Τι είναι οι εναλλάκτες θερμότητας;

Ο όρος «εναλλάκτης θερμότητας» χρησιμοποιείται για να περιγράψει μια συσκευή που διευκολύνει τη μεταφορά θερμότητας από το ένα ρευστό στο άλλο χωρίς να αναμειγνύονται τα δύο. Περιλαμβάνει δύο διακριτά κανάλια ή μονοπάτια, ένα για το ζεστό υγρό και ένα για το κρύο υγρό, τα οποία παραμένουν χωριστά ενώ ανταλλάσσουν θερμότητα. Η κύρια λειτουργία ενός εναλλάκτη θερμότητας είναι να βελτιώνει την ενεργειακή απόδοση με τη χρήση της απορριπτόμενης θερμότητας, τη διατήρηση των πόρων και τη μείωση του λειτουργικού κόστους.

Κοινοί τύποι εναλλάκτη θερμότητας
Εναλλάκτες θερμότητας κελύφους και σωλήνα:Αυτοί είναι οι πιο συνηθισμένοι τύποι εναλλάκτη θερμότητας που χρησιμοποιούνται σε εμπορικά συστήματα HVAC. Αποτελούνται από μια σειρά σωλήνων που περικλείονται σε ένα κέλυφος. Το ζεστό ρευστό ρέει μέσα από τους σωλήνες ενώ το κρύο υγρό κυκλοφορεί τους σωλήνες μέσα στο κέλυφος, επιτρέποντας την αποτελεσματική ανταλλαγή θερμότητας.

Εναλλάκτες θερμότητας πλακών:Οι πλακοειδείς εναλλάκτες θερμότητας χρησιμοποιούν μια στοίβα μεταλλικών πλακών με εναλλασσόμενες ανυψωμένες και πιεσμένες περιοχές. Τα ζεστά και κρύα υγρά ρέουν μέσα από ξεχωριστά κανάλια που δημιουργούνται από τα κενά μεταξύ των πλακών, μεγιστοποιώντας τη μεταφορά θερμότητας λόγω της μεγάλης επιφάνειας.

Εναλλάκτες θερμότητας αέρα-αέρα:Γνωστοί και ως μονάδες ανάκτησης θερμότητας, αυτοί οι εναλλάκτες θερμότητας μεταφέρουν θερμότητα μεταξύ των ρευμάτων αέρα εξαγωγής και παροχής. Αφαιρούν τη θερμότητα από τον μπαγιάτικο αέρα και τη μεταφέρουν στον καθαρό αέρα, μειώνοντας την κατανάλωση ενέργειας προ-ρυθμίζοντας τον εισερχόμενο αέρα.

Ποια είναι η βιομηχανική χρήση του εναλλάκτη θερμότητας Shell and Tube;
Η βιομηχανική χρήση των εναλλακτών θερμότητας κελύφους και σωλήνων, που χρησιμοποιούνται στα χημικά, τα τρόφιμα, το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο και άλλα πεδία, είναι ευρέως διαδεδομένη. Χρησιμοποιούνται συνήθως σε διάφορες βιομηχανίες για τη μεταφορά θερμότητας μεταξύ δύο ρευστών χωρίς άμεση επαφή. Μερικές από τις βασικές βιομηχανικές εφαρμογές εναλλάκτη θερμότητας κελύφους και σωλήνων περιλαμβάνουν:

Διεργασίες θέρμανσης και ψύξης σε χημικές μονάδες
Καθήκοντα συμπύκνωσης και εξάτμισης στα διυλιστήρια
Συστήματα ανάκτησης θερμότητας σε εγκαταστάσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας
Συστήματα HVAC σε επαγγελματικά και οικιστικά κτίρια
Συστήματα ψύξης σε μονάδες επεξεργασίας τροφίμων
Θερμική διαχείριση σε εγκαταστάσεις παραγωγής πετρελαίου και φυσικού αερίου
Συνολικά, οι εναλλάκτες θερμότητας κελύφους και σωλήνων διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στη βελτιστοποίηση της θερμικής απόδοσης και στη διατήρηση του ελέγχου της θερμοκρασίας σε ένα ευρύ φάσμα βιομηχανικών διεργασιών.

