Какие бывают виды теплообменников

Какие бывают теплообменники

Теплообменники подразделяются на рекуператоры и регенераторы. В первых теплоносители разделены стенкой. Во вторых, регенерирующих устройствах, горячий и холодный теплоносители вступают в контакт с одной поверхностью, чередуясь. Стенка нагревается от горячего теплоносителя и отдает тепло при контакте с холодным.

Теплообменники рекуперативного типа используются в производстве чаще. Их применяют в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, атомной, газовой и прочих промышленных отраслях. Находят им место в технологических процессах энергетического направления и коммунальном хозяйстве.

В зависимости от направления движения теплоносителей теплообменники-рекуператоры бывают:

• прямоточными;
• противоточными;
• взаимодействующими при поперечном движении двух сред.

Разновидности теплообменников

Кожухотрубные

С торца корпуса к теплообменнику привариваются трубные решетки с пучками труб, закрываемых крышками. На корпусе через патрубки один теплоноситель проходит через межтрубную зону. Второй движется по трубам. Для повышения скорости движения теплоносителей в корпусе и крышках предусмотрены перегородки.

Элементные

Каждый элемент аппарата — это простой кожухотрубный теплообменник без перегородок. Допускается использование с более высоким давлением.

Погружные

В погружном теплообменнике теплоноситель движется по змеевику, помещенному в бак с другим жидким теплоносителем. Скорость движения жидкости в межтрубной зоне невелика, как и ее теплоотдача.

«Труба в трубе»

Элементы устройства соединяются друг с другом патрубками и калачами, образуя устройство нужных габаритов. Незаменимы при небольших расходах теплоносителя и при высоком давлении.

Оросительные

Составляют змеевик из горизонтальных труб, которые размещаются в вертикальной плоскости параллельными секциями. Над каждым рядом размещается желобок для стока охлаждающей жидкости на теплообменные трубы. Часть жидкости испаряется, а остатки возвращаются назад насосом, потери восполняются водой из водопровода.

Графитовые

Теплообменники для работы в химически агрессивных средах производят из графитовых блоков, пропитанных специальными смолами для устранения пор. Графит — хороший теплопроводник. В блоках проделывают каналы для движения теплоносителей, а сами блоки уплотняют резиновыми прокладками и затягивают крышками со стяжками.

Пластинчатые

Представляют собой набор пластин с отштампованными волнистыми поверхностями и каналами для протока жидкой субстанции. Пластины уплотняют резиновыми прокладками и стягивают стяжками. Такие теплообменники легко изготавливаются, модифицируется, чистятся, имеют высокий коэффициент теплопередачи, но не допускаются к применению при высоких давлениях.

Пластинчато-ребристые

По сравнению с просто пластинчатыми составлены из разделительных пластин, между которыми смонтированы ребра как насадки, присоединенные к пластинам пайкой в вакууме. Жесткая прочная матрица построена по сотовому принципу. Плюс в компактности и легкости.

Ребристо-пластинчатые

Состоят из тонкостенных ребристых панелей, изготовленных высокочастотной сваркой. За счет своеобразной конструкции и использования различных материалов достигаются высокие показатели соотношения площади передающей тепловую энергию к массе теплообменника. Отличаются продолжительным сроком службы.

Спиральные

Представляет собой пару спиральных каналов, навитых вокруг центральной разделительной перегородки, среды движутся по каналам. Предназначены для нагревания и охлаждения сильновязких жидкостей.

Теплообменные аппараты

Теплообменный аппарат или теплообменник – это техническое устройство, в котором физический принцип передачи тепла от теплой среды к холодной без применения внешней энергии, превращен в технологический процесс. Он не является самостоятельным прибором и применяется в комплексе с другим тепловым оборудованием, поэтому должен соответствовать ему по параметрам.

Современные модели теплообменников характеризуются высоким уровнем безопасности, производительностью, минимальными потерями тепловой энергии в рабочем процессе, сниженными затратами теплоносителя и его циркуляции. Эти аппараты изготавливаются из новейших материалов, которые стойки к разрушительному коррозийному воздействию, что значительно увеличивает их ресурс. Чтобы понять работу этих устройств, рассмотрим теплообменный процесс.

