Kaj so izmenjevalniki toplote?

Izraz "izmenjevalnik toplote" se uporablja za opis naprave, ki omogoča prenos toplote iz ene tekočine v drugo brez mešanja obeh. Sestavljen je iz dveh različnih kanalov ali poti, enega za vročo tekočino in enega za hladno tekočino, ki med izmenjavo toplote ostaneta ločena. Primarna funkcija izmenjevalnika toplote je povečati energetsko učinkovitost z izkoriščanjem odpadne toplote, varčevanjem z viri in zmanjšanjem obratovalnih stroškov.

Pogosti tipi izmenjevalnikov toplote
Lupinasti in cevni izmenjevalniki toplote:To so najpogostejši tipi izmenjevalnikov toplote, ki se uporabljajo v komercialnih sistemih HVAC. Sestavljeni so iz niza cevi, zaprtih v lupini. Vroča tekočina teče skozi cevi, medtem ko hladna tekočina kroži po ceveh znotraj lupine, kar omogoča učinkovito izmenjavo toplote.

Ploščni izmenjevalniki toplote:Ploščni izmenjevalniki toplote uporabljajo niz kovinskih plošč z izmenično dvignjenimi in spuščenimi območji. Vroče in hladne tekočine tečejo skozi ločene kanale, ki jih ustvarijo reže med ploščami, kar poveča prenos toplote zaradi velike površine.

Toplotni izmenjevalniki zrak-zrak:Ti izmenjevalniki toplote, znani tudi kot enote za rekuperacijo toplote, prenašajo toploto med tokom odvodnega in dovodnega zraka. Odstranjujejo toploto iz zastarelega zraka in jo prenašajo na svež zrak, s čimer zmanjšajo porabo energije s predkondicioniranjem dovodnega zraka.

Kakšna je industrijska uporaba lupinastega in cevnega toplotnega izmenjevalnika?
Industrijska uporaba lupinastih in cevnih toplotnih izmenjevalcev, ki se uporabljajo v kemikalijah, hrani, nafti in plinu ter na drugih področjih, je zelo razširjena. Običajno se uporabljajo v različnih industrijah za prenos toplote med dvema tekočinama brez neposrednega stika. Nekatere od ključnih industrijskih aplikacij toplotnih izmenjevalnikov so:

Postopki ogrevanja in hlajenja v kemičnih obratih
Kondenzacija in izhlapevanje v rafinerijah
Sistemi za rekuperacijo toplote v objektih za proizvodnjo električne energije
HVAC sistemi v poslovnih in stanovanjskih zgradbah
Hladilni sistemi v obratih za predelavo hrane
Toplotno upravljanje v objektih za proizvodnjo nafte in plina
Na splošno imajo lupinasti in cevni izmenjevalniki toplote ključno vlogo pri optimizaciji toplotne učinkovitosti in vzdrževanju nadzora temperature v številnih industrijskih procesih.

Koliko vrst lupinastih in cevnih toplotnih izmenjevalcev?
V bistvu obstajajo tri glavne vrste lupinastih in cevnih izmenjevalnikov toplote, ki se običajno uporabljajo:

1. Fiksni izmenjevalnik cevnih plošč (zadnje glave tipa L, M in N)
Pri tej zasnovi je cevna plošča privarjena na lupino, zaradi česar je konstrukcija preprosta in ekonomična. Medtem ko je mogoče izvrtine cevi očistiti mehansko ali kemično, so zunanje površine cevi na splošno nedostopne, razen za kemično čiščenje. Ekspanzijski meh je morda potreben za prilagajanje velikih temperaturnih razlik med materiali lupine in cevi, vendar so lahko vir šibkosti in okvare.

2. U-cevni izmenjevalniki
V izmenjevalniku U-Tube se lahko tipi sprednjega razdelilnika razlikujejo, zadnji razdelek pa je običajno M-tip. U-cevi omogočajo neomejeno toplotno raztezanje, snop cevi pa je mogoče odstraniti za čiščenje. Vendar pa je notranje čiščenje cevi z mehanskimi sredstvi težko, zaradi česar je ta vrsta primerna samo za aplikacije, kjer so tekočine na strani cevi čiste.

3. Izmenjevalnik plavajoče glave (zadnje glave tipa P, S, T in W)
Pri tem tipu izmenjevalnika cevna plošča na zadnjem koncu glave ni privarjena na ohišje, temveč se lahko premika ali lebdi. Cevna plošča na sprednjem koncu glave ima večji premer kot lupina in je zatesnjena podobno kot pri fiksni zasnovi cevne plošče.

Toplotno raztezanje je mogoče prilagoditi, snop cevi pa je mogoče odstraniti za čiščenje. Zadnja glava S-Type je najbolj priljubljena izbira za zadnjo glavo. Izmenjevalniki s plavajočo glavo so primerni za visoke temperature in tlake, vendar so na splošno dražji od izmenjevalnikov s fiksno cevno ploščo.

Kot profesionalni dobavitelj cevi lahko Hnssd.com zagotovi prilagojene izmenjevalnike toplote. Če potrebujete dodatne informacije o naših izdelkih, vas prosimo, da nas kontaktirate:sales@hnssd.com

Sestavne dele cevnega toplotnega izmenjevalnika lahko razdelimo na naslednje dele:

1. Školjka
Lupina je skrajni zunanji del toplotnega izmenjevalnika, ki drži cevni snop. Običajno gre za cilindrično posodo, izdelano iz jekla ali drugih ustreznih snovi

2. Cevi ali snop cevi
Zbirka vzporednih cevi, ki potekajo po dolžini lupine, sestavlja snop cevi. Odvisno od specifične uporabe so lahko cevi sestavljene iz različnih materialov, kot so nerjavno jeklo, baker ali titan. Premer in debelina cevi sta prav tako pomembna konstrukcijska parametra.

