Εναλλάκτης θερμότητας με κέλυφος και σωλήνα: συσκευή, σκοπός και χαρακτηριστικά της συσκευής

Ο εναλλάκτης θερμότητας με κέλυφος και σωλήνας είναι ένας τύπος συσκευών θερμικής μηχανικής και εκτελεί τη λειτουργία της μεταφοράς θερμότητας από το ψυκτικό στην θερμαινόμενη ουσία. Ανάλογα με τη συγκεκριμένη περίπτωση, ο ρόλος του ψυκτικού μπορεί να είναι ατμός ή υγρό. Μέχρι σήμερα, το μοντέλο κέλυφος και σωλήνα του θερμαντήρα έχει λάβει την πιο διαδεδομένη χρήση.

Ένας εναλλάκτης θερμότητας είναι μια μάλλον περίπλοκη συσκευή που χρησιμοποιείται ως συμπυκνωτής, θερμαντήρας ή εξατμιστής

Περιοχές χρήσης

Η παραγωγή αυτών των συσκευών άρχισε στις αρχές του εικοστού αιώνα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι θερμικοί σταθμοί χρειάζονταν θερμαντήρες μεγάλης επιφάνειας που λειτουργούσαν σε υψηλή πίεση.

Οι θερμαντήρες με κέλυφος και σωλήνες χρησιμοποιούνται σε πολλές βιομηχανίες, όπως:

• Βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου
• χημική παραγωγή;
• βιομηχανία τροφίμων.

Σχεδόν κάθε παραγωγή σχετίζεται με την παραγωγή ή απορρόφηση θερμότητας, επομένως, οι εναλλάκτες θερμότητας είναι σε ζήτηση σε διάφορους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας. Η απόδοση του εξοπλισμού σε επιχειρήσεις, καθώς και η λειτουργία οικιακών κλιματιστικών και θερμαντήρων, ψυγείων ψύξης σε αυτοκίνητα κ.λπ., εξαρτάται από το σχεδιασμό και τις ιδιότητές τους.

Σημείωση! Οι θερμαντήρες αυτού του τύπου χρησιμοποιούνται συχνότερα για την ψύξη υγρών εργασίας και τη θέρμανση του ψυκτικού για τη λειτουργία αντλιών θερμότητας.

Οι εναλλάκτες θερμότητας κελύφους και σωλήνων χρησιμοποιούνται ευρέως τόσο ως συμπυκνωτές όσο και ως εξατμιστές. Σήμερα, χάρη στην ανάπτυξη βιομηχανικών τεχνολογιών, ο σχεδιασμός των εναλλάκτη θερμότητας έχει εξελιχθεί περισσότερο και συνεχίζει να εκσυγχρονίζεται.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των εναλλακτών θερμότητας με κέλυφος και σωλήνα

Από δομική άποψη, οι εναλλάκτες θερμότητας αυτού του τύπου είναι παρόμοιοι με τα πρώτα μοντέλα που κατασκευάστηκαν στις αρχές του εικοστού αιώνα. Ο εκσυγχρονισμός αυτών των συσκευών επηρέασε μόνο ορισμένα στοιχεία, ωστόσο, η βάση παρέμεινε αμετάβλητη. Τα σύγχρονα υλικά που χρησιμοποιούνται για θερμαντήρες με κέλυφος και σωλήνες μπορούν να βελτιώσουν τις λειτουργικές τους ιδιότητες.

Στην κατασκευή εναλλακτών θερμότητας, χρησιμοποιούνται σύγχρονα υλικά που βελτιώνουν σημαντικά την ποιότητα των τελικών συσκευών

Οι εναλλάκτες θερμότητας κέλυφος και σωλήνα διακρίνονται από μια σειρά θετικών ιδιοτήτων, γεγονός που τους επιτρέπει να παραμένουν απαραίτητα στοιχεία διαφόρων βιομηχανιών έως σήμερα:

• αντίσταση στο νερό σφυρί στο σύστημα?
• την ικανότητα εργασίας με μολυσμένα περιβάλλοντα ·
• χαμηλοί ρυθμοί μεταφοράς θερμότητας
• καλή απόδοση;
• αντοχή στη φθορά
• συντήρηση
• αντίσταση σε υψηλή πίεση.
• αντοχή σε επιθετικές χημικές ουσίες
• επιχειρησιακή ασφάλεια
• αξιοπιστία και ανθεκτικότητα.

Οι θερμαντήρες αυτού του τύπου έχουν τα μειονεκτήματά τους, όπως:

• αρκετά μεγάλες διαστάσεις?
• υψηλή τιμή.

