Устройство теплообменника: Теплообменники: классификация, устройство, принцип работы

схема и принцип работы, устройство

Содержание:

Общая информация про теплообменник труба в трубе

Конструкционные особенности

Достоинства теплообменника

Особенности проектировки

Теплообменник труба в трубе служит для нагревания или охлаждения теплоносителя в системах отопительного и промышленного типа. Данные аппараты используются также в нефтегазовой, химической и других отраслях промышленности.

Общая информация про теплообменник труба в трубе

При помощи теплообменных аппаратов, или теплообменников, осуществляется обмен тепловой энергией между двумя веществами, использующимися в роли теплоносителя. Это приводит к нагреванию одного из них, и охлаждению другого. Исходя из этой способности одни теплообменники на тепловых трубах выполняют роль нагревателей, другие – холодильников.

Способ передачи тепла устройствами может быть:

• Поверхностным . Служит для разделения теплоносителя. В данном случае предусмотрена специальная стенка, хорошо проводящая тепло между двумя отделениями резервуара.
• Регенеративным. Процедура передачи тепла включает в себя два этапа, в процессе которых специальная насадка попеременно нагревается и охлаждается.
• Смесительным. Для теплообмена двух сред применяется их прямой контакт и перемешивание.

Конструкционные особенности

Данную группу аппаратов относят к поверхностным тепловым приборам. Устройство теплообменника труба в трубе не отличается особой сложностью. Чаще всего в состав теплообменника входит несколько элементов: их располагают друг над другом, соединяя между собой специальным креплением. В состав каждого отдельного звена входят вставленные друг в друга трубы, предназначенные для теплообмена между собой. Внешнюю трубу большего диаметра соединяют с аналогичными элементами соседних отделений.

Это же касается и расположенных внутри труб меньшего диаметра: для них также применяется последовательное соединение. Для обеспечения возможности регулярных чисток на всех соединениях устанавливаются разъемы. Внутренние трубы в основном соединяют съемными калачами. За счет маленького поперечного сечения внутри системы достигается высокая скорость перемещения теплоносителя по трубам и между ними.

Если теплообмен требуется для теплоносителя в больших объемах, конструкцию аппарата дополняют несколькими добавочными секциями, для объединения которых предусмотрены общие коллекторы.

Достоинства теплообменника

Простая схема теплообменника труба в трубе не является помехой для его значительной популярности. Что касается обслуживания, то простота устройства дает возможность проводить его самостоятельно, без привлечения сантехников.

К основным преимуществам аппаратов данного типа можно отнести следующее:

1. Оптимальная скорость транспортировки теплоносителя. Это достигается благодаря тщательному подбору водопроводных труб необходимого диаметра: это дает возможность раствору двигаться внутри системы беспрепятственно.
2. Простота изготовления и ухода. Это позволяет без проблем проводить регулярную чистку устройства, позитивно влияющую на продолжительность его службы.
3. Универсальность. Данное свойство теплообменника позволяет использовать не только жидкий, но также парообразный теплоноситель. Как результат, аппарат с успехом может применяться в самых разных системах.

К недостаткам оборудования обычно относят такие моменты:

• Большие размеры. Это накладывает свой отпечаток как на транспортировку, так и эксплуатацию прибора. Особенно это касается приватного использования, т.к. дополнительное пространство на установку аппарата найти не всегда просто.
• Дороговизна. Стоимость наружных труб, не занятых в теплообмене, а также труб, которыми оснащается грунтовый теплообменник (если они имеются в общей конструкции) довольно значительна.
• Сложность проектирования. Данная процедура по силам разве что профессионалам, так как требует проведения сложных вычислений и знания точных параметров системы. Как результат, общая стоимость монтажных работ увеличивается.

Несмотря на имеющиеся недостатки теплообменников труба в трубе, положительные стороны это успешно компенсируют: это объясняет большую популярность данных аппаратов не только в промышленных сферах, но и частных домовладениях.

Особенности проектировки

Во время проведения расчетных мероприятий теплообменника труба в трубе нужно подобрать наиболее оптимальный материал, из которого он будет изготовлен. Кроме того, на этом этапе определяют основные параметры конструкции. Хотя ниже и будут рассмотрены основные моменты проектировки аппаратов данной группы, однако самостоятельное проведение подобных работ не рекомендуется. Читайте также: «Как сделать теплообменник на трубу дымохода – варианты конструкции и способы монтажа».

Лучше всего, если этим займутся специалисты по теплотехнике. Так как для целого ряда теплоносителей характерна повышенная коррозийная активность, основные элементы теплообменника стараются изготовлять из нержавеющей стали. Этим также обеспечивается максимально возможная продолжительность службы аппарата. При использовании для изготовления другого материала потребуется проведение тщательного анализа особенностей эксплуатации теплообменника.

Чтобы рассчитать габариты основных секций теплообменника труба в трубе, потребуется информация о следующих параметрах:

• Средний показатель разницы температур теплоносителей.
• Тепловая нагруженность прибора.
• Коэффициент теплоотдачи, происходящей между стенками аппарата и теплоносителем.
• Показатель теплового сопротивления стенок теплообменника.
• Площадь расчетной поверхности, вдоль которой осуществляется теплообмен.

Теплотехнические характеристики потребуется дополнить еще некоторыми расчетами. В первую очередь это касается гидравлических параметров, которыми обладает аппарат. Принцип работы теплообменника труба в трубе во многом зависит и от того, какая механическая нагрузка оказывается на металлические трубы системы отопления. Что касается коэффициентов теплообмена труб, то они напрямую зависят от рабочих сред, с которыми взаимодействуют: их знание позволит самостоятельно рассчитать теплообменную систему.

Несложная конструкция теплообменника труба в трубе содействует значительной распространенности аппаратов данного типа. Главное, чтобы большие габариты системы не являлись помехой в установке и последующей ее эксплуатации.

Разборные теплообменники: виды, описание, устройство, приминение

→ Каталог теплообменников → Пластинчатые → Теплообменники разборные

Разборный пластинчатый теплообменник — это разборное устройство предназначенное для передачи тепла от горячего потока к холодному нагреваемому контуру.
Данное оборудование используются как для нагрева холодного потока, так и для охлаждения горячего теплоносителя.
Основными рабочими элементами являются специальные пластины, количество которых можно увеличивать простым добавлением в конструкцию для достижения необходимой производительности теплообменного устройства.

Устройство разборных пластинчатых теплообменников является простым с точки зрения обычного пользователя и в то же время сложным с точки зрения инженера-специалиста. Важнейшими рабочими деталями являются пластины изготовленные из нержавеющих сталей марок AISI304, AISI316, SMO254, титана или сплава на никелевой основе Hastelloy. Так же в укомплектованную конструкцию готового теплообменника входят: плиты (неподвижная и подвижная), Рама для пластин, стяжные шпильки и подставки.

После предварительного технического расчёта определяется необходимое количество пластин исходя из задачи заказчика, которое устанавливается на раму. Между каждой пластиной вдоль по её краю размещается специальное резиновое уплотнение состоящее из материалов, позволяющих выдерживать уплотнению тепловые нагрузки теплоносителей, тем самым исключая любые утечки рабочих потоков из теплообменника в процессе его работы.

Необходимые количество пластин с прокладками в собранном виде представляет собой готовый пакет, который прижимается подвижной плитой к неподвижной плите, далее конструкция стягивается шпильками до определённого момента и пломбируется.

