Как устроен теплообменник: Как устроен теплообменник. Устройство, характеристики и мощность теплообменников

Теплообменник пластинчатый виды разборный, паяный, сварной

Большинство жителей многоквартирных домов используют центральное отопление и горячее водоснабжение. Но практически никто из них не задумывался о том, как оно им поступает и за счёт чего поддерживается необходимая температура. А работа систем отопления и горячего водоснабжения напрямую зависит от качественных приборов, таких как пластинчатый теплообменник. Именно благодаря этому устройству жители могут регулярно пользоваться набором услуг, создающих комфортное проживание в современном городе. Но круг использования данных агрегатов намного шире, благодаря их характеристикам и свойствам. Поэтому стоит присмотреться внимательные к этому полезному устройству.

Как устроен пластинчатый теплообменник

В собранном виде пластинчатый теплообменник может выглядеть монолитным устройством с несколькими отверстиями для теплоносителя. Но на самом деле агрегат состоит из большого количества деталей. Среди них имеются:

• Прижимные плиты;
• Рабочие пластины;
• Входные и выходные патрубки;
• Резьбовые стяжки;
• Направляющие.

Плиты теплообменника играют роль двухстороннего пресса, который при помощи стяжек максимально прижимает набор рабочих пластин. Через входные и выходные патрубки поступает и удаляется теплоноситель. Данные элементы могут быть оснащены фланцами, используемыми для подключения теплообменника к системе отопления.

Рабочие пластины имеют рельефную поверхность. Это сделано не только для обеспечения максимально эффективной передачи температуры, но и для возможности жидкости проникать по всей площади элемента. Каждая пластина имеет резиновый уплотнитель, пролегающей по её периметру. Также прокладки расположены вокруг выходного отверстия каждого элемента, что предотвращает смешивание рабочей жидкости между собой.

Герметичность внутри пластинного пространства может быть достигнута и за счёт приваренных стальных вставок. Этот метод используется для агрегатов, имеющих максимально толстые пластины. Толщина пластин может быть от 0,4 до 1 мм. Она зависит от размера теплообменника и рабочего давления. Самые тонкие пластины способны выдержать 10 МПа. А вот теплообменники с пластинами 0,8 ведут работу с давлением более 25 МПа.

Из чего изготавливают пластинчатые теплообменники

Для изготовления пластинчатых теплообменников используются разные материалы. Среди них можно выделить:

• Сталь;
• Титан;
• Графит;
• Медь.

Стальные элементы теплообменника самые распространённые. Для изготовления используются только марки, хорошо противостоящие коррозии, чтобы повысить долговечность всего устройства. Медные и титановые устройства можно встретить на особо важных объектах. Например, титановые варианты устанавливаются на морские суда дальнего плавания. При контакте с морской водой только они способны обеспечить длительный срок эксплуатации без аварий.

Графит применяют для изготовления пластин теплообменника. Этот материал переносит контакт с водной средой, которая может разрушить большинство металлов. Таким образом графитовые пластины увеличивают работоспособность и срок эксплуатации теплообменника.

Кроме перечисленных материалов следует отметить резину, в основе которой лежит природный и искусственный каучук. Без прокладок теплообменник не сможет функционировать, если только он не относится к разряду паяных или сварных. Но в этом случае такое устройство потеряет возможность быстро разбираться и чиститься. Поэтому большая часть пластинчатых теплообменников изготавливается разборными, имеющими резиновые прокладки.

Как работает пластинчатый теплообменник

Через вводной патрубок теплоноситель поступает в внутрь агрегата. Так как каждая пластина помимо отверстий имеет огромное количество каналов, то жидкость начинает циркулировать по каждому отсеку, постепенно передавая температуру окружающей среде. На своём пути теплоноситель совершает множество подобных циркуляций, что увеличивает эффективность работы теплообменника.

По своей конструкции пластинчатые теплообменники можно поделить на три вида:

• Одноходовые;
• Двухходовые;
• Трёхходовые.

