Поверхностные теплообменники

Введение.

    Поверхностные теплообменники -это теплообменники в которых перенос тепла между  обменивающимися теплом средами  происходит через разделяющую их поверхность теплообмена – глухую стенку. Поверхностные теплообменники делятся на рекуперативные и регенеративные.

    В рекуперативных теплообменниках передача теплоты осуществляется от горячего теплоносителя к холодному через  стенку разделяющую их. Тепловой поток  направлен от горячего теплоносителя  к холодному. Рекуперативные аппараты - аппараты непрерывного действия.(аппараты, в кот. теплообменивающиеся потоки разделены поверхностью теплообмена. Тепловой поток обычно постоянен и перпендикулярен движению теплоносителя, условия теплообмена чаще всего стационарны.

    

    Регенеративные  аппараты - аппараты периодического действия и работают циклами, т.е (аппараты, в  кот. теплообменивающиеся потоки попеременно  омывают одну и ту же поверхность  и массу насадки, аккумулирующую и отдающую теплоту)

    Цикл  включает в себя два периода:

    1)через  аппарат пропускают горячий теплоноситель.  От горячего теплоносителя теплота  передается поверхности стенки, стенка аккумулирует теплоту  и нагревается;

    

    2) через теплообменник пропускают  холодный теплоноситель, разогретая  стенка отдает теплоту холодному  теплоносителю, стенка охлаждается,  холодный теплоноситель нагревается.

    

 

1.Элементные (секционные) теплообменники.

    Эти теплообменники состоят из последовательно  соединенных элементов—секций. Сочетание  нескольких элементов с малым  числом труб соответствует принципу многоходового кожухотрубчатого аппарата, работающего на наиболее выгодной схеме — противоточной. Элементные теплообменники эффективны в случае, когда теплоносители движутся с соизмеримыми скоростями без изменения агрегатного состояния. Их также целесообразно применять при высоком давлении рабочих сред. Отсутствие перегородок снижает гидравлические сопротивления и уменьшает степень загрязнения межтрубного пространства. Однако по сравнению с многоходовыми кожухотрубчатыми теплообменниками элементные теплообменники менее компактны и более дороги из-за увеличения числа дорогостоящих элементов аппарата—трубных решеток, фланцевых соединений, компенсаторов и др. Поверхность теплообмена одной секции применяемых элементных теплообменников составляет 0,75—30 м2, число трубок — от 4 до 140.

    

    Элементный (секционный) теплообменник

 

2.Двухтрубные теплообменники типа “труба в трубе”.

    Теплообменники  этого типа состоят из ряда последовательно  соединенных звеньев. Каждое звено  представляет собой две соосные трубы. Для удобства чистки и замены внутренние трубы обычно соединяют между собой «калачами» или коленами. Двухтрубные теплообменники, имеющие значительную поверхность нагрева, состоят из ряда секций, параллельно соединенных коллекторами. Если одним из теплоносителей является насыщенный пар, то его, как правило, направляют в межтрубное (кольцевое) пространство. Такие теплообменники часто применяют как жидкостные или газожидкостные. Подбором диаметров внутренней и наружной труб можно обеспечить обеим рабочим средам, участвующим в теплообмене, необходимую скорость для достижения высокой интенсивности теплообмена.

    Преимущества  двухтрубного теплообменника: высокий  коэффициент теплоотдачи, пригодность  для нагрева или охлаждения сред при высоком давлении, простота изготовления, монтажа и обслуживания.

    Недостатки  двухтрубного теплообменника — громоздкость, высокая стоимость вследствие большого расхода металла на наружные трубы, не участвующие в теплообмене, сложность очистки кольцевого пространства.

    

    Двухтрубный теплообменник типа “труба в трубе”

 

3.Пластинчатые теплообменники.

    В последнее время распространены пластинчатые разборные теплообменники, отличающиеся интенсивным теплообменом, простотой изготовления, компактностью, малыми гидравлическими сопротивлениями, удобством монтажа и очистки от загрязнений.

    Эти теплообменники состоят из отдельных  пластин, разделенных резиновыми прокладками, двух концевых камер, рамы и стяжных болтов. Пластины штампуют из тонколистовой стали (толщина 0,7 мм). Для увеличения поверхности теплообмена и турбулизации потока теплоносителя проточную часть пластин выполняют гофрированной или ребристой, причем гофры могут быть горизонтальными или расположены “в елку” (шаг гофр 11,5; 22,5; 30 мм; высота 4—7 мм).

