Конструкция теплообменника: Теплообменники: классификация, устройство, принцип работы

Содержание

Конструкция пластинчатого теплообменника | Теплообменники от Производителя с Доставкой по России

Что такое конструкция пластинчатого теплообменника?

Приобретая любой товар, покупатель хочет знать его внутреннее устройство, из каких деталей он состоит и какие материалы использовались при его производстве. Применительно к оборудованию, которое мы производим можно использовать емкое слово “Конструкция”. Конструкция пластинчатого теплообменника — это совокупность пластин, уплотнений, плит корпуса, крепежных и стяжных элементов из которых состоит пластинчатый теплообменник. Она определяет также материалы, из которых изготовлены все составляющие теплообменника.

Конструкция различных видов теплообменных аппаратов

В процессе расчета теплообменника мы отталкиваемся от условий его эксплуатации. Они определяют, какое максимальное рабочее давление и температура будут у оборудования. Можно сказать, что условия эксплуатации определяют конструкцию теплообменника. Мы перечислим основные виды теплообменников, которые нашли широкое практическое применение и имеют различное внутреннее устройство:

Пластинчатые разборные — они имеют разборную конструкцию, которая позволяет увеличивать их мощность и менять вышедшие из строя комплектующие.
Пластинчатые паянные — они состоят из спаянных между собой пластин. В качестве припоя используется медь или никель. Это цельносварной теплообменник.
Кожухотрубные — они представляют собой набор трубок, собранных в пучок, которые жестко крепятся к кожуху теплообменника. Это аппарат разобрать можно только частично.
Спиральные — поверхность теплообмена в этих аппаратах образована листами метала, закрученными в спираль. Все элементы теплообменника сварены между собой. Это неразборные аппараты.
Погружные — теплообмен осуществляется за счет элементов, которые погружают в нагреваемую и охлаждаемую среду. Это сварная неразборная конструкция теплообменника.

Оросительные — имеют сложную конструкцию и состоят из пучка труб, по которым стекает жидкий охладитель. Это неразборные теплообменники.
Сварные — состоят из пластин, сваренных между собой. Это частично разборный аппарат.
Графитовые — роль элемента, который передает тепло, выполняют графитовые трубы, которые крепятся к корпусу теплообменника.

Учитывая тот факт, что разборные пластинчатые теплообменники получили наибольшее распространение, мы подробно рассмотрим его конструкцию.

Рисунок 1 — Конструкция разборного пластинчатого теплообменного аппарата

Пластинчатый теплообменник состоит из:

Задней стойки (5)
Ножка теплообменника (6)
Стягивающих элементов (7)
Патрубки — Ответные фланцы (8)

Будет логично рассмотреть каждый элемент по отдельности, его назначение, из чего он состоит и как изготавливается:

Основная и прижимная плита

Основная и прижимная плита изготавливается из конструкционной стали. К основной плите крепится ножка теплообменника, направляющие, а также привариваются патрубки если это резьбовое соединение либо прикручиваются фланцы — если фланцевое. Назначение прижимной плиты прижимать пакет пластин с помощью стяжных элементов до необходимого расстояния, при котором пакет пластин будет герметичным и выдерживать рабочее давление. В зависимости от толщины основной и прижимной плиты теплообменники могут работать при давлении 6, 10 и 16 бар.

Пакет пластин с уплотнениями

Пакет пластин состоит из нержавеющих пластин (AISI 304, AISI 316) с толщиной от 0,4 мм до 0,6 мм и уплотнительных прокладок из различных материалов (EPDM, NBR, Viton). Пластины — это основной элемент теплообменника, по ним протекают теплоносители, а через стенки пластин происходит теплообмен.

Рисунок 2 -Пластины теплообменные

В зависимости от мощности теплообменника, от температурных режимов работы, типов присоединений трубопроводов пластины могут быть различных размеров и форм рисунков оребрения. У каждого типоразмера пластины есть два типа — промежуточная (1) и конечная (2) — рисунок 2. Изготавливаются пластины из нержавеющей стали (AISI 316, 304) с применением пресса давлением до 20000 т., который выдавливает рисунок пластин. За счет этого образуются каналы, по которым текут теплоносители.

Уплотнительные прокладки прикрепляются к пластинам и с помощью стяжки теплообменника обеспечивают его герметичность.

Рисунок 3 — Уплотнения

В зависимости от типа среды и параметров работы (температуры и давления) уплотнения делятся на:

EPDM (этилен пропиленовый каучук) — самый распространённый, может работать с различными средами при давлении 16 бар и температурой до 160 С.
NBR (бутадиен нитрильный каучук) используется в пищевой промышленности, для работы с маслами при температуре до 120 С
VITON (фтор каучук) высокотемпературные уплотнения до 195 С.

По типу крепления уплотнения делятся на клипсовые, вставные и клееные. Уплотнительные прокладки являются расходным материалом и время от времени требуют замены в теплообменниках.

Направляющие

Задача направляющих кроется в самом названии. Между ними укладываются пакет пластин, не давая ему сместится при укладке. Также к концу направляющих крепиться задняя опорная стойка. Изготавливается из конструкционной стали после чего оцинковывается. В зависимости от количества пластин бывает различной длины.

Рисунок 4 — Направляющие

Опорные стойки (передняя и задняя)

Стойки предназначены для опоры теплообменника на месте установки. Имеют соответствующие отверстия для крепления к фундаменту либо опорам. В зависимости от типоразмера теплообменного аппарата могут быть различных размеров.

Рисунок 5 — Передние опорные стойки

Рисунок 6 — Задние опорные стойки

Стяжные элементы

С помощью стяжного элемента “прижимается” прижимная плита к основной и стягивается пакет пластин до необходимого расстояния.

Стяжной элемент состоит из болта, гайки, центровочных шайб, храповой шайбы, гровера и прижимной шайбы. Все элементы оцинкованы. Так же, как и направляющие, стяжной элемент в зависимости от количества пластин в теплообменнике имеет различную длину.

Рисунок 7 — Стяжной элемент

Присоединительные патрубки

В зависимости от типа присоединения к трубопроводам бывают фланцевые присоединения либо резьбовые. Могут изготавливаться из обычной стали, и из нержавеющей стали (для пищевой среды). Диапазон диаметров — от Ду 25 до Ду 600.

Рисунок 8 — Резьбовое присоединение

Рисунок 9 — Фланцевое соединение

Наша компания является производителем корпусов теплообменников. Имеем большой склад теплообменных пластин различных типоразмеров. Всегда в наличии уплотнительные прокладки. Процесс изготовления теплообменника занимает в среднем 1 день. Поставляем теплообменники по все России транспортными компаниями ПЭК, Деловые линии, DPD, СДЭК, GTD и др.

Принцип действия кожухотрубного теплообменника, конструкция и виды теплообменников

9 апреля 2018

Теплообменник – агрегат, предназначенный для передачи тепла от одного носителя к другому. Основные конструктивные типы этих устройств: регенераторные и рекуператорные. Наиболее распространен рекуператорный тип, в котором теплоносители разделены перегородкой. Самым популярным в рекуперативной группе является кожухотрубчатый аппарат. Принцип действия кожухотрубного теплообменника заключается в рекуперативном обмене теплоэнергией, который позволяет нагреть или охладить практически любой носитель до требуемой температуры.

Функциональные возможности

Кожухотрубный теплообменник обеспечивает:

нагрев, охлаждение или установку равновесия между температурами двух сред;
возможность обмена тепловой энергией между двумя средами, находящимися в разном агрегатном состоянии, – жидкостями, газами, парогазами;
возможность изменения физического состояния вещества.

Устройство может выполнять функции подогревателя, испарителя, конденсатора. Преимущества:

надежность, прочность, относительно невысокая стоимость;
удобные для монтажа формы;
значительная площадь теплообмена при компактных габаритах;
работа с веществами в различных агрегатных состояниях;
механическая устойчивость к гидравлическим ударам;
возможность использования в загрязненных средах.

У этого агрегата, изготовленного полностью из металла, один основной недостаток – значительная масса. Технические параметры обуславливают востребованность трубчатых теплообменных аппаратов в нефтехимии и добывающих отраслях. А использование устройства в разнообразных и сложных эксплуатационных условиях потребовало создания целого перечня модификаций, приспособленных к решению определенного круга задач.

Конструкция и принцип работы кожухотрубного теплообменника

Основные элементы, входящие в состав агрегата, независимо от его модификации:

цилиндрический кожух;
наружные патрубки – входящие и отводные;
пучок бесшовных труб одинакового диаметра, закрепленный решетками, трубы имеют диаметр 12-57 мм, могут располагаться вертикально или горизонтально;
днище – плоское или сферической формы.

Принцип действия:

в трубы поступает рабочий поток №1;
во внутреннюю полость цилиндра направляется поток среды №2;

среды обмениваются тепловой энергией через разделительную стенку без непосредственного контакта друг с другом, один поток охлаждается, второй нагревается.

Разновидности конструкций кожухотрубных теплообменников

В зависимости от запланированной области применения, выбирают модели с жестким, полужестким, нежестким кожухом, вертикального или горизонтального расположения, одно- или многоходовые. Конфигурация аппарата, его длина, число трубок обуславливают:

скорость перемещения среды;
энергоэффективность;
коэффициент теплопередачи.

Металлы для изготовления аппаратов выбираются, в зависимости от характеристик рабочих сред, с которыми они будут контактировать. При конструировании новых модификаций разработчики старались устранить основной недостаток этого агрегата – физическое расширение или сужение стальных элементов при транспортировке холодных и горячих сред. Серийно выпускают кожухотрубчатые теплообменники описанных ниже видов.

С температурными компенсаторами на корпусе

Эта конструкция характерна для теплообменников, предназначенных для работы при невысоких давлениях и высоких температурах. Температурные линейные деформации кожуха уравновешиваются с помощью компенсаторов – сильфоновых, сальниковых, линзовых.

Система с плавающей головкой

В конструкции такого агрегата имеется плавающая головка, жестко не связанная с кожухом. Служит для соединения трубок. При температурном воздействии среды изменяется длина трубок, вызывая свободное перемещение головки внутри корпуса. Такая конструкция обеспечивает отсутствие деформаций кожуха и равномерное распределение напряжений. Она применяется в технологических процессах, не предусматривающих сильного загрязнения трубок, или при возможности их простой очистки.

Для обеспечения эффективной работы всех кожухотрубных теплообменников, особенно функционирующих в контакте с загрязненными средами, необходимо выполнение профилактических мероприятий. Они заключаются в аккуратной очистке внутренней поверхности трубок с исключением вероятности их повреждения и в своевременном устранении протечек.

Виды теплообменников — классификация теплообменных аппаратов

Запросить цену

Аппараты, механизм работы которых заключается в обмене теплом между двумя средами, имеют общее название – теплообменники. При этом их конструкции и сферы применения чрезвычайно разнообразны. В группу этих устройств входят испарители и парогенераторы, водонагреватели и пастеризаторы, конструктивные элементы систем кондиционирования и охладительного оборудования.

Широкая потребность производства и частного сектора в теплообменных устройствах, использование в качестве носителей разных сред создали предпосылки к созданию большого числа модификаций теплообменников. Поэтому при выборе оборудования очень важно уделить внимание классификации и особенностям строения, соотнести возможности конструкций с потребностями вашего производства.

Основные виды теплообменных аппаратов

Согласно формам строения теплообменники разделяют на две большие группы – пластинчатые и трубчатые. Первые получили наибольшее распространение в пищевой промышленности, горячем водоснабжении и отоплении частных домов. Они представляют собой набор пластин с рифленой поверхностью и каналами, соединенные в единый аппарат с помощью прокладок и стяжек. Патрубки, по которым теплоноситель и теплоприемник поступают в устройство и выходят из него чаще всего располагаются на передней и задней поверхностях плит, что обеспечивает легкость эксплуатации.

Согласно методу соединения виды теплообменников пластинчатого типа разделяются на группы:

Разборные – герметизацию которых обеспечивают резиновые уплотнители. Их главными преимуществами являются легкость установки и эксплуатационного обслуживания, благодаря чему их активно используют на заводах и в домах. Недостатком же следует считать необходимость регулярной замены прокладок, а также отсутствие возможности работы с агрессивными средами.
Паянные теплообменники имеют более прочную конструкцию. Их изготавливают сугубо из высококачественной нержавеющей стали, а процесс пайки производится при создании условий вакуума. Они редко требуют эксплуатационного ремонта и способны эффективно работать с кислотами и щелочами, что сделало их неотъемлемой частью химической промышленности.
Сварные теплообменники, изготовленные из стали, титана или никелевых сплавов, используются в самых экстремальных условиях высокого давления и температур.

Трубчатые теплообменники применяются преимущественно в производстве, а также в качестве конструктивного элемента бытовой техники – холодильников и кондиционеров. Их общим преимуществом является устойчивость к суровым условиям работы: высоким и низким температурам, агрессивным средам и создающемуся внутри давлению.

Наиболее простой моделью трубчатого теплообменника является конструкция «труба в трубе», при которой по внутреннему контуру проходит теплоноситель, а по внешнему – теплоприемник. Возможность вариации диаметра труб с целью обеспечения оптимальной скорости движения сред и легкость обслуживания послужили главным фактором применения этой модели. Но ее внушительные габариты при малой эффективности нагрева заставили конструкторов искать иные варианты конструкций.

Ныне виды теплообменных аппаратов трубчатого типа включают достаточно большой ассортимент конструкций, используемых во всех отраслях промышленности:

Кожухотрубные теплообменники представляют собой множество труб малого сечения, объединенных одним кожухом. Соединенные в решетку, они представляют собой компактное устройство с высокой эффективностью работы. При необходимости увеличения объема жидкостей и скорости кожухотрубные теплообменники объединяют между собой в секционные конструкции.
Витые устройства – система труб, предназначенных для теплоносителя и теплоприемника, плотно закрученные вокруг сердечника. Компактные и высокопродуктивные аппараты.
Спиральные теплообменники имеют аналогичную конструкцию, с той лишь разницей, что оба смежных канала обвивают центральную перегородку устройства. Их главная функция – нагрев и охлаждение вязких, тягучих жидкостей.
Оросительные устройства представляют собой спираль с желобом, на который стекает жидкость. Такая конструкция теплообменника актуальна для создания систем вентиляции и кондиционирования, обеспечения работы морозильных и охладительных камер.

Наибольшую распространенность во всех сферах промышленности и жизни людей ныне занимают пластинчатые теплообменники, которые за счет рифленой поверхности контуров обеспечивают максимальное прилегание и циркуляцию сред. Такая конструкция обеспечивает наивысшую эффективность при компактных размерах и простоту технического обслуживания.

