Модификации теплообменников
Теплообменник — это техническое устройство, в котором происходит теплообмен между двумя средами с разными температурами. Они используются в различных отраслях промышленности, энергетике и коммунальном хозяйстве.
По принципу действия теплообменники делятся на рекуператоры и регенераторы. Рекуператоры имеют движущиеся теплоносители, разделённые стенкой, а в регенеративных теплообменниках горячий и холодный теплоносители контактируют с одной и той же поверхностью поочерёдно.
Какими бывают разновидности теплообменников?
Разновидности теплообменников:
- Кожухотрубные.
- Элементные.
- Погружные.
- «Труба в трубе».
- Оросительные.
- Графитовые.
- Пластинчатые.
- Пластинчато-ребристые.
- Ребристо-пластинчатые.
- Спиральные.
Кожухотрубный теплообменник
Кожухотрубный теплообменник — это один из самых распространённых видов теплообменников, используемых в промышленности и быту. Он состоит из пучка труб, заключённых в цилиндрический кожух, и применяется для теплообмена между различными жидкостями или газами.
Теплообмен в кожухотрубном теплообменнике происходит через поверхность стенок труб, при этом один из теплоносителей движется по трубам (трубное пространство), а другой — в межтрубном пространстве. Направление движения теплоносителей чаще всего противоположно, что обеспечивает эффективный теплообмен.
Преимущества кожухотрубных теплообменников включают широкий диапазон рабочих температур, устойчивость к гидроударам, высокую эффективность, износостойкость, долговечность, ремонтопригодность и безопасность эксплуатации. Однако у них есть и недостатки, такие как габаритные размеры и высокая стоимость.
Для расчёта площади поверхности теплообмена кожухотрубного теплообменника используется формула: F = Q / (K * ∆tср), где F — площадь поверхности теплообмена, Q — количество теплоты, K — коэффициент теплопередачи, а ∆tср — средняя разность температур между теплоносителями.
Элементный теплообменник
Элементные теплообменники состоят из последовательно соединённых элементов — секций. Сочетание нескольких элементов с малым числом труб соответствует принципу многоходового кожухотрубчатого аппарата, работающего на наиболее выгодной схеме — противоточной.
Эти теплообменники эффективны в случае, когда теплоносители движутся с соизмеримыми скоростями без изменения агрегатного состояния. Их также целесообразно применять при высоком давлении рабочих сред.
Отсутствие перегородок снижает гидравлические сопротивления и уменьшает степень загрязнения межтрубного пространства. Однако по сравнению с многоходовыми кожухотрубчатыми теплообменниками элементные теплообменники менее компактны и более дороги из-за увеличения числа дорогостоящих элементов аппарата — трубных решёток, фланцевых соединений, компенсаторов и других. В этом отношении пластинчатые теплообменники также имеют сильное преимущество.
Погружной теплообменник
Погружной змеевиковый теплообменник — это техническое устройство, предназначенное для обмена теплом между двумя различными средами с разной температурой. Один из теплоносителей перемещается по змеевику, который погружён в ёмкость с другим жидким теплоносителем.
Такие теплообменники широко используются благодаря своей простоте и низкой стоимости в небольших системах. Они особенно эффективны в тех случаях, когда требуется быстрый нагрев или охлаждение жидкостей при минимальных затратах энергии.
Погружные змеевиковые теплообменники могут быть изготовлены из различных материалов, таких как сталь, медь или алюминий, и иметь разные размеры и конфигурации в зависимости от требований конкретной системы.
Труба в трубе теплообменник
Теплообменник «труба в трубе» — это специализированное оборудование, используемое для охлаждения и нагрева жидкостей и газов в различных промышленных процессах. Он состоит из двух концентрически расположенных труб, в которых одна среда (например, жидкость) проходит по внутренней трубе, а другая (например, пар) циркулирует по кольцевому пространству между ними.
Принцип работы теплообменника «труба в трубе» основан на передаче тепла от одной среды к другой через стенки труб. Благодаря такому подходу удаётся достичь высокой эффективности теплообмена при сравнительно небольших размерах оборудования.
Теплообменники «труба в трубе» применяются в различных отраслях промышленности, включая химическую, нефтехимическую, нефтеперерабатывающую, газовую и другие. Они обладают рядом преимуществ, таких как компактность, простота обслуживания и высокая эффективность теплообмена.
Оросительный теплообменник
Оросительный теплообменник — это специализированное оборудование, используемое в холодильных установках для конденсации паров хладагента. Он состоит из ряда параллельных секций, в каждой из которых расположены горизонтальные трубы, расположенные вертикально. Над секциями находится жёлоб, из которого охлаждающая вода поступает на теплообменные трубы в виде тонких струек, омывая их наружную поверхность. В процессе конденсации часть охлаждающей воды испаряется, а оставшаяся вода возвращается обратно в систему для повторного использования.
Оросительные теплообменники отличаются высокой эффективностью и компактностью, что делает их идеальным выбором для холодильных установок различного назначения.
Графитовый теплообменник
Графитовые теплообменники — это специальные агрегаты, предназначенные для отбора температуры у циркулирующих через них теплоносителей. Они состоят из блоков цилиндрической или прямоугольной формы, внутри которых находятся графитовые пластины, расположенные перпендикулярно и не пересекающиеся друг с другом.