Каждый из типов устройств рассчитан на работу при помощи противотока. Это означает, что теплоноситель подаётся в одном направлении, а жидкость, которой передаётся температура, имеет вход с другой. Таким образом достигается максимальная эффективность теплообменника, что и требуется потребителю. Различием между видами устройств будет возможность использования типа трубопровода, к которому произведено подключение теплообменного агрегата.

Варианты исполнения пластинчатых теплообменников

По своей конструкции все пластинчатые теплообменники практически одинаковы. Существенная разница заключается лишь в способе соединения теплоотдающих элементов. Поэтому их можно разделить на три типа:

• Разборные;
• Паяные;
• Сварные.

Разборные пластинчатые теплообменники

Самый распространённый вид, это разборные теплообменники. Герметизация между пластинами у данных агрегатов достигается путём использования резиновых прокладок. При затягивании, они плотно прижимаются друг к другу, что способны выдержать даже огромное давление. Среди положительных моментов разборных агрегатов следует выделить:

• Длительный срок эксплуатации;
• Удобное и простое обслуживание;
• Возможность изменять мощность устройства;
• Низкая стоимость агрегата.

Несмотря на то, что резиновые прокладки изнашиваются через 1 – 3 года, сам срок эксплуатации разборного пластинчатого теплообменника может превышать 25 лет. Это значительный срок, особенно в свете низкой стоимости устройства по сравнению с другими видами теплообменников. Изношенные элементы можно быстро заменить, не тратя на это большого количества времени и средств. Таким достоинством могут похвастаться редкие образцы данной продукции.

Паяные пластинчатые теплообменники

Паяный пластинчатый теплообменник позволяет решать задачи в самых труднодоступных местах. Это обусловлено его малым весом, благодаря отсутствию некоторых элементов, характерных для устройств данного типа. Вместо прокладок за герметизацию пластин отвечает специализированная пайка. Именно благодаря ей получается цельное устройство, способное работать с самыми большими давлениями.

Среди достоинств этого теплообменника следует выделить:

• Быстрый монтаж;
• Малый вес;
• Возможность работать при критичных температурах;
• Длительный срок эксплуатации.

Благодаря единому корпусу, этот теплообменник быстро устанавливается на своё место. Этому способствует и малый вес устройства, в котором отсутствуют резиновые уплотнители, придающие пластинчатым теплообменным агрегатам дополнительный вес. Качественная спайка создаёт настолько прочный корпус теплообменника, что он способен работать при критической температуре, превышающей 100 ^оС и высоком давлении довольно длительное время.

Проблем с обслуживанием устройства также нет. При возникновении внутренних загрязнений, теплообменник достаточно быстро промывается специальными растворами. Но такие меры возникают редко.

Причиной этого выступают формирующиеся завихрения внутри агрегата.

Сварные пластинчатые теплообменники

Данный тип теплообменника является самым редким из всех пластинчатых устройств для теплообмена. Но это не означает, что подобные агрегаты считаются плохими. Напротив, сварные теплообменники способны выдавать высокие показатели производительности, а также вести работу в сверх критичных условиях, когда другие аппараты выходят из строя. При подаче повышенного давления, устройства свободно выдерживают температуру в 300 ^оС.

Среди других достоинств сварных теплообменников можно выделить:

• Высокие антикоррозийные свойства;
• Возможность использования щелочей и кислот для очистки внутреннего пространства агрегата;
• Простота обслуживания.

Все перечисленные плюсы вместе составляют ещё один. Это длительный срок эксплуатации, гарантированный не только качественной сборкой теплообменника, но прежде всего его характеристиками.

Как работает теплообменник, где используется

Определение принципа работы и основной функции теплообменника заложены в его названии. Данное оборудование используется для передачи тепла между средами с разными температурами, которая осуществляется чаще всего через конструкционные элементы установки, без смешивания сред.

Сфера применения и виды теплообменников

За счет сравнительной простоты конструкции и высокой эффективности теплообменники активно применяются в системах отопления, в том числе – в системах ТЭЦ, в энергетической (в том числе и на АЭС), металлургической, химической и пищевой промышленности, в ИТП, а также при монтаже систем вентиляции и кондиционирования.