Сжатые пластины образуют между собой маленькие каналы по которым протекают потоки в противоположных направлениях относительно друг к другу.

Принцип работы разборного теплообменника

Работа теплообменного аппарата основана на двух внутренних потоках, направленных навстречу друг другу исключая их перемешивание (на видео это чётко отображено).

В собранном состоянии внутри теплообменника между пластинами образованы маленькие каналы для потока рабочих сред. Эти потоки не смешиваясь между собой, проходят по этим каналам между каждой пластиной поочерёдно.
Проходя по всему теплообменнику рабочий поток нагревается или охлаждается до необходимой температуры перед выходом из теплообменника, в зависимости от его назначения и поступает к нужным источникам. Горячий и холодный потоки прокачиваются через теплообменный аппарат и через всю систему в целом с помощью насоса, за небольшим исключением паровых теплообменников, где пар поступает в контур под своим давлением в зависимости от температуры.

Технические характеристики

• Материалы пластин: AISI304, AISI316, SMO254, Titan, Hastelloy.
• Возможные типы (компоновки) пластин: TK, TM, TL.
• Материал уплотнений: EPDM HT, NBR, Viton G.
• Максимальное рабочее давление: 10 — 25 кгс/см2.
• Максимальная рабочая температура сред: от -30 до +220 градусов.
• Рабочие вещества: Паровые и жидкие маловязкие среды.

Области применения

Сфера использования на сегодняшний день очень широка. За счёт своей компактности и простоты Разборные пластинчатые теплообменники востребованы в современных системах отопления, водоснабжения, кондиционирования и на объектах промышленного производства.

ОТОПЛЕНИЕ
С помощью разборных теплообменников обеспечивается постоянный нагрев теплоносителя для коммунальных систем отопления. Объектами для отопления могут являться многоквартирные и частные дома, а так же офисные здания, промышленные и складские помещения. Использование решения с применением теплообменного агрегата является практически стандартом, позволяя значительно снизить затраты на теплоэнергию и повысить общую эффективность всей системы.

ВОДОСНАБЖЕНИЕ (ГВС)
Из крана с горячей водой поступает вода предварительно нагреваемая с помощью пластинчатого теплообменника. Такое современное решение на сегодняшний день используется почти во всех современных системах горячего водоснабжения любых зданий и построек. Холодная вода поступая из центрального водопровода или скважины, подогревается в разборном теплообменнике от теплоносителя приходящего из ТЭЦ или котла. Далее эта вода подогретая до нужной температуры распределяется по кранам и душевым в помещениях.

ПИЩЕВОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Разборные теплообменные аппараты активно используются в пищевой промышленности при производстве молочных продуктов, сахара, пива, спирта, масел и прочих составляющих продуктов питания. Часто выполняют роль пастеризаторов. Такие разборные пластинчатые теплообменные установки изготавливаются в специальном пищевом исполнении, имея корпус из нержавеющей стали и уплотнительные элементы из резины NBR (Nitril).

МЕТАЛЛУРГИЯ
На металлургических заводах в различных системах для обеспечения непрерывного производственного процесса используются разборные теплообменники. С помощью них снижают температуру циркулирующих рабочих жидкостей в системах охлаждения узлов и агрегатов, а так же гидравлических масел и эмульсий.

НЕФТЕГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСЬ
На объектах добычи нефти и газа, а так же в местах их переработки используются разборные теплообменники. Их цель подогревать или охлаждать необходимые рабочие жидкости до требуемой температуры с целью обеспечения рабочих процессов. Пластинчатый теплообменный агрегат для нефтегазовой промышленности будет изготовлен из высокопрочных металлов, имеющих повышенную стойкость к химическим веществам, бензинам и коррозии.

ОХЛАЖДЕНИЕ ДИЗЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
Теплообменник может использоваться для охлаждения дизельной электростанции. Внедрение его в жидкостную охладительную систему с антифризом или тосолом позволяет поддерживать нужную рабочую температуру силовой установки.

СУДОСТРОЕНИЕ
Разборные теплообменники применяются на морских и речных судах для охлаждения основных двигателей и гидравлических систем. Для взаимодействия с морской водой в конструкции будут использоваться титановые компоненты для долговечной работы теплообменного агрегата.

На этих направлениях использование разборных пластинчатых теплообменных агрегатов не ограничивается и компания «ТЕПЛОГАРАНТ» готова вам произвести бесплатный подбор теплообменного аппарата под любую задачу исходя из ваших требований.

Главные преимущества

УДОБСТВО ОБСЛУЖИВАНИЯ
Разборная конструкция позволяет производить более тщательную очистку внутренних поверхностей разобрав и собрав теплообменный аппарат на части. Можно промыть каждую рабочую деталь отдельно в какой-нибудь подходящей ёмкости и установить её обратно практически новую.

УДОБСТВО МОДЕРНИЗАЦИИ
В разборном варианте теплообменного агрегата есть возможность добавлять пластины с целью увеличения его производительности. Данная процедура требует предварительно поверочного технического расчёта теплообменника у специалистов компании ТЕПЛОГАРАНТ, чтобы понять, сколько пластин нужно добавить.

НИЗКИЕ РАСХОДЫ НА ЭКСПЛУАТАЦИЮ
При соблюдении всех требований согласно руководству по использованию разборного теплообменника, его безотказная работа достигает до 15-20 лет. Используйте безопасные промывочные жидкости, вовремя проводите техобслуживание и приобретайте запасные части только у сертифицированного поставщика, у компании ‘ТЕПЛОГАРАНТ’.

БЕЗОПАСНАЯ УТИЛИЗАЦИЯ
Все наши разборные теплообменные аппараты изготовлены из безопасных материалов. Все составные детали и резиновые прокладки можно утилизировать с дальнейшей безопасной переработкой.

Хотите купить разборный теплообменник
с доставкой?

—

Устройство теплообменника Гранд Чероки 3.6

Джип, Крайслер, Додж

• 2 декабря 2020
• Опубликовал Денис

02 Мар

Устройство теплообменника Гранд Чероки 3.6 будоражит умы собственников. Почему течёт, в чём отличия между модельными годами, можно ли обойтись малой кровью и насколько они взаимозаменяемы. Разобрали их на части и подробно ответим на ваши вопросы. Не любите много текста и картинок? Смело включайте видео. Нужна подробная информация для спокойного поглощения? Листайте дальше.

1. Корпус
2. Охлаждение
3. Датчики
4. Масляный фильтр
5. Нюансы
6. Важно!

Корпус

Знакомьтесь, это первый вариант, собравший все лавры, встречается на машинах 2011 и 2012 годов выпуска.

Теплобоменик Гранд Чероки 3.6 дорестайл

Если сравнить со второй версией, отличия сходу в глаза не бросается. Чуть изменилась колба масляного фильтра и форма охладителя, на этом очевидные вещи заканчиваются.

Теплообменник после рестайлинга

Стоит включить наблюдательность и копнуть глубже. Нижняя часть корпуса масляного фильтра представляет из себя плоскость с технологическими отверстиями и принимает на себя большое количество тепла от двигателя.

Место стыка с развалом двигателя

В рестайле решили снять тепловую нагрузку с пластика и уменьшили пятно контакта. В первую очередь между охладителем и корпусом, там теперь хороший зазор.