Графитовые теплообменники используются в промышленности, особенно в соляных и кислотных средах, которые характеризуются чрезвычайной коррозионной активностью. Они обладают рядом преимуществ: инертность к кислотной и щелочной среде, возможность использования при температуре от -30 °C до +170 °C и теплопроводность графита, которая в 46 раз превышает теплопроводность нержавеющей стали.
Завод «РиНМ» производит различные виды графитовых теплообменников, включая блочные, пластинчатые и кожухоблочные. Конструкция и принцип работы этих агрегатов основаны на пропускании химически агрессивного жидкого теплоносителя через специальные отверстия в блоках, который передаёт тепло на графитовые пластины.
Графитовые теплообменники находят применение в различных отраслях промышленности, таких как энергетика, фармацевтика, коксохимическое производство, жилищно-коммунальное хозяйство и химическая и нефтехимическая отрасли. Они используются для технологических процессов переработки газа, нефти и других полезных ископаемых, обеспечивая высокую эффективность и надёжность работы.
Пластинчатые теплообменник
Пластинчатый теплообменник — это устройство, в котором передача теплоты происходит через стальные, медные, графитовые или титановые гофрированные пластины, стянутые в пакет. Горячие и холодные слои чередуются друг с другом.
Первый современный пластинчатый теплообменник был изобретён доктором Ричардом Селигманом в 1923 году.
Однако некоторые источники утверждают, что его создал основатель шведской компании Густав де Лаваль в 1938 году.
Пластинчатые теплообменники обладают высоким КПД и низким падением давления теплоносителя, что делает их популярными в промышленности, энергетике и жилищно-коммунальном хозяйстве.
Пластинчато-ребристые теплообменник
Пластинчато-ребристые теплообменники (ПРТ) представляют собой высокоэффективные устройства для теплообмена между жидкими и газообразными средами. Они работают в широком диапазоне температур от +200 °C до -270 °C и давлений от вакуума до 100 атмосфер.
Конструкция ПРТ основана на двустороннем оребрении со стороны каждого из теплообменивающихся потоков. Теплообменная матрица состоит из рёбер, брусков, разделительных и покрывных листов. Рёбра изготавливаются из тонколистовых материалов методом гибки или штамповки.
ПРТ могут работать с противоточными, прямоточными и перекрёстноточными схемами движения потоков. Благодаря своей конструкции и материалам они обладают высокой эффективностью и компактностью, что делает их одними из самых совершенных типов теплообменных аппаратов.
Ребристо-пластинчатые теплообменник
Ребристо-пластинчатые теплообменники (РПТ) — это высокоэффективные устройства для теплообмена между жидкими и газообразными средами. Они работают в широком диапазоне температур от +200 °C до -270 °C и давлений от вакуума до 100 атмосфер.
Конструкция РПТ основана на двустороннем оребрении со стороны каждого из теплообменивающихся потоков. Теплообменная матрица состоит из рёбер, брусков, разделительных и покрывных листов. Рёбра изготавливаются из тонколистовых материалов методом гибки или штамповки.
РПТ могут работать с противоточными, прямоточными и перекрёстноточными схемами движения потоков. Благодаря своей конструкции и материалам они обладают высокой эффективностью, компактностью и надёжностью, что делает их востребованными в различных отраслях промышленности.
Спиральный теплообменник
Спиральный теплообменник — это теплообменник, в котором поверхность нагрева образована двумя тонкими металлическими листами, приваренными к разделительной перегородке (керну) и свёрнутыми в виде спиралей. Эти аппараты состоят из двух каналов прямоугольного сечения, образованных спирально свёрнутыми листами металла. Внутренние концы спиралей соединены разделительной перегородкой, а расстояние между ними фиксируется штифтами.
Спиральные теплообменники отличаются компактностью, малыми гидравлическими сопротивлениями и значительной интенсивностью теплообмена при повышенных скоростях теплоносителей. Однако у них есть и недостатки: сложность изготовления и ремонта, а также невозможность применения при давлении рабочих сред свыше 10 кгс/см².
Обратный теплообменник
Рекуперативные теплообменники, или рекуператоры, представляют собой теплообменники поверхностного типа, используемые для утилизации теплоты отходящих газов. В них теплообмен между теплоносителями происходит непрерывно через разделяющую их стенку. В отличие от регенеративных теплообменников, трассы потоков теплоносителей в рекуператоре не меняются.
Рекуператоры классифицируются по схеме относительного движения теплоносителей (противоточные, перекрёстные, прямоточные и другие), конструкции (трубчатые, пластинчатые, ребристые, оребрённые пластинчатые рекуператоры), материалу изготовления (металлические, мембранные, пластиковые) и назначению (подогреватели воздуха, газа, жидкостей, испарители, конденсаторы и так далее).
Металлические оребрённые пластинчатые рекуператоры состоят из тонкостенных оребрённых панелей, соединённых поочерёдно с поворотом на 90 градусов. Они обладают высокими температурами греющих сред, небольшими сопротивлениями, длительным сроком службы и низкой стоимостью.
Прямоточно-противоточные трубчатые рекуператоры используют особый профиль тонкостенных сварных металлических трубок для интенсификации теплообмена. Они применяются в промышленности, военной и космической отраслях, а также в бытовых проветривателях.
Роторные рекуператоры относятся к классу регенеративных теплообменников и широко используются в системах приточно-вытяжной вентиляции. Передача тепла от горячего газа к холодному осуществляется через вращающийся цилиндрический ротор, состоящий из пакета тонких металлических пластин.