В зависимости от сферы применения, типа рабочих сред и температурных режимов подбирается теплообменник того или иного вида.

Данное оборудование классифицируется по:

• Наиболее распространенными являются поверхностные теплообменники, в которых смешения сред не происходит, а теплоноситель отдает свое тепло теплопотребителю через контактную поверхность (например – пластины в ПТО).
• Типу передачи тепла. Бывают регенеративные теплообменники (теплоноситель и теплопотребитель движутся поочередно) и рекуперативные (теплоноситель и теплопотребитель движутся одновременно, в процессе движения первый непрерывно отдает тепло второму). ПТО относятся к теплообменным установкам рекуперативного типа.
• Конструкционных особенностей. При подборе нужно учитывать мощность установки, давление в системе, рабочие температуры и тип рабочих сред. Можно подобрать установки с плоской поверхностью, трубчатые и блочные.
• Направления движения рабочих сред. Теплообменники могут быть одноходовыми (рабочие среды проходят внутренний объем установки однократно по кратчайшему пути), двухходовыми (имеют 2 независимых контура) и многоходовыми (движение рабочих сред циклично).
  Многоконтурные установки рекомендуется использовать при небольшом отличии между температурой поступающего теплоносителя и обратки.

Обобщенная классификация современных теплообменных установок представлена на рисунке ниже:

Устройство и принцип работы теплообменника

Конструкция всех видов теплообменников существенно отличается, в дальнейшем в статье будут рассматриваться наиболее современные и востребованные виды данных установок – разборные пластинчатые теплообменники.

Их устройство подробно показано на рисунке ниже:

Между подвижной и неподвижной прижимной плитами расположен пакет пластин, изготовленных из нержавеющей стали, высоколегированной аустенитной стали, сплавов титана, или никеля. Пластины разных производителей могут иметь различный узор (рифление), образованный расположением каналов, от которого зависят коэффициент теплоотдачи и гидравлическое сопротивление. Пластины размещаются по отношению друг к другу под углом в 180 градусов, за счет чего образовывается изгиб рифления ряда каналов для правильного прохождения теплоносителя и теплопотребителя.

Все слои пластин перемежаются уплотнителями, обеспечивающими герметичность каналов. Фиксируются пластины вверху и внизу специальными верхней и нижней направляющими балками и сжимаются стяжными болтами и гайками. Несущие балки, свою очередь, крепятся к вертикальной станине.

В отличие от разборных ПТО, паяные имеют такое же устройство, однако пластины в них между собой спаяны, поэтому разобрать такой пакет даже для выполнения чистки не удастся.

Концептуальная схема работы пластинчатого теплообменника выглядит следующим образом:

Через отверстия в прижимных плитах теплообменник подключается к трубопроводу. Согревающий и нагреваемый потоки движутся по разные стороны одной пластины, в результате чего образуются противотоки (среды начинают двигаться навстречу друг другу с противоположных сторон каждой пластины). Смешения сред при этом не происходит за счет чередования пластин с уплотнительными резиновыми прокладками, образующими отдельные контуры движения.

Между параллельно установленными пластинами образуются каналы, перемещаясь по которым теплоноситель передает тепло теплопотребителю, после чего среды либо покидают внутренние пределы установки, либо проходят следующий цикл.

В зависимости от конструкционных особенностей оборудования потоки могут двигаться по одно- двухходовым либо многоходовым схемам.

Как они работают и зачем они нужны

Теплообменники являются одним из наиболее важных и широко используемых элементов технологического оборудования на промышленных объектах. Независимо от конкретной рассматриваемой отрасли, она, вероятно, потребует определенного типа регулирования температуры, и для этого, вероятно, вступят в действие теплообменники. Теплообменники могут использоваться как для нагрева, так и для охлаждения, однако в промышленном секторе, особенно на заводах и нефтеперерабатывающих заводах, они в основном используются для охлаждения. Давайте немного углубимся в то, что они собой представляют, зачем нужны, как работают и как классифицируются.

Что такое промышленные теплообменники?