Понятие теплообмена

Теплообмен представляет собой необратимый физический процесс, когда тепло передается от горячих тел или сред к холодным. На этом физическом законе базируется функционал теплообменного аппарата. Процесс происходит естественно, без совершения какой-либо работы над телом или средой. Он заканчивается, когда разницы температуры выравниваются. Теплообмен осуществляется 3-мя способами:

• За счет теплопроводности. В этом случае теплота переходит от одного тела к другому при контакте. Материалы, в частности нержавеющие стали, характеризуются разной способностью проводить тепло. Большими показателями характеризуется металлы, кроме свинца и ртути. Тепловой обмен осуществляется во взаимодействии молекул одного вещества с другим. Интенсивность теплообмена измеряется коэффициентом теплопроводности k, который лежит в диапазоне от k = 600…2000 (Вт/м 2 K) для вязких сред (например, сахарный сироп) до k = 2000…7000 (Вт/м 2 K) для воды.
• Излучением. Это электромагнитные волны, которые испускает вещество при нагревании до конкретных температурных значений. Эту энергию испускают любые тела, в том числе и биологические организмы. Чем выше температурные показатели у вещества, тем большие параметры у излучения. Эта энергия частично улавливается другими телами и частично отбрасывается. Темные предметы интенсивней поглощают тепловое излучение, светлые – больше отражают. Теплообмен излучением играет малозаметную роль и в программах по расчету теплообменников, как правило, не учитывается.
• Конвекция – это тип теплообмена, при котором выполняются обменные процессы тепловой энергии в потоках газообразных веществ и жидкостей. В твердых веществах конвекция не происходит. Конвекция бывает двух видов: естественная и вынужденная. Первая возникает при неоднородном разогреве. Вынужденный процесс происходит, когда газ или жидкость принудительно перемешиваются. На вынужденном принципе базируется работа теплообменных аппаратов.

Определение и классификация

Теплообменные аппараты – это технологические устройства, которые выполняют передачу тепла межу двумя средами. Установки различаются по принципу действия на два типа:

• Рекуператоры. В этих устройствах теплоносители отделены друг от друга стенкой. К ним относится большинство современных, в том числе теплообменники для горячего водоснабжения.
• Регенераторы. В этих аппаратах среды, между которыми происходит теплообмен, поочередно касаются одной и той же поверхности. По регенеративному принципу тепло накапливается в твердом веществе во время контакта с горячим носителем и отдается холодному.

Теплообменник работает и на нагрев, и на охлаждение. Этот фактор расширяет сферы применения установок. Теплообменные устройства применяются:

• в коммунальном хозяйстве;
• на нефтеперерабатывающих, нефтяных, химических предприятиях;
• в энергетической отрасли;
• на пищевых и фармацевтических комбинатах;
• в газовой промышленности.

Конкретная модель выбирается в зависимости от условий предстоящей эксплуатации. Разработаны такие аппараты, которые помимо теплообмена выполняют смежные функции. Теплообменные установки, действующие на рекуперативном принципе, подразделяются на виды по направлению движения среды:

1. прямоточные;
2. параллельное движение по одну маршруту;
3. противоточные (наиболее часто встречаются в пластинчатых теплообменниках);
4. противоточные, при встречном параллельном движении.

Устройство, принцип работы простейшего теплообменника

Теплообменные аппараты различаются устройством, но работают на одном принципе. Чтобы понять его, рассмотрим конструкцию простейшей установки. Элементарный прибор – это емкость с кожухом, охлаждающим и нагревающим. Рубашка окружает емкость и создает кольцевое пространство, в которое подается жидкость или пар (теплоноситель). Если в кольцевое пространство залить холодную воду, то среда в основной емкости охлаждается. Если рубашка будет наполнена теплоносителем, вещество в основном резервуаре будет нагреваться.

Схемы подключения

Теплообменный технический аппарат подключается к системе тремя способами:

1. Независимая конфигурация.
2. Параллельная конфигурация (или 1-ступенчатая) предполагает монтаж оборудования соответственно названию между двумя коммуникациями. Регулировка выполняется 1-им клапаном.
   Смысл процесса – это постоянное фиксирование заданной температуры. Это простая структура, обеспечивающая хороший теплообмен, но потребляет большие объемы теплоносителя.
3. Двухступенчатая конфигурация рационально использует тепловую энергию обратного потока. Подготовка жидкости выполняется в группе из 2-х агрегатов.
   Такой теплообменник называется моноблок, то есть 2 пластинчатых теплообменника, изготовленные на одной раме. Первая ступень теплообмена нагревает воду обратным потоком воды из системы отопления примерно до +40 градусов. Вторая ступень теплообмена продолжает процедуру и доводит показатели температуры воды до +60 градусов, что соответствует общепринятому нормативу по температуре ГВС. В этом случае между теплообменными аппаратами может быть установлено любой тип соединения. Этот способ характеризуется низким расходом теплоносителя – до 40% за счет использования оставшегося неиспользованным тепла обратного потока системы отопления, и, соответственно, высоким КПД.

Грамотный выбор схемы подключения гарантирует экономичность эксплуатации. Для этого нужно правильно увязать гидравлические режимы горячего водоснабжения и отопления.

