Теплообменные аппараты понятия, классификация, принцип работы

Виды и классификация теплообменных аппаратов

Классификация. Теплообменными аппаратами (теплообменниками) называются устройства, предназначенные для обмена теплотой между греющей и обогреваемой рабочими средами. Последние принято называть теплоносителями.

Необходимость передачи теплоты от одного теплоносителя к другому возникает во многих отраслях техники: энергетике, химической, металлургической, нефтяной, пищевой и других отраслях промышленности.

В котельном агрегате теплота, выделяющаяся при горении топлива, передается воде и пару, т. е. котельный агрегат представляет собой совокупность теплообменных аппаратов. В атомной силовой установке выделяемая ядерным реактором теплота воспринимается первичным теплоносителем, который сам становится радиоактивным. В двигателе используется вторичный теплоноситель, который получает тепло от первичного в теплообменном аппарате. Процесс регенерации в газотурбинной установке осуществляется путем передачи теплоты в теплообменнике от отработанных продуктов сгорания сжатому воздуху.

Широкое распространение теплообменных аппаратов обусловило многообразие их конструктивного оформления.

Тепловые процессы, происходящие в теплообменных аппаратах, могут быть самыми разнообразными: нагрев, охлаждение, испарение, кипение, конденсация, плавление, затвердевание и более сложные процессы, являющиеся комбинацией перечисленных. В процессе теплообмена может участвовать несколько теплоносителей: теплота от одного из них может передаваться нескольким и от нескольких — одному.

Теплообменные аппараты классифицируются следующим образом:

по назначению — подогреватели, конденсаторы, охладители, испарители, паропреобразователи и т.п.;

принципу действия — рекуперативные, регенеративные и смешивающие.

Рекуперативными называются такие теплообменные аппараты, в которых теплообмен между теплоносителями происходит через разделительную стенку. При теплообмене в аппаратах такого типа тепловой поток в каждой точке поверхности разделительной стенки сохраняет постоянное направление.

Температура нагрева теплоносителя составляет 400. 500 °С для конструкций из углеродистой стали и 700. 800°С для конструкций из легированных сталей.

В рекуперативных теплообменниках теплоносители омывают стенку с двух сторон и обмениваются при этом теплотой. Процесс теплообмена протекает непрерывно и имеет обычно стационарный характер. На рис. 4.1 показан пример рекуперативного теплообменника, в котором один из теплоносителей протекает внутри труб, а второй омывает их наружные поверхности.

Стенка, которая омывается с обеих сторон теплоносителями, называется рабочей поверхностью теплообменника.

Регенеративными называются такие теплообменные аппараты, в которых два или большее число теплоносителей попеременно соприкасаются с одной и той же поверхностью нагрева.

Рис. 4.1. Простейший рекуперативный теплообменник:

/, II — теплоносители

Во время соприкосновения с разными теплоносителями поверхность нагрева или получает теплоту и аккумулирует ее, а затем отдает, или, наоборот, сначала отдает аккумулированную теплоту и охлаждается, а затем нагревается. В разные периоды времени теплообмена (нагрев или охлаждение поверхности нагрева) направление теплового потока в каждой точке поверхности нагрева изменяется на противоположное.

В качестве примера на рис. 4.2 представлена схема регенеративного воздухоподогревателя котельного агрегата с медленно вращающимся (2. 5 об/мин) ротором — аккумулятором теплоты. Ротор имеет набивку из тонких гофрированных стальных листов (см. рис.

4.2, 5), заключенных в закрытый кожух 3. К кожуху присоединяются воздушный и газовый короба. Во время работы теплообмен-

Рис. 4.2. Регенеративный воздухоподогреватель: а — обший вид; б — отдельные пластины различной формы; в — секция с пластинами; 1 — газовые патрубки; 2, 5 — радиальное и периферийное уплотнения; 3 — неподвижный наружный кожух; 4 — набивка; 6 — вал ротора; 7 — верхний и нижний подшипники; 8 — воздушные патрубки; 9 — электродвигатель ника ротор его вращается, поэтому нагретые элементы набивки непрерывно переходят из полости горячего газа в полость холодного воздуха, а охладившиеся элементы — наоборот.

Рис. 4.3. Схема работы тепловой трубы с возвратом конденсата под действием гравитационных сил

Одним из оригинальных устройств, использующих в качестве промежуточного теплоносителя пар и его конденсат, является герметичная труба, заполненная частично жидкостью, а частично паром (рис. 4.3). Такое устройство, называемое тепловой трубой, способно передавать большие тепловые мощности. На горячем конце тепловой трубы за счет подвода теплоты испаряется жидкость, а на холодном — конденсируется пар, отдавая выделившуюся теплоту. Конденсат возвращается в зону испарения либо самотеком, если холодный конец можно разместить выше горячего, либо за счет использования специальных фитилей, по которым жидкость движется под действием капиллярных сил в любом направлении, даже против сил тяжести (как спирт в спиртовке).

Тепловые трубы с самотечным возвратом конденсата известны давно. Широкое распространение тепловых труб с фитилями началось недавно в связи с необходимостью отвода больших тепловых потоков от мощных, но малогабаритных полупроводниковых устройств. Практически незаменимы тепловые трубы с

Рис. 4.4. Смешивающий теплообменник для подогрева воды паром при термическом удалении растворенных газов

фитилями в космосе. Для охлаждения механических, электрических или радиотехнических устройств в земных условиях широко используется естественная конвекция. В космосе естественной конвекции не может быть, поскольку отсутствует сила тяжести и нужны иные способы отвода теплоты. Тепловые трубы с фитилями могут работать и в невесомости. Они малогабаритны, не требуют затрат энергии на перекачку теплоносителей и при соответствующем подборе рабочего агента работают в широком интервале температур.

Смешивающими называются такие теплообменные аппараты, в которых тепло- и массообмен происходят при непосредственном контакте и смешивании теплоносителей. Поэтому смешивающие теплообменники иногда называют контактными. Наиболее важным фактором в рабочем процессе смешивающего теплообменного аппарата является поверхность соприкосновения теплоносителей. В качестве примера на рис. 4.4 показана схема смешивающего теплообменника (деаэратора) для подогрева воды паром при термическом удалении растворенных газов (воздуха).

Основные теплоносители. В качестве теплоносителей в зависимости от назначения производственных процессов могут применяться самые разнообразные газообразные, жидкие и твердые вещества.

С точки зрения технической и экономической целесообразности их применения теплоносители должны обладать следующими качествами.

• 1. Иметь достаточно большую теплоту парообразования, плотность и теплоемкость, малую вязкость. При таких характеристиках теплоносителей обеспечивается достаточная интенсивность теплообмена и уменьшаются их массовые и объемные количества, необходимые для заданной тепловой нагрузки теплообменного аппарата.
• 2. Иметь необходимую термостойкость и не оказывать неблагоприятное воздействие на материалы аппаратуры. Теплоносители должны быть химически стойкими и неагрессивными даже при достаточно длительном воздействии высоких температур. Желательно, чтобы теплоносители не давали в процессе работы отложений на поверхность теплообмена, так как отложения понижают коэффициент теплопередачи и теплопроизводительность оборудования.
• 3. Быть недорогими и достаточно доступными в отечественных ресурсах.