Как следует из их названия, промышленные теплообменники представляют собой части промышленного оборудования, которые предназначены для обмена или передачи тепла от одной среды к другой. Основной целью теплообмена может быть нагрев элементов или их охлаждение. В промышленном секторе охлаждение, как правило, является более распространенной функцией для предотвращения перегрева оборудования или летучих веществ. Существует множество различных типов теплообменников, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки, но они адаптированы для наилучшего соответствия различным целям и отраслям.

Зачем нужны теплообменники?

Теплообменники имеют очень широкий спектр промышленного применения. Они используются в качестве компонентов систем кондиционирования и охлаждения или систем отопления. Для работы многих промышленных процессов требуется определенное количество тепла; однако, как правило, необходимо проявлять большую осторожность, чтобы эти процессы не стали слишком горячими. На промышленных предприятиях и фабриках теплообменники необходимы для поддержания безопасной рабочей температуры машин, химикатов, воды, газа и других веществ. Теплообменники также могут использоваться для улавливания и передачи пара или отработанного тепла, которые выделяются как побочный продукт процесса или операции, чтобы пар или тепло можно было лучше использовать в другом месте, тем самым повышая эффективность и экономя средства предприятия.

Как работают теплообменники?

Разные типы теплообменников работают по-разному, используют разную схему протока, оборудование и конструктивные особенности. Одна вещь, которая объединяет все теплообменники, заключается в том, что все они функционируют, чтобы прямо или косвенно подвергать более теплую среду воздействию более холодной среды, следовательно, обмениваться теплом. Обычно это достигается с помощью набора трубок, помещенных в корпус того или иного типа. Вентиляторы теплообменника, конденсаторы, ремни, хладагенты, дополнительные трубы и трубопроводы, а также другие компоненты и оборудование повышают эффективность нагрева и охлаждения или улучшают поток.

Классификация теплообменников

Теплообменники обычно классифицируются по одному из следующих четырех показателей:

• Характер процесса теплообмена
• Физическое состояние жидкостей
• Проточная часть теплообменника
• Конструкция и конструкция теплообменника

Природа процесса теплообмена

Этот первый метод классификации теплообменников относится к тому, вступают ли вещества, между которыми происходит теплообмен, в непосредственный контакт друг с другом или нет, или они разделены физическим барьером, таким как стенки их труб.

Теплообменники прямого контакта — Теплообменники прямого контакта обеспечивают непосредственный контакт горячих и холодных жидкостей друг с другом внутри труб, а не за счет лучистого тепла или конвекции. Прямой контакт является чрезвычайно эффективным средством передачи тепла, поскольку контакт является прямым, но, естественно, для использования прямого контакта он должен быть безопасным или даже желательным, чтобы жидкости соприкасались друг с другом. Теплообменники с прямым контактом могут быть хорошим выбором, если горячая и холодная жидкость представляют собой просто разные температурные колебания одной и той же жидкости или если смесь жидкостей является желательной или несущественной частью промышленного процесса.

Теплообменники с непрямым контактом — Теплообменники с непрямым контактом физически отделяют горячие и холодные жидкости друг от друга. Обычно теплообменники с непрямым контактом удерживают горячие и холодные жидкости в разных наборах труб и вместо этого полагаются на лучистую энергию и конвекцию для теплообмена. Обычно это делается для предотвращения загрязнения или загрязнения одной жидкости другой.

Физическое состояние жидкостей

Теплообменники также можно классифицировать на основе физического состояния горячих и холодных жидкостей. Например:

• Жидкость-газ
• Жидкость-твердая
• Газ – твердое тело

Если в теплообменнике используется непосредственный контакт, то может также существовать классификация «жидкость, не смешивающаяся с жидкостью», которая относится к жидкостям, которые не смешиваются друг с другом. Например, масло и вода не смешиваются.

Устройство потока теплообменника

Расположение потока горячей и холодной жидкости в теплообменнике является еще одним важным способом их классификации. Три основные категории, основанные на организации потока: параллельный поток, противоточный поток и перекрестный поток.

Параллельный поток — В теплообменниках с параллельным потоком горячая и холодная жидкости входят в теплообменник с одного конца и текут параллельно друг другу.

