Výmenník tepla so škrupinou a rúrkami je typ tepelného inžinierstva a vykonáva funkciu prenosu tepla z chladiva na zahrievanú látku. V závislosti od konkrétneho prípadu môže byť chladiacim médiom para alebo kvapalina. Model kúrenia s rúrou a rúrkou sa doteraz používal najrozšírenejšie.
Výmenník tepla je pomerne zložité zariadenie používané ako kondenzátor, ohrievač alebo výparník
obsah
Oblasti použitia
Výroba týchto zariadení sa začala začiatkom dvadsiateho storočia. Dôvodom bola skutočnosť, že tepelné stanice potrebovali veľkoplošné ohrievače pracujúce pri vysokom tlaku.
Ohrievače rúr a rúr sa používajú v mnohých priemyselných odvetviach vrátane:
- Ropný a plynárenský priemysel;
- chemická výroba;
- potravinársky priemysel.
Takmer každá výroba je spojená s výrobou alebo absorpciou tepla, a preto sú v rôznych oblastiach ľudskej činnosti potrebné výmenníky tepla. Výkonnosť zariadení v podnikoch, ako aj fungovanie domácich klimatizačných zariadení a ohrievačov, chladičov v automobiloch atď., Závisí od ich konštrukcie a vlastností.
Poznámka! Ohrievače tohto typu sa najčastejšie používajú na chladenie pracovných tekutín a na ohrev chladiva na prevádzku tepelných čerpadiel.
Výmenníky tepla v škrupinách a rúrkach sa široko používajú ako kondenzátory a tiež ako odparovače. Dnes sa vďaka vývoju priemyselných technológií konštrukcia výmenníkov tepla stala pokročilejšou a stále sa modernizuje.
Výhody a nevýhody výmenníkových výmenníkov tepla
Z konštrukčného hľadiska sú tepelné výmenníky tohto typu podobné prvým modelom, ktoré boli vyrobené začiatkom dvadsiateho storočia. Modernizácia týchto zariadení ovplyvnila iba určité prvky, základ však zostal nezmenený. Moderné materiály, ktoré sa používajú pre ohrievače škrupín a rúr, môžu zlepšiť ich prevádzkové vlastnosti.
Pri výrobe výmenníkov tepla sa používajú moderné materiály, ktoré výrazne zlepšujú kvalitu hotových zariadení
Výmenníky tepla v plášťoch a rúrkach sa vyznačujú celým radom pozitívnych vlastností, ktoré im umožňujú zostať nepostrádateľnými prvkami rôznych priemyselných odvetví:
- odolnosť proti vodnému nárazu v systéme;
- schopnosť pracovať so znečisteným prostredím;
- nízke rýchlosti prenosu tepla;
- dobrý výkon;
- odolnosť proti opotrebeniu;
- udržiavateľnosť;
- odolnosť proti vysokému tlaku;
- odolnosť proti agresívnym chemikáliám;
- prevádzková bezpečnosť;
- spoľahlivosť a trvanlivosť.
Ohrievače tohto typu majú svoje nevýhody, vrátane:
- pomerne veľké rozmery;
- vysoká cena.
Zariadenie a princíp činnosti
Výmenník tepla so škrupinou a rúrkami obsahuje niekoľko konštrukčných prvkov. Zoberme si tie hlavné:
- kryt (bývanie);
- distribučné a vodiace komory;
- vnútorný rúrkový systém;
- rúrkové pláty;
- priečky a tesnenia.
Tento model zariadenia sa vyznačuje plášťom, ktorý zakrýva vnútorné rúrky, odtiaľ názov - „shell-and-tube“
K telu sú privarené dve dýzy. Jeden z nich je zodpovedný za dodávku pracovného prostredia a druhý za závery. Ku koncom plášťa sú privarené špeciálne príruby.
Konštrukcia takého ohrievača ďalej obsahuje rúrkové pláty, medzi ktorými sú zvárané rúry, vybavené vzdialenými mriežkami. Táto konštrukcia tvorí potrubný systém rekuperátora a umožňuje viacnásobný prietok ohrievača.