При выборе теплоносителей необходимо в каждом отдельном случае детально учитывать их термодинамические и физико-химические свойства, а также технико-экономические показатели.

В производственных аппаратах и системах отопления и горячего водоснабжения наиболее широкое распространение получили следующие теплоносители.

Водяной пар как греющий теплоноситель получил большое распространение благодаря следующим своим достоинствам.

• 1. Высокие коэффициенты теплоотдачи при конденсации водяного пара позволяют получать относительно небольшие поверхности теплообмена.
• 2. Большое изменение энтальпии при конденсации водяного пара позволяет расходовать малое массовое количество его для передачи сравнительно больших количеств теплоты.
• 3. Постоянная температура конденсации при заданном давлении дает возможность наиболее просто поддерживать постоянный режим и регулировать процесс в аппаратах.

Наиболее часто употребляемое давление греющего пара в теплообменниках составляет от 0,2 до 1,2 МПа.

Горячая вода получила большое распространение в качестве греющего теплоносителя, особенно в отопительных и вентиляционных установках. Подогрев воды осуществляется в специальных водогрейных котлах, производственных технологических агрегатах (например в печах) или водонагревательных установках ТЭЦ и котельных. Горячую воду как теплоноситель можно транспортировать по трубопроводам на значительные расстояния (на несколько километров). При этом понижение температуры воды в хорошо изолированных трубопроводах составляет не более 1 °С на 1 км. Достоинством воды как теплоносителя является сравнительно высокий коэффициент теплоотдачи. Как правило, в системах производственного и коммунального отопления используется горячая вода с температурой 70. 150 (200) °С.

Дымовые и топочные газы как греющая среда применяются обычно на месте их получения для непосредственного обогрева промышленных изделий и материалов, если физикохимические характеристики последних не изменяются при загрязнении сажей и золой. Если по условиям эксплуатации загрязнение обрабатываемого материала недопустимо, дымовые газы направляются в рекуперативный теплообменник, где отдают свою теплоту воздуху, а последний нагревает обрабатываемый материал.

Достоинством топочных газов является возможность нагрева ими материала до весьма высоких температур, которые требуются иногда по технологическим условиям производства.

Однако дымовые и топочные газы как греющая среда имеют ряд недостатков.

• 1. Малая плотность газов влечет за собой необходимость получения больших объемов для обеспечения достаточной теплопро- изводительности, а последнее приводит к созданию громоздких трубопроводов.
• 2. Вследствие малой удельной теплоемкости газов их необходимо подавать в аппараты в большом количестве с высокой температурой. Последнее обстоятельство вынуждает применять огнеупорные материалы для трубопроводов.
• 3. Из-за низкого коэффициента теплоотдачи со стороны газов теплоиспользующая аппаратура должна иметь большие поверхности нагрева и поэтому получается весьма громоздкой.

Высокотемпературные теплоносители. Внастоящее время в промышленности для высокотемпературного обогрева, кроме дымовых газов, применяют минеральные масла, органиТаблица 4.1

Теплообменные аппараты: виды, устройство, принцип работы

Теплообменник – техническое устройство, предназначенное для передачи тепла между нагретой средой и холодной. Чаще всего теплообмен осуществляется через элементы конструкции аппарата, хотя встречаются агрегаты, принцип действия которых основан на смешении двух сред.

Области применения теплообменных аппаратов:

• системы отопления;
• металлургия;
• энергетика;
• тепловые пункты;
• химическая и пищевая промышленности;
• системы кондиционирования и вентилирования воздуха;
• коммунальное хозяйство;
• атомная и холодильная отрасли.

Виды теплообменных аппаратов

Теплообменные аппараты подразделяются на несколько групп в зависимости от:

• типа взаимодействия сред (поверхностные и смесительные);
• типа передачи тепла (рекуперативные и регенеративные);
• типа конструкции;
• направления движения теплоносителя и теплопотребителя (одноходовые и многоходовые).

Наиболее наглядно классификация теплообменных аппаратов представлена на следующем изображении (если нужно увеличить картинку, то просто кликните по ней):

Рис. 1. Виды устройств теплообменников в зависимости от принципа работы

По типу взаимодействия сред

Поверхностные

Теплообменные аппараты данного вида подразумевают, что среды (теплоноситель и теплопотребитель) между собой не смешиваются, а теплопередача происходит через контактную поверхность – пластины в пластинчатых теплообменниках или трубки в кожухотрубных.

Смесительные

Кроме поверхностных теплообменников используются агрегаты, в основе эксплуатации которых лежит непосредственный контакт двух веществ.

Наиболее известным вариантом смесительных теплообменников являются градирни:

Рис. 2. Градирни – один из видов смесительных ТО

Градирни используются в промышленности для охлаждения больших объемов жидкости (воды) направленным потоком воздуха.

К смесительным теплообменникам относятся:

• паровые барботеры;
• сопловые подогреватели;
• градирни;
• барометрические конденсаторы.

По типу передачи тепла

Рекуперативные

В данном виде устройств теплопередача происходит непрерывно через контактную поверхность. Примером такого теплообменного аппарата является пластинчатый разборный теплообменник.

Регенеративные

Отличаются от рекуператоров тем, что движение теплоносителя и теплопотребителя имеют периодический характер. Основная область применения таких установок – охлаждение и нагрев воздушных масс.

Установки с подобным типом действия нужны в многоэтажных офисных зданиях, когда теплый отработанный воздух выходит из здания, но его энергию передают свежему входящему потоку.

Рис. 3. Регенеративный теплообменник

На изображении видно, как в теплообменник поступают 2 потока: горячий (I) и холодный (II). Проходя через коллектор 1, горячая среда нагревает гофрированную ленту, свернутую в спираль. В это время через коллектор 3, проходит холодный поток.

Спустя какое-то время (от нескольких минут до нескольких часов), когда коллектор 1, заберет достаточное количество тепла (точное время зависит от тех. процесса), крыльчатки 2 и 4 поворачиваются.

Таким образом изменяется направление потоков I и II. Теперь холодный поток идет через коллектор 1 и забирает тепло.

По типу конструкции

Вариаций конструкций теплообменных аппаратов очень много. Их выбор и подбор конкретной модели зависит от большого количества условий эксплуатации и технических характеристик:

• мощность теплообменника;
• давление в системе;
• тип сред (агрессивные или нет);
• рабочие температуры;
• прочие требования.

Подробную классификацию типов конструктивов теплообменных аппаратов можно посмотреть выше на Рис. 1.

По направлению движения сред

Одноходовые теплообменники

В данном виде агрегатов теплоноситель и теплопотребитель пересекают внутренний объем теплообменника однократно по кратчайшему пути. Наглядно это показано в следующем видео:

Подобная схема движения в ТО используется в простых случаях, когда не требуется повышать теплоотдачу от теплоносителя хладогенту. Кроме того, одноходовые теплообменники требуют более редкого обслуживания и промывки, так как на внутренних поверхностях скапливается меньше отложений и загрязнений.

Многоходовые теплообменники

Применяются, когда рабочие среды плохо отдают или принимают тепло, поэтому КПД теплообменного аппарата увеличивают за счет более длительного контакта теплоносителя с пластинами агрегата.