Зазор между теплообменником и корпусом фильтра

Снизу пластик касается развала только рёбрами жёсткости, в местах технологических отверстий и болтов.

Охлаждение

Жидкость через теплообменник циркулирует по следующей схеме.

1. Подача от масляного насоса.
2. Сброс масла мимо фильтра.
3. Подача антифриза из правой части двигателя.
4. Подача антифриза из левой части двигателя.
5. Выход масла из охладителя в главный масляный канал (галерею).

Схема движения жидкостей в корпусе

Антифриз выходит из охладителя через пластиковую трубку в правой части кадра.

Верхний контур под антифриз, нижний под масло

На дорестайле параллельная схема охлаждения: масло идёт вдоль левой головы, антифриз вдоль правой.

Уменьшенная площадь контакта корпуса с теплообменником

На рестайле диагональная схема, масло движется справа налево, антифриз слева направо. Это хорошо видно по прокладкам теплообменника – масляные темней.

Схема движения жидкостей в теплообменнике

Даже сверху можно определить где масло, а где охлаждающая жидкость.

Выступы теплообменника Гранд Чероки

Выступы на радиаторе предназначены под контуры с антифризом.

Датчики

Новый теплообменник Гранд Чероки поставляется в комплекте со всеми прокладками, масляным фильтром и двумя датчиками. Верхний отвечает за температуру масла, нижний – за его давление.

Датчики идут в комплекте с новым маслоохладителем

На дорестайле датчики расположены почти друг над другом, что вызывало сложности при замене и работе с разъёмами. При продольном расположении двигателя в любом случае нужно снимать коллектор, а вот при поперечном можно было подлезть и поменять датчики на месте, пусть и с трудом.

Датчики расположены друг над другом

У рестайлинга датчики слегка разнесены в стороны и уменьшен угол наклона датчика температуры.

Датчики разнесены в стороны

Тонкие руки, немного сноровки и датчики можно поменять без демонтажа верхней части коллектора, что позволяет сэкономить на прокладках.

Масляный фильтр

Самое большое изменение коснулось колбы масляного фильтра. На дорестайле по центру стоит клапан, в честь которого выпустили отдельный сервисный бюллетень.

По этому клапану есть сервисный бюллетень

Вы можете как обычно открутить крышку масляного фильтра и увидеть улетающий вдаль кусок пластика. В профильных сервисах Москвы с этим справятся, в остальных предложат новый узел. Если вас настигла такая напасть, достаточно купить артикул 68385075AA, в комплекте клапан и пружина.

Крышка масляного фильтра дорестайл

Именно поэтому в рестайлинге перепускной клапан установили в крышку, упростив конструкцию. Главное её не ронять, а то клапан разберётся на составляющие. Именно так и произошло при съёмке ролика.

У рестайла в крышке стоит перепускной клапан

В штатном режиме эксплуатации масло попадает в колбу (1), проходит через масляный фильтр и уходит в магистраль (3) на маслоохладитель.

Движение масла в колбе фильтра

При забитой бумаге или повышенном давлении в системе срабатывает клапан, масло проходит мимо фильтра (2) и частично сбрасывается обратно к насосу.

Отличия масляных фильтров, внизу рестайлинг

Фильтры не взаимозаменяемые, у рестайлинга снизу выступ с прокладкой, которая запирает канал сброса масла. Оба фильтра лежат в одном положении, низ расположен справа.

Нюансы

Первые версии теплообменника Гранд Чероки производила компания Hengst, теперь первенство перешло к Sogefi.

Вместо Hengst теперь Sogefi

Работа над ошибками проделана достойная, однако есть и свои минусы. В нижней части колбы масляного фильтра есть три технологических пластиковых заглушки, запаянных с завода. Это слабое место, которое может потечь даже на новом узле.

Заглушки в корпусе масляного фильтра

Как вы уже видели, у рестайлинга резина покраснела, стала более эластичной и меньше дубеет. Тем не менее порой привозят охладители с чёрными прокладками.

Цвет прокладок теплообменника не всегда красный

Крайслер не комментирует очередной виток доработок.

Важно!

1. Китайские маслоохладители. Масляный насос создаёт давление в системе до 1000 кПа, малейшая неточность и всё масло в лучшем случае снаружи, а в худшем – начало смешиваться с антифризом. Aliexpress это большая лотерея, причём потерять в ней можно намного больше, чем стоимость «входного билета».
2. Герметик. Производитель поставляет только прокладки между пластиковым корпусом и развалом двигателя, уплотнения между пластиком и охладителем отсутствуют. Пусть это останется на совести Крайслера. Вы можете разобрать всё и посадить на герметик, но на свой страх и риск. Грамотный сервис не станет таким заниматься.
3. Безразличие. Достаточное количество владельцев в курсе течи масла, но продолжают упорно ездить дальше. Пентастар не сильно любит пониженный уровень, ему и так хватает проблем с рокерами, не стоит усугублять ситуацию и утраивать стоимость ремонта.
4. Ресурс. Статистика показывает, что теплообменники проезжают в среднем 100 тысяч километров, после чего просятся на покой.

Статическое оборудование: знакомство с теплообменниками

Большинство механического оборудования, используемого на нефтегазовых объектах, относится к группе статического оборудования, в которую входят сосуды под давлением (барабаны, колонны, реакторы, фильтры) и теплообменники (кожухотрубные, пластинчатые и рама, воздухоохладители).

В предыдущей статье были представлены рекомендации по экономической эффективности конструкции, материалов и изготовления оборудования. Его цель состояла в том, чтобы позволить инженеру проекта, который не является специалистом по оборудованию, проверить, что экономичный выбор сделан во всех задействованных дисциплинах.

Эта статья преследует ту же цель, что и для теплообменников: убедиться, что во всех задействованных дисциплинах — процессах, теплообмене и механике — делается наиболее экономичный выбор.

Часто одна дисциплина не полностью осведомлена о влиянии затрат на то, что она определяет. Также часто дисциплина выходит за рамки функциональной спецификации, вместо этого делая выбор и, таким образом, лишая проект более экономичного выбора в дальнейшем.

Первая часть этого раздела является общей для всех типов, за ней следуют разделы, относящиеся к каждому типу теплообменника.

Входные данные процесса

Помимо данных, требуемых для сосудов под давлением, для процесса должны быть указаны следующие: удельная теплоемкость) при температурах на входе и выходе

В случае конденсации или испарения жидкости: кривые нагрева/охлаждения, показывающие, как тепловая нагрузка и массовая доля пара изменяются в зависимости от температуры, и соответствующие тепловые свойства жидкости и доли пара

Обратите внимание, что механическая конструкция теплообменника должна учитывать все возможные варианты эксплуатации. Могут быть случаи эксплуатации с низким динамическим диапазоном, когда тепловое расширение увеличивается по сравнению с расчетным случаем из-за повышенного охлаждения на технологической стороне. Таким образом, паспорт процесса должен включать экстремальные рабочие случаи, в том числе аварийный случай.

Надбавка

Запас над расчетом, т. е. избыточная площадь поверхности теплообмена, предусмотрен для учета возможной неточности данных процесса, а также возможного закупоривания труб. Как описано ниже, технологическая дисциплина обычно выполняет тепловой расчет кожухотрубных (ТК) теплообменников. Таким образом, он включает такой перепроект, обычно 10%, в дизайне. Для остальных типов теплообменников запас по надпроектному заданию должен определяться по типу процесса. Пожалуйста, обратитесь к конкретным разделам ниже для получения инструкций.