    К пластинам приклеивают резиновые  прокладки круглой и специальной  формы для герметизации конструкции; теплоноситель направляют либо вдоль  пластины, либо через отверстие в  следующий канал.

    Движение  теплоносителей в пластинчатых теплообменниках может осуществляться прямотоком, противотоком и по смешанной схеме. Поверхность теплообмена одного аппарата может изменяться от 1 до 160 м2, число пластин—от 7 до 303.

    В пластинчатых теплообменниках температура  теплоносителя ограничивается 150°С (с учетом свойств резиновой прокладки), давление не должно превышать 10 кгс/см2.

    

    Пластинчатый  теплообменник

 

4.Кожухотрубчатые теплообменники.

    Основными элементами кожухотрубчатых теплообменников являются пучки труб, трубные решетки, корпус, крышки, патрубки. Концы труб крепятся в трубных решетках развальцовкой, сваркой и пайкой.

    

    кожухотрубчатый теплообменник 

    Для увеличения скорости движения теплоносителей с целью интенсификации теплообмена  нередко устанавливают перегородки  как и трубном, так и межтрубном пространствах.

    Кожухотрубчатые теплообменники могут быть вертикальными, горизонтальными и наклонными в соответствии с требованиями технологического процесса или удобства монтажа. В зависимости от неличины температурных удлинений трубок и корпуса применяют кожухотрубчатые теплообменники жесткий, полужесткой и нежесткой конструкции.

    Аппараты  жесткой конструкции используют при сравнительно небольших разностях температур корпуса и пучка труб; эти теплообменники отличаются простотой устройства.

    В кожухотрубчатых теплообменниках  нежесткой конструкции предусматривается  возможность некоторого независимого перемещения теплообменных труб и корпуса для устранения дополнительных напряжений от температурных удлинений. Нежесткость конструкции обеспечивается сальниковым уплотнением на патрубке  или корпусе, пучком U об-разных труб, подвижной трубной решеткой закрытого и открытого типа.

    В аппаратах полужесткой конструкции  температурные деформации компенсируются осевым сжатием или расширением  специальных компенсаторов, установленных  па корпусе. Полужесткая конструкция  надежно обеспечивает компенсацию  температурных деформаций, если они не превышают 10—15 мм, а условное давление в межтрубном пространстве составляет не более 2,5 кгс/см2.

 

5.Витые теплообменники.

    Поверхность нагрева витых теплообменников  компонуется из ряда концентрических  змеевиков, заключенных в кожух и закрепленных в соответствующих головках. Теплоносители движутся по трубному и межтрубному пространствам. Витые теплообменники широко применяют в аппаратуре высокого давления для процессов разделения газовых смесей методом глубокого охлаждения. Эти теплообменники характеризуются способностью к самокомпенсации, достаточной для восприятия деформаций от температурных напряжений.

    

    Витой теплообменник

 

Заключение.

    Процессы теплообмена имеют большое значение в химической, энергетической, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности. В теплообменных аппаратах теплопередача от одной среды к другой через разделяющую их стенку обусловлена рядом факторов и является сложным процессом, который принято разделять на три элементарных вида теплообмена: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение. На практике эти явления не обособлены, находятся в каком-то сочетании и протекают одновременно. Для теплообменников наибольшее значение имеет конвективный теплообмен или теплоотдача, которая осуществляется при совокупном и одновременном действии теплопроводности и конвекции.

 

Список  литературы

    1.Бродов Ю.М. Теплообменники энергетических установок. Екатеринбург, Сократ, 2003.

    2.Волошенко А.В., Медведев В.В., Озерова И.П. Принципиальные схемы паровых котлов и топливоподач. Томск, Учебное пособие, 2011.

    3.Луканина В.Н. Теплотехника. М., Высшая школа, 2002.

    4.Савельев Н.И. Лукин П.М. Расчет и проектирование кожухотрубчатых теплообменных аппаратов. Чебоксары, Учебное пособие, 2010.

    5.Чичиндаев А.В. Оптимизация компактных пластинчато-ребристых теплообменников. Новосибирск, НГТУ, 2003.