Технические характеристики и преимущества теплообменников

Любой теплообменный охладительный или нагревательный аппарат устроен по принципу обмена теплом между средами, но конструкции – различны. Устройства создаются в широком ассортименте. Чтобы правильно сделать выбор, нужно знать:

• виды устройств;
• их конструкции;
• технические и эксплуатационные параметры;
• назначение.

В различных сферах жизнедеятельности человека наиболее востребованы аппараты рекуперативного типа, они классифицируются по следующим видам:

• миниканальные;
• смесительные;
• погружные;
• паяные;
• поверхностные;
• оросительные;
• пластинчатые;
• ребристые;
• кожухотрубные и прочие.

Пластинчатые аппараты высоко популярны, в сравнении с другими конструкциями. Они производительны, безопасны, надежны и относительно дешевы в изготовлении и эксплуатации. Это проточные установки. Они представляют собой пластины, собранные в пакет пластин, между которыми формируются нагревающий и нагреваемый каналы. Пакет пластин устанавливается в раму с рабочим давлением 10, 16 или 25 бар.

Потоки разделены стенками, поэтому перемешивание сред исключается. От качества прокладочного материала, числа пластин в пакете, размеров и формы зависят условия, в которых будет эксплуатироваться устройство. Базовые эксплуатационные параметры теплообменников:

• габариты установки;
• диапазон температур;
• вид исполнения;
• материалы, из которых выполняются базовые элементы;
• номинальное давление;
• расходы теплоносителя.

Правильный выбор – это первый критерий надежной работы систем. Как и всякая техника, нуждаются в техническом обслуживании, замене расходных материалов, текущем ремонте. Особенностью ухода за теплообменным оборудованием является промывка внутренних стенок пластин. Поскольку внутри конструкции циркулируют горячие среды, при температуре выше +40 градусов образуются посторонние вещества: накипь, ржавчина, а также возможно образование химических соединений. Они осаждаются на стенках и мешают передаче тепла, то есть снижают коэффициенты теплопередачи.

Для сохранения работоспособности оборудования на протяжении всего срока эксплуатации, необходима регулярная промывка системы отопления, охлаждения и подачи горячей воды. Разработаны и используются несколько технологий очистки, но лучшие результаты показывает химический метод (безразборным или разборным способами). Промывку выполняют либо согласно графику регламента, либо при появлении признаков засора.

Выводы

Теплообменный аппарат – это надежная, производительная и безопасная установка. Еще недавно считали импортное оборудование более безопасным и долговечным, но теперь пластинчатые теплообменники российского производства ничем не уступают аналогам зарубежного производства, но реализуются по разумным ценам.

Наша компания реализует теплообменные установки любого типа и производства. Поставки выполняются в любой регион России. Продукция сертифицирована, соответствует техническим нормативам РФ и сопровождается гарантиями. Наши менеджеры с помощью инженерных расчетов помогут вам грамотно подобрать модель для конкретных условий эксплуатации.

Какие бывают виды теплообменников (теплообменных аппаратов)?

В современном мире уже созданы десятки разнообразных инженерных решений, которые решают большое количество бытовых проблем. Особенно важным является вопрос поддержания оптимальной температуры в доме, на производстве и в других условиях, поэтому и были изобретены теплообменники.

Что такое теплообменник? Это теплообменное оборудование, которое передает энергию тепла от одного объекта или среды другому. Подобные инженерные хитрости широко применяются для нагрева воды или воздуха в быту, однако некоторые виды теплообменников используются действительно уникально.

Какие бывают теплообменники (теплообменные аппараты)?

Основные типы теплообменников по принципу действия могут подразделяться на несколько видов, среди которых классификация по механизму обмена тепловой энергии. Первый тип называется поверхностным, так как среды с различной температурой отделены друг от друга тонкими стенками и кожухом емкостей. Оборудование поверхностного вида подразделяется на:

• рекуперативные, где теплообмен выполняется через тонкие стенки контуров, а направленность потока постоянное;

• регенеративные, где направленность потока изменяется.

Другим менее популярным вариантом является смесительный теплообменный аппарат, в котором жидкости или газы непосредственно смешиваются друг с другом. Практика показывает, что зачастую производители отдают предпочтение именно первому варианту, так как им важно сохранить химическую «чистоту» жидкости. Также существуют направления промышленности, где используются теплообменники смесительные достаточно активно. Они особенно популярны в тех процессах, где состав сред имеет похожий состав.

Основные виды теплообменников (теплообменных аппаратов)

Инженеры старались создать все новые типы теплообменных аппаратов, так как зачастую для каждой промышленности или даже задачи требовалось абсолютно новое устройство теплообменника. Многие специалисты отмечают, что основные виды теплообменников состоят из четырех категорий: пластинчатый, кожухотрубный, витой и спиральный.

