Shell-and-tube warmtewisselaar is een type warmtetechniek en vervult de functie van warmteoverdracht van het koelmiddel naar de verwarmde stof. Afhankelijk van het specifieke geval kan de rol van het koelmiddel stoom of vloeistof zijn. Tot op heden is het schaal-en-buismodel van de kachel het meest wijdverbreid gebruikt.
Een warmtewisselaar is een vrij complex apparaat dat wordt gebruikt als condensor, verwarming of verdamper
Inhoud
Toepassingsgebieden
De productie van deze apparaten begon in het begin van de twintigste eeuw. Dit was te wijten aan het feit dat thermische stations grote verwarmingselementen nodig hadden die onder hoge druk werkten.
Ketel- en buisverwarmers worden in veel industrieën gebruikt, waaronder:
- Olie en gas industrie;
- chemische productie;
- voedselindustrie.
Bijna elke productie wordt geassocieerd met het opwekken of absorberen van warmte, daarom is er vraag naar warmtewisselaars op verschillende gebieden van menselijke activiteit. De prestaties van apparatuur bij bedrijven, evenals de werking van airconditioners en verwarmingstoestellen voor in huis, koelradiatoren in auto's enz., Hangt af van hun ontwerp en eigenschappen.
Notitie! Verwarmers van dit type worden meestal gebruikt voor het koelen van werkvloeistoffen en het verwarmen van het koelmiddel voor de werking van warmtepompen.
Schaal- en buiswarmtewisselaars worden veel gebruikt als condensors en verdampers. Dankzij de ontwikkeling van industriële technologieën is het ontwerp van warmtewisselaars tegenwoordig geavanceerder geworden en wordt het nog steeds gemoderniseerd.
Voor- en nadelen van shell-and-tube warmtewisselaars
Structureel gezien zijn dergelijke warmtewisselaars vergelijkbaar met de eerste modellen die aan het begin van de twintigste eeuw werden geproduceerd. De modernisering van deze apparaten had alleen betrekking op bepaalde elementen, maar de basis bleef ongewijzigd. Moderne materialen die worden gebruikt voor koker- en buisverwarmers kunnen hun operationele eigenschappen verbeteren.
Bij de fabricage van warmtewisselaars worden moderne materialen gebruikt die de kwaliteit van afgewerkte apparaten aanzienlijk verbeteren
Shell and tube warmtewisselaars onderscheiden zich door een aantal positieve eigenschappen, waardoor ze tot op de dag van vandaag onmisbare elementen van verschillende industrieën kunnen blijven:
- weerstand tegen waterslag in het systeem;
- het vermogen om te werken met vervuilde omgevingen;
- lage warmteoverdrachtsnelheden;
- goed optreden;
- slijtvastheid;
- onderhoudbaarheid;
- weerstand tegen hoge druk;
- weerstand tegen agressieve chemicaliën;
- operationele veiligheid;
- betrouwbaarheid en duurzaamheid.
Verwarmers van dit type hebben hun nadelen, waaronder:
- vrij grote afmetingen;
- hoge prijs.
Het apparaat en het werkingsprincipe
Shell-and-tube warmtewisselaar bevat verschillende structurele elementen. Overweeg de belangrijkste:
- behuizing (behuizing);
- distributie- en geleidekamers;
- intern buissysteem;
- buisplaten;
- scheidingswanden en afdichtingen.
Dit apparaatmodel onderscheidt zich door de aanwezigheid van een behuizing die de interne leidingen verbergt, vandaar de naam - "shell-and-tube"
Twee nozzles zijn aan het lichaam gelast. De ene is verantwoordelijk voor de voorziening van de werkomgeving en de andere voor de conclusie. Aan de uiteinden van de behuizing zijn speciale flenzen gelast.
Bovendien omvat de structuur van een dergelijke verwarmer buisplaten waartussen buizen worden gelast, uitgerust met roosters op afstand. Dit ontwerp vormt het leidingsysteem van de recuperator en maakt het mogelijk dat de verwarming multi-pass is.