Способы теплообмена и типы устройств

Теплообменное оборудование, виды которого рассмотрены выше, важно классифицировать и еще одному ключевому фактору – способу взаимодействия сред в нем. Одни устройства обеспечивают передачу тепла путем непосредственного контакта теплоносителя с теплоприемником и называются смесительными, другие имеют раздельные контуры для течения двух сред и называются поверхностными.

Второй тип устройств получил более широкое распространение и нагрев жидкостей в нем происходит путем контакта носителей через металлическую стенку контура. Поверхностные теплообменники принято также разделять на две группы:

Рекуперативные, в которых течение жидкостей всегда происходит в одном направлении и характеризуется стабильной константой.
Регенеративные теплообменные устройства характеризуются поочередностью и нестабильностью контактов двух сред.

Наиболее эффективное взаимодействие происходит в рекуперативных устройствах, которые широко применяются в быту. Это все виды пластинчатых теплообменников, кожухотрубчатые и оросительные аппараты.

Среды теплового обмена

Самая простая классификация теплообменников основана на средах, которые они способны использовать в работе. Если рассматривать системы коммунальных услуг и повышения комфортабельности частного дома, то наиболее актуальными устройствами можно смело назвать парожидкостные системы, в которых роль носителя выполняет вода, которая, закипая, передает свою энергию в пар. На этом принципе работают системы парового отопления, горячего водоснабжения, водяных «теплых полов» и парогенераторов для бань.

Но, пароводяная система генерирует внутри себя повышение давления, ввиду чего не может быть использована в жестких условиях работы, требующих разогрева свыше 150-160 градусов по Цельсию.

Наиболее актуальными системами в производстве являются теплообменники, способные выдерживать высокие нагрузки и взаимодействие с агрессивными средами. Используются все три возможных типа:

Газожидкостные – в холодильниках и камерах, системах кондиционирования, где роль газа чаще всего выполняет фреон.
Парожидкостные теплообменники нашли широкое применение в пищевом производстве. На этом принципе работают пастеризаторы и консерваторы, где роль жидкости нередко выполняет растительное масло.
Жидкостно-жидкостные аппараты теплообмена используются преимущественно в химической промышленности при использовании кислот и прочих агрессивных компонентов.

Большое значение в конструкции теплообменника имеет и материал, из которого он изготовлен. В условиях жесткой эксплуатации, критических температур и высокого давления наиболее целесообразно использование конструкций из латуни и титана. В пищевом производстве актуальной окажется нержавеющая сталь, которая легко подвергается промыванию дезинфицирующими средствами. Критически важным требованием СанПина является и возможность разбора конструкции для тщательной ее промывки и получения смывов для последующего лабораторного анализа.

Вид и конструкцию теплообменника следует выбирать, исходя из нагрузки, которую вы намерены на него возложить, условий эксплуатации и технических требований. Не стоит забывать и о таком важном параметре, как возможность ремонта и эксплуатационного обслуживания. В обустройства частного дома самыми востребованными являются разборные пластинчатые конструкции из нержавейки, обеспечивающие надежную работу при относительно малых затратах на покупку и ремонт.

Вас может заинтересовать:

Теплообменное оборудование
Горизонтальные теплообменники с U-образным трубным пучком

Рекомендуемые статьи

Волновые электростанции в России
Министерство энергетики разработало план развития зеленой электроэнергетики к 2020 году. Доля электроэнергии от альтернативных источников электроэнергии должна достигнуть 4,5% от общего количества энергии, вырабатываемой в стране. Однако по оценкам экспертов такое количество электроэнергии от возобновляемых источников стране просто не нужно. Общее мнение в этой области — развивать выработку электроэнергии за счет…
Томскнефть запускает беспилотники для контроля трасс трубопроводов
Руководство нефтедобывающего предприятия «Томскнефть» приняло решение о применении беспилотных летательных аппаратов, созданных специалистами компании ZALA AERO (г. Ижевск), являющейся лидером в данной отрасли. Этот вариант был признан лучшим для получения возможности качественного контроля подведомственных объектов нефтегазодобычи и трасс трубопроводов. Эти сведения были получены от начальника управления по эксплуатации…
Какие металлоконструкции пользуются спросом
Использование металлоконструкций в современном мире настолько велико, что трудно найти отрасль, в которой они не применяются. Конструкции из металла являются основой любого производства в промышленности и часто востребованы в сельскохозяйственных направлениях. Производственное объединение ООО «Ремстоймаш», расположенное в городе Курган, имеет богатый опыт в производстве конструкций из металла любой сложности. Свою…
Методы изготовления металлоконструкций
В зависимости от способа эксплуатации, готовые металлические изделия могут трансформироваться, разбираться или иметь стационарную конструкцию. Используемые методы изготовления металлоконструкций зависят от особенностей объекта, на котором они будут эксплуатироваться. К примеру, для быстровозводимых сооружений обычно используются легкие металлоконструкции, каркас зданий практически любых типов состоит из упрочненного…

Пластинчатый теплообменник: конструкция, принцип работы, виды

Пластинчатый теплообменник – это важный элемент в системе отопления и горячего водоснабжения, который предназначен для теплообмена между двумя рабочими средами. Между теплопередающими пластинами в противотоке двигаются греющий и нагреваемый теплоносители без смешивания между собой.

Например, устройство для ГВС мощностью 670 ккал/ч. Один контур – горячая вода 70 градусов, а второй контур холодная вода 5 градусов. Установка позволяет нагревать второй контур до 50 градусов, охлаждая первый до 40 градусов.

Теплообменник – это специальный аппарат, который предназначен для обмена тепла между двумя рабочими средами с различной температурой. Существует множество типов и конструкций. По принципу работы теплообменные устройства разделяются на регенеративные и рекуперативные.

Рекуперативный тип отличается тем, что процесс обмена происходит между теплопередающими пластинами. Потоки изолированы и разделены.

Регенеративный тип характеризуется тем, что обмен осуществляется на одной поверхности, с которой теплоносители контактируют поочередно.

Из рекуперативных наиболее распространенными являются:

Кожухотрубные – имеют цилиндрическую форму, состоят из кожуха и трубного пучка.

Пластинчатые – состоят из тонких теплопередающих пластин и резиновых уплотнений для герметичности. Имеют разборную конструкцию, что значительно упрощает обслуживание в процессе эксплуатации.

Витые – конструкция состоит из спиральной трубки, внутри которой движутся рабочие среды.

Спиральные – по принципу работы схожи с пластинчатыми, но более устойчивы к воздействию высокого давления и температуры. Имеют сварную спиральную конструкцию.

Рекуперативные наиболее востребованы в промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве и производстве.

Преимущества заказа теплообменного и котельного оборудования у нас

Доставка по России, Казахстану и другим странам СНГ от 3 дней

Даем дилерские цены заводов-производителей на 30% ниже рыночных

Подписываем официальный договор — гарантия до 3 лет

Собственное производство пластинчатых видов — изготовим за 3 дня

Профессиональный подбор оборудования

Просто позвоните.. Наш инженер осуществит точный расчет оборудования.

Конструкция пластинчатого устройства

Основой конструкции пластинчатого вида агрегатов являются теплопередающие пластины и уплотнения, которые стянуты болтами между прижимными плитами. Основной материал из которого изготавливают пластины AISI 316 (нержавеющая сталь) толщиной от 0,4 до 1 мм. Для специальных применений возможно изготовление из титана и других сплавов.

На основе синтетического каучука производятся уплотнения, которые препятствуют протечкам и служат для герметичности агрегата.

Нитрильный каучук (NBR): для вязкой или водной рабочей среды;

Этилен-пропиленовый каучук (EPDM): для химических веществ без содержания минеральных масел и жиров.

Фтор-каучук (VITON / FKM): специальный материал, высоко устойчивый к химическим и агрессивным теплоносителям.

Технические характеристики

материал пластин: нержавеющая сталь AISI304, AISI316, 254SMO, Hastelloy, титан, палладий и др.

температура сред не более 180°C

максимальное рабочее давление до 15 бар

площадь поверхности теплообмена от 0,1 кв. м до 2100 кв. м

количество пластин зависит от требуемой мощности

Принцип работы

Сферы применения ЖКХ

В жилищно-коммунальном хозяйстве в основном применяют пластинчатые для подогрева воды в системе отопления и горячего водоснабжения, вентиляции, нагрева воды в бассейнах.

ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

В пищевой промышленности агрегаты нашего типа нашли применение в системах пастеризации молока и молочных продуктов, в системах охлаждения и пастеризации пивного сусла, вина и других напитков.

МЕТАЛЛУРГИЯ

В металлургической промышленности их применяют для охлаждения оборудования и рабочих сред. Например, жидкости в станках и печах для плавки.

НЕФТЕГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

В нефтегазовой отрасли теплообменное оборудование используют для охлаждения жидких и газообразных сред, в установках химподготовки.

МОРСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

На судах теплообменные устройства служат для охлаждения двигателя, масел и основных узлов с применением морской воды.

Виды пластинчатых

Разборные пластинчатые виды

Преимущества

минимум затрат на производство
минимальная стоимость монтажа
производительность подлежит регулировке
простота эксплуатации и ремонта
низкие расходы на эксплуатацию
время простоя минимально
небольшая энергоемкость

Применение

отопительные системы
жилые здания и помещения
бассейны
холодильные и климатические аппараты
системы снабжения горячей водой
тепловые пункты

Паяные виды

Преимущества

минимальная стоимость комплекта
небольшие габариты и площадь размещения
максимальная эффективность
высокая скорость установки и сборки
надежность и эффективность
минимальная цена монтажа

Применение

системы кондиционирования и вентиляции
жилые здания и помещения
бассейны
холодильная техника
компрессорные и турбинные аппараты
промышленные установки

Нужна консультация?

Инженеры компании помогут Вам осуществить правильный расчет для Вашего объекта и подобрать наиболее подходящую модель.

Свяжитесь с нами любым удобным для Вас способом и получите расчет в течение 20 минут.

Заполните форму в правой части страницы или позвоните по номеру +7 (804) 333-70-94 и проконсультируйтесь с нашим специалистом.

Конструкция пластинчатого теплообменника | Составные элементы ПТО FP

Конструктивно разборный пластинчатый теплообменник ФУНКЕ состоит из рамы и пакета пластин

Рама состоит из неподвижной плиты (1), прижимной плиты (2), задней стойки (7), которая соединена с неподвижной плитой, верхней направляющей (3) и нижней направляющей (4).
Между неподвижной и прижимной плитами находится расчетное количество пластин (5) с резиновыми уплотнениями.
Пакет прижат к неподвижной плите прижимной плитой резьбовыми стяжками (6). Степень сжатия устанавливается нормативом и достаточна для уплотнения и герметизации внутренних полостей ПТО FP.

Стандартное расположение портов ПТО FP
F1 – Вход греющей среды
F2 – Выход нагреваемой среды
F3 – Вход нагреваемой среды
F4 – Выход греющей среды

Возможное расположение портов ПТО
F1 – Выход нагреваемой среды
F2 – Вход греющей среды
F3 – Выход греющей среды
F4 – Вход нагреваемой среды

Возможны и другие варианты расположения портов ПТО. Основной принцип, который должен быть соблюден в ПТО, – это принцип противотока (движение навстречу друг другу) греющей и нагреваемой среды.

Корпус пластинчатого теплообменника

Корпус ПТО FP состоит из неподвижной плиты, прижимной плиты, верхней и нижней направляющих, задней стойки, стяжных шпилек, ролика (для больших типоразмеров) и крепежа (болты, гайки)

Основные элементы корпуса	Материал стандартного исполнения
Неподвижная плита, прижимная плита	Ст3сп5 ГОСТ 14637-89, 09Г2С-12 ГОСТ 19281-89
Направляющая верхняя, нижняя	Сталь 20 ГОСТ 1050-88, Ст3пс ГОСТ 380-2005, сталь 20Х13 ГОСТ 5949-75
Стойка задняя	Ст3пс ГОСТ 380-2005
Шпилька стяжная	Сталь 40Х ГОСТ 4543-71 (класс прочности 8.8) Способ нанесения резьбы – накатка
Крепеж, болты	Сталь 40Х ГОСТ 4543-71, сталь 35 ГОСТ 1050-88 (класс прочности 8. 8) Способ нанесения резьбы – накатка
Ролик	Полиамид 6 ТУ 6-06-142-90

Ответные фланцы

ПТО FP с диаметром присоединения Ду 25 комплектуются штуцерами из нержавеющей стали с наружной резьбой. Для ПТО FP с диаметром присоединения Ду 50 и больше стандартно применяется фланцевое присоединение. Ответные фланцы в стандартный комплект поставки ПТО FP не входят, однако по дополнительному запросу Заказчика ПТО FP могут быть укомплектованы ответными фланцами, выполненными по ГОСТ 12820-80 с прокладками из EPDM или паронита.

Резьбовые отверстия под болты на основной плите для крепления фланцев – СКВОЗНЫЕ. В связи с этим длина болтов крепления фланцев должна быть такой, чтобы при сборке они не выступали за внутреннюю поверхность основной плиты. Стандартное исполнение уплотнительной поверхности теплообменника – «гладкая» (под фланец исполнения 1 по ГОСТ 12815-80). По требованию Заказчика могут быть выполнены присоединения теплообменника с уплотнительной поверхностью «выступ-впадина» и «шип-паз» (под фланцы исполнения 2 и исполнения 4 по ГОСТ 12815-80 соответственно). Также возможна поставка ответных фланцев по ГОСТ 12821-80 (приварные встык) и ответных фланцев из сталей других марок по отдельному заказу.

Расположение портов одно- и двухходовых ПТО

Порты присоединения участвующих в теплообмене сред выполняются на основной плите, а в многоходовых исполнениях – также и на прижимной плите. Расположение портов присоединения ПТО FP определяется для каждого заказа индивидуально и точно указывается в спецификации! Стандартно теплообменники поставляются в одноходовом исполнении.


