Теплообменный аппарат. Виды, устройство, классификация теплообменников.

Теплообменник – техническое устройство, предназначенное для передачи тепла от одной среды – другой. О видах теплообменных аппаратов, их устройстве и принципе работы читайте в этой статье.

Содержание

Что такое теплообменник и пластинчатый в частности

Теплообменник — это аппарат, задача которого передавать тепло от одной среды к другой без их смешивания. Есть два наиболее распространенных типа этого оборудования:

  • Кожухотрубные. Внутри находится комплект изолированных трубок, которые вставлены в кожух. Через него происходит циркуляция холодной воды, а нагревательным элементом выступают внутренние трубки, через которые проходит горячая жидкость.

  • Пластинчатые. Принцип работы тот же, но передатчиком тепла является комплект пластин. Они достаточно компактные, однако в эффективности теплообмена не уступают кожухотрубным теплообменникам.

Материал для изготовления пластинчатого теплообменника

Пластинчатые теплообменники могут быть нескольких типов:

  • Разборные представляют собой большое количество плоских элементов. Они легко разбираются для промывки и ремонта, поэтому многие ТЭЦ и ИТП используют именно этот вариант.

  • В основе паяных содержится комплект пластин, которые спаяны между собой. Поэтому собрать и разобрать устройство невозможно.

  • В полусварных теплообменниках пластины свариваются по парам. С внешней стороны устанавливаются уплотнения, а парные элементы привариваются между собой. Такой вариант часто используют в работе с агрессивными средами.

  • В сварных аппаратах все пластины свариваются между собой без добавления уплотнителей. Одна из жидкостей проходит по гофрированному каналу, а вторая — по трубчатому.

Главными элементами пластинчатого теплообменника являются комплект пластин и уплотнительные прокладки, которые расположены между пластинами. Выбор материалов зависит от среды, которую необходимо нагревать.

Что такое теплообменник в системе отопления -.jpg

Пластины — главный элемент нагревательной системы

Устройство пластин

Внутренние пластины имеют одинаковый состав и устройство. Для теплообменников, используемых в коммунальной энергетике, в большинстве случаев применяется нержавеющая сталь типа AISI316.

Реже встречаются более дорогие металлы, например, титан или латунь. Такие материалы могут работать с агрессивными средами. К примеру, их можно найти в теплообменниках морских судов, где агрессивным элементом является морская вода.

Требования к прокладкам

Материал уплотнительных прокладок — это полимерные соединения, в составе которых преимущественно каучук. При выборе нужно учитывать агрессивность теплоносителей:

  • EPDM — пресная вода с гликолем;

  • Нитрил — жидкости с маслянистой средой, например, технические масла;

  • Витон — жидкости, которые нужно нагревать до температуры выше 100 градусов по Цельсию.

Принцип работы теплообменника

Пластины теплообменника имеют по 4 отверстия, по одному в каждом углу, которые предназначены для входа и выхода греющей и нагреваемой среды:

  • Одна пара необходима для прохождения первичного теплоносителя с высокой температурой, который подается с ТЭЦ.

  • Вторая пара — для вторичного теплоносителя, который подается, например, в систему отоплен

ия. Он изначально холодный, поэтому нагревается за счет первичной жидкости.

Для более интенсивного теплообмена, устройство каналов выполнено таким образом, что при прохождении теплоносителя внутри теплообменника создается турбулентное завихрение потока. Так достигается максимальное сопротивление течению, турбулентность потока уменьшает образование накипи на пластинах.

Преимущества паяного пластинчатого теплообменника

Паянный теплообменник имеет несколько основных достоинств наряду с другими типами устройств:

  • стоимость, в сравнении с разборным, — на 30% меньше;

  • конструкция выдерживает температуру до 200 градусов по Цельсию;

  • небольшой размер и масса, так как зажимов и уплотнительных прокладок нет;

  • подходит для установки в частном доме и подключению к котлу;

  • спайка проводится с добавлением никеля или меди, которые устойчивы к любым агрессивным средам.

Основные виды теплообменников

Наиболее распространённые в промышленности рекуперативные теплообменники:

  • Кожухотрубчатые (кожухотрубные) теплообменники,
  • Элементные (секционные) теплообменники,
  • Двухтрубные теплообменники вида «труба в трубе»[2],
  • Витые теплообменники,
  • Погружные теплообменники,
  • Оросительные теплообменники,
  • Ребристые теплообменники,
  • Спиральные теплообменники,
  • Пластинчатые теплообменники,
  • Пластинчато-ребристые теплообменники,
  • Графитовые теплообменники,
  • Миниканальные теплообменники[3].
  • Геликоидные теплообменники

Список источников

  1. A. Bejan and A.D. Kraus, «Heat Transfer Handbook», 2003.
  2. Stanly M. Wallas, «Chemical Process Equipment, Selection and Design», 1990.
  3. Ernst U. Schltinder, «Heat Exchanger Design Handbook», 1983.
  4. Donald Q. Kern, «Heat Transfer», 1982.
  5. Warren M. Rohsenow, «Handbook of Heat Transfer», 3 rd Edition 1998.
  6. Don W. Green and Robert H. Perry, «Perry’s Chemical Engineers’ Handbook», 8 th Edition 2007.