Типы теплообменников

Существует довольно большой выбор типов теплообменников: наиболее распространены теплообменники S&T с воздушным охлаждением (ACHE), труба в трубе/шпилька и пластинчато-рамные (P&F). Другие теплообменники компактной конструкции, такие как полу-/полностью сварные пластинчатые теплообменники, теплообменники с печатной схемой, кожухо-корпусные теплообменники и т. д., становятся все более популярными благодаря своим компактным размерам и весу, что делает их очень популярными на шельфе.

Тип теплообменника указан в паспорте процесса. Поскольку инженер-технолог не всегда знаком со стоимостью каждого типа, может быть сделан неэкономичный выбор.

Когда требуется экономия энергии, используется теплообменник, обычно теплообменник подачи/выработки, парогенератор или подогреватель питательной воды котла.

Когда требуется только охлаждение, везде, где это возможно, используется вода. Если охлаждающая вода недоступна, например, в пустынных районах, таких как Ближний Восток, или если она настолько агрессивна, что ее использование приведет к необходимости использования дорогих коррозионно-стойких материалов, используются только ACHE.

АКЭ имеют гораздо более низкий коэффициент теплообмена и намного дороже, чем теплообменники с водяным охлаждением, исходя из первоначальной стоимости. Тем не менее, они очень экономичны в отношении общих затрат, поскольку исключают высокие затраты на обращение с охлаждающей водой.

Когда требуется подготовка к зиме, т. е. когда минимальная температура воздуха может привести к замерзанию технологической жидкости, выбор ACHE увеличивает стоимость из-за нагревательных змеевиков, рециркуляции и жалюзи, необходимых для их подготовки к зиме. Наконец, АКЭ обычно может экономично охлаждаться только до температуры воздуха +10°C (по сравнению с +5°C для теплообменника с водяным охлаждением). Кроме того, температура приточного воздуха всегда выше температуры подачи воды.

В стандартную комплектацию входит воздушное охлаждение, за которым следует водяное охлаждение (называемое триммером). Например, на производственной площадке, где расчетная температура воздуха составляет 40°С, охлаждение до 55°С будет осуществляться воздухоохладителем, а дальнейшее охлаждение — водяным охладителем. Термин «предел температуры на выходе из технологического процесса» используется для 55°C. Обычно она на 15°C выше расчетной температуры воздуха ACHE. Выбор обычно делает клиент и указывается в проектной основе.

Воздухоохладители оказывают значительное влияние на компоновку завода. Действительно, они не могут быть расположены над каким-либо объектом из-за создаваемой ими тяги. Их обычно устанавливают поверх трубных эстакад.

Чтобы загрузить эту статью в формате pdf, нажмите здесь.

Пластинчатые теплообменники (P&F), также называемые пластинчатыми теплообменниками (PHE), намного компактнее, чем S&T. Их коэффициент теплопередачи намного выше, поэтому поверхность значительно уменьшается. Они могут быть рентабельными, особенно в тех случаях, когда требуются дорогостоящие конструкционные материалы (сплавы).

Теплообменники P&F бывают двух типов: разборные и сварные. Сварной тип является самым дешевым. Обычно оно ограничивается расчетным давлением 25 бар изб. и расчетной температурой 185°C. Расширение теплообменного режима этого типа теплообменника в более поздние сроки очень просто путем добавления пластин в раму.

Теплообменники P&F также значительно более компактны, чем аналогичные теплообменники S&T. Теплообменник P&F занимает около 15 % площади участка теплообменника S&T (и только 11 % с учетом площади, необходимой для обслуживания, т. е. удаления пучка теплообменника S&T).

Для малых режимов работы иногда используются теплообменники типа «труба в трубе» или «шпилька». Тем не менее, из-за ограниченного числа поставщиков они неконкурентоспособны по сравнению с теплообменниками S&T с U-образными трубками.

Спиральные теплообменники (SHE) также следует рассматривать для работы в условиях сильного загрязнения из-за высокой турбулентности, создаваемой непрерывным изменением направления потока, сводящим к минимуму загрязнение. Этот тип теплообменника также довольно компактен, но не в такой степени, как ПТО. Они могут выдерживать расчетное давление до 25 бар изб. и расчетную температуру до 400°C, так как имеют обычные прокладки. Таким образом, область применения СТЭ намного шире, чем у ПТО.

Существуют также некоторые теплообменники, такие как MCHE — основные криогенные теплообменники (змеевиковые), пластинчато-ребристые, теплообменники с печатными схемами (PCHE) для очень компактного, высокого давления, многопроцессного потока в едином блоке, эксплуатация при переменной температуре, близкое температурное приближение и т. д., с запатентованной конструкцией лицензиара/поставщика, высокоэффективная для конкретных применений, таких как СПГ, нефтепереработка и т. д.

На шельфе, где площадь основания и вес оборудования имеют решающее значение, в настоящее время выбирают PCHE. Например, в типичном приложении 100-тонный теплообменник S&T был заменен 15-тонным PCHE, что позволило сэкономить более 10 миллионов долларов на установке.

Сопротивление обрастанию

Обрастание – это отложение нежелательных веществ на поверхности теплообмена, что снижает теплообмен. Это чрезвычайно важный параметр конструкции теплообменника. Более высокая устойчивость к загрязнению приводит к снижению теплопередачи. Покупатель должен указать устойчивость к обрастанию. Используйте опыт эксплуатации завода или, по умолчанию, значения, указанные Ассоциацией производителей трубчатых бирж (TEMA) для различных типов жидкостей.

Толщина слоя загрязнения

Теплообменники испытывают большее падение давления по мере их загрязнения из-за уменьшения площади проходных каналов. В то время как почти все проектировщики считают, что сопротивление обрастанию объясняет потерю теплопередачи, очень немногие из них считают толщину слоя загрязнения причиной более высокого перепада давления. Это очень аномально, потому что сначала идет осадок, а затем, как следствие, термическое сопротивление. Для грязных и вязких жидкостей перепад давления в загрязненном теплообменнике может в три раза превышать перепад давления в чистом состоянии как внутри, так и снаружи труб. Поддержание скорости на достаточно высоком уровне, чтобы избежать отложений, избегая застойных зон/горячих точек/холодных точек, являются мерами по смягчению последствий в тепловом расчете теплообменника. В программе HTRI можно напрямую ввести толщину слоя загрязнения.

Шпилькообразные теплообменники

Для низких нагрузок, менее 500 кВт, где диаметр теплообменника S&T менее 200 мм, шпильчатые теплообменники могут быть хорошим выбором. Они бывают в виде одной трубки (двойная трубка) или нескольких трубок в оболочке-шпильке (многотрубка). Лучше не указывать двойную трубу или несколько трубок и предоставить возможность оптимизации поставщику. Шпильчатые теплообменники поставляются с U-образными трубками, прямыми трубками (с возможностью сквозного стержня), фиксированными трубными решетками или съемным пучком.

Стороны жидкости

• В паспорте процесса указано, какая жидкость находится на стороне трубы, а какая — на стороне кожуха. Проверьте правильность распределения.
  
• Жидкость с самым высоким давлением должна находиться на стороне трубы, чтобы свести к минимуму влияние давления на толщину стенки и, следовательно, стоимость материала.
  