Двухходовой ПТО	Одноходовой ПТО

Моноблок для двухступенчатой схемы ГВС

Моноблок применяется для организации двухступенчатой схемы ГВС в корпусе одного теплообменника (вместо использования двух отдельных теплообменников). С одной стороны, такое решение снижает первоначальные инвестиционные затраты и экономит монтажное пространство, с другой стороны, в значительной степени усложняет сервисное обслуживание ПТО, т. к. крепление трубопроводов к моноблоку осуществляется как со стороны неподвижной, так и со стороны прижимной плит. Конструкция моноблока и принцип его работы в общем виде представлены ниже)

F1 – вход обратного теплоносителя из системы отопления
F2 – вход циркуляционной воды ГВС (при отсутствии циркуляции ГВС патрубок F2 глушится)
F3 – выход нагретой воды ГВС
F4 – вход горячего теплоносителя из теплосети
B3 – вход холодной водопроводной воды
B4 – выход общего обратного теплоносителя в теплосеть

Расположение портов моноблочного теплообменника двухступенчатой системы ГВС

Нижнее расположение портов
F4 – вход горячего теплоносителя из теплосети (Рис. 8)
F1 – вход обратного теплоносителя из системы отопления
F2 – вход циркуляционной воды ГВС*
F3 – выход нагретой воды ГВС
F4 – вход горячего теплоносителя из теплосети
B3 – вход холодной водопроводной воды
B4 – выход общего обратного теплоносителя в теплосеть
Верхнее расположение портов
F2 – вход горячего теплоносителя из теплосети (Рис. 9)
F1 – выход нагретой воды ГВС
F2 – вход горячего теплоносителя из теплосети
F3 – вход обратного теплоносителя из системы отопления
F4 – вход циркуляционной воды ГВС*
B1 – вход холодной водопроводной воды
B2 – выход общего обратного теплоносителя в теплосеть
Верхнее расположение портов
F1 – вход горячего теплоносителя из теплосети (Рис. 9)
F1 – вход горячего теплоносителя из теплосети
F2 – выход нагретой воды ГВС

F3 – вход циркуляционной воды ГВС*
F4 – вход обратного теплоносителя из системы отопления
B1 – выход общего обратного теплоносителя в теплосеть
B2 – вход холодной водопроводной воды
Верхнее расположение портов
B2 – вход горячего теплоносителя из теплосети (Рис. 9)
F1 – вход холодной водопроводной воды
F2 – выход общего обратного теплоносителя в теплосеть
F3 – вход обратного теплоносителя из системы отопления
F4 – вход циркуляционной воды ГВС*
В1 – выход нагретой воды ГВС
В2 – вход горячего теплоносителя из теплосети
Нижнее расположение портов
F3 – вход горячего теплоносителя из теплосети (Рис.

8)
F1 – вход циркуляционной воды ГВС*
F2 – вход обратного теплоносителя из системы отопления
F3 – вход горячего теплоносителя из теплосети
F4 – выход нагретой воды ГВС
B3 – выход общего обратного теплоносителя в теплосеть
B4 – вход холодной водопроводной воды

*При отсутствии циркуляции ГВС соответствующий патрубок глушится. Данные по назначению портов моноблока указываются в паспорте теплообменника.

Примечание: данные по назначению портов указываются в паспорте теплообменника.

Устройство пластинчатого теплообменника

Каталог теплообменников ТЕПЛОГАЗ (20 МБ)

Основными компонентами разборных пластинчатых теплообменников являются:

Пакет пластин (4), который включает в себя столько пластин, сколько требуется для обеспечения нужной поверхности теплопередачи. Конечная пластина (5).
Резиновые уплотнения (3) (для разборных пластинчатых теплообменников на пластинах обеспечивают надежную изоляцию каналов. Уплотнения также определяют направление потока внутри пластинчатого теплообменника
Рама (для разборных пластинчатых теплообменников), в которую заключен пакет пластин, скрепляется при помощи болтов. Рама состоит из неподвижной плиты, станины (1), прижимающей плиты (6), верхней (8) и нижней направляющих, задней стойки (7). Шпильки (9) стягивают пластины, размещенные между плитами в пакет.
Штуцеры для ввода и вывода теплоносителя обычно находятся на фиксированной пластине, являющейся частью рамы разборного пластинчатого теплообменника.
Резиновые вставки (2) для исключения контакта теплоносителя с плитой.

Теплоноситель и нагреваемая жидкость по трубопроводам подводятся к теплообменнику и по распределительным коллекторам попадают в каналы, образованные соседними пластинами. Потоки теплоносителя и нагреваемой жидкости движутся противотоком: по одну сторону пластины теплоноситель, по другую – нагреваемая жидкость. Многократное сжатие, расширение и изменение направления потока приводят к сильной турбулизации и, как следствие, к высокой интенсивности теплообмена между средами через тонкостенные пластины. Обменявшись теплом, жидкости по распределительным коллекторам собираются в трубопроводы и отводятся от теплообменника

Все присоединительные патрубки одноходового теплообменника расположены на неподвижной плите, обеспечивая легкую установку и дальнейшую эксплуатацию теплообменника.

В случае низкого перепада температур, или там где этот перепад максимально полно необходимо использовать, наиболее экономичной становится двухходовая схема.

Одноходовой теплообменник

Двухходовой теплообменник

Пластинчатые теплообменник Теплогаз укомплектовываются высокоэффективными пластинами, которые были специально спроектированы, чтобы достигать максимального коэффициента теплопередачи.
Пластины TG и TGX относятся к «елочному» типу (Herringbone)

Елочный тип пластин TG (Herringbone)

Пластины типа TGX имеют нечастый и глубокий волновой рисунок (см. рисунок ниже), TG серия имеет частый и неглубокий волновой рисунок. Поэтому тип TGX применяется когда необходимо обеспечить низкий коэффициент NTU, а тип TG когда требуется высокий NTU.

NTU 0,5 и менее обычно считается низким NTU, а 3.0 и выше считается высоким NTU

TGX — серия

TG — серия

Но даже в одной и той же серии, возможно широко варьировать коэффициент NTU. Достигается это путем смешивания пластин с различным «елочным» углом — острым и тупым в каждой серии (см. рисунок ниже). Тупой угол соответствует высокому коэффициенту NTU, а острый низкому.

тупой угол, тип Н

острый угол , тип L

смешанный канал HL

Ассиметричные каналы

Пластины TG025, TG077, TG 52, TG82 по одной стороне имеют широкие каналы а по другой узкие. С этими пластинами возможно создание 11 типов каналов, что позволяет оптимизировать количество пластин в и снизить стоимость теплообменника.

Уплотнения разборного теплообменника Теплогаз

Бесклеевые уплотнения Clip On
Бесклеевой тип уплотнений со специальными замками Clip On особенно подходит для теплообменников, где требуется частая их замена, а также в пищевой промышленности, где применение клея нежелательно. Также отметим, что соединение пластин и уплотнений устроено таким образом, чтобы контакт среды с уплотнениями в теплообменнике был минимальным. Это увеличивает срок службы уплотнений.

По форме изготовления различают уплотнения с двумя и с четырьмя кольцами. Уплотнения с четырьмя кольцами (Start и Half) используются для конечных пластин.

Марка материала может дополнительно указываться краской на месте дренажа. Для каждого материала соответствует цвет:

Серый или белый – EPDM(P)(Этилен-пропиленовый каучук) Стандартная резина, которая имеет множество применений в различных областях. Подходит для гидравлических жидкостей на основе гликоля, тормозной жидкости, горячей воды, для использования с питьевой водой. Рабочий диапазон температур от -30°C до +180°C.

Синий – NBR(P) (Бутадиен-нитрильный каучук).Сополимер акрилонитрила и бутадиена.Обладает высокой устойчивостью к нефтепродуктам и смазочным веществам, маслам, топливам, воде, гидравлическим жидкостям на нефтяной основе, щелочам, растворителям. Рабочий диапазон температур от -30°C до +140°C.

Красный – FKM. (Фтористая резина) Резина с содержанием фтора для химически агрессивных сред. Рабочий диапазон температур от -20° до +200° С

Форма клипа препятствует разрыву и не слетает

Два бурта уплотнения противостоят давлению в теплообменнике

Рама разборного теплообменника Теплогаз

Рамы теплообменника: дробестрйная обработка с полимерным покрытием.

Верхняя и нижняя напрявляющие изготовлены из нержавеющей стали AISI304
Наличие открытых пазов под шпильки позволяет снимать шпильки без полной разборки теплообменника, что облегчает обслуживание аппарата.
Теплообменники с фланцевым присоединением комплектуются ответными фланцами
Использование резиновых вставок на плитах исключает контакт жикости с плитой теплообменника.

Для подведения греющей и нагреваемой жидкости установлены фланцы или штуцера различных видов в зависимости от области применения. Материал штуцера — нержавеющая сталь AISI304. Для удобства монтажа и обслуживания порты могут изготавливаться с отводами 90°.

Фланцевое соединение ГОСТ 12820-80 с резиновой вставкой

Соединение штуцером с трубной резьбой ГОСТ 6357-81

Соединение штуцером DIN 11850

Конструкция теплообменника и типы теплообменников

Конструкция теплообменника

Мы используем теплообменник каждый день в наших домах, на рабочих местах и в транспортных средствах, даже не подозревая об этом. Теплообменная конструкция представляет собой тепловое теплообменное устройство, обменивающее (отсюда и их название) тепловую энергию от одного источника и передающую ее другому при разных температурах. В большинстве конструкций теплообменников жидкости или газы, используемые для передачи тепла, разделены и не смешиваются.

Теплообменники существуют уже много лет и обычно используются в обычных системах теплового отопления, а также в системах кондиционирования воздуха, холодильном оборудовании, транспортных средствах, а теперь и в системах рекуперации тепла с использованием возобновляемых источников энергии, таких как солнечные тепловые панели для обогрева плавательных бассейнов, Геотермальная и другие подобные виды применения солнечной тепловой энергии.

Типовая конструкция теплообменника

Но более распространенные типы теплообменников, которые мы видим и используем ежедневно, включают домашние радиаторы центрального отопления, автомобильные радиаторы, конденсаторы и испарители HVAC, задние коробки каминных печей, масляные радиаторы и т. д.

Использование теплообменников в нашей повседневной жизни бесконечно. Если вы когда-либо использовали грелку в постели ночью, чтобы согреть ноги, то вы слишком хорошо знаете преимущества, которые могут принести теплообменники.

Итак как работает теплообменник . Теплообменник представляет собой пассивную гофрированную массу металла, которая передает тепло от одной рабочей жидкости к другой.

Первичный теплоноситель поглощает тепло от источника тепла, горелки, котла или другого нагревательного устройства, а затем циркулирует через теплообменник, где тепло отбирается от теплоносителя (воды или газа) и передается вторичная жидкость, снова вода или газ, который циркулирует и рассеивает тепло (поглотитель тепла) в дом или атмосферу.

Солнечные водонагревательные системы используют технологию теплообменника для передачи тепла от солнца в циркулирующую воду во многих непрямых системах с использованием теплообменника, отдельного от солнечных коллекторов. Эти типы теплообменников широко известны как теплообменники вода-вода, поскольку как первичная, так и вторичная жидкости представляют собой воду, возможно, смешанную с антикоррозионной присадкой.

Теплообменники с воздушным охлаждением представляют собой еще один тип конструкции теплообменника, используемый в автомобильной промышленности для охлаждения двигателя. Первичной жидкостью является вода, а вторичной жидкостью является воздух, продуваемый через ребра теплообменника вентиляторами. Обычно в теплообменнике нет движущихся частей, только внешние вентиляторы для циркуляции воздуха.

На выбор предлагается множество конструкций теплообменников, включая трубчатые, двухтрубные, пластинчатые, спиральные и змеевиковые конструкции. Выбор того или иного типа конструкции теплообменника зависит от многих факторов. Большинство теплообменников классифицируются в соответствии с их конструкцией, процессом теплопередачи и плотностью поверхности. Это площадь поверхности, от которой отводится или передается тепло по сравнению с физическим размером.

Некоторые из наиболее распространенных конструкций теплообменников и типы включают:

Типы теплообменников

1. Трубчатые и кожухотрубные теплообменники
2. Двухтрубные или спиральные теплообменники
3. Плоские и ребристые теплообменники
4. Радиаторы и солнечные теплообменники
5. Спиральные теплообменники
6. Воздухоохладители, чиллеры и конденсаторы
7. Мокрые градирни

Конструкции трубчатых теплообменников

Трубчатые теплообменники представляют собой самую простую конструкцию. Первичная жидкость циркулирует по прямым или концентрическим трубам U-образной конструкции. Эти первичные трубки заключены во внешнюю герметичную трубку, по которой циркулирует вторичная жидкость.

Их обычное применение – это небольшие системы передачи тепла вода-вода. Преимуществом этого типа конструкции является гибкость, поскольку трубчатые теплообменники могут быть добавлены или удалены по мере необходимости. Также любое количество теплообменников может быть соединено последовательно или параллельно.

Конструкция трубчатого теплообменника — двухпоточный

Несмотря на то, что конструкция одноходового теплообменника этого типа очень проста и эффективна, ее эффективность можно повысить за счет направленного потока вторичной жидкости в направлении, противоположном направлению первичного потока. улучшить поглощение тепла и эффективность. Если и первичная, и вторичная жидкости текут в одном направлении, то это называется «параллельным потоком».

Если первичная и вторичная жидкости текут в противоположном направлении, то это называется «противотоком». Кроме того, внутренняя тепловая трубка может представлять собой либо одну оголенную трубку с ребрами для увеличения площади поверхности, либо многотрубную конструкцию, как показано на рисунке.

Конструкции плоских теплообменников

Плоские теплообменники представляют собой еще один распространенный тип конструкции, обеспечивающий повышенную эффективность для своего размера по сравнению с трубчатыми конструкциями. Эти типы теплообменников обеспечивают относительно большую поверхность теплопередачи в небольшом пространстве, а также могут работать при более высоких давлениях жидкости.

Как правило, они изготавливаются из множества тонких металлических пластин, соединенных или уложенных друг на друга, с небольшим пространством между пластинами, чтобы обеспечить циркуляцию теплоносителя, отбирающего тепло от пластин по мере их течения. Эти отдельные пластины обычно соединяются вместе с помощью резиновых прокладок и уплотнений, чтобы предотвратить утечку и направить теплоносители через альтернативные каналы потока. Другие типы плоских теплообменников включают паяные или сварные теплообменники.

Поскольку площадь поверхности плоских теплообменников велика, это обеспечивает максимальный контакт между двумя теплоносителями, что обеспечивает эффективную и действенную теплопередачу. Так же, как и в трубчатой конструкции, поток жидкости двух теплоносителей может быть либо параллельным, либо встречным, при этом каждая пластина имеет четыре отверстия, служащие впускным и выпускным отверстиями.

Пластинчато-ребристые и трубчато-ребристые теплообменники представляют собой еще один более распространенный тип тепловых теплообменников, относящихся к категории «компактных теплообменников».

Они состоят из плоских, гофрированных или жалюзийных металлических ребер, которые приклеены, припаяны или приварены к ряду плоских, круглых или прямоугольных трубок. Этот тип конструкции теплообменника уже много лет используется либо с отдельными ребрами, либо с пластинчатыми ребрами в самых разных областях применения.

Теплообменники получили свое название из-за того, что их конструкция обеспечивает очень большую площадь тепловой поверхности при небольшом физическом размере. Компактность теплообменника обычно дается в стольких м ² / м ³ физического размера с плотностью поверхности более 1000 м ² / м ³ в настоящее время распространены.

Компактные теплообменники обычно используются в качестве автомобильных радиаторов водяного и масляного охлаждения, систем кондиционирования воздуха, рекуперации технологического и отработанного тепла, преобразования тепловой энергии океана (OTEC), геотермальных и солнечных тепловых систем. Практически везде, где требуется небольшой, компактный, легкий, компактный и экономичный теплообменник.

