Lämmönvaihdin

Lämmönvaihdin  on tekninen laite, jossa lämpöä vaihdetaan kahden eri lämpötilan omaavan väliaineen välillä .

Toimintaperiaatteen mukaan lämmönvaihtimet jaetaan rekuperaattoreihin ja regeneraattoreihin. Rekuperaattoreissa liikkuvat lämmönsiirtimet erotetaan seinällä. Tämä tyyppi sisältää useimmat erityyppiset lämmönvaihtimet. Regeneratiivisissa lämmönvaihtimissa kuumat ja kylmät jäähdytysnesteet ovat vuorotellen kosketuksissa saman pinnan kanssa. Lämpöä kerääntyy seinään joutuessaan kosketuksiin kuuman jäähdytysnesteen kanssa ja vapautuu joutuessaan kosketuksiin kylmän kanssa, kuten esimerkiksi masuunien kupuissa .

Lämmönvaihtimia käytetään teknologisissa prosesseissa öljynjalostuksessa, petrokemian-, kemian-, ydin-, jäähdytys-, kaasu- ja muilla aloilla sekä energia- ja yleishyödyllisissä prosesseissa [1] .

Lämmönvaihtimen rakenne riippuu käyttöolosuhteista. On laitteita, joissa samanaikaisesti lämmönsiirron kanssa tapahtuu vierekkäisiä prosesseja, kuten faasimuutoksia , esimerkiksi kondensaatiota , haihtumista , sekoittumista. Tällaisilla laitteilla on omat nimensä: lauhduttimet, höyrystimet, jäähdytystornit , sekoituslauhduttimet.

Lämmönsiirtoaineiden liikesuunnasta riippuen rekuperatiiviset lämmönvaihtimet voivat olla suoravirtaisia ​​yhdensuuntaisella liikkeellä, vastavirtasuuntaisia ​​rinnakkain tulevalla liikkeellä sekä kahden vuorovaikutuksessa olevan väliaineen keskenään poikittainen liikkeellä.

Lämmönvaihtimien päätyypit

Teollisuuden yleisimmät rekuperatiiviset lämmönvaihtimet ovat:

• Kuori ja putki (kuori ja putki) lämmönvaihtimet,
• Elementaaliset (osio)lämmönvaihtimet,
• Kaksiputkiset lämmönvaihtimet, tyyppiä "putki putkessa" [2] ,
• kierretyt lämmönvaihtimet,
• Upotuslämmönvaihtimet,
• Kastelun lämmönvaihtimet,
• ripaistetut lämmönvaihtimet,
• spiraalilämmönvaihtimet ,
• Levylämmönvaihtimet ,
• Levylämmönvaihtimet ,
• grafiittilämmönvaihtimet,
• Minikanavalämmönvaihtimet [3] .
• Helicoid-lämmönvaihtimet

Lämmönvaihtimen mallit

Rekuperatiivisten lämmönvaihtimien päätyypit.