Пример работы двухходового пластинчатого теплообменника представлен в данном видео:

Устройство теплообменника

Как отмечалось выше, конструкции теплообменных аппаратов очень сильно отличаются между собой, поэтому подробно о каждой из них будет рассказано в следующих статьях.

В качестве примера можно рассмотреть пластинчатый разборный теплообменник, как наиболее современный и вытесняющий старые поколения теплообменных аппаратов: кожухотрубные (кожухотрубчатые), «труба в трубе» и другие виды.

Данный вид ТО состоит из двух главных пластин: подвижной и неподвижной прижимных плит. Обе плиты имеют несколько отверстий.

Отверстия, имеющие входящее и выходящее назначение потоков, надежно укрепляют специальной прокладкой и прочными кольцами спереди и сзади соответственно.

Рис. 4. Устройство РПТО

При монтаже к входным и выходным отверстиям через патрубки подключаются элементы трубопровода. Для соединения могут быть использованы трубы различного диаметра и с разным типом резьбы (современные требования предлагают использовать резьбу ГОСТа №12815 и ГОСТа №6357). Оба вида имеют прямую зависимость от устройства и его вида.

Посередине между прижимными плитами размещается множество пластин. Толщина пластин находится в пределах всего 0,5 мм, изготавливаются они, только из нержавеющей стали или титана с помощью метода холодной штамповки.

Все слои пластин перемежаются тонкой специальной уплотнительной резиной, которая устанавливается между всеми слоями пластин. Материал резины обладает заметной повышенной устойчивостью к высоким температурам, благодаря которой рабочие каналы становятся полностью герметичными.

Прямые направляющие снизу и сверху обеспечивают фиксацию пакета пластин, а также являются направляющими при сборке агрегата. Пластины сжимаются до необходимого размера при помощи затяжных гаек.

Внутреннее расположение пластин выбрано не случайно, каждая пластина через одну повернута на 180° относительно, рядом расположенных, соседних пластин. Благодаря данному устройству теплообменного аппарата входящее канальное отверстие имеет двойное уплотнение.

Наглядно устройство пластинчатого теплообменника, его сборку и принцип действия можно посмотреть в данном видео:

Принцип работы теплообменника

Передняя и задняя плита имеют отверстия, которые подключаются к трубопроводу. По ним теплоноситель и теплопотребитель поступают внутрь агрегата.

Рис. 5. Движение сред внутри пакета пластин

Пристенный слой гофрированного типа, в условиях потока, имеющего большую скорость, начинает постепенно набирать турбулентность. Каждая среда перемещается на встречу друг другу с разных сторон пластины, чтобы избежать смешения.

Параллельно расположенные пластины формируют рабочие каналы. Перемещаясь по всем каналам, каждая среда производит тепловой обмен и покидает внутренние пределы оборудования. Это означает, что все пластины являются самым важным элементом среди всех деталей теплообменника.

Потоки внутри пластинчатого теплообменника могут идти по одноходовым и многоходовым схемам в зависимости от технических характеристик и условий решаемой задачи:

Рис. 6. Схемы движения теплоносителей в пластинчатом разборном теплообменнике в зависимости от принципа работы

Заключение

В данной статье вы смогли ознакомиться с видами теплообменников, их назначением, сферами применения. В следующей статье мы подробно рассмотрим пластинчатые теплообменники – в чем их особенность, какие виды существуют и как они отличаются между собой, поэтому подписывайтесь на e-mail рассылку и новости в соцсетях, чтобы не пропустить их.

Стоит помнить, что в настоящее время кожухотрубные (кожухотрубчатые) теплообменники активно вытесняются пластинчатыми, поскольку последние более универсальны и просты в обслуживании.

Если вам нужно подобрать теплообменник под свою задачу, то вы можете посмотреть модели, которые поставляет наша компании в соответствующих разделах каталога.

Если же у вас возникают трудности, то свяжитесь с нашими инженерами или заполните форму:

Все о теплообменнике

Покупателям теплового оборудования очень актуально знать все о теплообменнике и о видах теплообменных аппаратов. Внимания заслуживают их принцип работы и схемы расчета по площади. Классификацию оборудования тоже стоит изучить.

Что это за устройство?

Теплообменные аппараты имеют очень важное практическое назначение. Они обеспечивают передачу тепла между двумя агентами (называемыми теплоносителями) и исключают при этом их непосредственный контакт, перемешивание. Теплообменник нужен везде, где требуется отбирать теплоту, например, у покидающего здание воздуха, продукта сгорания или воды, и перераспределять ее, удерживать внутри обогреваемого объема. Такое оборудование работает во всех независимых комплексах теплоснабжения. Без его использования можно регулировать температуру теплоносителя строго в сторону ее понижения.

Теоретически производство и распределение тепловой энергии возможно даже без теплообменников. Штука в том, однако, что это оказывается совершенно неэффективно. Даже автоматика без такого полезного дополнения едва ли улучшит функционирование системы. Теплообменные узлы особенно актуальны в котельных комплексах. Но их могут использовать и непосредственно в жилищах или на производственных объектах.

Принцип работы

Хорошим примером чертежа теплообменника выступает эта схема. Ее размеры — 220х84 см. Можно также присмотреться и к схеме одноходового кожухотрубчатого изделия. Но все чертежи не позволяют толком представить схему действия. Она нуждается в дополнительном описании.

Каждый тип теплообменных конструкций должен выполняться в соответствии со специфическим ГОСТом. Однако не все так легко и просто, есть общие, универсальные принципы действия. В устройство попадает (направляется) поток теплоносителя. Он движется по нескольким изолированным контурам (обычно этих контуров 2, но встречаются и более сложные решения).

Контуры могут размещаться и горизонтально, и вертикально — на действие устройства это почти не влияет.

Практически обязательной составной частью устройства выступает трубная доска. Это цилиндрический блок, в котором делают много отверстий. Выработка трубных досок обязательно идет на продвинутых станках с ЧПУ. Наибольший габарит детали — 300х150 см. Теплообменник конденсатор — особый тип устройств, в котором идут процессы конденсации.

Внутрь конденсатора проходят перегретые пары теплоносителя. Их температура будет постепенно понижаться, а в ходе конденсации вещество переходит в жидкое агрегатное состояние. Отвод тепла может идти при помощи воздуха, воды и других агентов.

В ряде моделей используется решетка, которая отвечает за удержание пучка трубок и заодно за четкое разделение трубного и межтрубного участков. Чтобы конденсационные системы работали лучше и были менее подвержены вибрации, добавляют трубную перегородку.

Виды и классификация

Обозначение теплообменных аппаратов на схемах должно обязательно соответствовать нормам ГОСТ 2.789.74. Но если они применяются в химическом производстве, то желательно использовать обозначения согласно ГОСТ 2.793.79. Среди типов устройств выделяется первичный аппарат. Он подогревает теплоноситель той энергией, которая отбирается непосредственно в камере сжигания, и такая техника часто используется в бытовых отопительных котлах. Вторичные обменные узлы ставятся в двухконтурные котлы.

Пластинчатые системы представлены в том числе и моделью от «Теплотекс» 50-М. Он способен работать при температуре до 200 градусов. Минимальный уровень температуры составляет — 30 градусов. В системах отопления часто применяется водяной тип теплообменников. Суть его работы состоит в прямом контакте горячей и холодной жидкостных сред, разделенных перегородкой.

