Värmeväxlare

En värmeväxlare  är en teknisk anordning där värme växlas mellan två medier med olika temperaturer .

Enligt driftprincipen är värmeväxlare uppdelade i rekuperatorer och regeneratorer. I rekuperatorer är rörliga värmebärare åtskilda av en vägg. Denna typ inkluderar de flesta värmeväxlare av olika utföranden. I regenerativa värmeväxlare är varma och kalla kylmedel i kontakt med samma yta i sin tur. Värme samlas i väggen vid kontakt med en varm kylvätska och frigörs vid kontakt med en kall, som till exempel i masugnar .

Värmeväxlare används i tekniska processer för oljeraffinering, petrokemiska, kemiska, kärnkrafts-, kyl-, gas- och andra industrier, inom energi och allmännyttiga industrier [1] .

Utformningen av värmeväxlaren beror på användningsförhållandena. Det finns enheter där, samtidigt med värmeöverföring, angränsande processer inträffar, såsom fasomvandlingar , till exempel kondensation , förångning , blandning. Sådana enheter har sina egna namn: kondensorer, förångare, kyltorn , blandningskondensorer.

Beroende på värmebärarnas rörelseriktning kan rekuperativa värmeväxlare vara direktströmmande med parallell rörelse i en riktning, motström med parallell mötande rörelse, såväl som med inbördes tvärgående rörelse av två samverkande medier.

De viktigaste typerna av värmeväxlare

De vanligaste återvinningsvärmeväxlarna inom industrin är:

• Skal-och-rör (skal-och-rör) värmeväxlare,
• Elementära (sektions)värmeväxlare,
• Tvårörsvärmeväxlare av typen "rör i rör" [2] ,
• vridna värmeväxlare,
• Doppvärmeväxlare,
• Bevattningsvärmeväxlare,
• lamellvärmeväxlare,
• spiralvärmeväxlare ,
• Plattvärmeväxlare ,
• Platt- och fenvärmeväxlare ,
• grafitvärmeväxlare,
• Minikanalvärmeväxlare [3] .
• Helicoid värmeväxlare

Värmeväxlardesigner

De viktigaste typerna av återvinningsvärmeväxlare.

• Skal och rörvärmeväxlare . Rörplattor är svetsade på kroppen, höljet i ändarna, i vilket rörbuntarna är fixerade. I grund och botten är rören i gallren fästa med en flänstätning eller på annat sätt, beroende på rörens material och trycket i apparaten. Rörplåtar stängs med lock på packningar och bultar eller bultar. På kroppen finns grenrör (kopplingar) genom vilka en kylvätska passerar genom ringen. Den andra kylvätskan passerar genom rören (kopplingarna) på locken genom rören. I multi-pass värmeväxlaren är bafflar installerade i kroppen och locken för att öka hastigheten på värmebärarna. För att öka värmeöverföringen används fenning av värmeväxlarrör, vilket utförs antingen genom räffling eller genom att linda bandet. Vid behov måste apparatens utformning sörja för rengöringen.
• Element värmeväxlare . Varje element i en sådan apparat är en enkel skal-och-rörvärmeväxlare utan bafflar. Sådana anordningar tillåter samtidigt högre tryck. Denna design visar sig dock vara mer skrymmande och tung än skal-och-rörapparaten.
• Doppvärmeväxlare . I en nedsänkt batterivärmeväxlare rör sig en kylvätska längs en spole nedsänkt i en tank med en annan flytande kylvätska. Vätskans hastighet i ringen är försumbar och följaktligen är värmeöverföringen från vätskan relativt liten. Sådana värmeväxlare används på grund av sin enkelhet och låga kostnad i små installationer.
• Värmeväxlare av typen "rör i rör" . Värmeväxlingselementet hos en sådan apparat visas i figuren. Separata element är sammankopplade med grenrör och spolar, vilket bildar en integrerad apparat av önskad storlek. Dessa värmeväxlare används vid låga flödeshastigheter och vid höga tryck.
• Bevattningsvärmeväxlare . Denna typ av värmeväxlare används främst som kondensorer i kylaggregat. Bevattningsvärmeväxlaren är en spole av horisontella rör placerade i ett vertikalt plan i form av en serie parallella sektioner. Ovanför varje rad finns en ränna från vilken kylvatten rinner i strömmar ut på värmeväxlarrören och tvättar deras yttre yta. I detta fall avdunstar en del av kylvattnet. Det återstående vattnet returneras av pumpen och förlusterna kompenseras från vattenförsörjningen. Dessa värmeväxlare är installerade utomhus och inneslutna med trägaller för att minska vattenöverföringen.
• Grafitvärmeväxlare . Värmeväxlare för kemiskt aggressiva miljöer är gjorda av grafitblock, som är impregnerade med speciella hartser för att eliminera porositet. Grafit har god värmeledningsförmåga. Kanaler för kylmedel borras i blocken. Blocken tätas ihop med gummi- eller teflonpackningar och dras åt med lock med knytband.
• Plattvärmeväxlare . Sådana värmeväxlare består av en uppsättning plattor i vilka vågiga ytor och kanaler för vätskeflödet är stansade. Plattorna är förseglade med gummipackningar och band. En sådan värmeväxlare är lätt att tillverka, lätt att modifiera (lägg till eller ta bort plattor), lätt att rengöra, har en hög värmeöverföringskoefficient, men kan inte användas vid höga tryck.
• Platt- och lamellvärmeväxlare . En värmeväxlare av denna typ, i motsats till en plattvärmeväxlare, består av ett system av delande plattor, mellan vilka det finns räfflade ytor - munstycken fästa på plattorna genom vakuumlödning. Från sidorna begränsas kanalerna av stänger som stödjer plattorna och bildar slutna kanaler. Således är den lamellförsedda plattvärmeväxlaren baserad på en styv och hållbar hellödd värmeväxlarmatris byggd enligt bikakeprincipen och manövrerbar (även gjord av aluminiumlegeringar) upp till ett tryck på 100 atm. och högre. I plattfensvärmeväxlare finns det ett stort antal munstycken, vilket gör att du kan välja kanalernas geometri från sidan av vart och ett av flödena, för att förverkliga den optimala designen. De främsta fördelarna med denna typ av värmeväxlare är kompakthet (upp till 4000 m²/m³) och lätthet. Det senare säkerställs genom användning av ett paket med tunnplåtsdelar gjorda av lätta aluminiumlegeringar vid tillverkningen av värmeväxlingsmatrisen.
• Värmeväxlare spiral . Värmeväxlaren består av två spiralkanaler lindade av rullat material runt den centrala skiljeväggen - kärna, media rör sig genom kanalerna. Ett av syftena med spiralvärmeväxlare är uppvärmning och kylning av högviskösa vätskor.