Do spodnej časti rekuperátora sú vložené dve dýzy, ktoré rovnako ako dýzy puzdra vykonávajú vstupnú a výstupnú funkciu. Spodná strana rekuperátora je vybavená prírubami. Príruby rekuperátora sú párované príruby krytu. Potrubný systém takéhoto zariadenia je vložený do puzdra. Mriežky sa pripevňujú pomocou špeciálnych tesniacich prvkov a skrutiek medzi príruby rekuperátora a krytu. To umožňuje, ak je to potrebné, hladko opraviť ktorýkoľvek prvok zariadenia škrupiny.
Princíp činnosti tohto typu ohrievača je nasledujúci: horúce a studené médium cirkuluje dvoma rôznymi kanálmi. Proces prenosu tepla sa uskutočňuje medzi stenami týchto kanálov.
Druhy výmenníkov tepla so škrupinou a rúrkami
Ohrievač škrupín a rúrok je z konštrukčného hľadiska pomerne zložitý a má niekoľko druhov, ktoré si zasluhujú pozornosť. Z dôvodu konštrukčných prvkov (prítomnosť rekuperátora) sú zariadenia typu shell-and-tube klasifikované ako regeneratívny typ.
Výmenníky tepla s rúrkami a rúrkami sú regeneratívnym typom podobných zariadení.
Okrem toho sa v závislosti od smeru pohybu pracovného média ohrievače škrupiny delia na tieto typy:
- prietokový;
- Crossflow;
- counterflow.
Model škrupiny a rúrky dostal svoj názov vďaka skutočnosti, že rúrky, ktorými cirkuluje chladivo, sú umiestnené vo vnútri plášťa. Rýchlosť pracovného média závisí od počtu rúrok umiestnených v puzdre. Čím vyššia je rýchlosť, tým vyššia je rýchlosť prenosu tepla zariadenia.
Zvážte základné materiály, z ktorých sú tieto ohrievače vyrobené:
- legovaná oceľ;
- nehrdzavejúca oceľ;
- vysokopevnostná oceľ.
Rúrky takýchto zariadení môžu byť vyrobené z týchto materiálov:
- oceľ;
- meď;
- mosadz;
- titán.
Použitie takýchto materiálov je spôsobené skutočnosťou, že tepelné výmenníky sa zvyčajne prevádzkujú v drsných podmienkach a prichádzajú do styku s agresívnymi látkami, ktoré môžu spôsobiť koróziu.
Výmenníky tepla sú vyrobené z materiálov s vysokou odolnosťou proti korózii, ako je titán alebo nehrdzavejúca oceľ.
Dôležité! Konvenčná oceľ nie je vhodná pre výmenník tepla typu plášť a rúrka, pretože má nízku odolnosť proti korózii.
Shell-and-tube modely sú tiež rozdelené do typov. Dnes existujú 4 typy týchto zariadení:
- ohrievač vybavený kompenzátorom teploty;
- ohrievač so statickými (pevnými) rúrkami;
- zariadenie s trubicami tvaru U a W;
- zariadenie s plávajúcou hlavou.
Ohrievače rúr a rúr môžu byť umiestnené v priestore vodorovne, zvisle alebo pod určitým uhlom.
Zvýšenie koeficientu prenosu tepla
Priemysel nestojí v pokoji - neustále modernizuje tepelné výmenníky. Zlepšenie technických charakteristík sa dosahuje použitím týchto metód:
- vytváranie turbulentných tokov;
- uskutočnenie špirálovitých vložiek, vďaka ktorým sa vytvára pozdĺžny a priečny tok okolo rúrok;
- výroba profilových a skrútených rúr;
- použitie zmesí, ktoré zahŕňajú kvapaliny a plyny;
- vytváranie vibrácií povrchov zodpovedných za prenos tepla;
- pulzujúci tok pracovného prostredia.
Vyššie uvedené metódy môžu zvýšiť koeficient prestupu tepla. Je tiež bežné používať niekoľko metód naraz. Takáto kombinácia môže významne zvýšiť prevádzkové vlastnosti ohrievača škrupiny a rúrky faktorom 2–3. Je tiež potrebné poznamenať, že niektoré metódy nielen zvyšujú rýchlosť prenosu tepla, ale môžu vykonávať aj ďalšie užitočné funkcie. Napríklad turbulentné toky bránia tvorbe usadenín solí na vnútorných stenách rúrok, čo eliminuje zúženie lúmenu rúrok.
