Теплообменники

Теплообменники

Теплообменник, теплообменный аппарат — устройство, в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному (нагреваемому). Теплоносителями могут быть газы, пары, жидкости. В зависимости от назначения теплообменные аппараты используют как нагреватели и как охладители. Применяется в технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других отраслях промышленности, в энергетике и коммунальном хозяйстве.

Теплообменники по способу передачи теплоты подразделяют на поверхностные, где отсутствует непосредственный контакт теплоносителей, а передача тепла происходит через твёрдую стенку, и смесительные где теплоносители контактируют непосредственно. Поверхностные теплообменники в свою очередь подразделяются на рекуперативные и регенеративные, в зависимости от одновременного или поочерёдного контакта теплоносителей с разделяющей их стенкой.

Кожух (корпус) кожухотрубчатого теплообменника представляет собой трубу, сваренную из одного или нескольких стальных листов. Кожухи различаются главным образом способом соединения с трубной доской и крышками. Толщина стенки кожуха определяется давлением рабочей среды и диаметром кожуха, но принимается не менее 4 мм. К цилиндрическим кромкам кожуха приваривают фланцы для соединения с крышками или днищами. На наружной поверхности кожуха прикрепляют опоры аппарата.

Трубчатка кожухотрубчатых теплообменников выполняется из прямых или изогнутых (U-образных или W-образных) труб диаметром от 12 до 57 мм. Предпочтительны стальные бесшовные трубы.

В кожухотрубчатых теплообменниках проходное сечение межтрубного пространства в 2-3 раза больше проходного сечения внутри труб. Поэтому при равных расходах теплоносителей с одинаковым фазовым состоянием коэффициенты теплоотдачи на поверхности межтрубного пространства невысоки, что снижает общий коэффициент теплопередачи в аппарате. Устройство перегородок в межтрубном пространстве кожухотрубчатого теплообменника способствует увеличению скорости теплоносителя и повышению эффективности теплообмена.

Трубные доски (решетки) служат для закрепления в них пучка труб при помощи развальцовки, разбортовки, заварки, запайки или сальниковых креплений. Трубные доски приваривают к кожуху (рис. а, в), зажимают болтами между фланцами кожуха и крышки (рис. б, г) или соединяют болтами только с фланцем свободной камеры (рис. д, е). материалом досок служит обычно листовая сталь толщиной не менее 20 мм.

Кожухотрубчатые теплообменники могут быть жесткой (рис. а, к), нежесткой (рис. г, д, е, з, и) и полужесткой (рис. б, в, ж) конструкции, одноходовые и многоходовые, прямоточные, противоточные и поперечноточные, горизонтальные, наклонные и вертикальные.

  К теплообменникам относят устройства, в которых производится передача тепловой энергии от теплоносителя с большей температурой к теплоносителю с меньшей температурой. Как правило, в теплообменниках теплоносителями являются жидкости или газы. Наиболее популярными считаются теплообменники водяные. Они используются как в промышленных целях, так и в энергетике. В коммунальном хозяйстве теплообменники отопления используются для обогрева помещений. Кроме того, часто теплообменники используются и с противоположной целью, для охлаждения теплоносителя.

  Различают поверхностные и смесительные теплообменники. В первом типе теплоносители не смешиваются, а контактируют через твердую стенку, например, металлическую трубу. Так построен теплообменник труба в трубе, а так же многие другие типы этих устройств. Во втором типе теплоносители вступают в непосредственный контакт, перемешиваясь. 

  Большей популярностью пользуются поверхностные теплообменники, поскольку их легче контролировать при эксплуатации, кроме того, они более безопасны. Этот тип устройств, в зависимости от системы нагрева теплоносителя подразделяется на рекуперативные и регенеративные теплообменники.
Одними из самых популярных устройств, являются теплообменники кожухотрубные. Они состоят из корпуса, в котором располагаются трубчатка из прочных стальных бесшовных труб, которые могут быть прямыми или выгнутыми U-образным или W-образным способом. Диаметр труб, в зависимости от мощности теплообменника составляет 12-57 мм. Корпус, который и называют кожухом представляет собой трубу, сваренную из стальных листов. Толщина используемого листа зависит от внутреннего давления в кожухе, а так же его размеров. Минимально допустимая толщина корпуса такого теплообменника составляет 4 мм. 

  Для того чтобы увеличить коэффициент полезного действия такого теплообменника, внутри кожуха делаются специальные перегородки, которые увеличивают скорость теплоносителя, что, в свою очередь, улучшает теплообмен. Трубы внутри крепятся на специальных трубных решетках с помощью приваривания, развальцовки, разбортовки и т.д. Сами трубные решетки (доски) крепятся непосредственно на кожух теплообменника. Он делаются из стального листа, толщиной более 20 мм. 

  Данные теплообменники могут иметь жесткую, полужесткую или нежесткую конструкцию. Кроме того, различают прямоточные, поперечноточные, противоточные устройства. В зависимости от конструкции кожуха они могут быть вертикальные, горизонтальные или наклонные.
Еще один популярный вид этих устройств – теплообменники спиральные. В них поверхность нагрева ограничивается тонкими стальными листами, которые свернуты в виде спиралей и приварены к перегородке, которая называется керном. Жесткость каналов обеспечивается специальными штифтами. По одному каналу идет первичный теплоноситель, а по другому, в обратном направлении вторичный, который и нагревается до нужной температуры. Каналы, как правило, имеют прямоугольное сечение и закрываются торцевыми крышками. Это один из самых эффективных теплообменников водяных, их КПД значительно выше, чем у кожухотрубных устройств. Они надежны и просты в эксплуатации. В зависимости от системы расположения различают горизонтальные и вертикальные спиральные теплообменники. К недостаткам этих устройств можно отнести только то, что их невозможно использовать при очень высоких давлениях, они могут разрушиться. 

  Теплообменное оборудование предъявляет высокие требования к качеству используемых в них материалов, поэтому нужно тщательно подбирать компании, где купить металл. Стали должны быть стойкими к перепадам температур и высоким давлениям. Именно поэтому, конструируя теплообменник, нужно четко знать, где купить листовой металл, который отвечает всем требованиям. Здесь не подойдет обычный рядовой прокат.
Именно поэтому для теплообменников подбираются специальные марки стали, по соответствующим характеристикам. Причем, подбирая компании, где можно купить металл, нужно подбирать его таким образом, чтобы эксплуатационные характеристики их продукции обладали нужными свойствами с некоторым запасом. Только в этом случае теплообменное оборудование будет работать достаточно долго без поломок в номинальном режиме.