Водоводяной обменник может пригодиться для горячего водоснабжения и отопления. Он также востребован в нефтехимической отрасли. Наиболее совершенный вариант — секционный скоростной подогреватель. Между секциями ставятся соединяющие штуцеры. В климатических системах довольно давно находит применение, между прочим, и воздушный тип теплообменников.

Официально он именуется скорее воздухо-воздушной техникой. Важным показателем эффективности, наряду с температурой, выступает падение давления. Оно иногда на притоке и оттоке происходит неодинаково.

Разборный аппарат в основном относится к пластинчатой группе систем. Такие устройства нужны для передачи тепла между жидкими и газообразными средами.

Суть пароводяного теплообменника вкратце коренится уже в его названии. Предсказуемо энергия отбирается от пара и передается воде. Важными критериями являются рабочие давления паровой и водяной сред. Подобное оборудование хорошо проявляет себя в котельных, в жилых и производственных зданиях. Форма днища может несколько отличаться.

Кожухотрубчатые

Они нужны при прогреве и охлаждении различных жидкостей и газов. Нередко эта техника применяется для испарения и конденсационных манипуляций. Трубы в решетках ставятся точно по вершинам равносторонних треугольников, либо, реже, по вершинам квадратов. Есть варианты с неподвижной решеткой или с линзовыми компенсаторами, смонтированными на кожухе. Подбор труб определяется условиями будущей эксплуатации.

Элементные

Такой аппарат хорошо проявляет себя, если теплоноситель в разных контурах движется примерно с одинаковыми скоростями. Его агрегатное состояние при этом изменяться не должно. Секции соединяются строго последовательно. Элементными теплообменниками также пользуются, если рабочие среды имеют высокое давление. Классическое конструктивное решение – «труба в трубе».

Двухтрубные

Это как раз и есть «труба в трубе». Трубки распределяются строго концентрически. Двухходовой или, иначе говоря, двухконтурный аппарат — это 2 последовательно соединенных одноходовых системы. Система может иметь 4 или 6 патрубков для присоединения. Нагрев или охлаждение часто проводятся разными источниками.

Витые

Извив труб имеет явные преимущества перед прямым их строением. Важнейшее достоинство — увеличенная площадь контакта с внешней средой. Теплоносители идут как по трубам, так и по межтрубному пространству. Ограничений по рабочим средам нет. Рабочие температуры и давления могут иметь широкий диапазон, а износостойкость на очень высоком уровне.

Погружные

Их характерная черта — змеевики плоской или цилиндрической формы. Малая площадь контакта и низкая скорость движения теплоносителя оборачиваются низким КПД. Чаще всего такая техника используется, если основной агент прогрет до степени закипания. Змеевики изготавливают из свинца либо из специальной керамики. В производстве конструкций обычно используют проверенные за долгое время сварочные методики.

Оросительные

Речь идет, разумеется, не про системы, используемые при поливе сельхозкультур. Это конструкции из прямых труб, которые снаружи омываются водой (отсюда и название). В основном такая техника нужна как холодильник для жидкости или газа. Громоздкость и низкая тепловая эффективность во многом оправдываются простотой изготовления и последующего использования. В некоторых случаях применяются специальные аппараты, в том числе стойкие к кислотам.

Ребристые

Такие системы отлично проявляют себя при низких температурах. Изделия из алюминия подходят для работы с максимально чистыми техническими жидкостями. Их применяют в нефтехимии и как часть воздухоразделительных аппаратов. Но производители отопительных радиаторов и экономайзеров также оценили по достоинству это решение. Оребренные конструкции позволяют увеличить общую площадь контакта сред, и тем самым нарастить КПД.

Грунтовый

Подобный аппарат стабильно входит в число частей геотермальных отопительных систем. Устройство хорошо помогает при сильном разбросе почвенных и воздушных температур. Но осенью и весной даже высокая площадь контактных участков и многоходовая схема исполнения не позволяют избежать негативных эффектов. Потому на межсезонье устройство должно отключаться. Часто агрегат подключают вместе с рекуператором.

Трехконтурный

Суть системы — контакт двух вторичных и первичного контура. При необходимости отключается поступление 50% холодильной мощности. Часто такие устройства имеют секционный формат. Оборудование ставится с расчетом на минимизацию вибрации. Если она неизбежна, придется монтировать поглотители.

Солнечный

Характерные особенности:

возможность применения полиэтиленовых труб высокой плотности;

автономность работы системы при условии четкой теплоизоляции;

движение жидкости за счет разницы плотности при нагреве;

возможность применения как обычной воды, так и антифриза.

Горизонтальный

Сечение такого устройства велико. Другие ценные свойства:

стабильность при любых давлениях;

гибкость размерного ряда;

эффективность и экономичность;

разнообразие тепловых агентов.

Гидравлический

В основном это маслоохладители. Они нужны:

на строительной и сельскохозяйственной технике;

в нефтяном оборудовании;

в прокатных станах;

в прочей подвижной и стационарной аппаратуре.

Конструктивный

Точных сведений про этот тип нет. Есть только упоминания, что это синоним пластинчатой системы. Резиновые прокладки монтируются без клея. Монтаж частей идет на раму. Собрать устройство и очищать его несложно.

Другие

Смесительные, они же контактные, теплообменники подразумевают прямое перемешивание обменивающихся теплом сред. От разделяющих конструкций разработчики отказываются. Потому сфера применения ограничена. Вторичный формат применяется в двухконтурных котлах на узле горячего водоснабжения. Практически все типы могут иметь секционный характер (попросту говоря, изготавливаться из однородных блоков) и оснащаться оребренными частями, повышающими КПД.

Некоторые модели содержат графитовый компонент. Такое решение приемлемо, если идет работа со средами, очень активными в плане коррозии. Прежде эту проблему решали за счет керамики. Но ряд ее недостатков заставил перейти к графиту.

Фреоновый аппарат — тип, применяемый и поныне; выделяют более частные варианты — испарители и конденсаторы.

Роторный вариант крайне перспективен. Такое устройство оттягивает теплоту от уходящих газов. Экономия достигает 40% топлив или энергии. В основном роторные аппараты применяют в приточно-вытяжной вентиляции. Многоходовой тип исполнения теплообменника:

оптимизирует скорость движения вещества-агента;

сокращает непроизводительную потерю давления;

увеличивает эффективность теплопередачи.

Коаксиальный теплообменник выполняется из пары коаксиальных труб, делаемых из нержавеющей стали. Система позволяет сэкономить много энергии. Обслуживание существенно упрощается. Рекуперативный, он же противоточный, аппарат — это такая схема, в которой поступающий и выводящийся наружу теплоноситель движутся строго противоположно.

Подобная практика часто находит применение в градирнях.

Материалы изготовления

Чаще всего на практике сравнивают медные теплообменники с моделями из алюминиевых сплавов. Отмыть алюминий довольно просто. Он легок и устойчив к попаданию влаги. Медь считается более безопасным вариантом и отличается повышенной передачей тепла.

Модели из нержавейки также используются весьма широко; в основном их применяют там, где изделия на основе черного металла не смогут противостоять агрессивной среде.