Мы видели, что теплообменник представляет собой механическое устройство, которое используется для передачи тепловой энергии между двумя или более циркулирующими жидкостями при разных температурах.

Эти жидкости обычно разделены какой-либо формой теплопередающей поверхности, будь то трубчатая, плоская пластина или ребристая конструкция. Теплообменники обычно классифицируют по их конструкции, компактности и способу передачи тепла от первичных жидкостей к вторичным.

Теплообменники обычно используются в транспорте, ОВКВ, технологических процессах, энергетике, рекуперации тепла, возобновляемых источниках энергии и солнечном охлаждении. Типы теплообменников, обычно используемых в нашей повседневной жизни, включают автомобильные радиаторы и охладители, кондиционеры и геотермальные испарители и конденсаторы.

Технология и дизайн теплообменников прошли долгий путь за эти годы, и наблюдается устойчивый прогресс в уменьшении размера и компактности радиаторов, охладителей, испарителей и конденсаторов для повышения эффективности преобразования.

Компактные теплообменники становятся все более стандартными и имеют большую плотность поверхности теплопередачи на единицу объема, превышающую 800 м ² /м ³ . В компактных конструкциях теплообменника две жидкости обычно движутся перпендикулярно друг другу, при этом первичная жидкость представляет собой жидкость, а вторичная жидкость — нагнетаемый воздух.

Конечно, тепловые характеристики любого теплообменника со временем ухудшаются в результате накопления грязи и отложений либо снаружи на поверхностях теплообмена, либо внутри самих трубок. Эти слои отложений создают дополнительное сопротивление передаче тепла, поэтому иногда требуется периодическая очистка и техническое обслуживание, чтобы теплообменник работал с максимальной эффективностью.

Теплообменник «вода-воздух» 20×20 ~ 1 дюйм, медные порты…

AB Теплообменник для гидромассажной ванны/солнечной батареи/бассейна 85 кБТЕ: 316 л. ..

Теплообменник вода-воздух 18×20 Теплообменник с горячей водой…

Пластинчатый теплообменник AB, 5 x 12 дюймов, 60 пластин, вода в…

Основные методы проектирования теплообменника

Авторская панель Авторизация

Что такое открытый доступ?

Открытый доступ — это инициатива, направленная на то, чтобы сделать научные исследования бесплатными для всех. На сегодняшний день наше сообщество сделало более 100 миллионов загрузок. Он основан на принципах сотрудничества, беспрепятственного открытия и, самое главное, научного прогресса. Будучи аспирантами, нам было трудно получить доступ к нужным нам исследованиям, поэтому мы решили создать новое издательство с открытым доступом, которое уравняет правила игры для ученых со всего мира. Как? Упрощая доступ к исследованиям и ставя академические потребности исследователей выше деловых интересов издателей.

Наши авторы и редакторы

Мы представляем собой сообщество из более чем 103 000 авторов и редакторов из 3 291 учреждения в 160 странах, в том числе лауреатов Нобелевской премии и самых цитируемых исследователей мира. Публикация на IntechOpen позволяет авторам получать цитирование и находить новых соавторов, а это означает, что больше людей увидят вашу работу не только из вашей собственной области исследования, но и из других смежных областей.

Оповещения о содержимом

Краткое введение в этот раздел, посвященный открытому доступу, особенно с точки зрения IntechOpen

Как это работаетУправление предпочтениями

Контакты

Хотите связаться? Свяжитесь с нашим головным офисом в Лондоне или командой по работе со СМИ здесь:

Карьера:

Наша команда постоянно растет, поэтому мы всегда ищем умных людей, которые хотят помочь нам изменить мир научных публикаций.

Рецензируемая глава в открытом доступе

Автор:

Cüneyt Ezgi

Представлено: 23 марта 2016 г. Рецензировано: 14 февраля 2017 г. Опубликовано: 27 апреля 2017 г.

doi: 10.5772/67888

Скачать бесплатно

из отредактированного тома

Под редакцией S M Sohel Murshed и Manuel Matos Lopes

Подробная информация о заряде

ГЛАВА МЕТРИКС. БЕСПЛАТНО. Эти устройства могут широко использоваться как в быту, так и в промышленных приложениях, таких как парогенераторы на тепловых электростанциях, дистилляторы в химической промышленности, испарители и конденсаторы в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и процессах охлаждения, радиаторы, автомобильные радиаторы и регенераторы в газотурбинных двигателях. В этой главе обсуждаются основные методы проектирования двухжидкостных теплообменников.

Ключевые слова

среднелогарифмическая разность температур (LMTD)
эффективность-количество единиц переноса (ε − NTU)
безразмерная средняя разность температур (Ψ − P) и (P1 – P2) модифицированная эффективностью количество переносов единицы (ε − NTUo)
приведенная длина и приведенный период (Λ − π)

1. Введение

Теплообменники (HE) представляют собой устройства, которые передают энергию между жидкостями при различных температурах путем теплопередачи. Теплообменники можно классифицировать по разным критериям. Классификация разделяет теплообменники (ТО) в рекуператорах и регенераторах в зависимости от используемой конструкции. В рекуператорах тепло передается непосредственно (непосредственно) между двумя жидкостями и встречно, в регенераторах непосредственный теплообмен между жидкостями отсутствует. Скорее это делается через промежуточный этап, связанный с накоплением тепловой энергии. Рекуператоры можно классифицировать по способу передачи на типы прямого контакта и непрямого контакта. В непрямом контакте HE между жидкостями существует стена (физическое разделение). Рекуператоры относятся к прямому типу. Напротив, регенераторы представляют собой устройства, в которых происходит прерывистый теплообмен между горячими и холодными жидкостями за счет накопления тепловой энергии и выделения ее через поверхность или матрицу теплообменника. Регенераторы в основном делятся на роторные и неподвижные матричные модели. Регенераторы относятся к типу непрямой передачи.

В этой главе обсуждаются основные методы проектирования двухжидкостных теплообменников. Мы обсуждаем метод логарифмически-средней разности температур (LMTD), эффективность метода ε-NTU, безразмерную среднюю разность температур (Ψ-P) и ( P ₁ – P ₂ ) для анализа рекуператоров. Метод LMTD можно использовать, если известны температуры на входе, одна из температур на выходе жидкости и массовый расход. Метод ε – NTU можно использовать, когда не известны температуры жидкостей на выходе. Кроме того, обсуждаются методы модифицированного по эффективности числа передаточных единиц (ε-NTUo) и сокращенной длины и периода (Λ-π) для регенераторов.

2. Управляющие уравнения

Баланс скорости энергии

dEcvdt=Q˙−W˙+∑im˙i(hi+Vi22+gzi)−∑em˙e(he+Ve22+gze)E1

Для контрольного объема в установившемся режиме dEcvdt=0. Изменениями кинетической и потенциальной энергий протекающих потоков от входа до выхода можно пренебречь. Единственной работой регулирующего объема, охватывающего теплообменник, является работа потока, поэтому W˙=0 и однопоточная (только один вход и один выход) и из стационарной формы скорость теплообмена становится просто [1–3]

Q˙=m˙(h3−h2)E2

Для одиночного потока мы обозначаем состояние входа индексом 1 и состояние выхода индексом 2.

Для горячих жидкостей

Q˙=m˙(hh2 −hh3)E3

Для холодных жидкостей:

Q˙=m˙(hc2−hc1)E4

Суммарную скорость теплообмена между жидкостями можно определить по формуле

Q˙=UAΔTlmE5

, где общий коэффициент теплопередачи, единицей измерения которого является Вт/м ² ^o C, а ΔTlmi – среднелогарифмическая разность температур.

Объявление

3. Суммарный коэффициент теплопередачи

Теплообменник состоит из двух протекающих жидкостей, разделенных сплошной стенкой. Тепло передается от горячей жидкости к стенке конвекцией, через стенку теплопроводностью и от стенки к холодной жидкости конвекцией.

UA=UoAo=UiAi=1RtE6

где Ai=πDiLand Ao=πDoLand U — общий коэффициент теплопередачи для данной площади. R _t – общее тепловое сопротивление, которое может быть выражено как [1]

RT = 1UA = 1HIAI+RW+RFIAI+RFOAO+1HO AOE7

, где R _F — это устойчивость (фактор), а R _W1. следующие уравнения.

Для голой плоской стены

Rw=tkAE8

где t – толщина стенки

Для цилиндрической стены

Rw=ln(rori)2πLkE9

Общий коэффициент теплопередачи снаружи площадь поверхности стенки неребристых трубчатых теплообменников,

Uo=1rori1hi+rori Rfi+rokln(rori)+Rfo+1hoE10

where R _fi and R _fo are fouling resistance of the inside and outside surfaces, respectively.

Uo=1rori1hi+Rft+rokln(rori)+1hoE11

where R _ft is the total fouling resistance, given as

Rft=AoAiRfi+RfoE12

For finned surfaces,

Q˙=ηhA∆TE13

, где η — это общая эффективность поверхности и

η = 1 -AFA (1 — ηf) E14

, где A _F — это площадь FIN и η

02020202020202020202020202020202020202020202.

20202020202020202020202 эффективность ребра и определяется как

ηf=Q˙fQ˙f,maxE15

Постоянное поперечное сечение очень длинных ребер и ребер с изолированными концами, эффективность ребра может быть выражена как

ηf,long=1mLE16

ηf ,изолированный=tanh(мл)mLE17

, где L — длина плавника.

Для прямых треугольных ребер,

ηf,triangular=1mLI1(2mL)I0(2mL)E18

Для прямых параболических ребер,

ηf,parabolic=21+(2mL)2+1E19 для прямоугольных ребер

профиль,
ηf,прямоугольный=CK1(mr1)I1(mr2c)−I1(mr1)K1(mr2c)I0(mr1)K1(mr2c)−K0(mr1)I1(mr2c)E20
где математические функции I и K — модифицированные функции Бесселя и
m=2h/ktE21
, где t — толщина ребра.
и
C = 2R1/MR2C2 — R12E22
, где
R2C = R2+T/2E23
для PIN -плавников прямоугольного профиля,
ηf, PIN, прямоугольный = TANHMLCMLCE24
77777777777777777797779. M. 40004777777777797779.
77797779.
779797779779779. /kDE25
и скорректированная длина ребра, L _c , определенная как
Lc=L+D/4E26

, где L — диаметр цилиндрического ребра D . Скорректированная длина ребра является приблизительным, но практичным и точным способом учета потерь от кончика ребра, который заключается в замене длины ребра 9.0019 L в отношении изолированного корпуса наконечника.

A – общая площадь поверхности с одной стороны

A=Au+AfE27

Общий коэффициент теплопередачи основан на площади наружной поверхности стенки ребристых трубчатых теплообменников,

Uo=1AoAi1ηihi+ AoAiRfiηi+AoRw+Rfoηo+1ηohoE28

, где A _или и A _i представляют собой общую площадь внешней и внутренней поверхностей соответственно.

Объявление

4. Тепловой расчет рекуператоров

Для анализа тепловых характеристик рекуператоров используются четыре метода: логарифмически-среднетемпературная разность (LMTD), эффективность-число передаточных единиц (ε−NTU), безразмерная средняя температурная разность ( Ψ−P) и ( P ₁ – P ₂ ).

4.1. Метод среднелогарифмической разности температур (LMTD)

Использование этого метода явно облегчается знанием температур горячего и холодного флюида на входе и выходе. Такие приложения могут быть классифицированы как проблемы проектирования теплообменников; то есть проблемы, в которых известны температуры и производительность, и желательно определить размер теплообменника.

4.1.1. Параллельный и противоточный теплообменник

В двухтрубном теплообменнике возможны два типа организации потока: прямоточный и противоточный. При параллельном потоке как горячие, так и холодные жидкости входят в теплообменник с одного конца и движутся в одном направлении, как показано на рис. 1. При противотоке горячие и холодные жидкости входят в теплообменник с противоположных концов и перетекают в в противоположном направлении, как показано на рис. 2.

рис. 1.

w3.org/2001/XMLSchema-instance»> Параллельный поток в двухтрубном теплообменнике.

Рис. 2.

Противоток в двухтрубном теплообменнике.

Скорость теплопередачи составляет

Q˙ = UAΔTLME29

, где ΔTLMIS LOG-средняя разность температуры и

ΔTLM = ΔT1-ΔT2LN (ΔT1ΔT2) E30

Then,

Q˙ = Δt2). E31

где конечные температуры ΔT1 и ΔT2 для прямоточного теплообменника равны

ΔT1=Thi-TciE32

ΔT2=Tho-TcoE33

где T _HI — это температура в находе горячих жидкости, T _CI — температура на входе холодной жидко температура холодной жидкости на выходе.

Конечные температуры ΔT1 и ΔT2 для противоточного теплообменника:

ΔT1=Thi-TcoE34

ΔT2=Tho-TciE35

4.1.2. Многоходовой и перекрестноточный теплообменник

В компактных теплообменниках две жидкости обычно движутся перпендикулярно друг другу, и такая конфигурация потока называется перекрестным потоком. Перекрестный поток далее классифицируется как несмешанный и смешанный поток, в зависимости от конфигурации потока, как показано на рисунках 3 и 4.

Рисунок 3.

Обе жидкости несмешанные.

Рис. 4.

Одна смешанная жидкость и одна несмешанная жидкость.

Многоходовые схемы часто используются в кожухотрубных теплообменниках с перегородками (рис. 5).

Рис. 5.

Один проход оболочки и два прохода трубы.

Среднелогарифмическая разность температур ΔTlmis рассчитана при условии противотока. Скорость теплопередачи равна

Q˙=UAFΔTlm,cfE36

, где F является безразмерным поправочным коэффициентом и зависит от температурной эффективности P , коэффициента теплоемкости R и организации потока.

P=Tc2-Tc1Th2-Tc1E37

R=Th2-Th3Tc2-Tc1E38

Значение P находится в диапазоне от 0 до 1. Значение R находится в диапазоне от 0 до бесконечности. Если изменение температуры одной жидкости незначительно, либо P , либо R равно нулю, а F равно 1. Следовательно, поведение теплообменника не зависит от конкретной конфигурации. Так было бы в случае, если бы одна из жидкостей претерпела фазовый переход.

Поправочный коэффициент Диаграммы F для обычных кожухотрубных и перекрестноточных теплообменников показаны на рисунках 6–10.

Рис. 6.

Один проход оболочки и любое количество проходов трубы, кратное двум.

Рис. 7.

w3.org/2001/XMLSchema-instance»> Два прохода корпуса и четырехтрубный проход.

Рис. 8.

Однопроходный поперечный поток со смешанной жидкостью и несмешанной другой.

Рис. 9.

