Rohrbündelwärmetauscher sind eine Art von wärmetechnischen Geräten und erfüllen die Funktion der Wärmeübertragung vom Kühlmittel auf die erhitzte Substanz. Abhängig vom speziellen Fall kann die Rolle des Kühlmittels Dampf oder Flüssigkeit sein. Bisher wurde das Rohrbündelmodell des Heizgeräts am weitesten verbreitet.
Ein Wärmetauscher ist ein ziemlich komplexes Gerät, das als Kondensator, Heizung oder Verdampfer verwendet wird
Inhalt
Einsatzgebiete
Die Produktion dieser Geräte begann im frühen zwanzigsten Jahrhundert. Dies lag an der Tatsache, dass Wärmestationen großflächige Heizgeräte benötigten, die mit hohem Druck betrieben wurden.
Rohrbündelheizungen werden in vielen Branchen eingesetzt, darunter:
- Öl-und Gasindustrie;
- chemische Produktion;
- Nahrungsmittelindustrie.
Fast jede Produktion ist mit der Erzeugung oder Absorption von Wärme verbunden, daher sind Wärmetauscher in verschiedenen Bereichen der menschlichen Tätigkeit gefragt. Die Leistung von Geräten in Unternehmen sowie die Funktionsweise von Haushaltsklimaanlagen und -heizungen, Kühlkörpern in Autos usw. hängen von deren Design und Eigenschaften ab.
Beachten Sie! Heizungen dieses Typs werden am häufigsten zum Kühlen von Arbeitsflüssigkeiten und zum Erhitzen des Kältemittels für den Betrieb von Wärmepumpen verwendet.
Rohrbündelwärmetauscher werden häufig als Kondensatoren sowie Verdampfer eingesetzt. Dank der Entwicklung industrieller Technologien ist das Design von Wärmetauschern heute weiter fortgeschritten und wird weiter modernisiert.
Vor- und Nachteile von Rohrbündelwärmetauschern
Aus struktureller Sicht ähneln solche Wärmetauscher den ersten Modellen, die zu Beginn des 20. Jahrhunderts hergestellt wurden. Die Modernisierung dieser Geräte betraf nur bestimmte Elemente, die Basis blieb jedoch unverändert. Moderne Materialien, die für Rohrbündelheizungen verwendet werden, können ihre Betriebseigenschaften verbessern.
Bei der Herstellung von Wärmetauschern werden moderne Materialien verwendet, die die Qualität der fertigen Geräte erheblich verbessern
Rohrbündelwärmetauscher zeichnen sich durch eine Reihe positiver Eigenschaften aus, die es ihnen ermöglichen, bis heute unverzichtbare Elemente verschiedener Branchen zu bleiben:
- Beständigkeit gegen Wasserschlag im System;
- die Fähigkeit, mit verschmutzten Umgebungen zu arbeiten;
- niedrige Wärmeübertragungsraten;
- gute Leistung;
- Verschleißfestigkeit;
- Wartbarkeit;
- Beständigkeit gegen hohen Druck;
- Beständigkeit gegen aggressive Chemikalien;
- Betriebssicherheit;
- Zuverlässigkeit und Haltbarkeit.
Heizungen dieses Typs haben ihre Nachteile, einschließlich:
- ziemlich große Dimensionen;
- hoher Preis.
Das Gerät und Funktionsprinzip
Rohrbündelwärmetauscher enthalten mehrere Strukturelemente. Betrachten Sie die wichtigsten:
- Gehäuse (Gehäuse);
- Verteilungs- und Führungskammern;
- Innenrohrsystem;
- Rohrböden;
- Trennwände und Dichtungen.
Dieses Gerätemodell zeichnet sich durch das Vorhandensein eines Gehäuses aus, das die inneren Rohre verbirgt, daher der Name „Rohrbündel“.
Zwei Düsen sind mit dem Körper verschweißt. Einer von ihnen ist für die Versorgung des Arbeitsumfelds verantwortlich, der andere für den Abschluss. An den Gehäuseenden sind spezielle Flansche angeschweißt.
Darüber hinaus umfasst die Struktur eines solchen Heizgeräts Rohrböden, zwischen denen Rohre geschweißt werden, die mit entfernten Gittern ausgestattet sind. Diese Konstruktion bildet das Rohrsystem des Rekuperators und ermöglicht die Mehrfachdurchführung der Heizung.
