Что такое теплообменники?

Термин «теплообменник» используется для описания устройства, которое облегчает передачу тепла от одной жидкости к другой без их смешивания. Он состоит из двух отдельных каналов или путей: одного для горячей жидкости и одного для холодной жидкости, которые при теплообмене остаются отдельными. Основная функция теплообменника — повышение энергоэффективности за счет использования отработанного тепла, экономии ресурсов и снижения эксплуатационных затрат.

Распространенные типы теплообменников
Кожухотрубные теплообменники:Это наиболее распространенные типы теплообменников, используемые в коммерческих системах отопления, вентиляции и кондиционирования. Они состоят из ряда трубок, заключенных в оболочку. Горячая жидкость течет по трубкам, а холодная жидкость циркулирует по трубкам внутри корпуса, обеспечивая эффективный теплообмен.

Пластинчатые теплообменники:В пластинчатых теплообменниках используется стопка металлических пластин с чередующимися приподнятыми и вдавленными участками. Горячая и холодная жидкости текут через отдельные каналы, созданные зазорами между пластинами, что обеспечивает максимальную теплопередачу благодаря большой площади поверхности.

Теплообменники воздух-воздух:Эти теплообменники, также известные как установки рекуперации тепла, передают тепло между потоками вытяжного и приточного воздуха. Они удаляют тепло из затхлого воздуха и передают его свежему воздуху, снижая потребление энергии за счет предварительного кондиционирования входящего воздуха.

Каково промышленное использование кожухотрубного теплообменника?
Широко распространено промышленное применение кожухотрубных теплообменников, применяемых в химической, пищевой, нефтегазовой и других областях. Они обычно используются в различных отраслях промышленности для передачи тепла между двумя жидкостями без прямого контакта. Некоторые из ключевых промышленных применений кожухотрубных теплообменников включают в себя:

Процессы нагрева и охлаждения на химических заводах
Конденсационные и испарительные работы на нефтеперерабатывающих заводах
Системы рекуперации тепла на объектах электроэнергетики
Системы вентиляции и кондиционирования в коммерческих и жилых зданиях
Холодильные системы на предприятиях пищевой промышленности
Управление температурным режимом на объектах добычи нефти и газа
В целом, кожухотрубные теплообменники играют решающую роль в оптимизации термического КПД и поддержании контроля температуры в широком спектре промышленных процессов.

Сколько типов кожухотрубных теплообменников?
По сути, обычно используются три основных типа кожухотрубных теплообменников:

1. Фиксированный теплообменник трубных решеток (задние коллекторы типа L, M и N)
В этой конструкции трубная решетка приварена к корпусу, что обеспечивает простую и экономичную конструкцию. Хотя каналы труб можно очистить механически или химически, внешние поверхности труб обычно недоступны, за исключением химической очистки. Компенсационные сильфоны могут потребоваться для компенсации большой разницы температур между материалами корпуса и трубки, но они могут стать источником слабости и выхода из строя.

2. U-образные теплообменники
В теплообменнике с U-образной трубкой типы переднего коллектора могут различаться, а задний коллектор обычно представляет собой M-тип. U-образные трубы допускают неограниченное тепловое расширение, а пучок трубок можно снимать для очистки. Однако внутренняя очистка трубок механическими средствами затруднена, поэтому этот тип подходит только для применений, где жидкости со стороны трубок чистые.

3. Плавающий теплообменник (задние разъемы типа P, S, T и W)
В теплообменниках этого типа трубная решетка на заднем конце коллектора не приварена к корпусу, а может перемещаться или плавать. Трубная решетка на переднем конце коллектора имеет больший диаметр, чем кожух, и герметизирована аналогично конструкции фиксированной трубной решетки.

Можно компенсировать тепловое расширение, а пучок трубок можно снять для очистки. Задняя головка S-типа является наиболее популярным выбором для задней головки. Плавающие теплообменники подходят для высоких температур и давлений, но, как правило, более дороги по сравнению с теплообменниками с фиксированной трубной решеткой.

Как профессиональный поставщик труб, компания Hnssd.com может предоставить теплообменники по индивидуальному заказу. Если вам потребуется дополнительная информация о нашей продукции, мы просим вас связаться с нами:sales@hnssd.com

Компоненты кожухотрубного теплообменника можно разделить на следующие части:

1. Ракушка
Оболочка — это внешняя часть теплообменника, в которой удерживается пучок труб. Обычно это цилиндрический контейнер, изготовленный из стали или других подходящих материалов.