• Жидкость с тенденцией к загрязнению также следует наносить на трубную сторону, которую легче чистить: Очистка внутренней части (прямых) труб легче, чем очистка корпуса/снаружи труб
  
• Коррозионно-активная жидкость должна быть нанесена на трубную сторону, чтобы свести к минимуму количество используемого дорогостоящего коррозионно-стойкого материала.
  
• Жидкость с низким перепадом давления должна поступать на межтрубное пространство.
  
• Жидкости с паровой фазой должны находиться на межтрубном пространстве, так как это обеспечивает больший объем для соответствия более низкому коэффициенту теплопередачи.
  
• Жидкости с высокой температурной разницей за один проход должны располагаться со стороны кожуха, чтобы уменьшить осевое сжимающее напряжение и избежать компенсатора.
  
• Токсичные или смертельно опасные жидкости должны находиться на стороне трубки.
  

Исключение: Вышеуказанные факторы являются основными переменными при принятии решений. Однако они могут оказывать влияние друг на друга и усложнять выделение жидкости.

Код проекта

ASME BPVC Раздел VIII – Правила строительства сосудов под давлением Раздел 1 применяется к теплообменникам S&T, поскольку они являются сосудами под давлением. Кроме того, API 660, 9Обычно применяются 0114 и TEMA , специально предназначенные для теплообменников S&T. На европейском рынке требования PED (Директива по оборудованию, работающему под давлением) являются обязательными и разработаны либо для кода EN, либо для кода ASME.

TEMA имеет разные классы: TEMA C (общее обслуживание) менее строгий, чем TEMA R (обслуживание нефтеперерабатывающего завода). TEMA C является наиболее экономичным. Он подходит для вспомогательного оборудования машин, например, смазочного масла, при низком и умеренном давлении и температуре. TEMA R является стандартом для технологических теплообменников в нефтегазовой промышленности.

Как правило, давление со стороны кожуха 300 бар, давление со стороны трубы 1400 бар с температурным диапазоном от (-)100°C до (+)600°C являются ограничениями для теплообменников S&T.

Расчетное давление со стороны межтрубного пространства

Обычно наблюдается большая разница давлений со стороны трубы и межтрубного пространства. Типичным случаем является охлаждение газа высокого давления в нефтяной и газовой промышленности охлаждающей водой низкого давления на межтрубном пространстве. Разрыв трубки обычно рассматривают как случайный случай. Сторона кожуха должна быть защищена от возникающего в результате события избыточного давления. Этого можно добиться двумя способами:

1. Добавление устройства сброса давления на межтрубном пространстве, обычно это разрывная мембрана, так как предохранительный клапан недостаточно быстр. (Логика этого правила «10/13» заключается в том, что гидроиспытания проводятся согласно ASME при 1,3-кратном расчетном давлении — до 2000 года оно было широко известно как правило ⅔, основанное на давлении гидроиспытаний по старым нормам).
   

Для давления до пределов класса 150 фунтов выберите опцию № 2. Для более высоких давлений проверяйте в каждом конкретном случае. Динамическое моделирование выполняется для более точного определения безопасного значения давления для сценариев разрыва трубы, чем стационарные методы для перепада давления более 70 бар, когда более низкое внутреннее давление не защищено правилом 10/13.

Допустимое падение давления

Допустимое падение давления в системе влияет на размер теплообменника.

Более высокие допустимые перепады давления приводят к уменьшению размера теплообменника, но увеличивают эксплуатационные расходы из-за дополнительной мощности насоса. Таким образом, общая стоимость теплообменника должна быть минимизирована с учетом обоих аспектов.

Тепловой расчет

Тепловой расчет теплообменников S&T должен выполняться покупателем, поскольку поставщики, которые являются производителями сосудов под давлением, обычно не имеют навыков для выполнения теплового расчета. Некоторые делают и предлагают тепловую гарантию в дополнение к механической гарантии по более высокой цене и графику доставки. Покупатель выполняет тепловое проектирование с использованием общедоступного программного обеспечения для теплового проектирования.

Анализ вибрации

Теплообменники S&T подвержены вибрациям, вызванным потоком, из-за неподдерживаемых длин труб, подверженных высокой скорости потока со стороны кожуха, что может привести к выходу из строя трубы.

Необходимо провести анализ вибрации. Упрощенный метод ТЕМА сейчас устарел. Xist от HTRI — это стандартное программное обеспечение, используемое для теплового расчета теплообменников S&T. Он выполняет сложные меры анализа вибрации, такие как двойные сегментные перегородки, NTW (без трубок в окне), входные опорные перегородки, ударные стержни, запатентованные опорные устройства для труб и т. д. намерение, а просто отражает текущую практику и рекомендацию).

Типы теплообменников S&T

Теплообменники S&T бывают нескольких подтипов, обозначаемых тремя буквами в соответствии со стандартами TEMA, такими как «AES» или «BEM». Первая и третья буквы относятся к типу передней и задней головок, а средняя буква, обозначающая тип оболочки, имеет решающее значение для теплового расчета. Он определяет схему потока межтрубного потока через теплообменник.

При выборе типа теплообменника учитываются несколько факторов, в том числе механические, термические и простота обслуживания, т. е. химическая/механическая очистка. Выбор между съемным пучком или нет, прямыми или U-образными трубками и типом головок — вогнутым концом или фланцем, и делается на основе того, загрязняются ли одна или обе жидкости или нет.

Во всех случаях, когда это не указано в основах проектирования, жидкости с сопротивлением обрастанию 0,0004 ч·м ² °C/ккал или выше должны рассматриваться как загрязняющие.

В случае, если ни одна из жидкостей не загрязняется, должен быть выбран наиболее экономичный тип, NEU, с фиксированной трубной решеткой и U-образными трубками.

В случае, если загрязняется только одна из жидкостей, наиболее экономичным является тип БЭМ с фиксированными трубными решетками, приваренными к корпусу, и прямыми трубами. Загрязняющая жидкость должна находиться на стороне трубы, которую можно очистить механически, так как трубы прямые. Поскольку неподвижные трубные решетки не допускают дифференциального теплового расширения между трубами и кожухом, разница температур между жидкостями, как правило, не должна превышать 50–60 градусов.

Это также зависит от того, имеют ли трубы и кожух одинаковую или разную металлургию, поскольку коэффициент теплового расширения у разных материалов разный.

При температуре выше 50–60°C на кожухе потребуется компенсатор, что увеличивает стоимость и со временем является источником утечек и может привести к остановке установки. Поэтому рекомендуется рассматривать компенсатор только при низком давлении со стороны кожуха и для кожухов размером с трубу. Если это не так, следует выбрать U-образный съемный пучок (BEU). Загрязняющая жидкость должна быть переключена на межтрубное пространство. В случае, если обе жидкости загрязняются, требуются как прямые трубы, так и съемные пучки, поэтому необходимо выбрать самый дорогой тип с плавающей головкой (AES). Этот тип имеет наибольшую ремонтопригодность и доступ к обеим сторонам; в то же время эта конфигурация требует наибольшего количества поверхностей ковки и уплотнения, а также наибольшего количества обрабатываемых или шлифовальных поверхностей. Следствием наличия большого количества съемных частей является то, что он также является самым дорогим.

AET, сквозного типа, позволяет вытягивать пучок без разборки плавающей головки. Однако для этого требуется большой зазор между пучком и оболочкой, что приводит к большой площади байпаса. Выберите AET для корпусов большого диаметра (>800 мм). Для корпусов меньшего диаметра используйте тип AES, т. е. с помощью устройства поддержки головки с разъемным фланцем.