Сфера использования

Теплообменники часто применяются для отопления — это знают все. Но такие системы нужны и для газовой колонки. От того, насколько они качественны, зависит срок эксплуатации самой колонки. Однако и для теплого пола подобное оборудование также является обязательным фактически элементом. Смонтировать их просто, а дальнейшее применение позволяет рассчитывать на эффективный прогрев конструкций пола.

Теплообменные узлы бывают предназначены еще:

для холодильника (где они используются при циркуляции хладагента);

для покрасочной камеры на производстве — поскольку окрашивание требует стабильной температуры, но прямой контакт красителя с нагревателем должен быть исключен;

для вентиляции промышленных объектов и иных крупных зданий (там он позволяет экономить немало ресурсов на обогреве);

для котла бассейна.

Но даже на этом сфера применения теплообменного оборудования не исчерпывается. Так, оно может использоваться и для рыбалки. Не для самой рыбалки, точнее, а для горелок, применяемых на рыбалке зимой. Теплообменники бывают необходимы еще для катера.

Плавсредство в холодную пору, а на ряде водоемов и круглогодично, должно обогреваться — а где источник тепла, там и его «обменник» присутствует вполне логично.

Дополнительно речь может идти про:

комплексы тонкой очистки;

охладители корабельных моторов;

охладители циркулирующей воды на индустриальных электростанциях;

отвод тепла от турбин, компрессоров и иного оборудования.

Как выбрать?

Безусловно, учитывать репутацию производителя вполне разумно. Но еще важнее изучить отзывы о конкретных моделях, о том, не требуется ли им ремонт излишне часто, нет ли проблем при техобслуживании. Рассчитать необходимый температурный напор и правильно учесть обслуживаемую площадь, особенно в многоквартирном доме, смогут только специалисты. Размер оборудования, его масса и присоединительные габариты патрубков также должны учитываться. Дополнительно обращают внимание на:

Виды теплообменников – общая информация

В современном мире достаточно большое разнообразие теплообменников, у них разные характеристики и виды. В этой статье мы расскажем о пластинчатом теплообменнике, а также дадим общую информацию о данном оборудовании, и его работе.

Что такое теплообменник?

Что же такое теплообменник, и зачем он нужен. Теплообменник служит для теплообмена между двумя средами в нем. По принципу действия его делят на рекуператоры и регенераторы. Сфера применения теплообменников довольно широка. Такое оборудование активно используют в пищевой, а также химической промышленности, в сфере энергетики, в различных тепловых станциях, и даже для вентиляции, в том числе в кондиционерах.

Виды оборудования по передаче тепла

Существуют несколько видов теплообменников это:

• Поверхностные теплообменники.
• Смесительные теплообменники.

Рассмотрим каждый вид теплообменника отдельно.

1. Поверхностный вид – это такой вид обмена тепла, который происходит через стенки теплопроводящего материала. Чтобы обеспечить тепло разных сред, используют специализированный материал, который является полностью герметичным.

Поверхностный теплообменник так же делится на несколько видов:

• рекуперативные типы (то есть обмен теплового потока происходит благодаря тонким стенкам контура, при этом поток не меняет свое направление).
• регенеративные типы (то есть обмен теплового потока происходит, так же, как и в первом типе, но в регенеративном типе идет изменение направления потока).

1. Смесительный вид – не является популярным видом, поэтому его используют не так часто, а передача тепла осуществляется при достижении смешивания двух сред.

Виды оборудования по применению

Вид теплообменника можно распределить по его существенному применению, то есть, для каких нужд он будет использоваться. Поэтому выделяются несколько видов это:

• Кожухотрубные теплообменники – они имеют вид труб, которые собраны в одну связку, и она в свою очередь имеет соединение по виду решетки. Для соединения такой связки используется сварка, а также пайка.
• Пластинчатые теплообменники – от названия вида можно понять, как выглядит теплообменник – это пластины, которые занимают определенную площадь, и имеют соединение между собой уплотнителями.
• Витые теплообменники – такой вид собран из змеевиков, теплая среда идет по изогнутым трубам, а также по всему пространству теплообменника.
• Спиральные теплообменники – это стальные листы, которые в свою очередь сворачивают в спираль.
• Водяные и воздушные теплообменники.

Существует достаточно много видов теплообменника, и чтобы их перечислить нужно много времени, поэтому остановимся на данных видах, которые перечислены выше. Из всех видов, которые существуют в мире, самыми распространенными являются пластинчатые. Поэтому далее мы более подробно остановимся на них. Узнаем обо всех особенностях данного вида. А также узнаем, почему чаще всего выбирают данный вид теплообменника.

Подробнее о видах теплообменника

Как в предыдущем разделе было уже сказано, что самый популярный теплообменник это пластинчатый. В свою очередь, он делится на несколько видов:

Они представляют собой пластины, которые находятся отдельно ото всего, и имеют разделитель – резиновые прокладки, состоит из плиты прижимной, станины, рама, и болты для крепления.

Представляют собой гофрированные пластины, которые изготавливаются из нержавеющей стали. Пластины соединяются пайкой в вакууме. Чтобы паять такие пластины, используют либо медный, либо никелевый припой.

Уникальный теплообменник, поскольку он используется в высоких температурных условиях. При высоких температурах нельзя использовать теплообменник с уплотнением, поэтому сварные пластинчатые теплообменники, идеально подходят для серьезных температурных режимов. Сами по себе они имеют небольшие размеры, их не надо постоянно обслуживать. А материал, который используют для данных пластин – это нержавеющая сталь, титан или никель.

Пластинчатые сварные теплообменники используются вместе с высокотемпературным паром, для газов, а также жидкостей. Сами пластины сваривают сталью. Применяют их в газовых средах, а также в местах, где существует большое давление.

Для теплообменников такого вида используются сварные кассеты, которые свариваются из двух пластин друг с другом лазерным швом и служат каналом для агрессивной среды.

Применяются при технологическом процессе с использованием агрессивных сред (такие как фреоны, аммиак) с высокой температурой и повышенным давлением. Такие теплообменники выглядят как конструкция, состоящая из сварных кассет, разделенных между собой резиновыми уплотнителями.

Выглядят как большое количество труб, прикрепленные в трубные решетки, в последствие помещают их в специальный корпус, крепятся с помощью развальцовки, сварки, а также пайкой. Решетки из труб закрываются крышками, которые основаны на прокладках, болтах или шпильках.

Это спирали, которые заворачивают в специально – сваренный кожух. Нагрев идет, благодаря, двум металлическим листам, которые имеют небольшую толщину. Их используют в агрессивных средах, где есть высокое давление. Сами по себе спирали имеют небольшие габариты, при этом они сами очищаются, что позволяет использовать их в местах, где существует большое давление, и появляется пар.

Так же есть оросительные, пластинчато-ребристые, графитовые и многие другие.

Если выбор встает между кожухотрубными или пластинчатыми теплообменниками, то зачастую выбирают вторые. Потому что у пластинчатых в 3 раза больше теплоотдача.

Подробнее о преимуществах пластинчатых теплообменников над кожухотрубчатыми вы можете узнать в статье: «Преимущества разборных пластинчатых теплообменников перед кожухотрубными»

Конструкция теплообменника

У теплообменника есть две плиты (одна из них подвижная, вторая неподвижная). В плитах существует определенное количество отверстий, для входа и выхода сред. Между этими двумя плитами расположен пакет пластин, который закреплен на двух направляющих и стянут для герметизации стяжными болтами. Пластины располагаются не хаотично, а в определенном порядке, и через одну, пластина развернута на 180 градусов.