2. Трубки или связка трубок.
Набор параллельных трубок, проходящих по всей длине корпуса, образует пучок трубок. В зависимости от конкретного использования трубки могут быть изготовлены из разных материалов, например из нержавеющей стали, меди или титана. Диаметр и толщина трубок также являются важными параметрами конструкции.

3. Трубные решетки
Трубные решетки представляют собой прочные листы, которые служат барьером между пучком труб и оболочкой. Обычно они изготавливаются из стали и привариваются к корпусу, чтобы обеспечить надежное и герметичное закрытие. Трубы вставляются через отверстия в трубных решетках и либо расширяются, либо привариваются.

4. Перегородки
Перегородки представляют собой пластины или стержни, которые помещаются внутри корпуса для регулирования движения жидкости вокруг пучка труб. Они могут иметь продольную или поперечную ориентацию и предназначены для повышения эффективности теплопередачи.

5. Впускные и выпускные патрубки.
Входные и выходные патрубки служат точками входа и выхода жидкостей в теплообменнике. Эти соединения обычно размещаются на противоположных концах корпуса и крепятся к трубкам и корпусу с помощью фланцев или других типов фитингов.

6. Компенсаторы
Компенсаторы представляют собой гибкие соединители, которые компенсируют тепловое расширение и сжатие пучка труб. Обычно эти соединения располагаются на входе и выходе теплообменника и изготавливаются с использованием металлических сильфонов или других гибких материалов.

7. Структуры поддержки
Опорные конструкции удерживают теплообменники на месте, обеспечивая устойчивое основание. Опорные конструкции могут быть временными или постоянными и могут быть изготовлены из стали или других материалов.

Геометрическая терминология кожухов и трубок

Расположение трубок по диаметру и шагу
Диаметр трубок может варьироваться от 12,7 мм (0,5 дюйма) до 50,8 мм (2 дюйма), но наиболее распространенными размерами являются 19,05 мм (0,75 дюйма) и 25,4 мм (1 дюйм). Трубы укладываются в трубных решетках треугольными или квадратными узорами.

Квадратные макеты необходимы там, где необходимо добраться до поверхности трубы для механической очистки. Треугольное расположение позволяет разместить больше трубок в определенном пространстве. Шаг трубок – это кратчайшее межцентровое расстояние между трубками. Расстояние между трубами определяется отношением шага трубы к ее диаметру, которое обычно составляет 1,25 или 1,33. Поскольку для очистки используется квадратная планировка, между трубками допускается минимальный зазор 6,35 мм (0,25 дюйма).

Типы перегородок
Со стороны корпуса установлены перегородки, обеспечивающие более высокую скорость теплопередачи за счет повышенной турбулентности и поддерживающие трубы, тем самым снижая вероятность повреждения из-за вибрации. Существует несколько различных типов перегородок, которые поддерживают трубы и способствуют потоку через трубы.

Односегментарный (это самый распространенный),

Двойной сегментный (используется для получения более низкой скорости корпуса и перепада давления),

Диск и пончик.

Расстояние между центрами между перегородками называется шагом перегородки, и его можно регулировать для изменения скорости поперечного потока. На практике шаг перегородки обычно не превышает расстояния, равного внутреннему диаметру корпуса, и не ближе расстояния, равного одной пятой диаметра, или 50,8 мм (2 дюйма), в зависимости от того, что больше. Чтобы позволить жидкости течь вперед и назад по трубкам, часть перегородки срезается. Высота этой части называется вырезом перегородки и измеряется в процентах от диаметра корпуса, например, 25-процентный вырез перегородки. Размер выреза перегородки (или окна перегородки) необходимо учитывать вместе с шагом перегородки. Обычно размер выреза перегородки и шаг перегородки выбирают таким образом, чтобы примерно уравнять скорости через окно и в поперечном потоке соответственно.

Механическая конструкция кожухотрубного теплообменника предоставляет информацию о таких параметрах, как толщина корпуса, толщина фланца и т. д. Они рассчитываются с использованием норм проектирования сосудов под давлением, таких как нормы для котлов и сосудов под давлением от ASME (Американское общество инженеров-механиков). и Британский главный стандарт для сосудов под давлением, BS 5500. ASME является наиболее часто используемым кодом для теплообменников и состоит из 11 разделов. Раздел VIII (Замкнутые сосуды под давлением) правил наиболее применим к теплообменникам, но разделы II — Материалы и Раздел V — Неразрушающий контроль также применимы.

И ASME, и BS5500 широко используются и принимаются во всем мире, но некоторые страны настаивают на использовании своих собственных национальных норм. Чтобы попытаться упростить это, Международная организация по стандартизации сейчас пытается разработать новый международно признанный кодекс, но, вероятно, пройдет некоторое время, прежде чем он будет принят.