• Kuori - ja putkilämmönvaihtimet . Putkilevyt hitsataan runkoon, kotelo päissä, johon putkiniput on kiinnitetty. Periaatteessa ritilöiden putket kiinnitetään laippatiivisteellä tai jollain muulla tavalla riippuen putkien materiaalista ja laitteen paineesta. Putkilevyt suljetaan kansilla tiivisteissä ja pulteissa tai pulteissa. Rungossa on haaraputket (liittimet), joiden läpi yksi jäähdytysneste kulkee renkaan läpi. Toinen jäähdytysneste kulkee kansien putkien (liittimien) läpi putkien läpi. Monikierroslämmönvaihtimessa ohjauslevyt on asennettu runkoon ja kannet lisäämään lämmönsiirtonopeutta. Lämmönsiirron lisäämiseksi käytetään lämmönvaihtoputkien ripeämistä, joka suoritetaan joko pyällettämällä tai kelaamalla teippiä. Laitteen suunnittelussa on tarvittaessa huolehdittava sen puhdistamisesta.
• Elementin lämmönvaihtimet . Jokainen tällaisen laitteen elementti on yksinkertainen vaippa-putkilämmönvaihdin ilman ohjauslevyjä. Tällaiset laitteet sallivat samanaikaisesti korkeamman paineen. Tämä malli osoittautuu kuitenkin tilaa vieväksi ja raskaammaksi kuin kuori- ja putkilaitteisto.
• Upotuslämmönvaihtimet . Upotetussa kierukkalämmönvaihtimessa yksi jäähdytysneste liikkuu kierukkaa pitkin, joka on upotettu säiliöön toisen nestemäisen jäähdytysaineen kanssa. Nesteen nopeus renkaassa on mitätön ja sen seurauksena lämmönsiirto nesteestä on suhteellisen pientä. Tällaisia ​​lämmönvaihtimia käytetään niiden yksinkertaisuuden ja alhaisten kustannusten vuoksi pienissä asennuksissa.
• Lämmönvaihtimet tyyppiä "putki putkessa" . Tällaisen laitteen lämmönvaihtoelementti on esitetty kuvassa. Erilliset elementit on yhdistetty toisiinsa haaraputkilla ja keloilla, mikä muodostaa vaaditun kokoisen kiinteän laitteen. Näitä lämmönvaihtimia käytetään pienillä virtausnopeuksilla ja korkeilla paineilla.
• Kastelu lämmönvaihtimet . Tämän tyyppistä lämmönvaihdinta käytetään pääasiassa jäähdytysyksiköiden lauhduttimina. Kastelulämmönvaihdin on vaakasuuntaisten putkien kela, joka on sijoitettu pystytasoon sarjan rinnakkaisten osien muodossa. Jokaisen rivin yläpuolella on kouru, josta jäähdytysvesi virtaa virroina lämmönvaihtoputkiin peseen niiden ulkopinnan. Tässä tapauksessa osa jäähdytysvedestä haihtuu. Jäljelle jäävä vesi palautetaan pumpulla ja häviöt kompensoidaan vesisyötöstä. Nämä lämmönvaihtimet asennetaan ulos ja ne on suljettu puisilla ritiläillä veden kulkeutumisen vähentämiseksi.
• Grafiittilämmönvaihtimet . Lämmönvaihtimet kemiallisesti aggressiivisiin ympäristöihin on valmistettu grafiittilohkoista, jotka on kyllästetty erityisillä hartseilla huokoisuuden poistamiseksi. Grafiitilla on hyvä lämmönjohtavuus. Jäähdytysnesteiden kanavat porataan lohkoihin. Lohkot tiivistetään yhteen kumi- tai teflontiivisteillä ja kiristetään kannet siteillä.
• Levylämmönvaihtimet . Tällaiset lämmönvaihtimet koostuvat joukosta levyjä, joihin on meistetty aaltoilevat pinnat ja kanavat nestevirtausta varten. Levyt on tiivistetty kumitiivisteillä ja siteillä. Tällainen lämmönvaihdin on helppo valmistaa, helppo muokata (lisätä tai poistaa levyjä), helppo puhdistaa, sillä on korkea lämmönsiirtokerroin, mutta sitä ei voida käyttää korkeissa paineissa.
• Levylämmönvaihdin . Tämän tyyppinen lämmönvaihdin, toisin kuin levylämmönvaihdin, koostuu jakolevyistä, joiden välissä on uurretut pinnat - suuttimet, jotka on kiinnitetty levyihin tyhjiöjuottamalla. Sivuilta katsottuna kanavat on rajoitettu tangoilla, jotka tukevat levyjä ja muodostavat suljettuja kanavia. Siten ripalevylämmönvaihdin perustuu jäykään ja kestävään hunajakennoperiaatteella rakennettuun, kokonaan juotettuun lämmönvaihtomatriisiin, joka toimii (jopa alumiiniseoksista) 100 atm:n paineeseen asti. ja korkeampi. Levylämmönvaihtimissa on suuri määrä suuttimia, joiden avulla voit valita kanavien geometrian kunkin virtauksen puolelta optimaalisen suunnittelun toteuttamiseksi. Tämän tyyppisten lämmönvaihtimien tärkeimmät edut ovat tiiviys (jopa 4000 m²/m³) ja keveys. Jälkimmäinen varmistetaan käyttämällä lämmönvaihtomatriisin valmistuksessa ohutlevyosien pakettia, joka on valmistettu kevyistä alumiiniseoksista.
• Lämmönvaihtimet spiraali . Lämmönvaihdin koostuu kahdesta spiraalikanavasta, jotka on kierretty rullamateriaalista keskiväliseinän ympärille - ytimeen, väliaineet liikkuvat kanavien läpi. Yksi spiraalilämmönvaihtimien käyttötarkoituksista on erittäin viskoosisten nesteiden lämmitys ja jäähdyttäminen.

