Što su izmjenjivači topline?

Izraz "izmjenjivač topline" koristi se za opisivanje uređaja koji olakšava prijenos topline s jedne tekućine na drugu bez miješanja te dvije. Sastoji se od dva različita kanala ili puta, jednog za vrući fluid i jednog za hladni fluid, koji ostaju odvojeni dok izmjenjuju toplinu. Primarna funkcija izmjenjivača topline je povećanje energetske učinkovitosti korištenjem otpadne topline, očuvanjem resursa i smanjenjem operativnih troškova.

Uobičajene vrste izmjenjivača topline
Oklopni i cijevni izmjenjivači topline:Ovo su najčešći tipovi izmjenjivača topline koji se koriste u komercijalnim HVAC sustavima. Sastoje se od niza cijevi zatvorenih u školjku. Vruća tekućina teče kroz cijevi dok hladna tekućina cirkulira cijevima unutar školjke, omogućujući učinkovitu izmjenu topline.

Pločasti izmjenjivači topline:Pločasti izmjenjivači topline koriste hrpu metalnih ploča s izmjeničnim uzdignutim i udubljenim područjima. Vruća i hladna tekućina teku kroz odvojene kanale stvorene prazninama između ploča, maksimizirajući prijenos topline zbog velike površine.

Izmjenjivači topline zrak-zrak:Također poznati kao jedinice za povrat topline, ovi izmjenjivači topline prenose toplinu između struje odvodnog i dovodnog zraka. Oni uklanjaju toplinu iz ustajalog zraka i prenose je na svježi zrak, smanjujući potrošnju energije predkondicioniranjem ulaznog zraka.

Koja je industrijska upotreba ljuskastih i cijevnih izmjenjivača topline?
Industrijska uporaba ljuskastih i cijevnih izmjenjivača topline, koji se koriste u kemijskoj, prehrambenoj, naftnoj i plinskoj i drugim poljima, široko je rasprostranjena. Obično se koriste u raznim industrijama za prijenos topline između dvije tekućine bez izravnog kontakta. Neke od ključnih industrijskih primjena ljuskastih i cijevnih izmjenjivača topline uključuju:

Procesi grijanja i hlađenja u kemijskim postrojenjima
Kondenzacija i isparavanje u rafinerijama
Sustavi povrata topline u energetskim postrojenjima
HVAC sustavi u poslovnim i stambenim zgradama
Rashladni sustavi u pogonima za preradu hrane
Upravljanje toplinom u objektima za proizvodnju nafte i plina
Općenito, školjkasti i cijevni izmjenjivači topline igraju ključnu ulogu u optimizaciji toplinske učinkovitosti i održavanju kontrole temperature u širokom rasponu industrijskih procesa.

Koliko vrsta školjkastih i cijevnih izmjenjivača topline?
U osnovi, postoje tri glavne vrste ljuskastih i cijevnih izmjenjivača topline koji se obično koriste:

1. Fiksni izmjenjivač cijevnih ploča (stražnji zaglavci tipa L, M i N)
U ovom dizajnu, cijevni lim je zavaren na plašt, što rezultira jednostavnom i ekonomičnom konstrukcijom. Dok se provrti cijevi mogu čistiti mehanički ili kemijski, vanjske površine cijevi općenito su nedostupne osim za kemijsko čišćenje. Ekspanzijski mijeh može biti potreban za prilagođavanje velikih temperaturnih razlika između materijala ljuske i cijevi, ali oni mogu biti izvor slabosti i kvara.

2. U-cijevni izmjenjivači
U U-Tube izmjenjivaču, tipovi prednjeg kolektora mogu varirati, a stražnji kolektor je obično M-Tip. U-cijevi omogućuju neograničeno toplinsko širenje, a snop cijevi može se ukloniti radi čišćenja. Međutim, unutarnje čišćenje cijevi mehaničkim sredstvima je teško, što ovu vrstu čini prikladnom samo za primjene gdje su tekućine na strani cijevi čiste.

3. Plutajući izmjenjivač glave (P, S, T i W tip stražnjih kolektora)
U ovom tipu izmjenjivača, cijevni lim na kraju stražnjeg kolektora nije zavaren na plašt, već se može pomicati ili plutati. Cijevni lim na prednjem kraju zaglavlja ima veći promjer od ljuske i zabrtvljen je slično kao kod fiksnog dizajna cijevnih limova.

Može se prilagoditi toplinskom širenju, a snop cijevi može se ukloniti radi čišćenja. Stražnja glava S-tipa je najpopularniji izbor za stražnji heder. Izmjenjivači s plivajućom glavom prikladni su za visoke temperature i tlakove, ali su općenito skuplji u usporedbi s izmjenjivačima s fiksnom cijevnom pločom.

Kao profesionalni dobavljač cijevi, Hnssd.com može osigurati prilagođene izmjenjivače topline. Ukoliko trebate dodatne informacije o našim proizvodima, molimo da nas kontaktirate:sales@hnssd.com

Komponente cijevnog izmjenjivača topline mogu se podijeliti na sljedeće dijelove:

1. Školjka
Plašt je krajnji vanjski dio izmjenjivača topline koji drži snop cijevi. Obično je to cilindrični spremnik izrađen od čelika ili drugih odgovarajućih tvari

2. Cijevi ili snop cijevi
Zbirka paralelnih cijevi koje se protežu duž duljine ljuske čini snop cijevi. Ovisno o specifičnoj namjeni, cijevi mogu biti sastavljene od različitih materijala, poput nehrđajućeg čelika, bakra ili titana. Promjer i debljina cijevi također su važni parametri dizajna.

