Теплообменное оборудование - аппараты (или теплообменники) предназначены для осуществления передачи тепла от одной среды к другой среде. Они получили огромное распространение во многих отраслях промышленности.

Существует множество типов теплообменников. Они разделяются на поверхностные (рекуперативные и регенеративные) и смесительные. Теплообменники поверхностного типа в свою очередь делятся на кожухотрубные «труба в трубе», пластинчатые, кожухопластинчатые, витые, погружные, оросительные, спиральные.

В рекуперативных теплообмен между горячим и холодным теплоносителем осуществляется через разделительную стенку и имеют самое широкое применение в судовой технике в качестве водоводяных и водомасляных охладителей, бойлеров, подогревателей топлива и пр.

В регенеративных теплообменных оборудованиях передача происходит с помощью промежуточных теплоносителей, которые нагреваются от горячего теплоносителя, а затем отдают теплоту холодному теплоносителю и применяются на производствах материалов и в газотурбинных двигателях.

В кожухотрубных теплообменниках основными элементами являются: корпус, пучки труб малого диаметра, трубные решетки, патрубки, крышки, элементы компенсации напряжений. Тепло передается через стенки трубок от среды к среде, одна из которых циркулирует внутри трубок, а другая омывает их снаружи. Для повышения коэффициента теплоотдачи в кожухотрубных теплообменниках направление движения наружной среды несколько раз меняют с помощью перегородок; такой теплообменник носит название многоходового. Внутри трубок скорость движения среды и (коэффициент теплоотдачи) может быть увеличена с помощью специальных приспособлений, меняющих направление потока. В зависимости от области применения, эти теплообменники бывают горизонтальными, вертикальными или наклонными. Кожухотрубные теплообменники применяют для теплообмена и термохимических процессов между различными жидкостями, парами и газами – как без изменения и с изменением их агрегатного состояния, в качестве конденсаторов, подогревателей и испарителей.



Кожухотрубные теплообменники применяются в:

- Теплоэнергетике;

- Нефтяной промышленности;

- Газовой промышленности;

- Химической промышленности;

- Пищевой промышленности.

Преимущества кожухотрубных теплообменников

- Самый широкий диапазон применения по рабочим параметрам;

- Самые низкие требования к чистоте воды;

- Более высокая стойкость к гидроударам;

- Относительная простота конструкции.

Недостатки кожухотрубных теплообменников

- Температурные деформации;

- Относительно низкий коэффициент теплопередачи.

Пластинчатое теплообменное оборудование получили очень широкое распространение, благодаря компактной конструкции, возможности быстрой сборки и модернизации, простой и моментальной очистке от загрязнений.

Основными элементами, входящими в состав разборных пластинчатых теплообменников являются рабочие пластины, разделенные резиновыми прокладками, концевые камеры с патрубками, рама и стяжные болты. Для изготовления пластин используется тонколистовая сталь (0,5-0,6мм), которая для проточной части выполняется с рифленой поверхностью, благодаря чему значительно увеличивается поверхность теплообмена и активность турбулизации потока.

Максимальная температура теплоносителя в пластинчатых разборных теплообменниках составляет около 1500С при давлении 2,5МПа. Благодаря большой поверхности теплообмена (20-30 листов) и малой толщине одного листа достигается большой коэффициент теплопередачи.



Применяются:

- в коммунальной энергетике;

- в теплопунктах отопления;

- в вентиляциях и кондиционирования зданий.

Преимущества

- малые площади, занимаемые теплообменным оборудованием;

- возможность работы при малых температурных напорах (минимальная разница температур между греющей нагреваемой поверхностью);

медленный рост отложений;

- низкие потери давления (снижение расхода электроэнергии на электрические насосы);

- низкие трудозатраты (сроки) при ремонте и оборудовании.

Недостатки

- сравнительно высокая себестоимость;

- дорогостоящее оборудование для обслуживания и ЗИП;

- квалифицированный обслуживающий персонал.

Эти теплообменники, в отличие от кожухотрубных, относятся к числу наиболее компактных аппаратов благодаря развитой поверхности теплообмена в ограниченном объеме. Пластинчато-ребристые теплообменники выпускаются с ребрами различной конфигурации. Наиболее распространены ребристые поверхности теплообменного оборудования образующие треугольные и прямоугольные каналы для протока теплоносителей.

Пластинчато-ребристые теплообменники широко применяют в сушильных установках, отопительных системах, как экономайзеры и аппараты воздушного охлаждения.

Преимущества

- высокая эффективность теплообмена с единицы поверхности;

- более жесткая конструкция.

Недостатки

- более высокая стоимость конструкции;

- незначительна основная поверхность теплообмена;

- требуется металл с высоким коэффициентом теплопроводности.

Данный вид теплообменников представляет собой сварной пакет пластин, помещенный в цилиндрический корпус. Принцип действия почти такой же, как у пластинчатых теплообменников. Одна среда движется между гофрированными пластинами, а вторая среда в пространстве между пластинами и корпусом.

Давление и температура водяного пара в разборных пластинчатых теплообменниках ограничиваются материалами прокладок до 150-190 С. Материал прокладок теплообменного оборудования накладывает ограничения и на применение рабочих сред, таких как кислоты, щелочи и пр.



Кожухопластинчатые теплообменники нашли широкое применение в:

- нефтяной промышленности;

- химической промышленности;

- теплопунктах отопления;

- вентиляции и кондиционировании;

- холодильной промышленности.

Преимущества

- Надёжность;

- Компактность;

- Высокий коэффициент теплоотдачи;

- Устойчивость к высоким температурам (9000С) и давлению (140 бар).

Недостатки

Единственным недостатком кожухопластинчатого теплообменника является невозможность разборки теплообменника по стороне пакета пластин, это пространство доступно только для безразборной мойки химическими реагентами.

В этих теплообменниках тепло распространяется не только по трубному, но и по межтрубному пространству. В конструкцию нагревательной поверхности данного типа теплообменников входит ряд концентрических змеевиков, которые заключены в кожух и закреплены головках.

Витые теплообменники широко применяют в аппаратуре высокого давления для процессов разделения газовых смесей методом глубокого охлаждения. Эти теплообменники характеризуются способностью к самокомпенсации.



Преимущества

восприимчивы к высоким температурам и давлению;

устойчивы к деформации.

Недостатки

Низкая теплоотдача.

Спиральный теплообменник представляет собой два спиральных канала, навитых из рулонного материала вокруг центральной разделительной перегородки. Одно из назначений спиральных теплообменников — нагревание и охлаждение высоковязких жидкостей. Рабочими средами данного теплового оборудования являются жидкость-жидкость, газ-жидкость, газ-газ, жидкость-пар, газ-пар.

Область применения:

Нефтегазовая промышленность (тяжелые масла, нефть, фракции бензинов);

Химическая промышленность (рекуперация тепла, ПВХ, акрил, испарители);

Металлургическая промышленность, коксовые заводы (промывные масла, бензолы);

Горнодобывающая промышленность (суспензии, окислы магния);

Пищевая промышленность (сырой сахарный сок, процессы производства спирта);

Очистка сточных вод и рекуперация тепла сточных вод.

Преимущества

компактность размеров;

небольшое гидравлическое сопротивление;

высокая интенсивность теплового обмена.

Недостатки

сложность изготовления;

сервис и ремонт;

неприемлемы при высоких давлениях.