In den Boden des Rekuperators sind zwei Düsen eingesetzt, die wie die Düsen des Gehäuses die Einlass- und Auslassfunktionen ausführen. Der Boden des Rekuperators ist mit Flanschen ausgestattet. Rekuperatorflansche sind Gegenflansche des Gehäuses. Das Rohrsystem einer solchen Vorrichtung wird in das Gehäuse eingeführt. Die Gitter werden mit speziellen Dichtelementen und Schrauben zwischen den Flanschen des Rekuperators und dem Gehäuse befestigt. Dies ermöglicht bei Bedarf die nahtlose Reparatur aller Elemente der Rohrbündelvorrichtung.
Das Funktionsprinzip dieses Heizertyps lautet wie folgt: Heißes und kaltes Medium zirkulieren über zwei verschiedene Kanäle. Der Prozess der Wärmeübertragung wird zwischen den Wänden dieser Kanäle durchgeführt.
Arten von Rohrbündelwärmetauschern
Die Rohrbündelheizung ist aus struktureller Sicht recht komplex und weist mehrere Varianten auf, die es wert sind, beachtet zu werden. Aufgrund der Konstruktionsmerkmale (Vorhandensein eines Rekuperators) werden Rohrbündelvorrichtungen als regenerativer Typ eingestuft.
Rohrbündelwärmetauscher sind ein regenerativer Typ ähnlicher Geräte.
Darüber hinaus werden Rohrbündelheizungen je nach Bewegungsrichtung der Arbeitsmedien in folgende Typen unterteilt:
- Direktfluss;
- Querstrom;
- Gegenstrom.
Das Rohrbündelmodell erhielt seinen Namen aufgrund der Tatsache, dass die Rohre, durch die das Kühlmittel zirkuliert, im Gehäuse angeordnet sind. Die Geschwindigkeit des Arbeitsmediums hängt von der Anzahl der im Gehäuse befindlichen Rohre ab. Je höher die Geschwindigkeit, desto höher ist wiederum die Wärmeübertragungsrate des Geräts.
Betrachten Sie die Grundmaterialien, aus denen solche Heizungen hergestellt werden:
- legierter Stahl;
- Edelstahl;
- Hochfester Stahl.
Rohre solcher Vorrichtungen können aus den folgenden Materialien hergestellt werden:
- Stahl;
- Kupfer;
- Messing;
- Titan.
Die Verwendung solcher Materialien ist mit der Tatsache verbunden, dass Wärmetauscher normalerweise unter rauen Bedingungen betrieben werden und mit aggressiven Substanzen in Kontakt kommen, die Korrosion verursachen können.
Wärmetauscher bestehen aus Materialien mit hoher Korrosionsbeständigkeit wie Titan oder Edelstahl.
Wichtig! Herkömmlicher Stahl ist nicht für einen Rohrbündelwärmetauscher geeignet, da er eine geringe Korrosionsbeständigkeit aufweist.
Shell-and-Tube-Modelle sind ebenfalls in Typen unterteilt. Heute gibt es 4 Arten dieser Geräte:
- eine Heizung, die mit einem Temperaturgehäusekompensator ausgestattet ist;
- Heizung mit statischen (festen) Rohren;
- Vorrichtung mit U- und W-förmigen Rohren;
- Schwimmkopfgerät.
Rohrbündelheizungen können horizontal, vertikal oder in einem bestimmten Winkel im Raum angeordnet werden.
Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten
Die Industrie steht nicht still - sie verbessert ständig die Wärmetauscher. Die Verbesserung der technischen Eigenschaften wird durch die Verwendung der folgenden Methoden erreicht:
- Erzeugung turbulenter Strömungen;
- die Implementierung von Spiraleinsätzen, aufgrund derer eine Längs- und Querströmung um die Rohre gebildet wird;
- Herstellung von Profil- und verdrillten Rohren;
- die Verwendung von Gemischen, die Flüssigkeiten und Gase enthalten;
- Erzeugen von Vibrationen von Oberflächen, die für die Wärmeübertragung verantwortlich sind;
- pulsierender Fluss der Arbeitsumgebung.
Die obigen Verfahren können den Wärmeübergangskoeffizienten erhöhen. Es ist auch üblich, mehrere Methoden gleichzeitig anzuwenden. Eine solche Kombination kann die Betriebseigenschaften einer Rohrbündelheizung um den Faktor 2–3 erheblich verbessern. Es ist auch erwähnenswert, dass einige Verfahren nicht nur die Wärmeübertragungsraten erhöhen, sondern auch andere nützliche Funktionen ausführen können. Beispielsweise verhindern turbulente Strömungen die Bildung von Salzablagerungen an den Innenwänden der Rohre, wodurch die Verengung des Lumen der Rohre beseitigt wird.