Πόσοι τύποι εναλλάκτη θερμότητας κελύφους και σωλήνα;
Ουσιαστικά, υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι εναλλάκτη θερμότητας κελύφους και σωλήνων που χρησιμοποιούνται συνήθως:

1. Σταθερός εναλλάκτης φύλλων σωλήνα (πίσω κεφαλίδες τύπου L, M και N)
Σε αυτό το σχέδιο, το φύλλο σωλήνα συγκολλάται στο κέλυφος, με αποτέλεσμα μια απλή και οικονομική κατασκευή. Ενώ οι οπές των σωλήνων μπορούν να καθαριστούν μηχανικά ή χημικά, οι εξωτερικές επιφάνειες των σωλήνων είναι γενικά απρόσιτες εκτός από χημικό καθαρισμό. Οι φυσητήρες διαστολής μπορεί να είναι απαραίτητοι για την αντιμετώπιση μεγάλων διαφορών θερμοκρασίας μεταξύ των υλικών του κελύφους και του σωλήνα, αλλά μπορεί να είναι πηγή αδυναμίας και αστοχίας.

2. Εναλλάκτες U-Tube
Σε έναν εναλλάκτη U-Tube, οι τύποι μπροστινής κεφαλίδας μπορεί να διαφέρουν και η πίσω κεφαλίδα είναι τυπικά M-Type. Οι σωλήνες U επιτρέπουν απεριόριστη θερμική διαστολή και η δέσμη σωλήνων μπορεί να αφαιρεθεί για καθαρισμό. Ωστόσο, ο εσωτερικός καθαρισμός των σωλήνων με μηχανικά μέσα είναι δύσκολος, καθιστώντας αυτόν τον τύπο κατάλληλο μόνο για εφαρμογές όπου τα υγρά της πλευράς του σωλήνα είναι καθαρά.

3. Πλωτός εναλλάκτης κεφαλής (Πίσω κεφαλές τύπου P, S, T και W)
Σε αυτόν τον τύπο εναλλάκτη, το φύλλο σωλήνα στο πίσω άκρο της κεφαλής δεν συγκολλάται στο κέλυφος αλλά αφήνεται να κινηθεί ή να επιπλεύσει. Το φύλλο σωλήνα στο μπροστινό άκρο της κεφαλής έχει μεγαλύτερη διάμετρο από το κέλυφος και σφραγίζεται παρόμοια με το σχέδιο του σταθερού φύλλου σωληναρίου.

Μπορεί να προσαρμοστεί θερμική διαστολή και η δέσμη του σωλήνα μπορεί να αφαιρεθεί για καθαρισμό. Το S-Type Rear Head είναι η πιο δημοφιλής επιλογή για την πίσω κεφαλή. Οι εναλλάκτες πλωτής κεφαλής είναι κατάλληλοι για υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις, αλλά είναι γενικά πιο ακριβοί σε σύγκριση με τους σταθερούς εναλλάκτες σωληνωτού φύλλου.

Ως επαγγελματίας προμηθευτής σωλήνων, η Hnssd.com μπορεί να παρέχει προσαρμοσμένους εναλλάκτες θερμότητας. Εάν χρειάζεστε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τα προϊόντα μας, παρακαλούμε να επικοινωνήσετε μαζί μας:sales@hnssd.com

Τα εξαρτήματα ενός εναλλάκτη θερμότητας κελύφους και σωλήνα μπορούν να χωριστούν στα ακόλουθα μέρη:

1. Κέλυφος
Το κέλυφος είναι το πιο εξωτερικό μέρος του εναλλάκτη θερμότητας που συγκρατεί τη δέσμη του σωλήνα. Συνήθως είναι ένα κυλινδρικό δοχείο κατασκευασμένο από χάλυβα ή άλλες κατάλληλες ουσίες

2. Tubes ή Tube Bundle
Μια συλλογή από παράλληλους σωλήνες που εκτείνονται κατά μήκος του κελύφους αποτελεί τη δέσμη σωλήνων. Ανάλογα με τη συγκεκριμένη χρήση, οι σωλήνες μπορούν να αποτελούνται από διαφορετικά υλικά, όπως ανοξείδωτο χάλυβα, χαλκό ή τιτάνιο. Η διάμετρος και το πάχος των σωλήνων είναι επίσης σημαντικές παράμετροι σχεδιασμού.