Пластинчатые теплообменники – это конструкция из большого количества пластин с гофрированным рисунком, изготовленных из нержавеющей стали. Они разделены уплотнениями, установленные без применения клеевых смесей, но позволяющие плотно прилегать друг к другу. Прокладки обеспечивают абсолютную герметичность и не допускают смешивания сред. Пластины, за счет своего малого размера и геометрическому строению, обеспечивают высокие показатели КПД. В свою очередь, пластинчатые теплообменники подразделяются на разборный, паяный (пластины скреплены при помощи пайки и не используются уплотнения), сварной или полусварной тип (соединены с помощью сварных швов).

Кожухотрубный теплообменник стал самым популярным из-за простоты своей конструкции. Они выполняются в виде устройства с большим количеством трубочек, которые собираются в единый пучок, а затем дополнительно покрываются изолирующим кожухом. Их можно встретить практически в каждой холодильной установке, испарителе, подогревателе и тому подобных устройствах. К сожалению, большие размеры и низкий КПД стали причиной изобретения новых типов теплообменников.

Витой теплообменник – это аппарат, в котором жидкости циркулируют по двум пространствам: внутри трубок и между ними. Их высокая энергоэффективность позволяет применять их морозильных камерах.

Спиральные теплообменники – разновидность теплообменников, имеющая форму спирали, что ясно из названия. Их основным преимуществом является возможность использовать их для нагрева вязких, агрессивных и неоднородных веществ.

Конструкция пластинчатых теплообменников

Самыми популярными среди остальных стали пластинчатые теплообменники, благодаря малогабаритности, лёгкой чистке, быстрой сборке и с минимальным гидравлическим сопротивлением. В структуру аппаратов входят концевые камеры, стяжные шпильки, стойки для крепления и пластины с резиновыми прокладками, разделённых между собой. Производятся пластины из тонких листов стали.

Герметичность оборудования сравнительно с окружающей средой достигается с помощью уплотнений. Они также не допускают смешивание сред, участвующих в процессе теплообмена, которые присоединяются к поверхности пластин. Направление рабочей среды может протекать одновременно по потоку и против него, так и по отдельности

Пластины устанавливаются одна за другой с поворотом на 180 градусов, создавая пакет из четырёх коллекторов, которые подводят и отводят жидкость. Крайние пластины не принимают участия в ходе теплообмена.

Принцип работы пластинчатого теплообменника

Работает теплообменник по перекрёстной схеме. Секции по очереди наполняются подогреваемой и остужаемой средой. Посредством пластин совершается теплообмен. Уплотнители различной формы обеспечивают заполнение секций.

Пластинчатые теплообменные аппараты организованы таким образом, что среды перемещаются навстречу друг другу: охлаждаемая выходит снизу и выходит в верхний патрубок, а нагревающая наоборот. Подобным образом действует похожие аппараты. Отличается только модель для ГВС тем, что средой, проходящей через корпус, может быть только вода.

Сферы применения теплообменников (теплообменных аппаратов)

Основные виды теплообменников применяются практически в каждой сфере человеческой деятельности, однако чаще всего они встречаются:

Нефтегазовая индустрия. Для нагрева или охлаждения до оптимальной температуры нефти, пара, вязких жидкостей, газа, кислот, щёлочей.

Металлургия. Для уменьшения температуры, производимого печами и гидравлическими устройствами, применяется теплообменное оборудование, выступающее в роли охладителя.

Пищевая промышленность. При производстве пищевых и спиртосодержащих продуктов применяют теплообменники, которые осуществляют пастеризацию, охлаждение и возможное испарение произведённых продуктов.

Судостроение. В морском деле теплообменник отвечает за охлаждение двигателя и всей центральной системы. Рабочей средой может применяться морская вода. Также теплообменные аппараты используются для работы отопления и ГВС на крупных суднах.

ЖКХ. В бытовых условиях для подогрева воздуха или воды, в системах тёплого пола, геотермальном отоплении и для рекуперации тепла используются пластинчатые теплообменники. Работают при температуре до 150 о C и при давлении до 16кПа.

Остались вопросы?

Обращайтесь к нам! Квалифицированные инженеры компании «Комплексное снабжение» произведут грамотный расчет любого вида теплообменника и подберут оптимальный вариант по соотношению цена-качество. На все оборудование предоставляем официальную гарантию.

Свяжитесь с нами по удобному Вам способу: 8-804-333-71-04 (звонок бесплатный), или же напишите на электронную почту [email protected]

С наиболее полной информацией о теплообменном оборудовании Вы всегда можете ознакомиться на нашем сайте

Источники:

http://www.pto-service.com/stati/raznovidnosti/
http://www.e8company.ru/poleznaya-informatsiya/teploobmennye-apparaty/
http://sn22.ru/teploobmennik/vidy-teploobmennikov/