Однопроходный поперечный поток с обеими несмешанными жидкостями.

Рис. 10.

Два прохода оболочки и любое число проходов трубы, кратное четырем.

4.1.3. Процедура, которой необходимо следовать при использовании метода LMTD

Выберите тип теплообменника.
Рассчитайте любые неизвестные температуры на входе или выходе и скорость теплопередачи.
Рассчитайте среднелогарифмическую разность температур и при необходимости поправочный коэффициент.
Рассчитайте общий коэффициент теплопередачи.
Рассчитайте площадь поверхности теплообмена.
Рассчитать длину трубы или теплообменника

4.2. Метод

ε – NTU

Если известны тип и размер теплообменника и необходимо определить температуру жидкости на выходе, то приложение называется задачей расчета производительности. Такие задачи лучше всего анализируются методом NTU-эффективности [4, 5].

Отношение производительности равно

C*=CminCmaxE39

где C _мин и C _макс — меньшая и большая из двух величин C _H и C _C, соответственно, и C _H и C _{C 2020202019090}11901_{0_{0_0₀₀909019. и CARTERSHIP.}}

Эффективность теплообменника ε определяется как

ε=Q˙Q˙max=Фактическая скорость теплопередачи Максимально возможная скорость теплопередачи E40

где

<ЧЭ41

или

Q˙max=(m˙cp)h(Th2−Tc1) ifCh

где Cc=mc˙cpc и Ch=mh˙cP – коэффициенты теплоемкости холодного и горячего флюидов соответственно, а m˙ — скорость массового расхода, а c _p — удельная теплоемкость при постоянном давлении.

Таким образом, эффективность теплообменника записывается как

ε=Ch(Th2−Th3)Cmin(Th2−Tc1)=Cc(Tc2−Tc1)Cmin(Th2−Tc1)E43

Номер передаточной единицы (NTU) определяется как отношение общей теплопроводности к меньшему показателю теплоемкости. NTU обозначает безразмерный размер теплопередачи или тепловой размер теплообменника [4, 5].

NTU=UACmin=1Cmin∫UdAE44

В испарителе и конденсаторе для параллельного и противоточного потока,

C*=CminCmax=0E45 типы теплообменников также представлены на рисунках 11–16.

Рис. 11.

Эффективность параллельного потока.

Рис. 12.

Эффективность противотока.

Рис. 13.

Эффективность одного прохода оболочки и 2, 4, 6,… проходов трубы.

Рисунок 14.

Эффективность двух проходов оболочки и 4, 8, 12,… проходов трубы.

Рис. 15.

w3.org/2001/XMLSchema-instance»> Эффективность поперечного потока при несмешанных двух жидкостях.

Рис. 16.

Эффективность поперечного потока с одной смешанной жидкостью и другой несмешанной.

4.2.1. Порядок действий при использовании метода

ε – NTU
Для рейтингового анализа:
Расчет коэффициента мощности
Рассчитать NTU.
Определить эффективность.
Рассчитайте общую скорость теплопередачи.
Расчет температуры на выходе.
Для задачи определения размера:
Рассчитайте эффективность.
Расчет коэффициента мощности.
Рассчитайте общий коэффициент теплопередачи.
Определить NTU.
Рассчитайте площадь поверхности теплопередачи.
Рассчитать длину трубы или теплообменника
4.3.
ψ — р Метод
Средняя разность температуры безразмер бы составляет [4]
ψ = ΔTMTHI -TCI = ΔTMΔTMAXE47
ψ = εNTU = P1NTU1 = P2NTU2E48
ψ = εnt Температурные эффективности жидкостей 1 и 2 определяются как соответственно
P1=T1,o−T1,iT2,i−T1,iE49
P2=T2,i−T2,oT2,i−T1,iE50
ψ={FP1(1−R1)ln[(1− R1P1)(1−P1)] для R1≠1F(1−P1) для R1=1E51
, где 1 и 2 — поток жидкости 1 и поток жидкости 2 соответственно, а R — коэффициент теплоемкости, определяемый как
R1=C1C2=T2,i-T2,oT1,o-T1,iE52
R2=C2C1=T1,o-T1,iT2,i-T2,oE53
R1=1R2E54
Безразмерная средняя температура разница как функция для P ₁ и R ₁ с линиями для постоянных значений NTU ₁ и коэффициента показаны на рис. 17.
рис.
Скорость теплопередачи определяется выражением
q=UAΨ(Thi−Tci)E55
4.
3.1. Порядок действий при использовании метода Ψ – P

Рассчитать NTU ₁ .
Рассчитать коэффициент F .
Рассчитайте R ₁ с линиями для постоянных значений NTU ₁ и F Фактор, наложенные на рисунке 17.

График Demension Tembense Tectrab P ₁ и R ₁ на рис. 17.
Рассчитайте скорость теплопередачи.

4.4.

P _l – P ₂ method

The dimensionless mean temperature difference is [4]

ψ=εNTU=P1NTU1=P2NTU2E56

P ₁ – P ₂ chart for Кожухотрубный теплообменник 1–2 [2] со смешанной межтрубной жидкостью показан на рис. 18.

Рис. 18.

w3.org/2001/XMLSchema-instance»> P ₁ –P ₂ диаграмма кожухотрубного теплообменника 1–2 с межтрубной жидкостью смешанный.

, где 1 и 2 обозначают один проход оболочки и два прохода трубы соответственно.

4.4.1. Процедура, которой следует следовать с помощью метода

P ₁ – P ₂

Рассчитать NTU ₁ или NTU ₂ .
Рассчитать R ₁ или R ₂ .
Участок P ₁ как функция R ₁ с NTU ₁ или P _{2 как функция 90 a 901R ₂ с NTU ₂ на рис. 18.}
Рассчитайте безразмерную среднюю температуру Ψ.
Рассчитайте скорость теплопередачи.

Объявление

5. Тепловой расчет регенераторов

Для анализа тепловых характеристик регенераторов используются два метода: ε-NTUo- и Λ-π-методы соответственно для роторных и стационарных матричных регенераторов.

5.1.