Головки должны выбираться экономичным способом. Использование шляпной (выпуклой) головки более экономично, чем швеллерной (фланцевой). Однако типы с крышкой требуют демонтажа для очистки, нарушая соединения трубопроводов. Сделайте выбор на основе загрязнения жидкости со стороны трубы. Выберите тип A (с фланцем) при загрязнении и тип B (с крышкой), если жидкость со стороны трубы не загрязняется, а также для работы с водородом или токсичными веществами.

Максимальный размер

Обычно диаметр оболочки плавающего напора (60 дюймов) ограничивается до 1500 мм, а длина трубы — от 8 до 9 м, чтобы ограничить вес связки до 20 тонн для обработки во время обслуживания. Для фиксированной головки и U-образной трубы может быть принят диапазон 2 м в диаметре и 12 м длины пучка. На морских нефтегазовых платформах длина трубы ограничена 6 м для удобства обращения.

Стандартизация

Рекомендуется стандартизировать размер, толщину и длину трубок до нескольких значений, чтобы ограничить количество запасных трубок для ремонта. В некоторых случаях даже съемные пакеты могут быть стандартизированы для нескольких обменников.

Конструкция трубной решетки

ASME и TEMA предлагают два различных способа расчета толщины трубной решетки. Расчет TEMA менее сложен, чем расчет ASME, поскольку он не учитывает жесткость, обеспечиваемую оболочкой и неподвижной головкой. ASME проверяет напряжения соединения основной оболочки и канала с обечайкой, которые не рассматриваются в TEMA и в большинстве случаев определяют толщину трубной решетки. Поэтому толщина трубной решетки по ASME всегда выше, чем по TEMA. Поэтому важно указать, должна ли толщина трубной решетки рассчитываться в соответствии с ASME или TEMA.

В случае высокого давления, например, в поточном котле-утилизаторе, таком как тот, который используется в установках Клауса, толщина трубной решетки рассчитывается с использованием ASME I вместо ASME VIII для уменьшения толщины. ASME I считает, что трубная решетка удерживается трубами, что не относится к ASME VIII.

Расширенная/ограниченная трубная решетка

Для съемных пучков трубная решетка может быть заключена между кожухом и фланцами канала, и ее не нужно удлинять, чтобы получить внешний диаметр (НД), равный диаметру фланца канала с болтом с буртиком дизайн. Коды (API 660 или TEMA) этого не требуют. Некоторые клиенты могут запросить это для облегчения гидротестирования пакета вне оболочки. Не запрашивайте его, если это не указано в спецификации клиента.

Пластины для защиты от ударов

Когда коэффициент удара превышает пределы, установленные TEMA, требуется защита от ударов. Стандарты TEMA определяют разные пределы rho-v-2 для эрозионных и неэрозионных жидкостей. Для двухфазных потоков должны быть предусмотрены отбойные пластины. Обычно используются круглые или прямоугольные ударные пластины, но в настоящее время все более популярными становятся ударные стержни, поскольку они сводят к минимуму возможность вибрации, вызванной потоком.

Соединение трубы с трубной решеткой

Соединение трубы с трубной решеткой является предметом многочисленных теоретических дискуссий.

Практичным и проверенным способом обеспечения механической прочности является установка труб в канавку(и) в трубной решетке: одна канавка для толщины трубной решетки менее 1 дюйма и две канавки выше.

Если требуется герметичность, например, чтобы избежать перекрестного загрязнения жидкостей со стороны трубы и межтрубного пространства, должен быть добавлен (уплотняющий) сварной шов.

Код API и некоторые спецификации клиентов требуют прочных сварных швов; замена расширения трубы в канавки + уплотнительный шов за счет сочетания механической прочности и герметичности является более слабым решением и не рекомендуется.

Трубка

Это может быть значительным элементом затрат при заказе больших теплообменников. В теплообменниках в качестве трубок используются трубки.

Трубки определяются по внешнему диаметру. Наиболее популярными размерами труб являются 3/4 дюйма и 1 дюйм. Эти размеры обеспечивают наилучшие универсальные характеристики и являются наиболее экономичными в большинстве применений. Меньшие размеры было бы трудно чистить, а большие размеры используются только в ситуациях с ограничением падения давления. Трубы меньшего диаметра следует отдавать предпочтение, когда расчетное давление со стороны трубы очень высокое, чтобы уменьшить толщину трубы.

Придерживайтесь стандартного размера трубы, длины и толщины стенки, как указано в TEMA.

Для трубок учитывается низкий или даже нулевой допуск на коррозию, поскольку они считаются заменяемым компонентом теплообменника. Толщина труб, указанная в стандартах TEMA, имеет два компонента: один в сторону прочности, а другой в сторону коррозии. Поскольку эти компоненты не указаны, инженеры обычно считают, что трубы не имеют припуска на коррозию. Однако, если жидкость обладает повышенной коррозионной активностью, следует выбирать большую толщину стенки трубы. Ответственность за указание толщины трубы лежит на специалисте по материалам покупателя.

Указывается либо минимальная, либо средняя толщина стенки трубы. Трубы со средней толщиной стенки дешевле. Придерживайтесь средней толщины стенки, если только высокое давление, коррозия или спецификация клиента не требуют иного.

Не навязывайте бесшовные трубы, которые могут стоить дороже и иметь более длительный срок доставки. Сварные трубы, которые проходят больший объем неразрушающего контроля, столь же надежны и имеют более постоянную толщину стенки. Однако, когда разница в стоимости незначительна, отдайте предпочтение бесшовным трубам для длительного срока службы теплообменника.

Форма трубы

Трубы бывают треугольной или квадратной формы. Треугольная конфигурация позволяет устанавливать на 5–10 % больше трубок при том же внутреннем диаметре кожуха, но затрудняет очистку со стороны кожуха. Выберите квадратную конфигурацию или большой шаг труб, если требуется очистка со стороны кожуха. Поэтому очень распространен треугольный шаг в теплообменниках с фиксированной трубной решеткой и квадратный или повернутый квадратный шаг в U-образных трубных теплообменниках или теплообменниках с плавающей головкой. Следует ли использовать квадратный или повернутый квадратный шаг, зависит от степени турбулентности на стороне оболочки. Там, где он низкий, как в случае с вязкими жидкостями, повернутый квадратный шаг дает гораздо более высокий коэффициент теплопередачи при том же перепаде давления. Тип метода очистки (химический/механический), принятый клиентом, также влияет на выбор шага.

Технический чертеж

Эскиз, такой как рис. 1 , можно извлечь из программного обеспечения для теплового проектирования, показывающий размеры оборудования. Там же указан вес оборудования, расположение патрубков и опор. Однако такая информация не является точной и не позволяет продолжить проектирование интеграции оборудования (т. е. проектирование фундамента оборудования и соединительных трубопроводов).

Действительно, механический расчет должен быть выполнен для определения веса оборудования, положения опор, а также патрубков, что зависит от толщины фланцев, положения сварных швов и т. д.

По завершении механического проектирования может быть создан технический чертеж, необходимый для проектирования интеграции оборудования, который показывает данные интерфейса (размеры оборудования, нагрузки, сопла и положения опор).

