Tepelný výměník typu Shell-and-tube je typ tepelného inženýrství a plní funkci přenosu tepla z chladicího média do zahřáté látky. V závislosti na konkrétním případě může být chladicí kapalina pára nebo kapalina. K dnešnímu dni je nejrozšířenějším modelem ohřívač trubek.
Výměník tepla je poměrně složité zařízení používané jako kondenzátor, ohřívač nebo výparník
Obsah
Oblasti použití
Výroba těchto zařízení začala na počátku dvacátého století. Důvodem byla skutečnost, že tepelné stanice potřebovaly velkoplošné ohřívače pracující při vysokém tlaku.
Ohřívače trubek a trubek se používají v mnoha průmyslových odvětvích, včetně:
- Ropný a plynárenský průmysl;
- chemická výroba;
- potravinářský průmysl.
Téměř každá výroba je spojena s výrobou nebo absorpcí tepla, proto jsou v různých oblastech lidské činnosti požadovány výměníky tepla. Výkon zařízení v podnicích, stejně jako fungování domácích klimatizačních zařízení a topných těles, chladičů v automobilech atd., Závisí na jejich konstrukci a vlastnostech.
Poznámka! Ohřívače tohoto typu se nejčastěji používají pro chlazení pracovních tekutin a ohřev chladiva pro provoz tepelných čerpadel.
Výměníky tepla ve skořápkách a trubkách se široce používají jako kondenzátory i jako výparníky. V dnešní době se díky vývoji průmyslových technologií stal design výměníků tepla pokročilejší a stále se modernizuje.
Výhody a nevýhody tepelných výměníků typu plášť-trubka
Ze strukturálního hlediska jsou tepelné výměníky tohoto typu podobné prvním modelům, které byly vyrobeny na začátku dvacátého století. Modernizace těchto zařízení ovlivnila pouze určité prvky, základ však zůstal nezměněn. Moderní materiály používané pro ohřívače skořepin a trubek mohou zlepšit jejich provozní vlastnosti.
Při výrobě tepelných výměníků se používají moderní materiály, které výrazně zlepšují kvalitu hotových zařízení
Výměníky tepla Shell a trubice se vyznačují řadou pozitivních vlastností, které jim umožňují zůstat nepostradatelnými prvky různých průmyslových odvětví dodnes:
- odolnost proti vodním kladivům v systému;
- schopnost pracovat se znečištěným prostředím;
- nízké rychlosti přenosu tepla;
- dobrý výkon;
- odolnost proti opotřebení;
- udržitelnost;
- odolnost vůči vysokému tlaku;
- odolnost proti agresivním chemikáliím;
- provozní bezpečnost;
- spolehlivost a trvanlivost.
Ohřívače tohoto typu mají své nevýhody, včetně:
- poměrně velké rozměry;
- vysoká cena.
Zařízení a princip činnosti
Výměník tepla s trubkou zahrnuje několik konstrukčních prvků. Zvažte hlavní:
- pouzdro (bydlení);
- distribuční a vodicí komory;
- vnitřní trubkový systém;
- trubkovnice;
- oddíly a těsnění.
Tento model zařízení se vyznačuje přítomností pláště, které skryje vnitřní trubky, odtud název - „shell-and-tube“
K tělu jsou přivařeny dvě trysky. Jeden z nich je zodpovědný za dodání pracovního prostředí a druhý za závěr. Ke koncům pouzdra jsou přivařeny speciální příruby.
Kromě toho struktura takového ohřívače zahrnuje trubkové pláty, mezi nimiž jsou svařovány trubky, vybavené vzdálenými mřížkami. Tato konstrukce tvoří potrubní systém rekuperátoru a umožňuje vícestupňový ohřívač.
Do dna rekuperátoru jsou vloženy dvě trysky, které stejným způsobem jako trysky pouzdra plní vstupní a výstupní funkce. Spodní část rekuperátoru je vybavena přírubami. Příruby rekuperátoru jsou protilehlé příruby pouzdra. Trubkový systém takového zařízení je vložen do pouzdra. Mřížky jsou upevněny speciálními těsnicími prvky a šrouby mezi přírubami rekuperátoru a pouzdra. To umožňuje, pokud je to nutné, bezproblémovou opravu jakéhokoli prvku zařízení typu skořepiny.
Princip činnosti tohoto typu ohřívače je následující: horké a studené médium cirkuluje dvěma různými kanály. Proces přenosu tepla se provádí mezi stěnami těchto kanálů.
Druhy tepelných výměníků typu plášť-trubka
Ohřívač trubek a trubek je ze strukturálního hlediska poměrně složitý a má několik variant, které stojí za to věnovat pozornost. Díky konstrukčním prvkům (přítomnost rekuperátoru) jsou zařízení typu shell-and-tube klasifikována jako regenerativní.
Výměníky tepla s trubkami jsou regenerační typ podobných zařízení.
Kromě toho, v závislosti na směru pohybu pracovního média, jsou ohřívače trubek rozděleny do následujících typů:
- přímý tok;
- crossflow;
- protiproud.
Model skořápky a trubice dostal své jméno díky skutečnosti, že trubky, kterými cirkuluje chladicí médium, jsou umístěny uvnitř pouzdra. Rychlost pracovního média závisí na počtu trubek umístěných v pouzdru. Čím vyšší je rychlost, tím vyšší je rychlost přenosu tepla zařízení.
Zvažte základní materiály, z nichž jsou takové topné články vyráběny:
- legovaná ocel;
- nerezová ocel;
- vysoce pevná ocel.