Принципы работы теплообменника

Теплообменник работает, благодаря, жидкости. Жидкость переходит по определенным каналам, которые сделаны из гофрированной пластины. Для исключения смешивания сред, они разделены пластинами. В портах уплотнения расположены таким образом, что каждая среда попадает в нужный канал, который чередуется через один. Пластины теплообменника идентичны, и их установка происходит легко. Выглядит такой теплообменник как пакет, который имеет 4 коллектора. Они нужны для ввода и вывода сред. Так как пластин много, они почти все взаимодействуют, кроме первой и последней пластины, они в работу не включены.

Трубы, иногда, имеют отличие соединения. И их существует два: ГОСТ №6357 и ГОСТ №12815. Каким видом соединения воспользоваться зависит от вида устройства. Пластины размещаются параллельно друг другу, создавая, таким образом, канал. Среда проходит по каналам, появляется теплообмен, и среда покидает его. Из этого следует, что пластина является самым важной деталью в теплообменнике. Пластина имеет толщину 0,5 мм, которые делаются из нержавеющей стали, с помощью холодной штамповки. Чтобы пластины были герметичны, у них есть резиновые прокладки, которые в свою очередь достаточно упругие.

Чтобы выбрать правильный теплообменник, нужно знать, в каком техническом процессе будет происходить его работа, где его нужно будет в дальнейшем использовать.

Сферы применения

Места, где применяются теплообменники разнообразные. Они нужны в таких сферах как: газовой, холодильной, нефтехимической нефтеперерабатывающих. От условий, где будет он работать и зависит сама конструкция оборудования.

Теплообменные аппараты

Теплообменник, теплообменный аппарат – это устройство, в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному (нагреваемому) (рисунок 16.1).

Рисунок 16.1 – Простейший теплообменник типа «труба в трубе»

Теплоносителями могут быть газы, пары, жидкости. В зависимости от назначения теплообменные аппараты используют как нагреватели и как охладители.

Теплообменный аппарат – это автономное теплопередающее устройство, состоящее из теплопередающего элемента (элементов) и полостей для движения теплоносителей. Имеет устройства для входа и выхода теплоносителей. Число, состав и схема соединения элементов в аппарате могут быть любыми.

Теплообменные аппараты предназначены для проведения процессов теплообмена при необходимости нагревания или охлаждения технологической среды с целью ее обработки или утилизации теплоты.

Система теплообменников – это совокупность теплообменников, расположенных в ряд, параллельно либо в любой другой последовательности. Теплообменники в системе отличаются составом теплоносителей.

Теплообменная аппаратура составляет весьма значительную часть технологического оборудования в технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других отраслях промышленности, в энергетике и коммунальном хозяйстве.

Удельный вес на предприятиях химической промышленности теплообменного оборудования составляет в среднем 15-18 %, в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленностях 50 %.

Значительный объем теплообменного оборудования на химических предприятиях объясняется тем, что почти все основные процессы химической технологии (выпаривание, ректификация, сушка и др.) связаны с необходимостью подвода или отвода теплоты.

Классификация теплообменных аппаратов

На рисунке 16.2 представлена схема классификации теплообменных аппаратов.

По принципу действия теплообменники подразделяют на три вида:

• – рекуперативные;
• – регенеративные;
• – смесительные.

В рекуперативных теплообменниках теплоносители омывают стенку с двух сторон и обмениваются при этом теплотой. Процесс теплообмена протекает непрерывно и имеет обычно стационарный характер. Стенка, которая омывается с обеих сторон теплоносителями, называется рабочей поверхностью теплообменника.

Рекуперативные теплообменники подразделяют в зависимости от направления движения теплоносителей. Если теплоносители движутся параллельно в одинаковом направлении, теплообменник называют прямоточным, а при противоположном направлении движения – противоточным. В теплообменнике с перекрестным током теплоносители движутся во взаимно перпендикулярных направлениях, при этом возможен однократный и многократный перекрестный ток. Встречаются и более сложные схемы движения теплоносителей.

По конструктивным признакам рекуперативные теплообменники подразделяются:

• – на змеевиковые;
• – на трубчатые;
• – на теплообменнтки труба в трубе;

• – на кожухо-трубчатые;
• – на спиральные;
• – на пластинчатые и специальные (рисунок 16.3).

Наиболее доступными и распространенными теплоносителями, применяемыми в теплообменниках, являются вода, водяной пар, воздух, дымовые газы. В ряде случаев более эффективными оказываются кремнийорганические, жидкометаллические и другие высокотемпературные теплоносители.

ПО НАПРАВЛЕНИЮ ДВИЖЕНИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ

ПРЯМОТОЧНЫЕ

ПРОТИВОТОЧНЫЕ

ПЕРЕКРЁСТНОГО ТОКА

Рисунок 16.2 – Классификация теплообменных аппаратов

В таких аппаратах можно получить значительное увеличение коэффициента теплопередачи.

Рекуперативные теплообменники, предназначенные для утилизации теплоты в газотурбинных установках, называют регенераторами; теплообменники для рассеивания теплоты горячей воды в окружающее пространство называют радиаторами. Назначением определяются также названия: воздухоподогреватели, маслоохладители, пароперегреватели и т.п.

Возможны также теплообменники с рабочей поверхностью в виде вращающейся трубы.

Рисунок 16.3 – Рекуперативные теплообменники а) – кожухотрубный; б) – ребристый пластинчатый

В регенеративном теплообменнике (рисунок 16.4) одна и та же поверхность поочередно омывается то горячим, то холодным теплоносителем. При соприкосновении с горячим теплоносителем стенка аккумулирует теплоту, а затем отдает ее холодному теплоносителю. Для удовлетворительной работы теплообменника его рабочие стенки должны обладать значительной теплоемкостью.

Рисунок 16.4 – Регенеративный теплообменник – кондиционер

Характерная особенность регенеративного теплообменника – нестационарный режим теплообмена. Чтобы процесс теплообмена протекал непрерывно при одинаковой продолжительности периода нагрева и охлаждения, такой теплообменник должен иметь две параллельно работающие секции.

Внутренняя полость теплообменника заполняется насадкой, которая делается из кирпича, металла или другого материала.

Смесительный теплообменник (или контактный теплообменник) — теплообменник, предназначенный для осуществления тепло- и массобменных процессов путем прямого смешивания сред (в отличие от поверхностных теплообменников) (рисунок 16.5).

Наиболее распространены пароводяные струйные аппараты (ПСА) – теплообменники струйного типа, использующие в своей основе струйный инжектор.

Смесительные теплообменники конструктивно устроены проще, нежели поверхностные, более полно используют тепло. Однако, пригодны они лишь в случаях, когда по технологическим условиям производства допустимо смешение рабочих сред.

Рисунок 16.5 – Теплообменник контактный струйный смесительный сетевой – «косеет»

Большое применение контактные теплообменники находят в установках утилизации тепла дымовых газов, отработанного пара и т.п.

Процесс теплообмена в таком аппарате имеет стационарный характер и сопровождается испарением жидкости.

Смесительный теплообменник целесообразно использовать для таких теплоносителей, которые легко разделить после теплообменного аппарата. Например, такой парой теплоносителей является вода и воздух.