Противоточные — В противоточных теплообменниках горячие и холодные жидкости входят в теплообменник с противоположных сторон и текут навстречу друг другу.

Поперечно-точные теплообменники — В теплообменниках с поперечным течением горячие и холодные жидкости входят в теплообменник в разных точках и, проходя через теплообменник, пересекаются друг с другом, часто под прямым углом.

Важно помнить о техническом обслуживании теплообменника. Техническое и сервисное обслуживание будет варьироваться в зависимости от конкретного типа рассматриваемых теплообменников, их конструкции и конструкции. Поддержание теплообменников в хорошем состоянии имеет решающее значение для оптимальной работы.

Теплопередача теплообменниками

Теплопередача

Теплопередача является одним из наиболее важных промышленных процессов. На любом промышленном объекте необходимо добавлять, отводить или перемещать тепло от одного технологического потока к другому. Существует три основных типа теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. Двумя наиболее распространенными формами, встречающимися в химической промышленности, являются проводимость и конвекция. Для передачи тепла от одного процесса к другому используются теплообменники.

Теплообменник — это устройство, созданное для эффективной передачи тепла от одной среды к другой. Среда может быть разделена сплошной стенкой, чтобы они никогда не смешивались, или они могут находиться в непосредственном контакте. Они широко используются в системах отопления, охлаждения, кондиционирования воздуха, электростанциях, химических заводах, нефтехимических заводах, нефтеперерабатывающих заводах и при переработке природного газа. Одним из распространенных примеров теплообменника является радиатор в автомобиле, в котором источником тепла, являющимся горячей охлаждающей жидкостью двигателя, является вода, которая передает тепло воздуху, проходящему через радиатор (т. е. теплоносителю).

Теплообменники бывают настолько разных форм, размеров, производителей и моделей, что их классифицируют по общим характеристикам. Одной общей характеристикой, которую можно использовать для их классификации, является направление потока двух жидкостей относительно друг друга.

Три категории: параллельный поток, противоток и перекрестный поток.

• Параллельный поток существует, когда жидкость со стороны трубы и жидкость со стороны межтрубного пространства текут в одном направлении.
• Противоток существует, когда две жидкости текут в противоположных направлениях. Каждая из жидкостей входит в теплообменник с противоположных концов.
• Перекрестный поток существует, когда одна жидкость течет перпендикулярно второй жидкости; то есть одна жидкость течет по трубкам, а вторая жидкость обтекает трубки под углом 90°.

Наиболее распространенными типами теплообменников являются пластинчатые и кожухотрубные. Другими являются регенеративные теплообменники, адиабатические колесные теплообменники, пластинчато-ребристые теплообменники, жидкостные теплообменники, рекуператоры отработанного тепла и динамические скребковые теплообменники.
На этом сайте будет обсуждаться кожухотрубный теплообменник «ТЕМА».

TEMA

следующий текст получен от TEMA 25 января 2010 г.

Ассоциация производителей трубчатых теплообменников, Inc. (TEMA) является торговой ассоциацией ведущих производителей кожухотрубных теплообменников, которые были пионерами в исследованиях и разработках теплообменников. уже более шестидесяти лет.
Стандарты и программное обеспечение TEMA получили всемирное признание в качестве авторитета в области механического проектирования кожухотрубных теплообменников.

ТЕМА — прогрессивная организация, устремленная в будущее. Члены осведомлены о рынке и активно участвуют в нем, встречаясь несколько раз в год для обсуждения текущих тенденций в области дизайна и производства.

В состав внутренней организации входят различные подразделения, занимающиеся решением технических проблем и улучшением работы оборудования. Эти совместные технические усилия создают обширную сеть для решения проблем, добавляя ценность от проектирования до изготовления.

Независимо от того, спроектировали, изготовили или отремонтировали теплообменник, вы можете рассчитывать на то, что члены ТЕМА предоставят самые современные и эффективные решения по проектированию и производству.

TEMA — это способ мышления: участники не только изучают новейшие технологии, но и создают их.