3. Cijevne ploče
Cijevne ploče su čvrste ploče koje djeluju kao barijera između snopa cijevi i ljuske. Obično se izrađuju od čelika i spojeni su s kućištem kako bi se osiguralo čvrsto zatvaranje bez curenja. Cijevi se umeću kroz rupe u cijevnim pločama i na mjestu se ili šire ili zavaruju.

4. Pregrade
Pregrade su ploče ili šipke koje se postavljaju unutar ljuske da reguliraju kretanje tekućine oko snopa cijevi. Oni mogu biti ili uzdužni ili poprečni u orijentaciji i namijenjeni su poboljšanju učinkovitosti prijenosa topline.

5. Ulazne i izlazne mlaznice
Ulazne i izlazne mlaznice služe kao ulazne i izlazne točke za tekućine u izmjenjivaču topline. Ti se priključci obično postavljaju na suprotnim krajevima ljuske i pričvršćuju se na cijevi i ljusku pomoću prirubnica ili drugih vrsta priključaka.

6. Dilatacijski spojevi
Dilatacijski spojevi su fleksibilni spojnici koji se prilagođavaju toplinskom širenju i skupljanju snopa cijevi. Obično se nalaze na ulazu i izlazu iz izmjenjivača topline, ovi spojevi su izrađeni od metalnih mijehova ili drugih fleksibilnih materijala.

7. Potporne strukture
Potporne strukture drže izmjenjivače topline na mjestu, osiguravajući stabilan temelj. Potporne strukture mogu biti privremene ili trajne i mogu biti izrađene od čelika ili drugih materijala.

Geometrijska terminologija ljuske i cijevi

Raspored promjera cijevi i korak
Promjer cijevi može varirati od 12,7 mm (0,5 in) do 50,8 mm (2 in), ali najčešće su veličine 19,05 mm (0,75 in) i 25,4 mm (1 in). Cijevi su postavljene u obliku trokuta ili kvadrata u limovima cijevi.

Kvadratni raspored je potreban tamo gdje je potrebno doći do površine cijevi radi mehaničkog čišćenja. Trokutasti raspored omogućuje više cijevi u određenom prostoru. Razmak između cijevi je najkraća udaljenost između središta cijevi. Razmak cijevi zadan je omjerom koraka cijevi/promjera cijevi, koji je obično 1,25 ili 1,33. Budući da se za potrebe čišćenja koristi kvadratni raspored, dopušten je minimalni razmak od 6,35 mm (0,25 in) između cijevi.

Vrste pregrada
Pregrade su ugrađene na strani ljuske kako bi se omogućio veći prijenos topline zbog povećane turbulencije i za podupiranje cijevi čime se smanjuje mogućnost oštećenja uslijed vibracija. Postoji niz različitih tipova pregrada koje podupiru cijevi i potiču protok kroz cijevi.

Jednosegmentni (ovo je najčešći),

Dvostruko segmentno (ovo se koristi za postizanje niže brzine na bočnoj strani školjke i pada tlaka),

Disk i krafna.

Udaljenost od središta do središta između pregrada naziva se uspon pregrade i može se podesiti kako bi se mijenjala brzina poprečnog strujanja. U praksi uspon pregrade obično nije veći od udaljenosti jednake unutarnjem promjeru ljuske ili bliže udaljenosti jednakoj jednoj petini promjera ili 50,8 mm (2 in), što god je veće. Kako bi se omogućilo da tekućina teče natrag i naprijed preko cijevi, dio pregrade je odrezan. Visina ovog dijela naziva se usjek pregrade i mjeri se kao postotak promjera ljuske, npr. 25 posto usjeka pregrade. Veličinu izreza pregrade (ili prozora pregrade) potrebno je uzeti u obzir zajedno s korakom pregrade. Normalno je dimenzionirati usjek pregrade i uspon pregrade kako bi se približno izjednačile brzine kroz prozor odnosno u poprečnom protoku.

Mehanički dizajn ljuskastog i cijevnog izmjenjivača topline daje informacije o stavkama kao što su debljina ljuske, debljina prirubnice, itd. Oni se izračunavaju korištenjem koda za projektiranje tlačne posude kao što je kodeks za kotlove i tlačne posude od ASME (Američko društvo inženjera strojarstva) i Britanski glavni standard za tlačne posude, BS 5500. ASME je najčešće korišteni kod za izmjenjivače topline i sastoji se od 11 odjeljaka. Odjeljak VIII (Zatvorene tlačne posude) kodeksa je najprimjenjiviji za izmjenjivače topline, ali Odjeljci II—Materijali i Odjeljak V—Ispitivanje bez razaranja također su relevantni.

I ASME i BS5500 široko su korišteni i prihvaćeni u cijelom svijetu, ali neke zemlje inzistiraju da se koriste njihovi nacionalni kodovi. Kako bi to pokušala pojednostaviti, Međunarodna organizacija za standardizaciju sada pokušava razviti novi međunarodno priznati kodeks, no vjerojatno će proći neko vrijeme prije nego što to bude prihvaćeno.