Наиболее важным фактором в рабочем процессе смесительного теплообменного аппарата является величина поверхности соприкосновения теплоносителей, которая зависит от степени дробления жидкости. Для увеличения поверхности теплообмена на пути движения теплоносителей можно разместить насадку, которая представляет собой слой кускового материала (например, куски керамики, кокса и т.п.), или деревянные решетки. Пленка жидкости на по верхности насадки представляет собой дополнительную поверхность контакта, которая иногда может быть основной поверхностью теплообмена.

Из трех рассмотренных выше видов теплообменников наиболее широкое и разностороннее применение находят рекуперативные теплообменники.

По конструкции тепловые аппараты делятся:

– на аппараты, поверхность теплообмена которых изготовлена из труб (кожухотрубчатые, «труба в трубе», оросительные, погружные, змеевиковые, воздушного охлаждения) (рисунок 16.6).

Рисунок 16.6 Трубчатые теплообменные аппараты

– на аппараты, поверхностность теплообмена которых изготовлена из листового материала (пластинчатые, спиральные, сотовые) (рисунок 16.7).

Рисунок 16.7 – Теплообменные аппараты, изготовленные из листового материала

Теплообменник пластинчатый – устройство, в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодной (нагреваемой) среде через стальные, медные, графитовые, титановые гофрированные пластины, которые стянуты в пакет. Горячие и холодные слои перемежаются друг с другом.

Теплообменник спиральный – это теплообменник, в котором поверхность нагрева образуется двумя тонкими металлическими листами, приваренными к разделительной перегородке (керну) и свёрнутыми в виде спиралей.

Спиральные теплообменники – аппараты, состоящие из 2-х каналов прямоугольного сечения, образованных свернутыми в спирали двух листов металла. Листы служат поверхностями теплообмена. Внутренние концы спиралей соединены разделительной перегородкой, а расстояние между ними фиксируется штифтами. Изготавливают их вертикальными или горизонтальными с шириной спирали 0,2-1,5 м, поверхностью нагрева 3,2-100 м 2 и расстоянием между листами 8-12 мм. Предельное давление 1 МПа.

Достоинства спиральных теплообменников:

• – компактность;
• – пониженное по сравнению с кожухотрубчатыми многоходовыми теплообменниками гидравлическое сопротивление.

• – сложность изготовления и ремонта;
• – возможность применения при сравнительно низких давлениях теплоносителей;
• – относительная сложность обеспечения герметичности.

Сотовый теплоообменный аппарат содержит зафиксированный в трубных досках пучок труб со спиральными многозаходными поверхностями теплообмена, причем концы труб выполняют в виде параллельных оси трубы многогранных поверхностей, а именно ромба или квадрата, при примыкании которых друг к другу образуются трубные доски, причем диаметр условно вписанной в их поперечное сечение окружности равен или превышает наружный диаметр спиральной поверхности теплообмена;

– аппараты с поверхностью теплообмена, изготовленной из неметаллических материалов (графита, пластмасс, стекла и др.) (рисунок 16.8).

По назначению тепловые аппараты делятся:

• – на холодильники;
• – на подогреватели;
• – на испарители;
• – на конденсаторы.

Рисунок 16.8 – Теплообменные аппараты, изготовленные из неметаллических материалов

По направлению движения теплоносителей тепловые аппараты подразделяются:

– на прямоточные, в которых жидкости протекают параллельно друг другу в одном направлении (рисунок 16.9).

Рисунок 16.9 – Прямоточные тепловые аппараты

• – на противоточные, в которых; жидкости протекают навстречу друг другу (рисунок 16.10);
• – на перекрестного тока – это когда горячий и холодный теплоносители движутся в направлениях, перпендикулярных один другому. По одному из теплоносителей ток может быть двух-, трехкратно-перекрестным и более.

Рисунок 16.10 – Противоточные тепловые аппараты

На рисунке 16.11 приведены примеры однократно- и трехкратноперекрестных теплообменников.

По принципу взаимодействия теплоносителей различают системы: жидкость – жидкость; пар – жидкость; газ – жидкость; пар – пар; пар – газ; газ – газ.

Рисунок 16.11 – Примеры однократно- и трехкратно-перекрестных теплообменников

Виды теплообменников

Виды теплообменников, которые сегодня существуют, слишком разнообразны. Поэтому в рамках данной статьи мы дадим общее определение пластинчатому теплообменному оборудованию.

Что такое теплообменник?

Назначение теплообменников – передача тепла от нагретой среды к холодной. А применение не ограничивается какой-то одной сферой индустрии – оборудование используется повсеместно (в энергетике, металлургии, пищевой и химической промышленности, на тепловых пунктах, в системах отопления, вентилирования и кондиционирования и так далее).

Виды оборудования по передаче тепла

1. Поверхностные теплообменники

Теплообмен между разными средами осуществляется через стенки из специального теплопроводящего материала, т.е. контура здесь полностью герметичны. Оборудование поверхностного типа в свою очередь делится на:

• рекуперативные (температурный обмен между теплоносителями осуществляется через тонкие стенки контуров, а поток среды имеет неизменное направление);
• регенеративные (отличаются от рекуперативных изменяющимся направлением потока).

2. Смесительные теплообменники

Здесь передача тепла достигается путем смешивания двух сред и данный вид теплообменника применяется намного реже вышеуказанных.

Виды оборудования по применению

• кожухотрубные теплообменники – состоят из пучка труб, соединенных в решетку при помощи пайки или сварки;
• пластинчатые теплообменники – имеют площадь теплообмена, состоящую из пластин, соединенных термостойкими уплотнителями;
• витые теплообменники – собираются из концентрических змеевиков, а рабочая среда в них движется по изогнутым трубам и по межтрубному пространству;
• спиральные теплообменники – представляют собой тонкие стальные листы, свернутые в спираль;
• водяные, воздушные и т.д.

Видов очень много, поэтому перечислять их все просто не имеет смысла. Самым популярным из вышеперечисленного оборудования считается пластинчатый теплообменник, вот его особенности и рассмотрим детальнее.

Подбор и расчет стоимости теплообменника удобным для вас способом

Делаем расчёт точно и профессионально, без всяких манипуляций

Рассчитаем стоимость по номеру расчета, серийному номеру, расчетному листу, спецификации, по шильдику теплообменника

Расчетные данные (нагрузки, давления, температурные графики) выдаются теплоснабжающими организациями (тепловыми сетями, котельными) в виде пояснительных записок, Технических условий (ТУ).

Также эти данные вы можете взять из договора с теплоснабжающей организацией, или из проекта модернизации или переоборудования ИТП, УУТО. Если у вас остались вопросы по данным для расчета, то можно обратиться к менеджеру за консультацией.

ОСТАВЬТЕ ЗАПРОС
и наш специалист поможет подобрать оборудование

Подробнее о видах теплообменников

1. Пластинчатые разборные теплообменники (состоят из отдельных пластин, разграниченных резиновыми прокладками, двух концевых камер, рамы и крепежных болтов)

2. Пластинчатые паяные теплообменники (состоит из набора металлических гофрированных пластин, изготовленных из нержавеющей стали, которые соединены между собой посредством пайки в вакууме с использованием медного или никелевого припоя)

3. Пластинчатые сварные теплообменники предназначены для использования в условиях экстремально высоких температурах и давлениях на установках, параметры которых не позволяют использовать уплотнения. Эти теплообменники отличаются высокой эффективностью, малыми габаритами и требуют минимального обслуживания. Материал пластин – нержавеющая сталь, титан, никелевые сплавы.