Η συσκευή και η αρχή της λειτουργίας

Ο εναλλάκτης θερμότητας κέλυφος και σωλήνα περιλαμβάνει διάφορα δομικά στοιχεία. Εξετάστε τα κύρια:

• περίβλημα (περίβλημα)
• θάλαμοι διανομής και καθοδήγησης ·
• εσωτερικό σύστημα σωλήνων
• φύλλα σωλήνων
• χωρίσματα και σφραγίδες.

Αυτό το μοντέλο συσκευής διακρίνεται από την παρουσία ενός περιβλήματος που κρύβει τους εσωτερικούς σωλήνες, εξ ου και το όνομα - "κέλυφος και σωλήνας"

Δύο ακροφύσια συγκολλούνται στο σώμα. Το ένα από αυτά είναι υπεύθυνο για την προμήθεια του εργασιακού περιβάλλοντος και το άλλο για το συμπέρασμα. Ειδικές φλάντζες συγκολλούνται στα άκρα του περιβλήματος.

Επιπλέον, η δομή ενός τέτοιου θερμαντήρα περιλαμβάνει φύλλα σωλήνων, μεταξύ των οποίων οι σωλήνες είναι συγκολλημένοι, εξοπλισμένοι με απομακρυσμένα πλέγματα. Αυτός ο σχεδιασμός διαμορφώνει το σύστημα σωληνώσεων του ανακτητή και επιτρέπει στον θερμαντήρα να είναι πολλαπλής διέλευσης.

Δύο ακροφύσια εισάγονται στο κάτω μέρος του ανακτήτη, το οποίο, όπως και τα ακροφύσια του περιβλήματος, εκτελούν τις λειτουργίες εισόδου και εξόδου. Το κάτω μέρος του ανακτητή είναι εξοπλισμένο με φλάντζες. Οι φλάντζες ανάκτησης είναι φλάντζες ζευγαρώματος του περιβλήματος. Το σύστημα σωλήνων μιας τέτοιας συσκευής εισάγεται στο περίβλημα. Οι γρίλιες στερεώνονται χρησιμοποιώντας ειδικά στοιχεία στεγανοποίησης και μπουλόνια μεταξύ των φλαντζών του ανακτήτη και του περιβλήματος. Αυτό επιτρέπει, εάν είναι απαραίτητο, να επιδιορθώνεται ομαλά οποιοδήποτε στοιχείο της συσκευής κελύφους και σωλήνων.

Η αρχή λειτουργίας αυτού του τύπου θερμαντήρα έχει ως εξής: το ζεστό και κρύο μέσο κυκλοφορεί μέσω δύο διαφορετικών καναλιών. Η διαδικασία μεταφοράς θερμότητας πραγματοποιείται μεταξύ των τοιχωμάτων αυτών των καναλιών.

Τύποι εναλλακτών θερμότητας με κέλυφος και σωλήνα

Ο θερμαντήρας με κέλυφος και σωλήνα είναι αρκετά περίπλοκος, από δομική άποψη, η συσκευή και έχει αρκετές ποικιλίες που αξίζει να προσέξετε. Λόγω των χαρακτηριστικών του σχεδιασμού (η παρουσία ενός ανακτητή), οι συσκευές κελύφους και σωλήνων ταξινομούνται ως αναγεννητικός τύπος.

Οι εναλλάκτες θερμότητας Shell-and-Tube είναι ένας αναγεννητικός τύπος παρόμοιων συσκευών.

Επιπλέον, ανάλογα με την κατεύθυνση κίνησης των μέσων εργασίας, οι θερμαντήρες με κέλυφος και σωλήνα χωρίζονται στους ακόλουθους τύπους:

• άμεση ροή
• εγκάρσια ροή
• αντίστροφη ροή.

Το μοντέλο κελύφους και σωλήνων πήρε το όνομά του λόγω του γεγονότος ότι οι σωλήνες μέσω των οποίων κυκλοφορεί το ψυκτικό τοποθετούνται μέσα στο περίβλημα. Υπάρχει μια εξάρτηση της ταχύτητας του μέσου εργασίας από τον αριθμό των σωλήνων που βρίσκονται στο περίβλημα. Με τη σειρά του, όσο υψηλότερη είναι η ταχύτητα, τόσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός μεταφοράς θερμότητας της συσκευής.

Εξετάστε τα βασικά υλικά από τα οποία κατασκευάζονται τέτοιοι θερμαντήρες:

• κράμα χάλυβα
• ανοξείδωτο ατσάλι;
• χάλυβας υψηλής αντοχής.