Материалы

В теплообменнике используются различные материалы из-за различной природы, состояния, температуры и содержания коррозионно-активных компонентов жидкостей на межтрубном пространстве. Гальваническая коррозия и предотвращение эрозии должны быть основными соображениями. Необходимо пересмотреть ограничение скорости (как минимальное, так и максимальное), облицовку интерфейса двухматериальных соединений и т. д.

Гарантия производительности/механическая гарантия

Несмотря на то, что в большинстве случаев тепловой расчет теплообменников S&T выполняется покупателем, механическая конструкция может повлиять на тепловые характеристики. Таким образом, как механическая, так и тепловая конструкция должны быть ответственностью поставщика, когда обе гарантии должны быть предоставлены, что, как указано выше, сопряжено с некоторыми надбавками.

Практическое правило расчета стоимости

Геометрия теплообменника S&T напрямую влияет на стоимость. Теплообменники с длинным и малым диаметром являются наиболее экономичными. Учитывая расчетное давление 30 бар с обеих сторон, теплообменник с диаметром кожуха 1,5 м и длиной трубы 3 м (3000 трубок) будет стоить в два раза дороже, чем теплообменник с диаметром кожуха 0,3 м и длиной трубы 8 м (500 трубок), оба теплообменника имеют одинаковую площадь теплообмена.

Для теплообменников S&T из углеродистой стали стоимость оборудования можно оценить, используя эмпирическое правило: 500 долл. США/м ² площади теплообмена.

Ссылка

Практический тепловой расчет кожухотрубных теплообменников, 1-е издание, Раджив Мукерджи, Begell House Publishers

---

Профили авторов можно найти здесь: Навид Таджик, Сагар Гайквад, Мансур Хамза, Марко Гарофанелло, В. У. Натан, Раджив Мукерджи и Эрве Барон

Чтобы загрузить эту статью в формате PDF, нажмите здесь.

Типы теплообменников в нефтегазовой отрасли — применение и принцип их работы

Технологические нагреватели

8 октября 2019 г. Добро пожаловать

Заметным побочным продуктом многих промышленных и производственных процессов является тепло. Хотя тепловая энергия может быть полезна для некоторых производственных процессов, она также может нанести значительный ущерб чувствительному оборудованию и системам управления, если ее неправильно регулировать.

В большинстве промышленных систем предусмотрены механизмы для отвода избыточного тепла. Популярным устройством терморегуляции, используемым в этом отношении, является теплообменник. Проще говоря, это устройство, которое отводит нежелательное тепло от производственного процесса, что помогает поддерживать производственные температуры в оптимальных пределах.

В этой статье подробно описаны преимущества теплообменников, принципы работы этих устройств и способы их эффективного применения в различных процессах добычи нефти и газа.

Что такое теплообменник?

Промышленный теплообменник — это устройство, специально предназначенное для передачи тепла между различными средами. Одна среда представляет собой технологическую жидкость, а другая — теплопоглощающий хладагент, состоящий из охлажденной жидкости или газа.

Что делает теплообменник?

Как правило, это оборудование отводит тепло, выделяемое в ходе промышленного процесса, способствуя его охлаждению и предотвращая неконтролируемое повышение температуры производства.

В качестве альтернативы теплообменник также может использоваться для нагревания производственной реакции, когда требуются более высокие температуры процесса. Эта функция теплообменника используется реже, чем ее применение в промышленном охлаждении.

Как работает теплообменник?

Теплообменники обеспечивают тесный контакт охлажденной жидкости с горячим промышленным процессом или частью оборудования. Это позволяет обмениваться теплом между двумя средами, используя принципы теплопроводности.

В некоторых случаях среды (хладагент и нагреваемый процесс) находятся в непосредственном контакте, но для большинства типов теплообменников между ними обычно существует разделительный барьер.

Классификация теплообменников

Промышленные теплообменники можно разделить на три широкие группы на основе:

• Способ теплообмена
• Физические состояния взаимодействующих жидкостей
• Конструкция/схема потока теплообменника

Способ теплообмена

Промышленные теплообменники можно разделить на категории в зависимости от того, как взаимодействуют горячие и холодные жидкости.

• В теплообменниках прямого действия обе жидкости находятся в прямом контакте друг с другом в системе трубок. Хотя этот метод очень эффективен, его нельзя использовать в ситуациях, когда две жидкости могут образовывать летучую смесь или изменять результаты промышленного процесса.
• Непрямые теплообменники отделяют охлаждаемые и нагретые жидкости друг от друга, а теплообмен происходит через физический барьер.

Физические состояния взаимодействующих жидкостей

Теплообменники также можно разделить на различные категории в зависимости от физического состояния взаимодействующих сред:

• Теплообменники газ-твердое
• Жидкость – Газообменники
• Теплообменники жидкость-твердое вещество

Конструкция/схема потока теплообменника

Промышленные теплообменники бывают разных конструкций с различными схемами теплообмена. Ниже рассмотрены основные виды.

• Параллельные теплообменники имеют конструкцию, которая позволяет охлаждающей и нагретой жидкостям двигаться в одном направлении.
• Противоточные теплообменники предназначены для того, чтобы нагретая и охлаждающая жидкости поступали с противоположных концов устройства. Это наиболее эффективный способ теплообмена. Такая конструкция обеспечивает наиболее эффективную теплопроводность между взаимодействующими жидкостями на единицу массы.
• Перекрестноточные теплообменники направляют нагретую технологическую жидкость и хладагент в направлениях, перпендикулярных друг другу.

Типы теплообменников, используемых в нефтегазовой промышленности

Применение теплообменников в промышленных процессах имеет решающее значение для обеспечения оптимальной производительности. В нефтегазовом секторе. Где в промышленности используются теплообменники?

В настоящее время доступны различные типы теплообменников, подходящие для различных применений, и наиболее распространенные варианты описаны ниже.

Кожухотрубные теплообменники

Кожухотрубный теплообменник представляет собой набор трубок, заключенных во внешнюю оболочку под давлением. Это устройство работает, направляя одну жидкость (обычно из горячего процесса) через меньшие трубы, а другую — через внешнюю оболочку для обеспечения теплообмена.

Испарители и котлы

Эти теплообменники подвергаются двухфазному процессу теплопередачи, который изменяет физическое состояние одной или нескольких участвующих жидкостей.

Двухтрубные теплообменники

Двухтрубный теплообменник состоит из двух концентрических труб; труба меньшего диаметра, проходящая внутри трубы большего диаметра, которая сближает две жидкости. Для достижения максимальной эффективности нагретые и охлажденные жидкости, циркулирующие в обеих трубах, движутся в противоположных «противоточных» направлениях.

Пластинчатые теплообменники

Пластинчатые теплообменные аппараты состоят из нескольких тонких пластин, уложенных вместе в стопки. Эти пластины создают каналы, по которым могут течь взаимодействующие жидкости.

В то время как типичные пластинчатые теплообменники обеспечивают теплообмен только между двумя жидкими средами, такие модификации, как пластинчато-ребристый теплообменник, допускают прохождение нескольких потоков жидкости через его части. Вариант пластинчатого теплообменника повышает давление в системе обмена для повышения эффективности.