Рабочие среды – высокотемпературный пар, газы и жидкости, в том числе агрессивные, а также их смеси. Сварные ТО отличаются от РПТО опять же методом герметизации пластин, в сварных аппаратах пластины свариваются сталью, образованные сварные кассеты компонуются внутри стальных плит. Применяются в тех. процессах с агрессивными средами, газовыми средами, на больших давлениях.

4. Пластинчатые полусварные теплообменники. Аналогично, как и в сварных аппаратах, пластины свариваются в кассеты, но метод соединения кассет между друг другом посредством паронитовых соединений. Область применения – тех. процессы с агрессивными средами. Пластинчатый полусварной теплообменник сделан в виде конструкции из небольшого количества сварных модулей. А они в свою очередь соединены при помощи лазерной сварки в виде пары пластин. Вся эта конструкция собрана между торцевыми плитами при помощи болтов. Между каждым сварным модулем проложен резиновый уплотнитель.

Такие теплообменники применяются в особых случаях, когда в качестве теплоносителя будет использовано вещество с очень высокой температурой, давлением, любым другим опасным параметром или просто опасное вещество. В этом случае оно будет перемещаться в заваренных каналах по теплообменным пластинам.

5. Кожухотрубные теплообменники (их основными элементами являются пучки труб, собранные в трубные решетки и помещенные в корпус, патрубки и концы труб крепятся в трубных решетках развальцовкой, сваркой, пайкой)

6. Спиральные теплообменники (поверхность нагрева образуется двумя тонкими металлическими листами, приваренными к разделителю (керну) и свернутыми в виде спирали) В спиральном теплообменнике, в отличии от РПТО используются всего две пластины, свернутые вокруг керна в спираль и «упакованные» в сваренные кожух.

Используются спиральные аппараты в тех. процессах, с агрессивными средами и высокими давлениями (P.S. на данный момент из брендов на нашем рынке остался один производитель – Alfa Laval. GEA и Sondex отказались от дальнейшего выпуска данных аппаратов. Исключительная компактность и эффект самоочистки делают спиральные теплообменники Альфа Лаваль в высшей степени универсальным оборудованием – они применимы, как в работе с жидкими неоднородными средами, склонными к образованию отложений на теплопередающих поверхностях, так и при наличии конденсации пара или газа в условиях высокого вакуума.

Конструкция теплообменника

Оборудование состоит из двух основных плит – неподвижной и подвижной. В обеих пластинах сделано несколько отверстий, предназначенных для входа и выхода среды. Между двумя основными плитами установлено множество пластин, которые герметизируют с помощью резиновых прокладок. Направляющие сверху и снизу определяют положение оборудования. Пластины можно сжать до нужного размера, с помощью специальных гаек. Расположение пластин не случайно, пластины через одну повернуты на 180°, относительно соседних. Благодаря этому входящее отверстие канала уплотнено дважды.

1 – передняя неподвижная плита, 2 – верхняя направляющая, 3 – задняя подвижная плита, 4 – задняя стойка (штатив) , 5 – рабочая пластина с уплотнением, 6 – нижняя направляющая, 7 – патрубки, 8 – ролики для перемещения пластин вдоль направляющих, 9 – шильд с названием и техническими данными, 10 – шпильки

Принцип работы

Главный элемент теплообмена – жидкость. Жидкости перемещаются в противотоке по каналам, созданным благодаря гофрированным пластинам, которые образуют каналы. Пристенный гофрированный слой, из-за высокой скорости потока начинает набирать турбулентность. Каждая среда продвигается по одной пластине, но с разных ее сторон, во избежание смешения. Все пластины теплообменника одинаковые, и установить их так же просто, как и сварной теплообменник. Благодаря этому приспособление образует некий пакет, в котором находятся 4 коллектора, они предназначены для ввода и отвода различных сред. В теплообмене принимают участие все пластины за исключением крайних (первой и последней).

Имея даже самые низкие показатели гидравлического сопротивления, теплоотдачу можно увеличить при помощи тонкого потока и турбулентности. При этом и турбулентность, и тонкий поток очищают пластины от нежелательных и даже самых устойчивых налетов.

Задняя и передняя плита имеют отверстия, которые подключаются к трубопроводу, и производят нагревание сред. Трубы могут отличаться между собой методом присоединения (к примеру, есть тип с резьбой ГОСТа №6357 и с резьбой по ГОСТу №12815). Оба они зависят от типа устройства. Размещенные параллельно пластины теплообменника создают каналы. Проходя все каналы, среда осуществляет теплообмен и покидает оборудование. Это значит, что пластины самый важный элемент всего теплообменника. Их толщина составляет всего 0,5 мм, производят их из нержавеющей стали методом холодной штамповки. Между пластинами устанавливают устойчивую к температурам резину, которая делает каналы герметичными. Входящие и выходящие отверстия укрепляют специальной прокладкой и кольцами, спереди и сзади соответственно.

Выбор теплообменника происходит с учетом его рабочих требований. Чем они выше – тем больше потребуется пластин. Именно число пластин отвечает за общую эффективность.

Сферы применения

Пищевая промышленность. Производя спирт, пиво, растительное масло, сахар и молочные продукты, обязательно используют теплообменники. Здесь они предназначены для пастеризации продуктов, их охлаждения и возможного испарения. Для таких целей очень часто используют паяный вид пластинчатых теплообменников, хотя нередко также применяют разборной теплообменник.

Металлургия. Охлаждение на металлургии нужно как нигде. Это связано с тем, что печи, стаканы, различные гидравлические системы и другие устройства вырабатывают огромное количество тепла. Для снижения этого показателя используют пластинчатые теплообменники, которые выступают как охладители. В качестве охладителей могут использоваться паяные, сварные и даже спиральные теплообменники. Выбор устройства напрямую зависит от условий его эксплуатации.

Судостроение. За охлаждение главного двигателя судна и всей центральной системы также отвечает теплообменник. Здесь вместо обычной среды может быть использована морская вода или моторные масла различных уровней вязкости. Кроме этого на судне теплообменники могут применять для поддержания работы отопительной системы, для ГВС, но это касается исключительно крупных суден.

Нефтегазовая промышленность. Для крекинга, охлаждения и подогрева нефти также используются пластинчатые теплообменники. Зачастую такие теплообменники:

• низкого давления
• сетевые
• химической подготовки воды

В таких теплообменниках принято использовать пластины из титана, толщиной в 7 миллиметров, с давление в 25 бар. Для такого оборудования применяют уплотнители NBR или Витон, если нужны прокладки устойчивые к высоким температурным условиям.

Коммунальное теплоснабжение. Подогрев воды, «теплый пол», горячее водоснабжение – для всего этого также используют пластинчатые теплообменники. Такое устройство способно работать при температуре до 150 градусов по Цельсию, с давлением до 16 кПа. В таких теплообменниках используют пластины из антикоррозийной стали, толщина которых может достигать 5 миллиметров. Имеется уплотнение из этиленпропилена.