In de bodem van de recuperator worden twee spuitmonden gestoken, die op dezelfde manier als de spuitmonden van de behuizing de inlaat- en uitlaatfuncties vervullen. De onderkant van de recuperator is voorzien van flenzen. Recuperatorflenzen zijn bijpassende flenzen van de behuizing. Het leidingsysteem van een dergelijke inrichting wordt in de behuizing gestoken. De roosters worden met speciale afdichtingselementen en bouten tussen de flenzen van de recuperator en de behuizing bevestigd. Dit maakt het, indien nodig, mogelijk om elk element van het shell-and-tube-apparaat naadloos te repareren.
Het werkingsprincipe van dit type verwarming is als volgt: warm en koud medium circuleert door twee verschillende kanalen. Het proces van warmteoverdracht vindt plaats tussen de wanden van deze kanalen.
Soorten shell-and-tube warmtewisselaars
De koker- en buisverwarmer is vrij structureel gezien het apparaat en heeft verschillende varianten die de moeite waard zijn om op te letten. Vanwege de ontwerpkenmerken (de aanwezigheid van een recuperator) worden shell-and-tube-apparaten geclassificeerd als een regeneratief type.
Shell-and-tube warmtewisselaars zijn een regeneratief type vergelijkbare apparaten.
Bovendien zijn, afhankelijk van de bewegingsrichting van de werkmedia, koker- en buisverwarmers onderverdeeld in de volgende typen:
- directe stroom;
- crossflow;
- tegen stroom.
Het shell-and-tube-model dankt zijn naam aan het feit dat de leidingen waardoor de koelvloeistof circuleert in de behuizing worden geplaatst. De snelheid van het werkmedium is afhankelijk van het aantal buizen in de behuizing. Hoe hoger de snelheid, hoe hoger de warmteoverdrachtsnelheid van het apparaat.
Overweeg de basismaterialen waaruit dergelijke kachels zijn gemaakt:
- gelegeerd staal;
- roestvrij staal;
- hoogwaardig staal.
Buizen van dergelijke apparaten kunnen worden gemaakt van de volgende materialen:
- staal;
- koper;
- messing;
- titanium.
Het gebruik van dergelijke materialen is te wijten aan het feit dat warmtewisselaars meestal onder zware omstandigheden worden gebruikt en in contact komen met agressieve stoffen die corrosie kunnen veroorzaken.
Warmtewisselaars zijn gemaakt van materialen met een hoge corrosiebestendigheid, zoals titanium of roestvrij staal.
Belangrijk! Conventioneel staal is niet geschikt voor een shell-and-tube warmtewisselaar omdat het een lage weerstand tegen corrosie heeft.
Shell-and-tube-modellen zijn ook onderverdeeld in typen. Tegenwoordig zijn er 4 soorten van deze apparaten:
- een verwarming die is uitgerust met een temperatuurkastcompensator;
- verwarming met statische (vaste) buizen;
- apparaat met U-vormige en W-vormige buizen;
- drijvend hoofdapparaat.
Koker- en buisverwarmers kunnen horizontaal, verticaal of onder een bepaalde hoek in de ruimte worden geplaatst.
Verhoging van de warmteoverdrachtscoëfficiënt
De industrie staat niet stil - voortdurend warmtewisselaars upgraden. Verbetering van technische kenmerken wordt bereikt door het gebruik van de volgende methoden:
- creatie van turbulente stromen;
- de implementatie van spiraalvormige inzetstukken, waardoor een longitudinale en transversale stroming rond de buizen wordt gevormd;
- productie van profiel- en gedraaide buizen;
- het gebruik van mengsels, waaronder vloeistoffen en gassen;
- het creëren van trillingen van oppervlakken die verantwoordelijk zijn voor warmteoverdracht;
- pulserende stroom van de werkomgeving.
De bovenstaande methoden kunnen de warmteoverdrachtscoëfficiënt verhogen. Het is ook gebruikelijk om meerdere methoden tegelijk te gebruiken. Een dergelijke combinatie kan de operationele kenmerken van een koker- en buisverwarmer met een factor 2-3 aanzienlijk verhogen. Het is ook vermeldenswaard dat sommige methoden niet alleen de warmteoverdrachtssnelheden verhogen, maar ook andere nuttige functies kunnen uitvoeren. Zo voorkomen turbulente stromingen de vorming van zoutafzettingen op de binnenwanden van de buizen, waardoor de vernauwing van het lumen van de buizen wordt voorkomen.