Введение

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

Области применения теплообменных аппаратов:

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

Системы теплообмена, зачем нужен теплообменник

Пример смесительного устройства – градирни. Отходящие газы отдают тепло воде, распыляемой из форсунок. В аппаратах, где два агента протекают по отдельным контурам, тепло передается через стенку, поверхность.

Признаком теплообменника является развитая поверхность и подводка двух систем. Это может быть пар-вода, антифриз-вода, вода-вода. Вместо воды в процессе используют химический раствор, вместо пара – нагретые газы.

Применение теплообменников позволяет:

  • Использовать остаточное тепло при получении электрической энергии.
  • Вести химические процессы в точном режиме, поддерживая температуру теплообменниками.
  • Использовать вторичное тепло от энергоносителя для бытовых нужд.
  • Поддерживать температуру теплоносителя для бытовых систем отопления в параметрах, соответствующих стандарту.

Конденсаторы

Применяются для того, чтобы пар конденсировался не в цилиндрах машины, а вне их. За счет них в несколько раз повысили термический к. п. д. паровых машин.

Принцип работы теплообменника

Принцип работы поверхностных теплообменников очень прост. Изолированные между собой теплоноситель и теплопотребитель передают друг другу тепло через материал, который находится между ними. В зависимости от конструкции это могут быть трубы или пластины. Для этих целей используются теплопроводные материалы, например, нержавеющая сталь, сплавы и другие материалы. В итоге проходящая через теплообменник среда отдает тепло хладагенту не контактируя с ним. Ключевым принципом работы поверхностных теплообменников является то, что среды не контактируют, т.е не смешиваются.

Системы и особенности теплообмена: задача теплообменника

Пластинчатые теплообменники можно использовать в различных системах на промышленных объектах и жилых зданиях.

Что такое теплообменник в системе отопления --.jpg

В многоэтажных домах преимущество отдается разборным аппаратам

В многоквартирном доме

В подключении систем отопления и горячего водоснабжения чаще участвует стандартный разборный аппарат. Причин его установки в многоквартирном доме несколько:

  • срок эксплуатации — от 25 лет, однако уплотнения необходимо менять каждые 5-10 лет;

  • устройство легко разбирается и поддается ремонту;

  • мощность можно регулировать самостоятельно, изменив количество пластин.

Такой вариант теплообменника для отопления подходит и для промышленных зон.

Что такое теплообменник в системе отопления

Самостоятельный ремонт теплового оборудования недопустим

В частном доме

В частном доме рекомендовано использовать паяный теплообменник по нескольким причинам:

  • подходит для агрессивной среды;

  • срок службы аппарата — 15 лет;

  • гарантирует высокий КПД, благодаря минимальной потере тепловой энергии и высокому уровню теплоотдачи;

  • так как в конструкции нет уплотнений, протечки невозможны.

Сборка устройства достаточно проста и не занимает много времени.

Что такое теплообменник в системе отопления ----.png

Оборудование требует регулярную проверку уплотнителей и чистку от накипи

Область применения

Основные потребители кожухотрубных теплообменников с бытовой точки зрения – жилищно-коммунальные хозяйства. Они применяют агрегаты в составе инженерных сетей. Широко используют изделия теплосети для поставки в жилые дома горячей воды. Если есть возможность, имеет смысл сделать индивидуальный тепловой пункт, он значительно эффективнее, чем централизованная магистраль.

Кожухотрубные устройства нашли применение в нефтедобывающей отрасли, химической и газовой промышленности,в сфере теплоэнергетики

Не обошли их своим вниманием пивное и пищевое производство. Но больше всего востребованы теплообменники в как конденсаторы, утилизаторы тепла отработанных газов и подогреватели

ООО «НЗТО» выпускает изделия, которые характеризуются малой чувствительностью к перепадам температур и давления, не имеют ограничений по рабочим средам. Мы изготавливаем продукцию заданных размеров, горизонтальной или вертикальной ориентации, разных диапазонов рабочего давления и материалов.

Холодильники

Атмосфера является удобным тепловым стоком в случаях, когда необходимо отводить тепло от охлаждаемого объекта, температура которого на ~50°С или больше превышает температуру окружающей среды или когда нет достаточного количества охлаждающей воды.