3. Cevne plošče
Cevne plošče so trdne plošče, ki delujejo kot pregrada med snopom cevi in ​​lupino. Običajno so izdelani iz jekla in so spojeni z lupino, da zagotovijo trdno zapiranje brez puščanja. Cevi se vstavijo skozi luknje v cevnih ploščah in se razširijo ali zavarijo na mestu.

4. Pregrade
Pregrade so plošče ali palice, ki so nameščene znotraj lupine za uravnavanje gibanja tekočine okoli snopa cevi. Ti so lahko vzdolžni ali prečni in so namenjeni povečanju učinkovitosti prenosa toplote.

5. Dovodne in izstopne šobe
Vhodne in izstopne šobe služijo kot vstopne in izstopne točke za tekočine v izmenjevalniku toplote. Te povezave so običajno nameščene na nasprotnih koncih ohišja in so pritrjene na cevi in ​​ohišje s prirobnicami ali drugimi vrstami priključkov.

6. Dilatacijski spoji
Raztezni spoji so prožni spojniki, ki se prilagajajo toplotnemu raztezanju in krčenju cevnega snopa. Ti spoji so običajno nameščeni na vhodu in izstopu toplotnega izmenjevalnika in so izdelani iz kovinskega meha ali drugih prožnih materialov.

7. Podporne strukture
Podporne strukture držijo izmenjevalnike toplote na mestu in zagotavljajo stabilno podlago. Podporne strukture so lahko začasne ali stalne in so lahko izdelane iz jekla ali drugih materialov.

Geometrična terminologija lupine in cevi

Razporeditev premera in koraka cevi
Cevi imajo lahko premer od 12,7 mm (0,5 in) do 50,8 mm (2 in), vendar sta najpogostejši velikosti 19,05 mm (0,75 in) in 25,4 mm (1 in). Cevi so položene v trikotne ali kvadratne vzorce v cevnih ploščah.

Kvadratne postavitve so potrebne tam, kjer je potrebno priti do površine cevi za mehansko čiščenje. Trikotna razporeditev omogoča več cevi v določenem prostoru. Razmak med cevmi je najkrajša razdalja med središči med cevmi. Razmik cevi je podan z razmerjem med naklonom cevi in ​​premerom cevi, ki je običajno 1,25 ali 1,33. Ker se za namene čiščenja uporablja kvadratna postavitev, je med cevmi dovoljena najmanjša vrzel 6,35 mm (0,25 in).

Vrste pregrad
Pregrade so nameščene na strani lupine, da zagotovijo večjo stopnjo prenosa toplote zaradi povečane turbulence in podpirajo cevi, s čimer se zmanjša možnost poškodb zaradi vibracij. Obstaja več različnih vrst pregrad, ki podpirajo cevi in ​​spodbujajo pretok skozi cevi.

enosegmentni (to je najpogostejši),

Dvojno segmentno (to se uporablja za doseganje nižje hitrosti na lupini in padca tlaka),

Disk in krof.

Razdalja od središča do središča med loputami se imenuje korak lopute in jo je mogoče prilagoditi tako, da spreminja hitrost prečnega toka. V praksi pregradni korak običajno ni večji od razdalje, ki je enaka notranjemu premeru lupine, ali bližje razdalji, ki je enaka eni petini premera ali 50,8 mm (2 in), kar je večje. Da bi omogočili pretok tekočine nazaj in naprej po ceveh, je del pregrade odrezan. Višina tega dela se imenuje pregradni rez in se meri kot odstotek premera lupine, npr. 25 odstotkov pregradnega reza. Velikost izreza pregrade (ali okna pregrade) je treba upoštevati skupaj z naklonom pregrade. Običajno je dimenzionirati pregradni rez in naklon pregrade tako, da približno izenačita hitrosti skozi okno oziroma v prečnem toku.

Mehanska zasnova lupinastega in cevnega toplotnega izmenjevalnika zagotavlja informacije o elementih, kot so debelina lupine, debelina prirobnice itd. Te se izračunajo z uporabo kode za načrtovanje tlačne posode, kot je koda za kotle in tlačne posode iz ASME (Ameriško združenje strojnih inženirjev). in britanski glavni standard za tlačne posode, BS 5500. ASME je najpogosteje uporabljena koda za toplotne izmenjevalnike in je razdeljena na 11 razdelkov. Razdelek VIII (Zaprte tlačne posode) kodeksa je najbolj uporaben za toplotne izmenjevalnike, vendar sta ustrezna tudi razdelka II – Materiali in razdelek V – Nedestruktivno testiranje.

Tako ASME kot BS5500 se pogosto uporabljata in sprejemata po vsem svetu, vendar nekatere države vztrajajo, da se uporabljajo njihove lastne nacionalne kode. Da bi poskušali to poenostaviti, Mednarodna organizacija za standardizacijo zdaj poskuša razviti nov mednarodno priznan kodeks, vendar bo verjetno minilo še nekaj časa, preden bo to sprejeto.