби
- 5 Увеличение на коефициента на топлопреминаване
- 6 Съвети за избор на топлообменници
- 7 Съвети за експлоатация на топлообменника за тръби и черупки
Области на употреба
Производството на тези устройства започва в началото на ХХ век. Това се дължи на факта, че термичните станции се нуждаят от нагреватели с голяма повърхност, работещи при високо налягане.
Нагревателите на черупките и тръбите се използват в много индустрии, включително:
- Нефтена и газова промишленост;
- химическо производство;
- хранително-вкусовата промишленост.
Почти всяко производство е свързано с производството или усвояването на топлина, поради което топлообменниците са в търсенето в различни области на човешката дейност. Производителността на оборудването в предприятията, както и функционирането на битови климатици и нагреватели, охлаждащи радиатори в автомобили и др., Зависи от техния дизайн и свойства.
Забележка! Нагревателите от този тип най-често се използват за охлаждане на работни течности и загряване на хладилния агент за работа на термопомпи.
Топлообменниците с черупки и тръби се използват широко като кондензатори, както и изпарители. Днес благодарение на развитието на индустриалните технологии дизайнът на топлообменниците стана по-усъвършенстван и продължава да се модернизира.
Предимства и недостатъци на топлообменниците с черупки и тръби
От структурна гледна точка топлообменниците от този тип са подобни на първите модели, които са произведени в началото на ХХ век. Модернизацията на тези устройства засегна само някои елементи, но основата остана непроменена. Съвременните материали, които се използват за нагреватели на черупки и тръби, могат да подобрят техните експлоатационни свойства.
При производството на топлообменници се използват съвременни материали, които значително подобряват качеството на готовите устройства
Топлообменниците с черупки и тръби се отличават с редица положителни качества, което им позволява да останат незаменими елементи от различни индустрии и до днес:
- устойчивост на воден чук в системата;
- способността за работа със замърсена среда;
- ниски скорости на топлопреминаване;
- добро представяне;
- износоустойчивост;
- поддръжка;
- устойчивост на високо налягане;
- устойчивост на агресивни химикали;
- експлоатационна безопасност;
- надеждност и издръжливост.
Нагревателите от този тип имат своите недостатъци, включително:
- доста големи размери;
- висока цена.
Устройството и принципът на работа
Топлообменникът с черупки и тръби включва няколко структурни елемента. Помислете за основните:
- корпус (корпус);
- разпределителни и направляващи камери;
- вътрешна тръбна система;
- тръбни листове;
- прегради и пломби.
Този модел на устройството се отличава с наличието на корпус, който крие вътрешните тръби, оттук и името - „черупка и тръба“
Две дюзи са заварени към тялото. Единият от тях е отговорен за доставката на работната среда, а другият - за сключването. Към краищата на корпуса са заварени специални фланци.
В допълнение, структурата на такъв нагревател включва тръбни листове, между които са заварени тръби, оборудвани с дистанционни решетки. Тази конструкция формира тръбната система на рекуператора и позволява нагревателя да бъде многопропускащ.
В долната част на рекуператора се поставят две дюзи, които по същия начин като дюзите на корпуса изпълняват входящите и изходящите функции. Дъното на рекуператора е оборудвано с фланци. Рекуператорните фланци са чифтови фланци на корпуса. Тръбната система на такова устройство се вкарва в корпуса. Решетките са фиксирани с помощта на специални уплътняващи елементи и болтове между фланците на рекуператора и корпуса. Това позволява, ако е необходимо, безпроблемно да поправя всеки елемент от обвивката и тръбата.
Принципът на работа на този тип нагревател е следният: гореща и студена среда циркулира през два различни канала. Процесът на пренос на топлина се осъществява между стените на тези канали.
Видове топлообменници с черупки и тръби
Нагревателят с черупки и тръби е доста сложен от структурна гледна точка апаратурата и има няколко разновидности, на които си струва да се обърне внимание. Поради конструктивните характеристики (наличието на рекуператор) устройствата с обвивки и тръби се класифицират като регенеративен тип.
Топлообменниците с черупки и тръби са регенеративен тип подобни устройства.
Освен това, в зависимост от посоката на движение на работната среда, нагревателите с корпусни тръби се разделят на следните видове:
- директен поток;
- кръстосан поток;
- Насрещнопоточно.
Моделът на обвивката и тръбата получи името си поради факта, че тръбите, през които циркулира охлаждащата течност, са поставени вътре в корпуса. Има зависимост на скоростта на работната среда от броя на тръбите, разположени в корпуса. От своя страна, колкото по-висока е скоростта, толкова по-висока е скоростта на топлопреминаване на устройството.
Помислете основните материали, от които са направени такива нагреватели:
- стомана;
- неръждаема стомана;
- стомана с висока якост
Тръбите на такива устройства могат да бъдат направени от следните материали:
- стомана;
- мед;
- месинг;
- титан.
Използването на такива материали е свързано с факта, че топлообменниците обикновено се експлоатират в тежки условия и влизат в контакт с агресивни вещества, които могат да причинят корозия.