Die kontinuierliche Verbesserung des Designs des Wärmetauschers ermöglicht eine Erhöhung der Wärmeübertragung und der Betriebseigenschaften
Tipps zur Auswahl des Wärmetauschers
Das Berechnungsprogramm für Rohrbündelheizungen benötigt eine klare Angabe der Anfangsdaten. Ein gutes Erholungsgerät erfordert eine genau definierte Schaltung. Bei der Auswahl eines Rohrbündelwärmetauschers sind mehrere Punkte zu beachten. Diese Bestimmungen sind für Berechnungen sehr wichtig.
Zunächst ist anzumerken, dass für flüssige und gasförmige Kühlmittel eine bestimmte Zirkulationsgeschwindigkeit durch die Rohre vorliegt. Wie oben erwähnt, ist die Wärmeübertragung umso besser, je höher die Geschwindigkeit ist. Bei flüssigen Medien liegt die Geschwindigkeit zwischen 0,6 und 6 m / s. Bei gasförmigen Medien kann die Geschwindigkeit zwischen 3 und 30 m / s liegen. Die Menge an verbrauchter Energie hängt jedoch auch von der Geschwindigkeit ab. In einigen Fällen wird die Kühlmittelgeschwindigkeit unterschätzt, um den Stromverbrauch zu senken.
Bei der Auswahl der Rohre sollten Sie auf das Material, aus dem sie bestehen, sowie auf ihren Durchmesser achten. Das Material der Röhren wird in Abhängigkeit von dem Arbeitsmedium ausgewählt, das durch sie zirkuliert. Es muss daran erinnert werden - je aggressiver die Umgebung, desto zuverlässiger sollte das Rohrmaterial sein.
Wichtig! Wenn das System mit Säure gereinigt wird, wird empfohlen, Edelstahlrohre zu wählen. Der Edelstahl zeichnet sich durch hohe Korrosionsschutzeigenschaften aus, weist eine hervorragende Beständigkeit gegen aggressive Reagenzien auf und weist darüber hinaus einen niedrigen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten auf.
Rohrbündelwärmetauscher sind eher sperrige Geräte. Bei der Auswahl sollten daher ihre Größen berücksichtigt werden, damit später keine Schwierigkeiten beim Transport und bei der Installation auftreten.
Übergroße Geräte haben ein erhebliches Gewicht, was die Transportkosten erhöht
Es ist auch zu berücksichtigen, dass nach den Installationsarbeiten genügend Platz vor dem Rekuperator vorhanden sein muss, um bei Bedarf betriebliche Reparaturen am Gerät durchführen zu können. Es sollte genügend Platz vorhanden sein, damit das Rohrsystem aus dem Gehäuse entfernt werden kann. Der Rohrbündelwärmetauscher muss so konstruiert sein, dass der freie Zugang nicht nur zu den Hauptelementen, sondern auch zu anderen Ersatzteilen berücksichtigt wird. Dies gilt insbesondere für Steuergeräte.
Tipps zum Betrieb von Rohr- und Rohrwärmetauschern
Wärmetauscher dieses Typs sind zwar recht unprätentiöse Geräte, müssen jedoch früher oder später vorbeugend gereinigt oder repariert werden.
Die Reparatur des Wärmetauschers hat einige Konsequenzen - meistens ist dies eine Verringerung des Wärmeübergangskoeffizienten. Der am stärksten gefährdete Teil der Rohrbündelheizung ist das Rohr. In der Regel sind es sie, die den Zusammenbruch verursachen. Experten, die sich mit dieser Funktion von Wärmetauschern auskennen, empfehlen, diese mit einer Marge zu erwerben. Darüber hinaus treten häufig Probleme auf, wenn diese Geräte durch Kondensat reguliert werden. Änderungen führen zu Abweichungen im Wärmeübertragungsbereich. Änderungen im Wärmeübertragungsbereich sind normalerweise nicht linear.
Ein solches Gerät mit eigenen Händen zu machen ist ziemlich schwierig und in einigen Fällen unmöglich. Der Rohrbündelwärmetauscher ist eine sehr komplexe Anlage, deren Herstellung die strikte Einhaltung des technologischen Prozesses erfordert, der viele Stufen umfasst.