Применение теплообменников в нефтегазовой отрасли

Различные типы доступных теплообменников играют ключевую роль в процессах добычи нефти и газа, перечисленных ниже:

• Системы горячего масла/теплообмена
• Блоки подготовки топливного газа
• Регулятор потока холодного аммиака
• Системы смазки
• Блоки SCR

Модульные технологические блоки IFS могут удовлетворить ваши потребности в нефтедобыче

В компании Integrated Flow Solutions мы являемся производителями технологических блоков, стремящихся предоставлять высококачественные индивидуальные решения для нефтегазовой отрасли. Наше стремление к полному удовлетворению потребностей клиентов отличает нас от конкурентов.

Свяжитесь с нами сегодня по телефону , чтобы получить ценовое предложение или узнать больше о инженерных решениях, которые мы предлагаем.

 

« Кто является крупнейшей страной-производителем нефти в мире? Особенности и преимущества трубопроводного транспорта – зачем нужны трубопроводы »

Микрожидкостный теплообменник, уникальное решение для охлаждения новейших электронных устройств

Когда много электромеханических систем были миниатюризированы и объединены компактной конструкцией, необходимо одновременно учитывать управление температурным режимом в небольшом объеме. По мере того, как устройства или системы становятся меньше, тепловой поток в целом увеличивается. Следовательно, требуется эффективная стратегия охлаждения для микроустройств, особенно когда цель охлаждения изготавливается с помощью процессов микрообработки. Микрофлюидный теплообменник является одним из наиболее перспективных устройств для охлаждения электронных систем, поскольку он также может быть изготовлен с помощью процессов микрообработки 9.0162 1 . Это устройство, также называемое микроканальным теплоотводом, считалось эффективным инструментом отвода тепла и привлекало к себе большое внимание в течение последних десятилетий благодаря своим преимуществам, включая высокие характеристики теплопередачи, небольшие потери давления и простоту изготовления ² .

Очевидно, что прежние электронные системы охлаждения в основном использовали тепловые трубки, ребра и их комбинацию. Использование системы охлаждения на основе ребер и тепловых трубок позволяет занимать большой объем и является огромным недостатком с точки зрения компактности устройства. Например, обычная тепловая трубка в сочетании с вентилятором может рассеивать (300 Вт/м2К) энергии, а при меньшей величине только с ребрами (80Вт/м2К) ³ . Но они не могут рассеять последний диапазон 2000 Вт/см2К, из-за этого вышеперечисленные устройства имеют ограничения для последних электронных компонентов. Увеличение площади поверхности и использование подходящего жидкого хладагента — один из лучших вариантов для дальнейшего продвижения. Концепция микроканального радиатора впервые была предложена Такерманом и Пизом. Его новаторская работа побудила многих других исследователей сравнить свою численную и экспериментальную работу с другими формами микрожидкостного теплообменника. Геометрия впускного и выпускного коллекторов, отвечающих за распределение и сбор жидкости в каналах, является важным фактором при проектировании микрожидкостных теплообменников. Соответственно, основные конструкции коллектора являются консервативными и бифуркационного типа, как показано на рис. 1. В консервативном варианте имеется одна область коллектора, непосредственно связанная с каналами, распределяющими поток. Пунктирная линия на коллекторе показывает альтернативу улучшения однородности потока и, следовательно, температурного градиента за счет изготовления коллектора неоднородным или треугольным. При бифуркационном типе поток от входа разделяется на два потока; затем каждый подразделяется еще на два, пока количество делений не совпадет с количеством каналов ⁴ .
Кроме того, геометрия каналов, пористость каналов, тип жидкости, использование ребер в каналах и т. д. являются параметрами, оказывающими существенное влияние на эффективность микрофлюидных теплообменников.

Рис. 1. Схема коллекторных конструкций (а) консервативного и (б) бифуркационного типа ⁴

Теплообменник используется для передачи теплового потенциала одной среды в другую при наличии или отсутствии непосредственного взаимодействия или смешения между ними . Способность передавать тепло сильно зависит от площади контакта между двумя средами, большее отношение площади к объему приводит к большей теплопередаче. Жидкости обычно передаются по сети трубопроводов относительно меньшего размера, при входе в теплообменник они должны распределяться внутри теплообменника, чтобы увеличить площадь его контактной поверхности. Особое внимание необходимо уделить этому распределению жидкости, поскольку скорость потока через каждый канал теплообменника оказывает значительное влияние на его характеристики в отношении перепада давления и теплопередачи. Падение давления в коллекторе и каналах теплообменника может быть измерено экспериментально, что дает информацию о характеристиках распределения потока. Такие теплообменники отличаются очень высоким отношением площади поверхности к объему, низкими термическими сопротивлениями, малыми объемами, меньшей общей массой и малым запасом рабочих тел.

Однако уместно отметить, что важность новых технологий в микроканалах — это не только час спроса на электронные компоненты с высокой плотностью, но и на охлаждение центров обработки данных, компьютеров рабочих станций, охлаждение сопла для 3D-принтеров, терморегулирование суперконденсаторов и охлаждение искусственных органов. Таким образом, потребность в новой конструкции раковины для улучшения существующего охлаждения является убедительной благодаря многим факторам и может дать новый взгляд на многие междисциплинарные области.

Помимо вышеупомянутых хорошо зарекомендовавших себя преимуществ и области применения микроканала, он также имеет свои собственные эксплуатационные ограничения, а именно: ⁵ :

1. Из-за увеличенной площади поверхности коэффициент трения в микроканалах увеличивается, что приводит к более высокому перепаду давления и еще больше усиливается при введении высоковязких жидкостей.

2. Использование наножидкостей или двухфазной жидкости вызывает коррозию в каналах и вызывает снижение теплопередачи из-за эффектов загрязнения.

3. Неравномерность распределения потока жидкости в микроканалах приводит к возникновению горячих точек на электронном устройстве и сокращению срока его службы.

4. Трудно определить эффективный производственный процесс для микроканалов, обеспечивающий практически нулевую шероховатость поверхности.

5. Если пункт 4 соответствует действительности, то можно решить проблему ранней турбулентности и более высокого перепада давления. Но, самое главное, можно загнать в угол первично ответственный фактор, влияющий на теплообмен в микроканале.

За последние десятилетия было предложено несколько интересных конфигураций микроканалов для удовлетворения требований к охлаждению новейших электронных устройств. В настоящее время проводятся многочисленные исследования для лучшего понимания характеристик течения жидкости в микроканалах и различных способов повышения эффективности микрожидкостных теплообменников. В ближайшие годы это устройство, по-видимому, станет самой надежной технологией охлаждения из-за его превосходной способности выдерживать перегрев, и оно произведет революцию в электронной промышленности.

---

<sup>1. Э. С. Чо, Дж. В. Чой, Дж. С. Юн и М. С. Ким, «Моделирование и моделирование распределения массового расхода в микроканальных радиаторах с неоднородными условиями теплового потока», Международный журнал тепло- и массообмена, том. 53, с. 1341–1348, 2010.

2. Ю.-Т. Му, Л. Чен, Ю.-Л. Он и В.-К. Тао, «Численное исследование однородности температуры в новом мини-канальном радиаторе с различными конфигурациями поля потока», Международный журнал тепло- и массообмена, том. 85, стр. 147-157, 2015.

3. VRBY Tullius JF, «Обзор охлаждения в микроканалах», Heat Transfer Eng, vol. 32, нет. 8, стр. 527-541, 2011.

4. О. К. Сиддики и С. М. Зубаир, «Эффективное использование энергии за счет правильной конструкции коллекторов микроканального теплообменника: всесторонний обзор», Обзоры возобновляемых источников энергии и устойчивой энергетики, т.</sup>