Οι σωλήνες τέτοιων συσκευών μπορούν να κατασκευαστούν από τα ακόλουθα υλικά:

• ατσάλι;
• χαλκός;
• ορείχαλκος;
• τιτάνιο.

Η χρήση τέτοιων υλικών συνδέεται με το γεγονός ότι οι εναλλάκτες θερμότητας λειτουργούν συνήθως σε σκληρές συνθήκες και έρχονται σε επαφή με επιθετικές ουσίες που μπορούν να προκαλέσουν διάβρωση.

Οι εναλλάκτες θερμότητας κατασκευάζονται από υλικά που έχουν υψηλή αντοχή στη διάβρωση, όπως τιτάνιο ή ανοξείδωτο ατσάλι.

Σπουδαίος! Ο συμβατικός χάλυβας δεν είναι κατάλληλος για εναλλάκτη θερμότητας με κέλυφος και σωλήνα επειδή έχει χαμηλή αντίσταση στη διάβρωση.

Τα μοντέλα Shell-and-Tube χωρίζονται επίσης σε τύπους. Σήμερα υπάρχουν 4 τύποι αυτών των συσκευών:

• μια θερμάστρα εξοπλισμένη με αντισταθμιστή θήκης θερμοκρασίας ·
• θερμαντήρας με στατικούς (σταθερούς) σωλήνες.
• συσκευή με σωλήνες σχήματος U και W ·
• πλωτή κεφαλή.

Οι θερμαντήρες κελύφους και σωλήνων μπορούν να τοποθετηθούν στο χώρο οριζόντια, κάθετα ή σε μια συγκεκριμένη γωνία.

Αύξηση συντελεστή μεταφοράς θερμότητας

Η βιομηχανία δεν σταματά - συνεχώς αναβαθμίζοντας τους εναλλάκτες θερμότητας. Η βελτίωση των τεχνικών χαρακτηριστικών επιτυγχάνεται με τη χρήση των ακόλουθων μεθόδων:

• δημιουργία ταραχών ροών ·
• την εφαρμογή σπειροειδών ενθέτων, λόγω των οποίων σχηματίζεται μια διαμήκης και εγκάρσια ροή γύρω από τους σωλήνες ·
• παραγωγή προφίλ και στριμμένων σωλήνων ·
• τη χρήση μειγμάτων, τα οποία περιλαμβάνουν υγρά και αέρια ·
• δημιουργία δονήσεων επιφανειών που είναι υπεύθυνες για τη μεταφορά θερμότητας ·
• παλλόμενη ροή του εργασιακού περιβάλλοντος.

Οι παραπάνω μέθοδοι μπορούν να αυξήσουν τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας. Είναι επίσης κοινό να χρησιμοποιείτε πολλές μεθόδους ταυτόχρονα. Ένας τέτοιος συνδυασμός μπορεί να αυξήσει σημαντικά τα λειτουργικά χαρακτηριστικά ενός θερμαντήρα με κέλυφος και σωλήνα με συντελεστή 2–3. Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι ορισμένες μέθοδοι όχι μόνο αυξάνουν τους ρυθμούς μεταφοράς θερμότητας, αλλά μπορούν επίσης να εκτελέσουν άλλες χρήσιμες λειτουργίες. Για παράδειγμα, οι ταραχώδεις ροές εμποδίζουν το σχηματισμό εναποθέσεων αλατιού στα εσωτερικά τοιχώματα των σωλήνων, γεγονός που εξαλείφει τη στένωση του αυλού των σωλήνων.

Η συνεχής βελτίωση του σχεδιασμού του εναλλάκτη θερμότητας επιτρέπει την αύξηση της μεταφοράς θερμότητας και την αύξηση των λειτουργικών χαρακτηριστικών

Συμβουλές επιλογής εναλλάκτη θερμότητας

Το πρόγραμμα υπολογισμού θερμαντήρα κέλυφος και σωλήνα χρειάζεται σαφή δήλωση των αρχικών δεδομένων. Μια καλή ανακτήσιμη συσκευή απαιτεί ένα καλά καθορισμένο κύκλωμα. Υπάρχουν πολλά σημεία που πρέπει να λάβετε υπόψη κατά την επιλογή ενός εναλλάκτη θερμότητας με κέλυφος και σωλήνα. Αυτές οι διατάξεις είναι πολύ σημαντικές για υπολογισμούς.