Neustále zlepšovanie konštrukcie výmenníka tepla umožňuje zvýšenie prenosu tepla a zvýšenie prevádzkových charakteristík
Tipy na výber výmenníka tepla
Program na výpočet ohrievača škrupiny a trubíc potrebuje jasné vyjadrenie počiatočných údajov. Dobré rekuperačné zariadenie vyžaduje dobre definovaný obvod. Pri výbere výmenníka tepla v plášťoch a rúrkach je potrebné zvážiť niekoľko bodov. Tieto ustanovenia sú veľmi dôležité pre výpočty.
V prvom rade je potrebné poznamenať, že pre kvapalné a plynné chladivá existuje špecifická rýchlosť cirkulácie rúrkami. Ako je uvedené vyššie, čím vyššia je rýchlosť, tým lepší je prenos tepla. V prípade tekutých médií je rýchlosť v rozsahu od 0,6 do 6 m / s. V prípade plynných médií môže byť rýchlosť od 3 do 30 m / s. Množstvo spotrebovanej energie však tiež závisí od rýchlosti, preto je v niektorých prípadoch rýchlosť chladiacej kvapaliny podhodnotená, aby sa znížila spotreba elektrickej energie.
Pri výbere skúmaviek by ste mali venovať pozornosť materiálu, z ktorého sú vyrobené, ako aj ich priemeru. Materiál rúrok je vybraný v závislosti od pracovného média, ktoré ním cirkuluje. Je potrebné pamätať na to, že čím agresívnejšie je prostredie, tým spoľahlivejší by mal byť materiál trubice.
Dôležité! Ak sa systém vyčistí pomocou kyseliny, odporúča sa zvoliť hadičku z nehrdzavejúcej ocele. Nerezová oceľ sa vyznačuje vysokými antikoróznymi vlastnosťami, má vynikajúcu odolnosť proti agresívnym činidlám a navyše má nízky koeficient tepelnej vodivosti.
Výmenníky tepla s rúrkami sú pomerne objemné zariadenia, preto pri ich výbere je potrebné zvážiť ich veľkosť, takže v budúcnosti nebudú žiadne problémy s ich prepravou a inštaláciou.
Nadmerné zariadenia majú značnú hmotnosť, čo zvyšuje prepravné náklady
Je tiež potrebné vziať do úvahy skutočnosť, že po montážnych prácach musí byť pred rekuperátorom dostatok priestoru, aby sa v prípade potreby mohli vykonať prevádzkové opravy zariadenia. Mal by byť dostatočný priestor, aby bolo možné potrubný systém odstrániť z puzdra. Výmenník tepla plášťovej trubice musí mať konštrukciu, ktorá zohľadňuje voľný prístup nielen k hlavným prvkom, ale aj k iným náhradným dielom. Platí to najmä pre ovládacie zariadenia.
Tipy na prevádzku výmenníka tepla na rúrky a škrupiny
Výmenníky tepla tohto typu, hoci sú to dosť nenáročné zariadenia, skôr alebo neskôr však potrebujú preventívne čistenie alebo opravy.
Oprava výmenníka tepla má určité následky - najčastejšie je to pokles koeficientu prenosu tepla. Najzraniteľnejšou časťou ohrievača škrupín a trubíc je trubica. Rozdelenie spravidla spôsobujú oni. Odborníci, ktorí sú o tejto funkcii výmenníkov tepla informovaní, odporúčajú ich nákup s rezervou. Okrem toho sa často vyskytujú problémy, keď sú tieto zariadenia regulované kondenzátom. Akékoľvek zmeny spôsobujú odchýlky v oblasti prenosu tepla. Zmeny v oblasti prenosu tepla sú zvyčajne nelineárne.
Robiť také zariadenie vlastnými rukami je dosť ťažké av niektorých prípadoch nemožné. Výmenník tepla rúr a rúr je veľmi komplexné zariadenie, ktorého výroba si vyžaduje prísne dodržiavanie technologického postupu, ktorý zahŕňa mnoho etáp.