Принцип работы на примере пластинчатого теплообменника

Устройство и принцип работы теплообменникаЭтот теплообменник был выбран непросто. Он отличается довольно сложным принципом действия, а потому идеально освещает некоторые общие особенности каждого вида агрегата. Каждая из пластин устройства монтируется к другой части с поворотом равным 180 градусов. В стандартном составе прибора можно встретить до четырёх подобных элементов. В комплекте они создают пакеты, которые отвечают за коллекторный контур. Сам же контур функционирует для создания движения теплоносителя. Конструкция теплообменника подразумевает наличие двух крайних контуров. Именно они не участвуют в процессе создания тепла механизмом.

На сегодняшний день производители техники предлагают пользователю получить два различных вида комплектации.

  1. Одноходовой. Теплоноситель разделяется и создаёт параллельные потоки. Практически сразу же они стекают в выводной порт.
  2. Многоходовой. Этот вариант подразумевает использование сложной схемы. Теплообменник начинает своё движение по одинаковому количеству задействованных каналов. Такой принцип работы подразумевает наличие дополнительных элементов (пластин), которые заканчиваются заглушками в отводных портах. Эта особенность добавляет сложности в обслуживание подобных элементов.

См. также

  • Циркуляционный нагреватель

От чего зависит эффективность теплообменника

Качество работы оборудования зависит от:

  • особенностей применения;

  • объема энергии, необходимого для передачи;

  • качества эксплуатации;

  • организации ремонтных работ.

От этих параметров зависит общая стоимость оборудования и обслуживания, которые влияют на работу устройства.

Материалы изготовления

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

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

Литература

  • Луканин В. Н., Теплотехника, М., «Высшая школа», 2002.
  • Касаткин А. Г., Основные процессы и аппараты химической технологии, «Химия», М., 1971, 784 с.
modif.png Эта страница в последний раз была отредактирована 12 мая 2021 в 10:38.

Как только страница обновилась в Википедии она обновляется в Вики 2.
Обычно почти сразу, изредка в течении часа.

Как правильно выбрать теплообменник

При установке аппарата в жилом доме требуется сделать детальный расчет. В него входят несколько характеристик:

площадь отапливаемых помещений или примерный расход горячей воды;

  • задача теплообменника;

  • температурный график;

  • температура первичного теплоносителя;

  • температура холодной воды.

Расчеты проводятся компанией-поставщиком оборудования, которая на основе результатов предлагает варианты теплообменников, которые подойдут для использования в указанных целях.

Специалисты компании Эвомакс бесплатно выполнят теплотехнический расчет теплообменника для Вашего объекта и помогут сделать выбор в пользу конкретной марки с учетом всех требований. Заявку на подбор теплообменника Вы можете отправить на почту zapros@teploobmen.ru или позвонить на бесплатный номер 8 (800) 551 4190

Монтаж

Монтаж пластинчатого теплообменника, как наиболее распространенного, осуществляется по трем вариантам:

  • параллельному;
  • смешанному двухступенчатому;
  • последовательному двухступенчатому.

При параллельном монтаже требуется установить терморегулятор. Этот способ экономит пространство, время, а также не требует больших затрат. Двухступенчатая смешанная схема обеспечивает значительную экономию теплоносителя. Это достигается благодаря использованию обратного тока теплой воды для обогрева потока с более низкой температурой.

Использование последовательной схемы применяет разделение входящего потока на две ветки. Одна из них проходит сквозь регулятор, другая – сквозь подогреватель. Далее оба потока смешиваются, после чего попадают в отопительный блок. Это экономит теплоноситель. Полная автоматизация оборудования невозможна.

Теплообменники закрепляются на стене с помощью крепежной ленты, консоли и уголка, прикрепленного к нижней части устройства. После этого требуется провести установку фильтров. Минимальное условие – присутствие фильтрующей системы в системе теплоцентрали. Перед установкой стоит подготовить краны и американки – резьбовые разъемные соединительные компоненты. Каждый из них включает в состав накидную гайку, прокладку и два фитинга. Важно правильно подбирать запчасти, чтобы они подходили к диаметру системы подключения. Тогда монтаж не вызовет затруднений.

Теплообменник

Внешний вид пластинчатого теплообменника

Исходные данные и расчет теплообменника

1 – Температура на входе и выходе обоих контуров.
Пример: максимальная входная температура – 55°С, а LMTD – 10°С. Теплообменник будет дешевле и меньше в том случае, когда эта разница будет больше.

2 – Максимально допустимая рабочая температура, давление среды.
Цена будет ниже в случае плохих параметров.

3 – Массовый расход (m) рабочей среды в обоих контурах (кг/с, кг/ч).
Или пропускная способность теплообменника. Часто указывают лишь один параметр – объем расхода воды. Общий массовый расход можно вычислить если объем пропускной способности умножить на плотность. Например, плотность холодной воды в центральной системе примерно равна 0.99913.