Πρώτα απ 'όλα, αξίζει να σημειωθεί ότι για υγρά και αέρια ψυκτικά υπάρχει μια συγκεκριμένη ταχύτητα κυκλοφορίας μέσω των σωλήνων. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, όσο υψηλότερη είναι η ταχύτητα, τόσο καλύτερη είναι η μεταφορά θερμότητας, αντίστοιχα. Για υγρά μέσα, η ταχύτητα κυμαίνεται από 0,6 έως 6 m / s. Για αέρια μέσα, η ταχύτητα μπορεί να είναι από 3 έως 30 m / s. Ωστόσο, η ποσότητα ενέργειας που δαπανάται επίσης εξαρτάται από την ταχύτητα, επομένως, σε ορισμένες περιπτώσεις, η ταχύτητα του ψυκτικού υπολογίζεται ότι μειώνει την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας.

Όταν επιλέγετε σωλήνες, πρέπει να προσέχετε το υλικό από το οποίο κατασκευάζονται, καθώς και τη διάμετρο τους. Το υλικό των σωλήνων επιλέγεται ανάλογα με το μέσο εργασίας που θα κυκλοφορήσει μέσω αυτών. Πρέπει να θυμόμαστε - όσο πιο επιθετικό είναι το περιβάλλον, τόσο πιο αξιόπιστο πρέπει να είναι το υλικό του σωλήνα.

Σπουδαίος! Εάν το σύστημα θα καθαριστεί με οξύ, τότε συνιστάται να επιλέξετε σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα. Ο ανοξείδωτος χάλυβας χαρακτηρίζεται από υψηλές αντιδιαβρωτικές ιδιότητες, έχει εξαιρετική αντοχή σε επιθετικά αντιδραστήρια και, επιπλέον, έχει χαμηλό συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας.

Οι εναλλάκτες θερμότητας Shell-and-Tube είναι μάλλον ογκώδεις συσκευές, επομένως, κατά την επιλογή τους, αξίζει να ληφθούν υπόψη τα μεγέθη τους, ώστε στο μέλλον να μην υπάρχουν δυσκολίες με τη μεταφορά και την εγκατάστασή τους.

Οι υπερμεγέθεις συσκευές έχουν σημαντικό βάρος, γεγονός που αυξάνει το κόστος μεταφοράς

Είναι επίσης απαραίτητο να ληφθεί υπόψη το γεγονός ότι μετά τις εργασίες εγκατάστασης πρέπει να υπάρχει αρκετός χώρος μπροστά από το recuperator, προκειμένου να πραγματοποιούνται λειτουργικές επισκευές της συσκευής, εάν είναι απαραίτητο. Πρέπει να υπάρχει αρκετός χώρος ώστε το σύστημα σωλήνων να μπορεί να αφαιρεθεί από το περίβλημα. Ο εναλλάκτης θερμότητας με κέλυφος και σωλήνα πρέπει να έχει σχέδιο που να λαμβάνει υπόψη την ελεύθερη πρόσβαση όχι μόνο στα κύρια στοιχεία, αλλά και σε άλλα ανταλλακτικά. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τις συσκευές ελέγχου.

Συμβουλές λειτουργίας εναλλάκτη θερμότητας σωλήνων και κελύφους

Εναλλάκτες θερμότητας αυτού του τύπου, αν και είναι αρκετά ανεπιτήδευτες συσκευές, ωστόσο, αργά ή γρήγορα χρειάζονται προληπτικό καθαρισμό ή επισκευή.

Η επισκευή του εναλλάκτη θερμότητας συνεπάγεται ορισμένες συνέπειες - συχνότερα αυτό είναι η μείωση του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας. Το πιο ευάλωτο τμήμα του κελύφους και του θερμαντήρα σωλήνα είναι ο σωλήνας. Κατά κανόνα, αυτοί προκαλούν τη βλάβη. Γνωρίζοντας για αυτό το χαρακτηριστικό των εναλλακτών θερμότητας, οι ειδικοί συμβουλεύουν να τους αγοράσουν με περιθώριο. Επιπλέον, συχνά προκύπτουν προβλήματα όταν αυτές οι συσκευές ρυθμίζονται από συμπύκνωμα. Οποιεσδήποτε αλλαγές συνεπάγονται αποκλίσεις στην περιοχή μεταφοράς θερμότητας. Οι αλλαγές στην περιοχή μεταφοράς θερμότητας είναι συνήθως μη γραμμικές.

Η εκτέλεση μιας τέτοιας συσκευής με τα χέρια σας είναι αρκετά δύσκολη και σε ορισμένες περιπτώσεις αδύνατη. Ο εναλλάκτης θερμότητας με κέλυφος και σωλήνας είναι ένας πολύ περίπλοκος εξοπλισμός, η παραγωγή του οποίου απαιτεί αυστηρή τήρηση της τεχνολογικής διαδικασίας, η οποία περιλαμβάνει πολλά στάδια.