3. Φύλλα σωλήνα
Τα φύλλα σωλήνα είναι ανθεκτικά φύλλα που λειτουργούν ως φράγμα μεταξύ της δέσμης σωλήνα και του κελύφους. Συνήθως κατασκευάζονται από χάλυβα και συγχωνεύονται στο κέλυφος για να εξασφαλίσουν σταθερό και χωρίς διαρροές κλείσιμο. Οι σωλήνες εισάγονται μέσω οπών στα φύλλα σωλήνων και είτε διαστέλλονται είτε συγκολλούνται στη θέση τους.

4. Διαφράγματα
Τα διαφράγματα είναι πλάκες ή ράβδοι που τοποθετούνται μέσα στο κέλυφος για να ρυθμίζουν την κίνηση του υγρού γύρω από τη δέσμη του σωλήνα. Αυτά μπορεί να έχουν είτε διαμήκη είτε εγκάρσιο προσανατολισμό και προορίζονται να ενισχύσουν την αποτελεσματικότητα της μεταφοράς θερμότητας.

5. Ακροφύσια εισόδου και εξόδου
Τα ακροφύσια εισόδου και εξόδου χρησιμεύουν ως σημεία εισόδου και εξόδου για τα υγρά στον εναλλάκτη θερμότητας. Αυτές οι συνδέσεις τοποθετούνται συνήθως σε αντίθετα άκρα του κελύφους και συνδέονται με τους σωλήνες και το κέλυφος χρησιμοποιώντας φλάντζες ή άλλους τύπους εξαρτημάτων.

6. Αρμοί διαστολής
Οι αρμοί διαστολής είναι εύκαμπτοι σύνδεσμοι που εξυπηρετούν τη θερμική διαστολή και συστολή της δέσμης σωλήνων. Συνήθως τοποθετημένοι στην είσοδο και την έξοδο του εναλλάκτη θερμότητας, αυτοί οι σύνδεσμοι κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας μεταλλικές φυσούνες ή άλλα εύκαμπτα υλικά.

7. Δομές Υποστήριξης
Οι δομές στήριξης συγκρατούν τους εναλλάκτες θερμότητας στη θέση τους, εξασφαλίζοντας σταθερή βάση. Οι κατασκευές στήριξης μπορεί να είναι είτε προσωρινές είτε μόνιμες και μπορεί να είναι κατασκευασμένες από χάλυβα ή άλλα υλικά.

Γεωμετρική ορολογία κελύφους και σωλήνα

Διάταξη και βήμα διαμέτρου σωλήνα
Η διάμετρος των σωλήνων μπορεί να κυμαίνεται από 12,7 mm (0,5 in) έως 50,8 mm (2 in), αλλά τα 19,05 mm (0,75 in) και 25,4 mm (1 in) είναι τα πιο κοινά μεγέθη. Οι σωλήνες τοποθετούνται σε τριγωνικά ή τετράγωνα σχέδια στα φύλλα σωλήνων.

Οι τετράγωνες διατάξεις απαιτούνται όπου είναι απαραίτητο να φτάσετε στην επιφάνεια του σωλήνα για μηχανικό καθαρισμό. Η τριγωνική διάταξη επιτρέπει περισσότερους σωλήνες σε ένα δεδομένο χώρο. Το βήμα του σωλήνα είναι η μικρότερη απόσταση από κέντρο σε κέντρο μεταξύ των σωλήνων. Η απόσταση των σωλήνων δίνεται από την αναλογία βήματος σωλήνα/διαμέτρου σωλήνα, η οποία είναι συνήθως 1,25 ή 1,33. Εφόσον χρησιμοποιείται τετράγωνη διάταξη για σκοπούς καθαρισμού, επιτρέπεται ένα ελάχιστο κενό 6,35 mm (0,25 in) μεταξύ των σωλήνων.