Trubky takových zařízení mohou být vyrobeny z následujících materiálů:
- ocel;
- měď;
- mosaz;
- titan.
Použití takových materiálů je spojeno se skutečností, že tepelné výměníky jsou obvykle provozovány v drsných podmínkách a přicházejí do styku s agresivními látkami, které mohou způsobit korozi.
Výměníky tepla jsou vyrobeny z materiálů, které mají vysokou odolnost proti korozi, jako je titan nebo nerezová ocel.
Důležité! Konvenční ocel není vhodná pro tepelný výměník typu plášť-trubka, protože má nízkou odolnost proti korozi.
Shell-and-tube modely jsou také rozděleny do typů. Dnes existují 4 typy těchto zařízení:
- ohřívač vybavený kompenzátorem teploty;
- ohřívač se statickými (pevnými) trubicemi;
- zařízení s trubkami ve tvaru U a W;
- plovoucí hlava zařízení.
Ohřívače trubek mohou být umístěny v prostoru vodorovně, svisle nebo pod určitým úhlem.
Zvýšení koeficientu přenosu tepla
Průmysl nestojí - neustále modernizuje výměníky tepla. Zlepšení technických vlastností se dosahuje použitím následujících metod:
- vytváření turbulentních toků;
- provedení spirálových vložek, díky kterým je vytvořen podélný a příčný tok kolem trubek;
- výroba profilových a kroucených trubek;
- použití směsí, které zahrnují kapaliny a plyny;
- vytváření vibrací povrchů, které jsou odpovědné za přenos tepla;
- pulzující tok pracovního prostředí.
Výše uvedené způsoby mohou zvýšit koeficient přenosu tepla. Je také běžné používat několik metod najednou. Taková kombinace může výrazně zvýšit provozní vlastnosti ohřívače typu trubka a trubice o faktor 2–3. Rovněž stojí za zmínku, že některé metody nejen zvyšují rychlosti přenosu tepla, ale mohou také vykonávat jiné užitečné funkce. Například turbulentní proudění brání tvorbě usazenin solí na vnitřních stěnách trubek, což eliminuje zúžení lumenu trubic.
Neustálé zlepšování konstrukce výměníku tepla umožňuje zvýšit přenos tepla a zvýšit provozní vlastnosti
Tipy pro výběr výměníku tepla
Výpočtový program ohřívače trubek a trubek potřebuje jasné vyjádření počátečních údajů. Dobré rekuperační zařízení vyžaduje dobře definovaný obvod. Při výběru výměníku tepla z pláště a trubice je třeba zvážit několik bodů. Tato ustanovení jsou velmi důležitá pro výpočty.
Především je třeba poznamenat, že u kapalných a plynných chladicích kapalin existuje specifická rychlost cirkulace trubicemi. Jak bylo uvedeno výše, čím vyšší je rychlost, tím lepší je přenos tepla. Pro kapalná média je rychlost v rozmezí 0,6 až 6 m / s. U plynných médií může být rychlost od 3 do 30 m / s. Množství vynaložené energie však také závisí na rychlosti, proto je v některých případech rychlost chladicího média podhodnocena, aby se snížila spotřeba elektřiny.
Při výběru zkumavek byste měli věnovat pozornost materiálu, ze kterého jsou vyrobeny, jakož i jejich průměru. Materiál trubek je vybrán v závislosti na pracovním médiu, které jimi cirkuluje. Je třeba mít na paměti - čím agresivnější je prostředí, tím spolehlivější by měl být materiál zkumavky.
Důležité! Pokud bude systém vyčištěn pomocí kyseliny, doporučuje se zvolit hadičku z nerezové oceli. Nerezová ocel se vyznačuje vysokými antikorozními vlastnostmi, má vynikající odolnost vůči agresivním činidlům a navíc má nízký koeficient tepelné vodivosti.
Tepelné výměníky typu Shell-and-tube jsou spíše objemná zařízení, proto při jejich výběru stojí za zvážení jejich velikosti, takže v budoucnu nebudou mít problémy s jejich přepravou a instalací.
Nadměrná zařízení mají významnou hmotnost, což zvyšuje náklady na dopravu
Je také nutné vzít v úvahu skutečnost, že po instalačních pracích musí být před rekuperátorem dostatek místa, aby bylo možné v případě potřeby provést provozní opravy zařízení. Měl by být dostatek místa, aby bylo možné potrubní systém vyjmout z pouzdra. Výměník tepla typu trubka a trubka musí mít konstrukci, která zohledňuje volný přístup nejen k hlavním prvkům, ale také k jiným náhradním dílům. To platí zejména pro ovládací zařízení.
Tipy pro provoz výměníku tepla z trubek a skořepin
Výměníky tepla tohoto typu, i když jsou to docela nenáročná zařízení, ale dříve či později potřebují preventivní čištění nebo opravy.
Oprava výměníku tepla má některé důsledky - nejčastěji se jedná o snížení součinitele přestupu tepla. Nejzranitelnější částí ohřívače trubek a trubek je trubka. Členění zpravidla způsobují oni. Vědí o této vlastnosti tepelných výměníků a odborníci doporučují, aby si je koupili s marží. Navíc problémy často vznikají, když jsou tato zařízení regulována kondenzátem. Jakékoli změny znamenají odchylky v oblasti přenosu tepla. Změny v oblasti přenosu tepla jsou obvykle nelineární.
Dělat takové zařízení vlastními rukama je docela obtížné a v některých případech nemožné. Výměnný výměník tepla je velmi komplexní zařízení, jehož výroba vyžaduje přísné dodržování technologického procesu, který zahrnuje mnoho fází.