ε – NTU _{o 9Метод 0190 Метод ε – NTU _o был разработан Coppage and London в 1953 году. ] E57
C*= CMINCMAXE58
CR*= CRCMINE59
CR = MWCWNE60
, где C _W — это специфическая тепло, N — это рот. M _w — масса матрицы и определяется как
Mw=ArcHrρmSmE61
where A _rc is the rotor cross-sectional area, H _r is the rotor height, ρ _m is the matrix material density S _m – твердость матрицы.
Коэффициент проводимости конвекции составляет
(hA)*=(hA) Cmin(hA)CmaxE62
Большинство регенераторов работают в диапазоне 0,25≤(hA)*<4. Влиянием (hA)* на эффективность регенератора обычно можно пренебречь.
A является общей площадью поверхности матрицы и дана как
A = ARCHRβFRFAE63
, где A _RC-это поперечная зона ротора, H _{01
20202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202020202. 20202020202020202020202020202. , β — плотность упаковки матрицы, а F _rfa — доля площади торца ротора, не покрытая радиальными уплотнениями.}
Площади поверхностей горячего и холодного газа пропорциональны соответствующим углам секторов.
Ah=(αh460°)AE64
Ac=(αc360°)AE65
где αhand αcare секторные углы горячего потока и холодного потока в градусах соответственно.
Эффективность регенератора
ε=qqmaxE66
qmax=Cmin(Thi−Tci)E67
5.1.1. Противоточный регенератор
Эффективность регенератора для ε≤0,9is
ε=εcf(1−19Cr*1,93)E68
где εcf – эффективность противоточного рекуператора и определяется как
εcf=1−exp[−NTUo (1-C*)]1-C*exp[-NTUo(1-C*)]E69
Эффективность противоточного регенератора в зависимости от NTU _o и для C * = 1 представлена на рис. *. Диапазон оптимального значения Cr* составляет от 2 до 4 для оптимальной эффективности регенератора.
Рис. 19.
Эффективность противоточного регенератора в зависимости от NTU _o и при C* = 1.
5.1.2. Параллельный регенератор
Эффективность прямоточного регенератора в зависимости от NTU _o и для C * = 1 и ( hA )* = 1 представлена на Рис. 20.
Рис. 20.
Рис. Эффективность прямоточного регенератора в зависимости от NTU _o и для C* = 1 и (hA)* = 1.
5.1.3. Порядок действий при использовании метода
ε – NTU _o
Рассчитать коэффициент производительности.
Рассчитать ( га )*.
Вычислить ( C _r )*.
Рассчитать NTU _или .
Определить эффективность.
Рассчитайте общую скорость теплопередачи.
Расчет температуры на выходе.
5.2. Метод Λ –
π Этот метод обычно используется для регенераторов с фиксированной матрицей. Уменьшенная длина обозначает безразмерную теплопередачу или тепловой размер регенератора. Приведенная длина составляет [4]
Λ=bLE70
Приведенная длина для горячей и холодной сторон соответственно составляет
период равен
π=cPh или cPcE73
, где b и c — константы.
Сокращенные периоды для горячей и холодной сторон соответственно равны
πh=(hACr)hE74
πc=(hACr)cE75
Обозначения различных типов регенераторов приведены в табл. 1. Для симметричного и сбалансированного регенератора приведенная длина и приведенный период равны на горячем и cold sides:
5″ border-bottom=».5″ border-left=»0″ border-right=»0″ align=»left»> Regenerator
Balanced ΛhΠh=ΛcΠcorγ=1
Unbalanced ΛhΠh≠ΛcΠc
Symmetric πh=πc
Unsymmetric πh≠πc
Symmetric and balanced Λh=Λc, πh=πc
Unsymmetric and balanced ΛhΠh=ΛcΠc
Long Л/П>5
Таблица 1.
Обозначение различных типов регенераторов для метода Л – П .
Λh=Λc=Λ=Λm=hAm˙cp=ntuE76
πh=πc=π=πm=hAPMwcwE77
Фактическая теплоотдача за один период течения горячего или холодного газа составляет
Q=ChPh(Thi-Tho)=CcPc(Tco-Tci)E78
Максимально возможная теплоотдача составляет
Qmax=(CP)min( Thi-Tci)E79
Эффективность регенератора с фиксированной матрицей составляет
ε=QQmax=(CP)h(Thi-Tho)(CP)min(Thi-Tci)=(CP)c(Tco-Tci) (CP)min(Thi-Tci)E80
Диаграмма эффективности сбалансированного и симметричного противоточного регенератора представлена на рисунке 21.
Рисунок 21.
Таблица эффективности сбалансированного и симметричного противоточного регенератора.
Диаграмма эффективности сбалансированного и симметричного регенератора с параллельным потоком приведена на рис. 22.
Рисунок 22.
Диаграмма эффективности сбалансированного и симметричного регенератора с параллельным потоком.
5.2.1. Порядок действий при использовании метода
Λ – π Рассчитайте приведенную длину.
Рассчитать сокращенный период.
Вычислить C* .
Вычислить ( C _r )*.
Рассчитать NTU _или .
Определить эффективность.
Рассчитайте общую скорость теплопередачи.
Расчет температуры на выходе.
Реклама
6. Заключение
В этой главе обсуждались основные методы проектирования двухжидкостных теплообменников. Исследованы методы проектирования рекуператоров и регенераторов, которые представляют собой два основных класса.
Решение задачи рекуператора представлено в терминах среднелогарифмической разности температур (LMTD), эффективности-числа передаточных единиц (ε−NTU), безразмерной средней разности температур (Ψ−P) и ( P ₁ – P ₂ ) методы. Задача рейтинга или размера обменника может быть решена любым из этих методов и даст идентичное решение в пределах численной погрешности вычислений. Если известны температуры на входе, одна из температур на выходе жидкости и массовый расход, метод LMTD можно использовать для решения проблемы определения размеров. Если они неизвестны, можно использовать метод (ε-NTU). (Ψ−P) и ( P ₁ – P ₂ ) методы являются графическими методами. Метод ( P ₁ – P ₂ ) включает все основные безразмерные параметры теплообменника. Следовательно, решение проблемы оценки и определения размера не является итеративным.
Регенераторы в основном подразделяются на модели с вращающейся и фиксированной матрицей, и в тепловом расчете этих моделей используются два метода: количество единиц передачи с измененной эффективностью (ε-NTUo) и методы с уменьшенной длиной и сокращенным периодом (Λ-π) для регенераторов . Метод (Λ−π) обычно используется для регенераторов с фиксированной матрицей.
Реклама
Номенклатура
A Общая площадь теплообменной поверхности теплообменника, общая площадь теплопередачи всех матриц регенератора, M ²
A _F9. A _{. M ²
A _RC Площадь поперечного сечения ротора, M ²
C Скорость тепла потока потока, W/K
C _W Скорость теплоемкости матричной тепловыдежи кгK
d , D Диаметр, м
E Суммарная энергия, кДж
F _rfa0 900
Н _r Высота ротора
h Удельная энтальпия, кДж/кг
k Теплопроводность, Вт/мК
L L L Масса расхода, кг/м 9000, кг с
М _ш Суммарная масса всех матриц регенератора, кг
Н Частота вращения роторного регенератора, об/с, об/мин
09007 НТУ Количество единиц передачи _c
Количество узлов перекачки на стороне холодной жидкости
ntu _h Количество единиц перекачки на стороне горячей жидкости
P Температурная эффективность для одного потока жидкости Мощность теплопередачи, кВт
r Радиус трубы, м
R Термическое сопротивление, м ² К/Вт
R _{f ² K/W
S _M MATRIX SOLITION
T ТЕММЕРТА, ° C, K
T _C7 T. .}} _H Температура горячей жидкости, ° C, K
T Толщина стенки, M
Δ T _LM Общий коэффициент теплопередачи, Вт/м ² K
V Скорость, M /S
W˙ Power, KW
Z , M
Реклама Грековые символы
2 β Плотность упаковки для регенератора, M ^{7778 /}
Плотность упаковки для регенератора M ^{7778 /}
44. M ³
Δ Разница
ε Эффективность
ρ _M Матричная плотность, кг/м ³
η . ДЛИНАЯ ДЛЯ ДЕЛИКА 9000 7,1,9 00077.0007 π
Reduced period for a regenerator
Advertisement Subscripts
c Cold fluid
cf Counter flow
cv Control volume
e Exit conditions
f Fin, finned, friction
h Hot
i Условия на входе, внутри, внутри
лм среднее логарифмическое
макс максимум
мин минимум
20
Внешний, внешний, общий
u Неоребренный
1 Исходное состояние или состояние на входе, жидкость 1
2 Конечное состояние или состояние на выходе, жидкость 2
Каталожные номера
Трансфер: основы и приложения. 5-е изд. Образование Макгроу-Хилл; UK, 2014. 992 p, ISBN-13: 978-0073398181
2. Kakaç S, Liu H, Pramuanjaroenkij A. Теплообменники: выбор, оценка и тепловой расчет. 3-е изд. КПР Пресс; США, 3012. 631 стр, ISBN-13:978-1439849903
3. Моран М.Дж., Шапиро Х.Н., Брюс Р., Мансон Б.Р., ДеВитт Д.П. Введение в разработку тепловых систем: термодинамика, гидромеханика и теплопередача. 2-е изд. Уайли; США, 2002. 576 с., ISBN-13: 978–0471204909
4. Шах Р.К., Секулич Д.П. Основы конструкции теплообменника. 1-е изд. Уайли; США, 2002. 750 стр., ISBN-13: 978–0471321712
5. Тулукканам К. Справочник по проектированию теплообменников, второе издание (машиностроение). 2-е изд. КПР Пресс; США, 2013. 1260 с, ISBN-13:978–1439842126
Раздел
Информация о авторе
1. Введение
2. Уравнения. .Заключение
Номенклатура
Ссылки
Реклама
Автор:
Cüneyt Ezgi
Представлено: 23 марта 2016 г. Опубликовано: 17 апреля 2016 г.0007 СКАЧАТЬ БЕСПЛАТНО
© 2017 Автор(ы). Лицензиат IntechOpen. Эта глава распространяется в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution 3.0, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.
Академические редакторы и авторы IntechOpen получили финансирование для своей работы от многих известных спонсоров, включая: Европейскую комиссию, Фонд Билла и Мелинды Гейтс, Wellcome Trust, Китайскую академию наук, Фонд естественных наук Китая (NSFC), CGIAR Консорциум международных центров сельскохозяйственных исследований, Национальный институт здравоохранения (NIH), Национальный научный фонд (NSF), Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), Национальный институт стандартов и технологий (NIST), Немецкий исследовательский фонд (DFG), Исследовательские советы Соединенное Королевство (RCUK), Фонд Освальдо Круза, Австрийский научный фонд (FWF), Фонд науки и технологий (FCT), Австралийский исследовательский совет (ARC).
Затраты на публикации в открытом доступе часто могут быть указаны непосредственно в грантах или в конкретных бюджетах, выделенных для этой цели. Многие из наиболее важных финансирующих организаций поощряют и даже требуют, чтобы проекты, которые они финансируют, были доступны широкой общественности бесплатно. IntechOpen стремится поддерживать отличные отношения с этими спонсорами и обеспечивает соблюдение мандатов.
Чтобы помочь авторам определить подходящие финансирующие агентства и учреждения, мы создали список на основе обширного исследования различных ресурсов открытого доступа (включая ROARMAP и SHERPA/JULIET) организаций, у которых есть доступные средства. Прежде чем ознакомиться с нашим списком, мы рекомендуем вам обратиться в свое учреждение или организацию за средствами открытого доступа или проверить спецификации вашего гранта у вашего спонсора, чтобы убедиться, включены ли расходы на публикацию. Если вы получаете грант, вы должны уточнить:
Если вы связаны с каким-либо учреждением из нашего списка ниже, вы можете подать заявку на получение средств на публикацию в открытом доступе, следуя инструкциям, приведенным по ссылкам. Пожалуйста, ознакомьтесь с политикой открытого доступа или условиями предоставления любого учреждения, с которым вы связаны, чтобы изучить способы покрытия ваших расходов на публикацию (также доступны, нажав на ссылку в их названии).
Обратите внимание, что этот список не является окончательным и регулярно обновляется. Чтобы предложить возможные изменения или включение вашей организации/спонсора, свяжитесь с нами по адресу [email protected]
Имейте в виду, что вы должны быть членом или грантополучателем перечисленных организаций/спонсоров, чтобы подать заявку на их фонды публикаций в открытом доступе.
Затраты на публикацию в открытом доступе часто могут быть указаны непосредственно в грантах или в конкретных бюджетах, выделенных для этой цели. Многие из наиболее важных финансирующих организаций поощряют и даже требуют, чтобы проекты, которые они финансируют, были доступны широкой общественности бесплатно. IntechOpen стремится поддерживать отличные отношения с этими спонсорами и обеспечивает соблюдение мандатов.
Чтобы помочь авторам определить подходящие финансирующие агентства и учреждения, мы создали список на основе обширного исследования различных ресурсов открытого доступа (включая ROARMAP и SHERPA/JULIET) организаций, у которых есть доступные средства. Прежде чем ознакомиться с нашим списком, мы рекомендуем вам обратиться в свое учреждение или организацию за средствами открытого доступа или проверить спецификации вашего гранта у вашего спонсора, чтобы убедиться, включены ли расходы на публикацию. Если вы получаете грант, вы должны уточнить:
Если вы связаны с каким-либо учреждением из нашего списка ниже, вы можете подать заявку на получение средств на публикацию в открытом доступе, следуя инструкциям, приведенным по ссылкам. Пожалуйста, ознакомьтесь с политикой открытого доступа или условиями предоставления любого учреждения, с которым вы связаны, чтобы изучить способы покрытия ваших расходов на публикацию (также доступны, нажав на ссылку в их названии).
Обратите внимание, что этот список не является окончательным и регулярно обновляется. Чтобы предложить возможные изменения или включение вашей организации/спонсора, свяжитесь с нами по адресу [email protected]
Имейте в виду, что вы должны быть членом или грантополучателем перечисленных организаций/спонсоров, чтобы подать заявку на их фонды публикаций в открытом доступе.
\r\n\tПреобразование нашего мира: Повестка дня в области устойчивого развития на период до 2030 г., одобренная Организацией Объединенных Наций и 193 государствами-членами, вступила в силу 1 января 2016 г. и служит руководством для принятия решений и действий до 2030 г. и далее. Центральное место в этой повестке дня занимают 17 целей, 169 связанных с ними задач и более 230 показателей, которые пересматриваются ежегодно. Видение, предусмотренное в реализации ЦУР, сосредоточено на пяти принципах: люди, планета, процветание, мир и партнерство. Этот призыв к новым целенаправленным усилиям гарантирует, что у нас будет безопасная и здоровая планета для нынешнего и будущих поколений.
\r\n\tЭта серия посвящена исследованиям и прикладным исследованиям, связанным с пятью P, по следующим темам:
\r\n\t1. Устойчивая экономика и справедливое общество, которые связаны с ЦУР 1 «Ликвидация бедности», ЦУР 2 «Ликвидация голода», ЦУР 8 «Достойная работа и экономический рост», ЦУР 10 «Сокращение неравенства», ЦУР 12 «Ответственное потребление и производство» и ЦУР 17 «Партнерство для достижения целей».
\r\n\t2. Здоровье и благополучие с упором на ЦУР 3 (Хорошее здоровье и благополучие) и ЦУР 6 (Чистая вода и санитария 9)0007
\r\n\t3. Инклюзивность и социальное равенство, включая ЦУР 4 по качественному образованию, ЦУР 5 по гендерному равенству и ЦУР 16 по миру, справедливости и сильным институтам
\r\n\t4. Изменение климата и экологическая устойчивость, включая ЦУР 13 по борьбе с изменением климата, ЦУР 14 по жизни под водой и ЦУР 15 по жизни на суше
\r\n\t5. Городское планирование и рациональное использование окружающей среды, включая ЦУР 7 по доступной чистой энергии, ЦУР 9 по промышленности, инновациям и инфраструктуре и ЦУР 11 по устойчивым городам и сообществам.
\r\n\tСерия также направлена на поддержку использования сквозных ЦУР, поскольку многие из перечисленных выше целей, задач и показателей взаимосвязаны, чтобы влиять на нашу жизнь и решения, которые мы принимаем ежедневно, делая их невозможно привязать к одной теме.
\r\n\tВо всем мире экологический след растет быстрее, чем ВВП. Это явление изучается учеными уже много лет. Однако сейчас как никогда нужны четкие стратегии и действия. Каждый день человечество, от отдельных лиц до предприятий (государственных и частных) и правительств, призвано изменить свое мышление, чтобы найти благотворное сочетание для устойчивого развития. Устойчивое мышление предполагает, в первую очередь, эффективное и стратегическое управление доступными ресурсами, будь то природные, финансовые, человеческие или реляционные. Таким образом, стоимость создается за счет содействия росту, улучшению и социально-экономическому развитию сообществ и всех участников, составляющих цепочку создания стоимости. В ближайшие десятилетия нам нужно будет перейти от общества, в котором экономическое благополучие и здоровье измеряются ростом производства и потребления материалов, к обществу, в котором мы живем лучше, потребляя меньше. В этом контексте оцифровка может нарушить процессы, что будет иметь серьезные последствия для окружающей среды и устойчивого развития. Существует множество проблем, связанных с устойчивостью и цифровизацией, необходимостью рассмотрения новых бизнес-моделей, способных извлекать ценность, владение данными, их совместное использование и интеграция, а также сотрудничество по всей цепочке поставок продукта. Чтобы создать ценность, эффективная разработка сложной системы, основанной на принципах устойчивости, является сложной задачей, требующей глубокой приверженности как технологическим факторам, таким как данные и платформы, так и человеческим измерениям, таким как доверие и сотрудничество. Регулярные исследования, исследования и внедрение должны быть частью пути к устойчивым решениям. Следовательно, в этой теме будут проанализированы модели и методы роста, направленные на достижение справедливости между поколениями с точки зрения экономического, социального и экологического благополучия. Он также будет охватывать различные темы, в том числе оценку рисков в контексте устойчивой экономики и справедливого общества.
\r\n\tУстойчивые подходы к здоровью и благополучию в нашем восстановлении после COVID 19 должны быть сосредоточены на экологических подходах, которые отдают приоритет нашим отношениям друг с другом и включают взаимодействие с природой, искусством и нашим наследием. Это гарантирует, что мы найдем способы жить в нашем мире, которые позволят нам и другим существам процветать. Мы больше не можем полагаться на медицинские подходы к здоровью, которые ждут, пока люди заболеют, прежде чем пытаться их лечить. Нам нужно жить в гармонии с природой и заново открывать для себя красоту и баланс в нашей повседневной жизни и окружающей среде, которые способствуют нашему благополучию и благополучию всех других существ на планете. Эта тема предоставит информацию и знания о том, как добиться этого изменения в здравоохранении, основанного на экологически устойчивых методах.
\r\n\tЭта тема посвящена усилиям и продвижению ЦУР 4 ЮНЕСКО, инициативе ЮНЕСКО в отношении будущего образования и необходимости нового общественного договора в сфере образования. Он направлен на распространение знаний о политике, стратегиях, методах и технологиях, которые повышают устойчивость и устойчивость развития будущего образования и нового общественного договора в сфере образования. Он также рассмотрит глобальные проблемы, такие как глобализация, демографические изменения, цифровая трансформация, изменение климата, окружающая среда и социальные основы устойчивого развития.
\r\n\tРеагирование на пандемию и предшествовавшее ей широкое недовольство должно быть основано на новом общественном договоре и Новом глобальном курсе в области образования, который обеспечивает равные возможности для всех и уважает права и свободы всех людей (ЮНЕСКО; 2021 г. ). ). Такой новый общественный договор, предложенный ЮНЕСКО, должен основываться на общих принципах, лежащих в основе прав человека, — включенность и равенство, сотрудничество и солидарность, коллективная ответственность и взаимосвязь, — и руководствоваться следующим основополагающим принципом: обеспечить каждому доступ к к качественному образованию на протяжении всей жизни.
\r\n\tМы сталкиваемся с двойной задачей: выполнить невыполненное обещание обеспечить право на качественное образование для каждого ребенка, молодежи и взрослого, а также полностью реализовать преобразующий потенциал образования как пути к более устойчивое коллективное будущее. Для этого нам нужен новый общественный договор в сфере образования, который устранит неравенство и изменит будущее. Этот новый общественный договор должен основываться на правах человека и принципах недискриминации, социальной справедливости, уважения жизни, человеческого достоинства и культурного разнообразия. Она должна включать этику заботы, взаимности и солидарности. Новый общественный договор основывается на инклюзивности, справедливости, обучении на протяжении всей жизни, ЦУР, сотрудничестве и личном обучении в глобальном контексте демократии.
\r\n\tНа международном уровне принятие рекомендаций Open Educational Resources и Open Science представляет собой важный шаг на пути к построению более открытых и инклюзивных обществ знаний, а также к достижению Повестки дня ООН на период до 2030 года. Действительно, выполнение рекомендаций поможет достичь как минимум еще пяти Целей в области устойчивого развития (ЦУР), которые переплетаются с темой этой серии книг, а именно ЦУР 5 (Гендерное равенство), ЦУР 9 (Промышленность, инновации и инфраструктура), ЦУР 10. (Уменьшение неравенства внутри стран и между ними), ЦУР 16 (Мир, справедливость и сильные институты) и ЦУР 17 (Партнерство для достижения целей).
\r\n\tУстойчивое развитие направлено на увязку экономического развития с защитой окружающей среды и социальным развитием для обеспечения будущего процветания людей и планеты. Для решения глобальных проблем развития и окружающей среды Генеральная Ассамблея Организации Объединенных Наций в 2015 году приняла 17 целей в области устойчивого развития. В ЦУР подчеркивается, что экологическая устойчивость должна быть тесно связана с социально-экономическим развитием, которое должно быть отделено от эскалации использования ресурсов и ухудшения состояния окружающей среды с целью снижения нагрузки на окружающую среду, повышения благосостояния людей и улучшения региональной справедливости. Более того, устойчивое развитие ищет баланс между человеческим развитием и уменьшением экологических/экологических предельных выгод. В условиях усиливающегося стресса, вызванного изменением климата, возникло множество экологических проблем, вызывающих серьезные последствия как в глобальном, так и в местном масштабе, что приводит к сокращению экосистемных услуг и утрате биоразнообразия. Отношения человечества с эксплуатацией ресурсов и защитой окружающей среды являются серьезной глобальной проблемой, поскольку в антропоцене возникают новые угрозы безопасности человека и окружающей среды. В настоящее время мир сталкивается с серьезными проблемами в области экологической устойчивости для защиты глобальной окружающей среды и восстановления деградировавших экосистем при сохранении человеческого развития с региональным равенством. Таким образом, экологическая устойчивость со здоровыми природными экосистемами имеет решающее значение для поддержания процветания человечества на нашей потеплевшей планете.
\r\n\tЕсли мы стремимся к процветанию как общества и как вида, альтернативы развитию и росту, ориентированным на устойчивость, не существует. Устойчивое развитие больше не выбор, а необходимость для всех нас. Экосистемы и сохранение экосистемных услуг, а также инклюзивное городское развитие представляют собой многообещающие решения экологических проблем. В контексте акцент на изучении этих областей позволит нам выявить и определить критические факторы территориального успеха в предстоящие десятилетия, которые будут учитываться главными действующими лицами, лицами, принимающими решения и определяющими политику, техническими специалистами и общественностью в целом.
\r\n\tПоэтому целостное городское планирование и управление окружающей средой являются важнейшими сферами, которые будут определять устойчивые траектории для нашей урбанизирующейся планеты. Эта тема городского и экологического планирования направлена на привлечение материалов, которые касаются проблем и решений в области устойчивого городского развития, включая комплексное управление городскими водными ресурсами, планирование городской экономики замкнутого цикла, мониторинг рисков, планирование на случай непредвиденных обстоятельств и реагирование на стихийные бедствия, а также ряд других проблем и решений.
Как спроектировать трубчатый теплообменник?
Как спроектировать трубчатый теплообменник
Компания HRS Heat Exchangers каждый день проектирует трубчатые теплообменники. В этом разделе представлен обзор процесса.
Шаг 1: Анализ заявки
Когда мы впервые получаем запрос на теплообменник, первым шагом является анализ заявки. Это приложение для пищевой промышленности? Он промышленный? Инженер-конструктор должен правильно определить тип теплообменника, который необходим и будет соответствовать требованиям применения.
Расчетная температура, давление и максимально допустимый перепад давления должны быть определены для продукта и рабочих жидкостей.
Шаг 2: Определение свойств жидкости
Следующим шагом является анализ вовлеченных жидкостей или газов: жидкости на стороне продукта и жидкости на стороне обслуживания. Необходимо знать четыре важных физических свойства используемых жидкостей:
Плотность
Удельная теплоемкость
Теплопроводность
Вязкость
Правильный способ действий — получить значения этих четырех параметров для различных температур на кривой нагрева или охлаждения приложения. Чем лучше мы понимаем физические свойства используемых жидкостей, тем точнее будет конструкция теплообменника.
Шаг 3: Энергетический баланс
После того, как мы правильно определили физические свойства, пришло время проверить энергетический баланс. Обычно заказчик определяет расход продукта и желаемую температуру на входе и выходе. Они будут указывать тип используемой обслуживаемой жидкости и определять два из следующих трех параметров: рабочий расход, рабочую температуру на входе или рабочую температуру на выходе. Зная два из них, вычисляют третий параметр.
Этап 4: Определение геометрии теплообменников
На этом этапе инженер-проектировщик определяет геометрию теплообменника. Он выберет диаметр кожуха и определит трубный пучок, который размещается внутри теплообменника: количество внутренних труб, диаметр внутренней трубы и толщину стенки, а также длину внутренней трубы. Во-вторых, определяются размеры соединений жидкости со стороны кожуха и трубы. На этом этапе также должен быть сделан выбор применяемых материалов. Стандартно HRS Heat Exchanger использует нержавеющие стали для кожухов и труб, но могут применяться и другие сплавы.
Шаг 5: Тепловой расчет
На этом этапе инженер-проектировщик выполняет тепловой расчет. Цель состоит в том, чтобы получить коэффициенты теплопередачи между кожухом и трубой. Эти коэффициенты зависят от четырех ключевых параметров жидкости и скорости жидкости. Соотношение между параметрами и коэффициентами теплопередачи определяется математической формулой, зависящей от геометрии (т. е. типа используемого теплообменника: трубчатый, пластинчатый, гофрированный). HRS Heat Exchangers имеет свои специальные формулы для использования с гофрированными трубками.
Зная коэффициенты кожуха и трубы, можно рассчитать общий коэффициент теплопередачи. Зная это значение, становится возможным рассчитать общую площадь теплопередачи, необходимую для применения:
Площадь=Нагрузка/[K×LMTD] Где:
Площадь: Общая необходимая площадь теплопередачи, м².
Обязанность: Суммарная теплопередача, ккал/ч (из энергетического баланса).
K: Общий коэффициент теплопередачи, ккал/[ч.м².°C].
LMTD: Среднелогарифмическая разность температур, °C (средняя логарифмическая разность температур межтрубной и межтрубной жидкости по длине теплообменника).
Другим важным параметром является перепад давления, который рассчитывается для межтрубных и межтрубных жидкостей. Падение давления зависит от числа Рейнольдса, типа потока (турбулентный или ламинарный поток) и значения шероховатости кожуха и внутренних труб.
Этап 6: Интерпретация теплового расчета
Расчетная площадь сравнивается с площадью, определенной на четвертом шаге, и проверяется, находятся ли перепады давления в пределах проектных пределов. Если расчетная площадь превышает заданную площадь, необходимо изменить геометрию теплообменника, возможно, путем увеличения длины или добавления внутренних труб.
Аналогичным образом, если расчетное падение давления превышает установленное максимальное значение, необходимо разработать новую геометрию, обеспечивающую снижение падения давления. Затем шаги с четвертого по шестой повторяются до тех пор, пока не будет получена удовлетворительная конструкция с подходящей геометрией.
Шаг 7: Расчеты механической конструкции
После определения геометрии теплообменника необходимо выполнить расчеты механической конструкции, чтобы убедиться, что конструкция теплообменника соответствует расчетному давлению и условиям. Типичные расчеты:
Расчет толщины стенки оболочки.
Расчет толщины стенки сопла.
Расчет толщины стенки внутренней трубы.
Расчет размеров компенсатора (для компенсации дифференциального расширения кожуха и трубы из-за разности температур.
Расчет толщины трубной доски.
Расчеты механического проектирования могут привести к тому, что толщина стенок или другие параметры не будут соответствовать геометрическому расчету, определенному на шаге 4. В этом случае необходимо сделать новое предложение по геометрии и повторить шаги с 4 по 7.
Шаг 8: Подготовка производственных чертежей
После определения всех размеров теплообменника можно подготовить производственные чертежи. Пакет чертежей содержит детали различных компонентов теплообменника, включая кожух; трубы, компенсаторы, соединения и т. д.

Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации. В основном мы рассмотрим завершение технологических параметров нового кожухотрубного теплообменника и подготовку спецификации процесса для нового теплообменника.
Кожухотрубные теплообменники являются наиболее популярным и широко используемым теплообменным оборудованием в перерабатывающей промышленности. Это в основном связано с универсальностью кожухотрубных теплообменников, основанных на различных типах кожухотрубных теплообменников, которые можно легко создать, изменив расположение кожухотрубных теплообменников.
Технологическая и механическая конструкция
Первым шагом в техническом проектировании нового теплообменника является окончательное определение параметров процесса, таких как —
Рабочая температура и давление
Расчетная температура и давление
Тепловая нагрузка, которая представляет собой общую требуемую скорость теплопередачи
Температура на входе/выходе для горячей жидкости
Температура на входе/выходе для холодной жидкости
Максимально допустимое падение давления на горячей стороне
Максимально допустимое падение давления на холодной стороне
Тип используемого теплообменника
Выбор межтрубной/трубной жидкости (т. е. должна ли горячая/холодная жидкость поступать в межтрубное пространство или в межтрубное пространство)
На основе этой информации инженеры-механики подготавливают техпаспорт, который может использоваться производителем теплообменника для окончательного изготовления. Техническое описание механических устройств основано на рекомендациях стандартов TEMA, разработанных Ассоциацией производителей трубчатых теплообменников (TEMA). 9. Параметров (или переменных) больше, чем ограничений. Следовательно, мы можем зафиксировать некоторые из этих параметров, чтобы получить экономичную и эффективную конструкцию теплообменника.
Но какие параметры зафиксировать и до каких значений?
Вот почему процесс проектирования теплообменника часто выполняется итеративно, а оптимальная конструкция находится путем испытания различных параметров конструкции теплообменника.
Имея это в виду, давайте рассмотрим этапы процедуры проектирования кожухотрубного теплообменника.
Этапы процедуры проектирования теплообменника
1. Определить основные технологические требования
Прежде всего, мы должны четко определить основные цели для нового теплообменника.
Существуют определенные параметры процесса, которые необходимо зафиксировать. Например, расход технологической жидкости, температура на входе/выходе, значения рабочего и расчетного давления, максимально допустимый перепад давления и т. д. Эти параметры являются фиксированными входными данными для наших расчетов конструкции теплообменника, а также ограничениями.
2. Выберите подходящий тип теплообменника
В зависимости от характера технологической жидкости (работы), рабочей температуры и давления, допустимого перепада давления на теплообменнике, доступной мощности, скорости потока и т. д. вам необходимо выбрать наиболее подходящий тип теплообменника.
При выборе кожухотрубного теплообменника необходимо также решить, какая жидкость должна поступать в кожухотрубный теплообменник, а какая – в трубную. Это также решается на основе заданных условий процесса и природы двух горячих и холодных жидкостей.
На этом этапе также рекомендуется уделить должное внимание тому, какие утилиты можно использовать и соответствующее значение температуры приближения. На этом этапе должны быть внесены любые необходимые изменения, касающиеся коммунальной сети или типа теплообменника.
3. Исправьте некоторые параметры конструкции для создания модели теплообменника
Поскольку проектирование теплообменника будет повторяющимся процессом, нам нужна отправная точка. Нам нужно исправить некоторые параметры дизайна, например, нет. проходов труб, длина теплообменника, внутренний диаметр кожуха, расстояние между перегородками и т. д. до некоторых предварительных значений.
Это отправная точка для нашей итеративной модели, и эти значения будут меняться по мере того, как мы будем проверять проект на соответствие требованиям нашего процесса. Но важно подобрать (угадать) исходные параметры максимально приближенные к окончательному проекту. Таким образом, нам потребуется минимальное количество итераций, чтобы получить окончательный дизайн.
Вы также можете использовать эти ресурсы для ручного расчета теплообменника перед переходом к программному обеспечению для моделирования.
4. Рейтинг конструкции теплообменника
Затем создайте модель с помощью программы моделирования теплообменника. Используйте эту модель, чтобы проверить, что все наши требования к процессу из шага 1 выполнены. Например, проверьте температуру технологической жидкости на выходе и значения перепада давления на межтрубном пространстве. Соответствуют ли они ограничениям, установленным нашими технологическими требованиями?
Если нет, проверьте, какие требования процесса не выполнены. Соответственно измените параметры конструкции теплообменника и вернитесь к шагу 3.
С новыми расчетными параметрами повторно настройте модель теплообменника и повторите расчеты моделирования. Затем вы можете снова проверить рейтинг. Этот процесс будет повторяться до тех пор, пока вы не найдете модель теплообменника, удовлетворяющую всем вашим технологическим требованиям.
5. Создайте спецификацию с окончательной конструкцией теплообменника.
Когда характеристики теплообменника действительно удовлетворяют требованиям вашего процесса, вы можете зафиксировать все детали в таблице данных процесса. Отправьте этот лист технических данных инженеру-конструктору механического оборудования, чтобы он подготовил лист спецификаций теплообменника в соответствии со стандартами TEMA.
Трубопроводы и контрольно-измерительные приборы вокруг теплообменника
Помимо проектирования самого теплообменника, вам также потребуется спроектировать трубопроводы и контрольно-измерительные приборы вокруг теплообменника для надлежащего технического обслуживания, обеспечения безопасности и контроля процесса.
Инженер-технолог создает схему P&ID, чтобы помочь инженерам по трубопроводам и КИПиА при окончательном проектировании окружающих трубопроводов и КИП. Ниже приведены подробные рекомендации по созданию схемы P&ID для теплообменника.
Ссылки и ресурсы
На этой схеме кожухотрубного теплообменника представлен подробный перечень всех его частей с точной номенклатурой в соответствии со стандартами TEMA.
Рекомендации по распределению жидкости по обеим сторонам кожухотрубного теплообменника, т. е. по решению, какая жидкость должна поступать в кожухотрубный теплообменник, а какая — в трубную.
Список всех важных уравнений для проектирования кожухотрубных теплообменников.
Проектирование наиболее эффективного теплообменника
Высокотемпературные теплообменники могли бы уменьшить количество топлива, необходимого для питания многих промышленных процессов, сократив затраты и попутно повысив энергоэффективность. Но сначала исследователи должны найти лучший способ создания этих высокотемпературных, высоконапорных, эффективных и компактных теплообменников.

Трехмерная печать — лучший ответ, но она создает проблемы, говорит Эндрю Роллетт, профессор материаловедения и инженерии Университета Карнеги-Меллона.

«Мы должны иметь возможность печатать эти теплообменники, потому что единственный способ сделать их достаточно эффективными и достаточно модульными — это 3D-печать», — сказал он.
Дополнительная литература: Сверхкритическая мощность

Чтобы изучить возможности 3D-печати высокотемпературных теплообменников, лаборатория Роллетта сотрудничает с экспертом по энергоэффективности Винодом Нараянаном, профессором механики и аэрокосмической техники Калифорнийского университета в Дэвисе и заместителем директора Western Cooling Efficiency Center. (ВЦЭК).

В WCEC Нараянан возглавляет группу под названием «Лаборатория повышения эффективности использования солнечной/сверхкритической энергии CO ₂» (STEEL), специально созданную для исследований и испытаний передовых теплообменников, работающих с жидкостями под высоким давлением и высокой температурой.
Высокоэффективная мощность: сверхкритический CO
₂
Исследователи STEEL работают над созданием напечатанного на 3D-принтере теплообменника для применения при высоких температурах и высоком давлении. Фото: Грегори Уркиага, Калифорнийский университет в Дэвисе
Большинство современных теплообменников имеют ограниченную производительность и эффективность, поскольку их конструкция ограничивает максимальную скорость теплопередачи — то, как тепловая энергия перемещается от горячей стороны теплообменника к холодной. По данным Агентства перспективных исследовательских проектов в области энергетики (ARPA-E) Министерства энергетики США, которое предоставило грант для Rollett и Narayanan, новые конструкции теплообменников, новые материалы и новые технологии производства могут повысить производительность при сохранении производственных и эксплуатационных затрат на низком уровне. исследования команд.

Теплообменники передают тепло от одной жидкости к другой, не допуская контакта жидкостей друг с другом. Они широко используются в производстве электроэнергии, отоплении, охлаждении, кондиционировании воздуха и транспорте и могут способствовать развитию высокоэффективных модульных энергетических систем. Однако большинство из них очень большие и дорогие.

Команда разрабатывает высокотемпературные теплообменники, которые должны соответствовать требованиям прочности при работе при температуре 850 °C. По словам Роллетта, теплообменники должны работать при таких высоких температурах и давлениях, поскольку в качестве жидкости они используют сверхкритический диоксид углерода.

Углекислый газ все шире используется в теплообменниках холодильников, тепловых насосов и других энергетических устройств. По сравнению с другими жидкостями она более химически стабильна и не вызывает коррозии. А благодаря относительно высокому рабочему давлению углекислотная система более компактна, чем система, работающая на других рабочих телах.
Узнайте больше о: 6 инновационных способов использования 3D-печати

Типичный теплообменник изготовлен из металла и имеет прямоугольную архитектуру, состоящую из прямых углов, прямых линий и стопок. Это типы форм, которые легче всего изготовить с использованием традиционных технологий, но они не являются лучшими формами для максимального теплообмена в небольшом пространстве.