Τύποι διαφράγματος
Τα διαφράγματα εγκαθίστανται στην πλευρά του κελύφους για να παρέχουν υψηλότερο ρυθμό μεταφοράς θερμότητας λόγω αυξημένου στροβιλισμού και να υποστηρίζουν τους σωλήνες, μειώνοντας έτσι την πιθανότητα ζημιάς λόγω κραδασμών. Υπάρχει ένας αριθμός διαφορετικών τύπων διαφράγματος, που υποστηρίζουν τους σωλήνες και προάγουν τη ροή στους σωλήνες.

Single Segmental (αυτό είναι το πιο κοινό),

Double Segmental (χρησιμοποιείται για την επίτευξη χαμηλότερης ταχύτητας και πτώσης πίεσης στο κέλυφος),

Δίσκος και ντόνατ.

Η απόσταση από το κέντρο προς το κέντρο μεταξύ των διαφραγμάτων ονομάζεται βήμα διαφράγματος και αυτό μπορεί να ρυθμιστεί για να μεταβάλλει την ταχύτητα εγκάρσιας ροής. Στην πράξη το βήμα του διαφράγματος δεν είναι κανονικά μεγαλύτερο από απόσταση ίση με την εσωτερική διάμετρο του κελύφους ή πλησιέστερη από απόσταση ίση με το ένα πέμπτο της διαμέτρου ή 50,8 mm (2 ίντσες) όποιο είναι μεγαλύτερο. Για να επιτραπεί στο υγρό να ρέει προς τα πίσω και προς τα εμπρός κατά μήκος των σωλήνων, τμήμα του διαφράγματος κόβεται. Το ύψος αυτού του τμήματος αναφέρεται ως κοπή διαφράγματος και μετράται ως ποσοστό της διαμέτρου του κελύφους, π.χ. 25 τοις εκατό κοπή διαφράγματος. Το μέγεθος του διαφράγματος (ή του παραθύρου του διαφράγματος) πρέπει να λαμβάνεται υπόψη μαζί με το βήμα του διαφράγματος. Είναι φυσιολογικό το μέγεθος του διαφράγματος και του βήματος του διαφράγματος να εξισώνουν περίπου τις ταχύτητες μέσω του παραθύρου και στην εγκάρσια ροή, αντίστοιχα.

Ο μηχανικός σχεδιασμός ενός εναλλάκτη θερμότητας κελύφους και σωλήνα παρέχει πληροφορίες για στοιχεία όπως το πάχος του κελύφους, το πάχος της φλάντζας κ.λπ. Αυτά υπολογίζονται χρησιμοποιώντας έναν κώδικα σχεδιασμού δοχείου πίεσης όπως ο κώδικας Boiler and Pressure Vessel από την ASME (American Society of Mechanical Engineers) και το British Master Pressure Vessel Standard, BS 5500. Το ASME είναι ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος κωδικός για εναλλάκτες θερμότητας και αποτελείται από 11 ενότητες. Η ενότητα VIII (Δοχεία περιορισμένης πίεσης) του κώδικα είναι η πιο κατάλληλη για εναλλάκτες θερμότητας, αλλά οι Ενότητες II—Υλικά και Ενότητα V—Μη Καταστροφικές Δοκιμές είναι επίσης σχετικές.

Τόσο το ASME όσο και το BS5500 χρησιμοποιούνται ευρέως και είναι αποδεκτά σε όλο τον κόσμο, αλλά ορισμένες χώρες επιμένουν να χρησιμοποιούνται οι δικοί τους εθνικοί κωδικοί. Για να προσπαθήσει και να απλοποιήσει αυτό, ο Διεθνής Οργανισμός Προτύπων προσπαθεί τώρα να αναπτύξει έναν νέο διεθνώς αναγνωρισμένο κώδικα, αλλά είναι πιθανό να περάσει αρκετός χρόνος μέχρι να γίνει αποδεκτός.