Kun valitaan levy- ja vaippa- ja putkilämmönvaihtimien välillä, suositaan levylämmönvaihtimia, joiden lämmönsiirtokerroin on yli kolme kertaa perinteiseen vaippa-putkeen verrattuna. Samanaikaisesti saman väliaineen lämmitysongelman ratkaisemiseksi vaippa-putkilämmönvaihdin vie 3–4 kertaa suuremman alueen kuin teholtaan vertailukelpoinen levylämmönvaihdin tai 6–10 kertaa suurempi kuin helikoidilämpö. teholtaan vertailukelpoinen vaihdin [4] [5] . Samaan aikaan ulkomaiset levylämmönvaihtimet, jotka on varustettu automaatiolla, ohjauksella ja luotettavilla liitoksilla , voivat vähentää veden lämmittämiseen käytettävän jäähdytysnesteen määrää. Tämä tarkoittaa, että putkistojen sekä sulku- ja säätöventtiilien halkaisijat vähentävät verkkopumppujen kuormitusta ja vastaavasti sähkönkulutusta. Äskettäin alkoi ilmestyä nykyaikaisia ​​kotimaisia ​​helikoidilämmönvaihtimia , jotka on varustettu putkilla, jotka on profiloitu siten, että hydraulisen vastuksen kasvu ylitti virtausturbulaattorien käytöstä johtuvan lämmönsiirron kasvun. Tämä saavutetaan urittamalla putken ulkopinnalle rengasmaisia ​​tai kierteisiä uria, joiden muodostumisen vuoksi putken sisäpinnalle muodostuu tasaisesti hahmoteltuja pienikorkuisia ulkonemia, jotka tehostavat lämmönsiirtoa putkissa. Tämä tekniikka, sellaisten tärkeiden indikaattorien, kuten korkean luotettavuuden (myös vesivasaran tapauksessa ) ja alhaisempien kustannusten lisäksi, antaa kotimaisille lämmönvaihtolaitteille lisäetuja ulkomaisiin lamellikollegoihin verrattuna. Vakava ongelma on lämmönvaihtimien korroosio . Korroosiolta suojaamiseksi käytetään putkilevyjen, tulistimen putkien lämpösumutusta. Tämä ei koske vain hiiliteräksestä valmistettuja vaippa- ja putkilämmönvaihtimia. Helikoidilämmönvaihtimet [4] ja levylämmönvaihtimien levyt valmistetaan pääosin korroosionkestävästä lämmönkestävästä teräksestä, mutta tästä huolimatta ne altistuvat myös pistekorroosiolle käytettäessä estäviä jäähdytysaineita.

Muistiinpanot

1. ↑ Lämmönvaihtolaitteet. . armoservis.ru _ Haettu 22. tammikuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 28. tammikuuta 2021. (määrätön)
2. ↑ Pumppujäätekniikka
3. ↑ Baranenko A. V., Tsvetkov O. B., Laptev Yu. A., Khovalyg D. M. Minikanavalämmönvaihtimet jäähdytystekniikassa.  // Tieteellinen aikakauslehti NRU ITMO. Sarja "Jäähdytys ja ilmastointi". - Pietari. : NRU ITMO , 2014. - Numero. 3 . — ISSN 2310-1148 . (Venäjän kieli)
4. ↑ 1 2 M. Nitsche ja RO Gbadamosi. Lämmönvaihtimen suunnitteluopas. - Elsevier Inc., 2016. - ISBN 978-0-12-80-37-64-5 .
5. ↑ Energiaturvallisuus asiakirjoissa ja faktoissa nro 2, 2006 . Haettu 25. toukokuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 12. tammikuuta 2020. (määrätön)

Kirjallisuus

• Lukanin V. N., lämpötekniikka, M., "Higher School", 2002.
• Kasatkin A. G., Kemiallisen tekniikan perusprosessit ja laitteet, "Chemistry", M., 1971, 784 s.