Voortdurende verbetering van het ontwerp van de warmtewisselaar maakt het mogelijk de warmteoverdracht te verhogen en de operationele kenmerken te vergroten
Keuzetips warmtewisselaar
Het rekenprogramma voor de koker-en-buisverwarmer heeft een duidelijke verklaring van de eerste gegevens nodig. Een goed recuperatief apparaat vereist een goed gedefinieerd circuit. Er zijn verschillende punten waarmee u rekening moet houden bij het kiezen van een mantel- en buiswarmtewisselaar. Deze bepalingen zijn erg belangrijk voor berekeningen.
Allereerst is het vermeldenswaard dat er voor vloeibare en gasvormige koelmiddelen een specifieke circulatiesnelheid door de buizen is. Zoals hierboven vermeld, hoe hoger de snelheid, hoe beter de warmteoverdracht respectievelijk. Voor vloeibare media varieert de snelheid van 0,6 tot 6 m / s. Voor gasvormige media kan de snelheid 3 tot 30 m / s bedragen. De hoeveelheid verbruikte energie hangt echter ook af van de snelheid, daarom wordt in sommige gevallen de snelheid van de koelvloeistof onderschat om het elektriciteitsverbruik te verminderen.
Bij het kiezen van buizen moet u letten op het materiaal waarvan ze zijn gemaakt, evenals hun diameter. Het materiaal van de buizen wordt gekozen afhankelijk van het werkmedium dat er doorheen zal circuleren. Er moet aan worden herinnerd: hoe agressiever de omgeving, hoe betrouwbaarder het buismateriaal moet zijn.
Belangrijk! Als het systeem met zuur wordt gereinigd, is het raadzaam om roestvrijstalen buizen te kiezen. Het roestvrij staal wordt gekenmerkt door hoge anticorrosie-eigenschappen, heeft een uitstekende weerstand tegen agressieve reagentia en heeft bovendien een lage warmtegeleidingscoëfficiënt.
Shell-and-tube warmtewisselaars zijn nogal omvangrijke apparaten, daarom is het de moeite waard om bij het kiezen ervan hun afmetingen te overwegen, zodat er in de toekomst geen problemen zullen zijn met hun transport en installatie.
Extra grote apparaten wegen aanzienlijk, wat de transportkosten verhoogt
Er moet ook rekening mee worden gehouden dat er na installatiewerkzaamheden voldoende ruimte voor de recuperator moet zijn om indien nodig operationele reparaties aan het apparaat uit te voeren. Er moet voldoende ruimte zijn zodat het leidingsysteem uit de behuizing kan worden verwijderd. De shell-and-tube warmtewisselaar moet een ontwerp hebben dat rekening houdt met vrije toegang, niet alleen tot de hoofdelementen, maar ook tot andere reserveonderdelen. Dit geldt vooral voor controleapparaten.
Tips voor het gebruik van de warmtewisselaar van buis en mantel
Warmtewisselaars van dit type, hoewel het echter vrij pretentieloze apparaten zijn, en vroeg of laat moeten ze preventief worden gereinigd of gerepareerd.
Reparatie van de warmtewisselaar heeft enkele gevolgen - meestal is dit een verlaging van de warmteoverdrachtscoëfficiënt. Het meest kwetsbare deel van de schaal- en buisverwarmer is de buis. In de regel zijn zij het die de storing veroorzaken. Wetende over dit kenmerk van warmtewisselaars, adviseren experts om ze met een marge te kopen. Bovendien ontstaan er vaak problemen wanneer deze apparaten worden gereguleerd door condensaat. Eventuele wijzigingen brengen afwijkingen met zich mee op het gebied van warmteoverdracht. Veranderingen in het warmteoverdrachtsgebied zijn meestal niet-lineair.
Zo'n apparaat met je eigen handen doen is vrij moeilijk en in sommige gevallen onmogelijk. De shell-and-tube warmtewisselaar is een zeer complexe uitrusting, waarvan de productie een strikte naleving van het technologische proces vereist, dat vele fasen omvat.