И они, конечно, не лучше всего подходят для теплообменников с высокой температурой и высоким давлением.

«Существует очень мало материалов и еще меньше методов изготовления, которые могут выдержать такое давление и температуру», — сказал Нараянан.
ML для поиска подходящего материала для 3D-печати

По словам Роллетта, печать может сократить расходы и методы производства, а также принести другие преимущества.

По словам Нараянана, метод 3D-печати идеально подходит для высокотемпературных теплообменников высокого давления, поскольку сам теплообменник состоит из одного блока — в нем нет сварных или паяных соединений, которые могут выйти из строя.

В дополнение к сохранению прочности теплообменник, напечатанный на 3D-принтере, должен противостоять газовой коррозии, что означает важность выбора материала.

«Мы пытаемся представить сплавы, которые можно печатать на 3D-принтере и которые обладают значительно более высокой термостойкостью по сравнению со стандартными сплавами, о которых все знают», — сказал Роллетт.

Его команда будет использовать машинное обучение для поиска потенциальных вариантов материалов. Компьютерные алгоритмы будут отслеживать множество потенциальных сплавов, а также их состав, свойства и то, как они работают. Со временем алгоритмы научатся распознавать лучшие сплавы для экспериментов.
Энтони Роллетт (справа) и его команда в лаборатории 3D-печати. Фото: Инженерный колледж, Карнеги-Меллон
«Вместо того, чтобы выбрать какой-нибудь сплав и сказать: «Похоже, он может работать», а затем, возможно, обнаружить, что мы не можем его напечатать, я лучше попытаюсь поместить его в какой-то систематический формат и создать базу данных. какой-то», — сказал Роллетт. «Так что, если что-то не получится, я могу посмотреть на следующего кандидата».

Выбор редакции: Отапливаемый магазин вулканических пород Энергия

Команда Роллетта сосредоточена на печати 3D-теплообменника и изучении материалов, чтобы охарактеризовать их и понять их микроструктуру, прочность и ползучесть. Затем они отправят образец конструкции в лабораторию Нараянана для испытаний под давлением и тепловых характеристик, чтобы увидеть, способен ли он выдерживать высокие температуры от 800 ° C до 850 ° C.

Если испытания пройдут успешно, Нараянан разработает числовые модели того, как может выглядеть крупномасштабная версия технологии.

По словам Нараянана, команды затем будут работать со своими партнерами-производителями над моделированием затрат и потенциальными рынками для технологии.

Джин Тилмани — инженер-писатель из Сент-Пола, штат Миннесота.
Кожухотрубный, с воздушным охлаждением и пластинчатый теплообменник являются тремя наиболее часто используемыми типами теплообменников в химической и перерабатывающей промышленности. В последние годы с увеличением усилий по уменьшению веса и размера и повышению эффективности все чаще используются другие типы теплообменников. Однако механическая (и тепловая) конструкция этих альтернативных теплообменников, как правило, носит запатентованный характер, что может объяснить, почему многие клиенты предпочитают проверенный кожухотрубный теплообменник, который до сих пор преобладает на большинстве установок.
Общие принципы механического проектирования следующих типов теплообменников приведены в Справочнике по проектированию теплообменников (1994 г.), а полные описания каждого приведены под соответствующими статьями в этой энциклопедии:
Кожухотрубные теплообменники
Теплообменники с воздушным охлаждением
Пластинчатые теплообменники
Пластинчато-ребристые теплообменники
30007
Графитовые блочные теплообменники
Спиральные пластинчатые теплообменники
Теплообменники прямого контакта
Тепловые трубки.
Кожухотрубный теплообменник в основном состоит из ряда соединенных компонентов, некоторые из которых также используются в конструкции других типов теплообменников. Находящиеся под давлением компоненты кожухотрубного теплообменника разработаны в соответствии с нормами проектирования сосудов под давлением, такими как ASME VIII (19). 93) или BS5500 (1994).
Чтобы соответствовать соответствующим нормам (см. Сосуды под давлением), находящиеся под давлением компоненты альтернативных типов теплообменников должны соответствовать, по крайней мере, принципам соответствующих норм проектирования сосудов под давлением.
Нельзя ожидать, что один только код конструкции сосуда под давлением будет охватывать все особенности теплообменников. Для руководства и защиты проектировщиков, производителей и покупателей желателен дополнительный код. Общепринятым кодом для кожухотрубных теплообменников является TEMA (1988), который, хотя и разработан в дополнение к ASME VIII, может использоваться в сочетании с другими кодами сосудов под давлением. TEMA определяет минимальную толщину, допуски на коррозию, особые требования к конструкции, допуски, требования к испытаниям, аспекты эксплуатации, техническое обслуживание и гарантии. (См. также стандарты TEMA.)
Одной из самых полезных функций TEMA является предоставление простой трехбуквенной системы, которая полностью определяет все кожухотрубные теплообменники в отношении типа теплообменника, стационарной торцевой головки, задней торцевой головки и конфигурации патрубков кожуха. Эта система показана на рис. 1. Первая буква обозначает головку неподвижного конца, средняя буква определяет тип корпуса, а последняя буква — тип заднего конца.
Рисунок 1. Система обозначений TEMA. ^© 1988 Ассоциация производителей трубчатых теплообменников.
При указании ТЕМА (рис. 1) покупатель выберет один из трех классов:
Класс R для «обычно строгих требований к нефтяной и связанной с ней обработке»
Класс C для «обычно умеренных требований коммерческих и общих технологических приложений»
Класс B для «обслуживания химических процессов».
Оборудование для теплопередачи может быть обозначено по типу или функции, которую оно выполняет, например, чиллер, конденсатор, охладитель-ребойлер и т. д. Выбор кожухотрубного типа определяется главным образом такими факторами, как необходимость обеспечения дифференциального движения между кожухом и трубами. , расчетное давление, расчетная температура и характер загрязнения жидкостей, а не функция. Более подробная информация о выборе типов, их основных характеристиках и конструкции дана в Saunders (19).88).
Распространенным типом кожухотрубного теплообменника является неподвижный тип трубной решетки. Это показано на рисунке 2 и имеет обозначение AEM в TEMA. Основные компоненты теплообменника, показанные на Рисунке 2, используются в большинстве кожухотрубных теплообменников, и им присвоен справочный номер, который относится к описанию компонентов ниже.
Рис. 2. Фиксированный теплообменник трубной решетки.
Следующие компоненты выполняют функции, в основном связанные с потоком жидкости:
Трубки . Обычный диапазон наружного диаметра для нефтяной и нефтехимической промышленности составляет от 15 до 32 мм, наиболее распространенными являются 19 и 25 мм. Трубы можно приобретать с минимальной или средней толщиной стенки. Допуски по толщине для труб с минимальной стенкой составляют минус ноль плюс от 18% до 22% от номинальной толщины, а допуски для труб со средней стенкой составляют плюс-минус от 8% до 10% от номинальной толщины стенки. Толщина трубы должна быть проверена на соответствие внутреннему и внешнему давлению, но размеры наиболее часто используемых труб могут выдерживать заметное давление. Наиболее распространенный диапазон длин труб составляет от 3600 до 9000 мм для съемных пучков и от 3600 до 15000 мм для стационарного трубчатого типа. Масса съемных связок часто ограничивается 20 тоннами. TEMA определяет минимальное отношение шага трубы к внешнему диаметру и минимальные зазоры между трубами.
Перегородки каналов . Для теплообменников с несколькими трубными проходами каналы снабжены плоскими металлическими пластинами, которые делят головку на отдельные отсеки. Толщина этих пластин зависит от диаметра канала, но обычно составляет 9 мм.до 16 мм для углеродистых и низколегированных сталей и от 6 до 13 мм для более дорогих сплавов. За исключением специальных головок высокого давления, перегородки всегда привариваются к корпусу канала, а также к соседней трубной решетке или крышке, если какой-либо из этих компонентов, в свою очередь, приваривается к каналу. Если трубная решетка или крышка не приварены к каналу, трубная решетка или крышка имеют канавки, а край разделительной пластины уплотняется прокладкой, заделанной в канавки.
Перегородки корпуса . Поперечные перегородки кожуха имеют двойное назначение: поддерживать трубы с интервалами, чтобы предотвратить провисание и вибрацию, а также нагнетать жидкость со стороны кожуха вперед и назад по пучку от одного конца теплообменника к другому. Сегментные перегородки с одинарным вырезом являются наиболее распространенными, однако перепады температуры или давления могут диктовать перегородки более сложной формы. Раздельное опорное кольцо и теплообменники с плавающей головкой имеют специальную перегородку опорного типа, примыкающую к плавающей головке, чтобы выдерживать вес узла плавающей головки. TEMA определяет минимальную толщину перегородки, максимальную длину трубы без опоры, зазоры между трубами и отверстиями в перегородках, а также между внутренним диаметром кожуха и внешним диаметром перегородки. Для теплообменников с двумя кожухами (см. рис. 2 кожуха типов F, G или H) требуется продольная перегородка, которая для теплообменников типа F приваривается к стационарной трубной решетке. Утечка межтрубной жидкости между кожухом и краями продольной перегородки должна быть сведена к минимуму. При использовании съемных связок этот зазор герметизируется гибкими полосками или уплотняющими устройствами. На рис. 3 показана типичная гибкая полоска.
Стяжки . Стяжные стержни и распорки используются для скрепления трубного пучка и для размещения перегородок кожуха в правильном положении. Стяжки представляют собой круглые металлические стержни, ввинченные в стационарную трубную решетку и закрепленные на самой дальней перегородке контргайками. Количество стяжек зависит от диаметра корпуса и определяется ТЕМА.
Следующие компоненты выполняют функции, в основном связанные с давлением и удержанием жидкости. Их проектирование выполняется в соответствии с соответствующими нормами для сосудов под давлением, см. Сосуды под давлением.
5/6. Гильзовый ствол и канальный ствол . TEMA определяет минимальную толщину ствола в зависимости от диаметра, материала и класса. Большинство стволов с внутренним диаметром более 450 мм изготавливаются из катаного и сварного листа. Ствол кожуха должен быть прямым и верным, так как должен быть вставлен плотно прилегающий пучок труб, и при изготовлении необходимо соблюдать особую осторожность. Большие патрубки могут вызвать «проседание» на стыке патрубка и кожуха из-за усадки сварного шва, и могут потребоваться временные элементы жесткости.
7/8. Вогнутые головки и плоские головки . Иногда отливают тарельчатые днища малого диаметра низкого давления, но большинство тарельчатых днищ изготавливают из пластин и имеют полуэллипсоидальную, торисферическую или полусферическую форму. Минимальная толщина выпуклых днищ такая же, как и у соседних стволов. Очистка трубы с помощью сварной крышки канала (передний конец ТЕМА B) потребует поломки и переделки фланцев патрубка канала, чтобы можно было удалить канал. Плоская головка (передний конец TEMA A) позволяет избежать этого и позволяет трубопроводу оставаться на месте.
9. Форсунки . Размер большинства насадок соответствует размеру соседнего трубопровода по графику. Отверстия в стволах требуют усиления в соответствии с соответствующими нормами для сосудов высокого давления, что, в свою очередь, ограничивает максимальный размер отверстия сопла. На рис. 4 показан типичный патрубок в умеренном режиме эксплуатации с усилением, обеспечиваемым усиливающей пластиной, и фланцем патрубка с приваренной горловиной.
10. Фланцы . В кожухотрубных теплообменниках встречаются три типа фланцев, а именно: обхватные фланцы для кожухотрубных и канальных цилиндров; внутренние фланцы в теплообменнике с плавающей головкой для обеспечения возможности разборки внутренних частей и удаления трубного пучка; и фланцы сопла, где стандарты фланцев и прокладок, размер и номинальное давление будут установлены спецификацией линии. На рис. 5 показаны три типа фланцев. Тип фланца с приварной горловиной, который имеет коническую ступицу с плавным переходом напряжения и доступом для полного неразрушающего контроля, обеспечивает самую высокую целостность из трех типов. Фланец состоит из трех подкомпонентов: фланцевого кольца, прокладки и болтового соединения. Успешная работа фланца зависит от правильного выбора, конструкции и сборки этих составных частей. Справочник по проектированию теплообмена содержит две главы, в которых обсуждаются эти факторы.
11. Трубные решетки . Трубные решетки толщиной менее 100 мм обычно изготавливают из листового материала. Более толстые трубные решетки или для обеспечения высокой надежности изготавливаются из кованых дисков. Плакированный лист обычно используется там, где по технологическим причинам требуется материал из высоколегированного сплава. Плакированная трубная решетка состоит из опорной пластины из углеродистой или низколегированной стали достаточной толщины, чтобы соответствовать нормам конструкции сосуда под давлением, со слоем материала из более высоколегированного материала, прикрепленного к ней с помощью сварки или наплавки взрывом. TEMA дает правила проектирования для расчета толщины трубной решетки, которые дают результаты, аналогичные, но не идентичные правилам ASME и BS5500. В нем также указаны допуски на диаметр отверстия трубы, ширину перемычки и смещение сверла. Существуют различные способы крепления конца трубы к трубной решетке. Наиболее распространенным методом является развальцовка, при которой усилие, создаваемое разжимным инструментом, деформирует трубу в радиальном направлении наружу, обеспечивая механическое уплотнение. При взрывном расширении заряд размещается внутри трубы в пределах толщины трубной доски. Это дороже, чем роликовое расширение, но может создавать более плотные соединения. Сварные соединения труб могут быть выполнены на «внешней» поверхности трубной решетки или в скважине на «внутренней» поверхности трубной решетки. Успех торцевых соединений труб во многом зависит от правильного выбора типа и опыта производителя. Это подробно обсуждается у Сондерса (1988).
12. Сильфонный компенсатор . Они могут потребоваться в корпусе теплообменника с фиксированной трубной решеткой или на плавающей головке однотрубных теплообменников с плавающей головкой. Более подробно они обсуждаются в разделе Компенсационные швы.
Рис. 3. Продольная перегородка.
Рис. 4. Сопло для сварки горловины.
Рисунок 5. Типы фланцев.
Другие важные компоненты теплообменника включают узлы с плавающей головкой, опоры и прямоугольные коллекторы в теплообменниках с воздушным охлаждением. Эти и другие компоненты описаны в Справочнике по проектированию теплообменников.
ССЫЛКИ
ASME VIII Раздел 1. Код ASME по котлам и сосудам под давлением. (1993) Правила устройства сосудов, работающих под давлением. ASME Нью-Йорк.
BS5500 Британский стандарт технических условий на сосуды под давлением без воспламенения. (1994) BSI Лондон.
Saunders, EAD (1988) Теплообменники: выбор, проектирование и строительство.
No related posts.}