När man väljer mellan platt- och skal- och rörvärmeväxlare är plattvärmeväxlare att föredra, med en värmeöverföringskoefficient på mer än tre gånger den för traditionella skal och rör. Samtidigt, för att lösa samma problem med att värma mediet, kommer en skal-och-rörvärmeväxlare att uppta en yta som är 3–4 gånger större än en plattvärmeväxlare med jämförbar effektivitet eller 6–10 gånger större än en skruvformad värmeväxlare. växlare jämförbar i verkningsgrad [4] [5] . Samtidigt kan främmande plattvärmeväxlare, utrustade med automation, styrning och pålitliga beslag , minska mängden kylvätska som används för att värma vatten. Detta innebär att diametern på rörledningar och avstängnings- och reglerventiler kommer att minska belastningen på nätverkspumpar och följaktligen minska elförbrukningen. Nyligen började moderna inhemska helikoidvärmeväxlare dyka upp, utrustade med rör profilerade på ett sådant sätt att ökningen av hydrauliskt motstånd översteg ökningen av värmeöverföring på grund av användningen av flödesturbulatorer. Detta uppnås genom att räffla ringformiga eller spiralformade spår på rörets yttre yta, på grund av vars bildning smidigt konturerade utsprång med liten höjd bildas på rörets inre yta, vilket intensifierar värmeöverföringen i rören. Denna teknik, förutom så viktiga indikatorer som hög tillförlitlighet (även vid vattenhammare ) och lägre kostnad , ger inhemsk värmeväxlingsutrustning ytterligare fördelar jämfört med utländska lamellära motsvarigheter. Ett allvarligt problem är korrosion av värmeväxlare. För att skydda mot korrosion används termisk sprutning av rörplåtar, rör av överhettare. Detta gäller inte bara skal- och rörvärmeväxlare av kolstål. Helicoid värmeväxlare [4] och plattor av plattvärmeväxlare är till övervägande del gjorda av korrosionsbeständigt värmebeständigt stål, men trots detta utsätts de även för gropkorrosion vid användning av ohämmade kylmedel.

Anteckningar

1. ↑ Värmeväxlingsutrustning. . armoservis.ru _ Hämtad 22 januari 2021. Arkiverad från originalet 28 januari 2021. (obestämd)
2. ↑ Pumpad isteknologi
3. ↑ Baranenko A. V., Tsvetkov O. B., Laptev Yu. A., Khovalyg D. M. Minikanalvärmeväxlare inom kylteknik.  // Vetenskaplig tidskrift NRU ITMO. Serien "Kyl och luftkonditionering". - St Petersburg. : NRU ITMO , 2014. - Utgåva. 3 . — ISSN 2310-1148 . (ryska)
4. ↑ 1 2 M. Nitsche och RO Gbadamosi. Designguide för värmeväxlare. - Elsevier Inc., 2016. - ISBN 978-0-12-80-37-64-5 .
5. ↑ Energisäkerhet i dokument och fakta nr 2, 2006 . Hämtad 25 maj 2018. Arkiverad från originalet 12 januari 2020. (obestämd)

Litteratur

• Lukanin V. N., Heat engineering, M., "Higher School", 2002.
• Kasatkin A. G., Grundläggande processer och apparater för kemisk teknik, "Kemi", M., 1971, 784 sid.