Топлообменниците са направени от материали с висока устойчивост на корозия, като титан или неръждаема стомана.
Важно! Конвенционалната стомана не е подходяща за топлообменник с черупки и тръби, тъй като има ниска устойчивост на корозия.
Моделите с черупки и тръби също са разделени на видове. Днес има 4 вида на тези устройства:
- нагревател, оборудван с компенсатор на температурен случай;
- нагревател със статични (неподвижни) тръби;
- устройство с U-образни и W-образни тръби;
- устройство с плаваща глава
Отоплителните тръби могат да бъдат разположени в пространството хоризонтално, вертикално или под определен ъгъл.
Увеличение на коефициента на топлопреминаване
Промишлеността не стои неподвижно - непрекъснато обновява топлообменниците. Подобряването на техническите характеристики се постига чрез използване на следните методи:
- създаване на турбулентни потоци;
- прилагането на спирални вложки, поради които се образува надлъжен и напречен поток около тръбите;
- производство на профилни и усукани тръби;
- използването на смеси, които включват течности и газове;
- създаване на вибрации на повърхности, които са отговорни за пренос на топлина;
- пулсиращ поток на работната среда.
Горните методи могат да увеличат коефициента на топлопреминаване. Също така е обичайно да се използват няколко метода наведнъж. Подобна комбинация може значително да увеличи експлоатационните характеристики на нагревателя с черупки и тръби с коефициент 2–3. Също така си струва да се отбележи, че някои методи не само увеличават скоростта на топлопреминаване, но могат да изпълняват и други полезни функции. Например, турбулентните потоци предотвратяват образуването на солни отлагания по вътрешните стени на тръбите, което елиминира стесняването на лумена на тръбите.
Непрекъснатото подобряване на дизайна на топлообменника позволява увеличаване на топлопреминаването и увеличаване на експлоатационните характеристики
Съвети за избор на топлообменници
Програмата за изчисляване на нагревателя на корпуса се нуждае от ясно изложение на първоначалните данни. Доброто рекуперативно устройство изисква добре дефинирана верига. Има няколко точки, които трябва да вземете предвид при избора на топлообменник с черупки и тръби. Тези разпоредби са много важни за изчисленията.
На първо място, заслужава да се отбележи, че за течните и газообразни охлаждащи течности има специфична скорост на циркулация през тръбите. Както бе споменато по-горе, колкото по-висока е скоростта, толкова по-добре се пренася топлината. За течните среди скоростта варира от 0,6 до 6 m / s. За газообразни среди скоростта може да бъде от 3 до 30 m / s. Обаче количеството изразходвана енергия също зависи от скоростта, поради което в някои случаи скоростта на охлаждащата течност се подценява, за да се намали консумацията на електроенергия.
Когато избирате тръби, трябва да обърнете внимание на материала, от който са направени, както и на диаметъра им. Материалът на тръбите се избира в зависимост от работната среда, която ще циркулира през тях. Трябва да се помни - колкото по-агресивна е средата, толкова по-надежден трябва да бъде материалът на тръбата.
Важно! Ако системата ще бъде почистена с помощта на киселина, се препоръчва да изберете тръби от неръждаема стомана. Неръждаемата стомана се характеризира с високи антикорозионни свойства, има отлична устойчивост на агресивни реагенти и в допълнение има нисък коефициент на топлопроводимост.
Топлообменниците с черупки и тръби са доста обемисти устройства, следователно, когато ги избирате, си струва да вземете предвид техните размери, така че в бъдеще да няма проблеми с транспортирането и монтажа им.
Извънгабаритни устройства имат значително тегло, което увеличава транспортните разходи
Необходимо е също така да се вземе предвид фактът, че след инсталационните работи трябва да има достатъчно място пред рекуператора, за да се извърши оперативен ремонт на устройството, ако е необходимо. Трябва да има достатъчно място, за да може тръбната система да бъде извадена от корпуса. Топлообменникът с обвивка и тръба трябва да има дизайн, който отчита свободния достъп не само до основните елементи, но и до други резервни части. Това важи особено за устройствата за управление.
Съвети за експлоатация на топлообменника за тръби и черупки
Топлообменниците от този тип, въпреки че са доста непретенциозни устройства, обаче, рано или късно се нуждаят от превантивно почистване или ремонт.
Ремонтът на топлообменника води до някои последствия - най-често това е намаляване на коефициента на топлопреминаване. Най-уязвимата част от нагревателя на корпуса и тръбата е тръбата. По правило именно разрушаването е причината за тях. Знаейки за тази функция на топлообменниците, експертите съветват да ги закупите с марж. Освен това често възникват проблеми, когато тези устройства се регулират от кондензат. Всички промени водят до отклонения в областта на топлопреминаване. Промените в зоната на пренос на топлина обикновено са нелинейни.
Да направите такова устройство със собствените си ръце е доста трудно, а в някои случаи и невъзможно. Топлообменникът с черупки и тръби е много сложно оборудване, производството на което изисква стриктно спазване на технологичния процес, който включва много етапи.