4 – Тепловая мощность (Р, кВт).
Или тепловая нагрузка (количество тепла, отданное теплообменником) вычисляет по формуле:

P = m * cp *δt

  • где m – расход среды
  • cp – удельная теплоемкость (для воды, нагретой до 20 градусов, равна 4,182 кДж/(кг *°C))
  • δt – температурная разность на входе и выходе одного контура (t1 – t2)

5 – Дополнительные характеристики.

  • чтобы выбрать состав пластин, необходимо узнать в какой рабочей среде будет использоваться теплообменник и ее вязкость;
  • средний температурный напор LMTD (рассчитывается по формуле ΔT1 – ΔT2/( In ΔT1/ ΔT2), где ΔT1 = T1(температура на входе горячего контура) – T4(выход горячего контура) и ΔT2 = T2 (вход холодного контура) – T3 (выход холодного контура);
  • уровень загрязненности среды (R) – редко используют, так как этот параметр нужен только в некоторых случаях.

Видео «Как рассчитать теплообменник?»

Пластины и панели

Там, где необходимо встроить поверхности теплообмена в стены таких помещений, как холодильные камеры, паровые камеры или экспериментальные камеры для исследования влияния окружающей среды, самое простое и дешевое устройство получается с использованием панелей нагревателей, образованных путем сварки стальных штампованных листов, с общими каналами для движения теплоносителей.

Материалы и тип установки

Стальные теплообменники

Стальные теплообменники имеют ряд достоинств, они имеют сравнительно невысокую цену и хорошую пластичность материала. Минус изделий в том, что на них могут образовываться трещины, также они подвергаются коррозии. Устройство имеет довольно большой удельный вес и объем. Котел из стали быстро остывает, ему не мешают механические повреждения. Сталь отлично переносит температурные перепады, но после сварки могут появиться небольшие повреждения.

Стальные котлы сваривают на заводе, а цельный моноблок сложно транспортировать, это осложняет ремонт теплообменника. Чугунные теплообменники характеризуются стойкостью к коррозии, но при высоких температурах может происходит растрескивание материала. Часто уязвимыми являются дорогие импортные котлы. Среди минусов чугунных изделий – высокая стоимость, хрупкость, большой вес и объем.

Котлы из чугуна характеризуются быстрым нагревом, к тому же, они медленно остывают, что повышает эффективность устройств и снижает потребность в топливе. Чугунные котлы имеют секционную конструкцию, поэтому они легко транспортируются, обладают отличной ремонтопригодностью.

Медные теплообменники отличаются небольшим весом, компактностью, низкой инерционностью, компактностью. Среди недостатков медных теплообменников – низкая надежность. Устройства передают гораздо больше тепла, чем стальные и чугунные конструкции.

Теплообменник из нержавеющей стали стоит дорого, имеет высокую коррозийную стойкость, а также невысокую инертность. Из такого материала изготавливаются конденсационные и дизельные котлы. Среди конструкций выделяют котлы в напольном и настенном вариантах. Напольные изделия требуют дополнительной установки насоса, расширительного бака. Такие системы потребляют на 10-15 процентов больше газа. Настенные устройства могут быть одноконтурными и двухконтурными. Небольшим спросом пользуются вторые устройства, они отличаются компактностью и эргономичностью.

Не забывайте, что реальная мощность теплообменника зависит от разницы температур в обоих контурах, а также от максимального значения нагрева. Чем меньше температурный перепад, тем меньше выходная мощность. От этой характеристики зависит скорость работы устройства.

Теплообменники – устройства, которые используются для передачи тепла. Это своеобразные печи, в которых есть пространство, куда поступает холодная вода. Современный рынок предлагает множество вариантов таких конструкций. При выборе обращайте внимание на материал конструкций, лучше всего, если устройство будет изготовлено из жаропрочной и жаростойкой стали. Обязательно смотрите на комплектацию товара, выбирайте только проверенных производителей.

Нагреватели и охладители погружного типа

Нагреватели и охладители погружного типа очень удобны для регулирования температуры в ваннах и бассейнах. Теплообменные поверхности панельного типа часто используются в виде пакетов близко расположенных друг к другу параллельных панелей. Трубы с продольными ребрами, соединяют в пакеты и устанавливают вертикально. Благодаря возникающей естественной конвекции в ванне создается циркуляция, достаточная для поддержания в ней температуры в заданных пределах.

Как выбрать?

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

  • расчетное давление;

  • массу пластин;

  • скорость потока;

  • применяемые материалы;

  • общую мощность;

  • КПД.

Ссылки

  • Портал теплообменного оборудования www.teploobmenka.ru
Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...