تاریخچه مبدل های حرارتی پوسته و لوله

دستگاه هایی از این نوع برای اولین بار در همان آغاز قرن بیستم توسعه یافتند، زمانی که نیروگاه های حرارتی به مبدل های حرارتی با سطح تبادل حرارت بزرگ و قادر به کار در دماهای به اندازه کافی بالا نیاز داشتند. فشار خون بالا.

امروزه مبدل های حرارتی پوسته و لوله به عنوان پیش گرم کن، کندانسور و اواپراتور استفاده می شوند. تجربه چندین ساله بهره برداری و پیشرفت های متعدد طراحی منجر به پیشرفت های قابل توجهی در طراحی آنها شده است.

سپس، در آغاز قرن گذشته، مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفتند صنعت نفت. شرایط سخت پالایش نفت به گرم کننده ها و خنک کننده های توده نفتی، کندانسورها و اواپراتورها برای بخش های خاصی از نفت خام و مایعات آلی نیاز داشت.

دماها و فشارهای بالا که در آن تجهیزات کار می کرد، خواص خود روغن و قطعات آن منجر به آلودگی سریع شد. قطعات جداگانهدستگاه ها در این راستا، مبدل های حرارتی باید چنین داشته باشند ویژگی های طراحی، که سهولت تمیز کردن و در صورت لزوم تعمیر را تضمین می کند.

گزینه های اجرایی

با گذشت زمان، مبدل های حرارتی پوسته و لوله به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته اند. این با سادگی و قابلیت اطمینان طراحی و همچنین تعداد زیاد مشخص شد گزینه های ممکناعدام های مناسب برای شرایط مختلفعملیات، از جمله:

طراحی عمودی یا افقی مبدل حرارتی، جوش یا تراکم، مایع خنک کننده تک فاز در سمت گرم یا سرد دستگاه جریان می یابد.

محدوده فشار عملیاتی ممکن از خلاء تا مقادیر نسبتاً بالا.

توانایی تغییر افت فشار در محدوده وسیعی در هر دو طرف سطح تبادل حرارت در نتیجه تعداد زیادی گزینه طراحی.

توانایی برآوردن نیازهای تنش حرارتی بدون افزایش قابل توجه هزینه دستگاه؛

اندازه دستگاه - از کوچک تا بزرگ، تا 6000 متر مربع؛

مواد را می توان بسته به خوردگی، فشار و شرایط دماییبا در نظر گرفتن هزینه های مربوطه خود؛

سطوح انتقال حرارت را می توان هم در داخل و هم در خارج از لوله ها استفاده کرد.

امکان دسترسی به یک بسته لوله برای تعمیر یا تمیز کردن.

با این حال، طیف گسترده ای از کاربردهای مبدل های حرارتی پوسته و لوله هنگام انتخاب مناسب ترین گزینه ها برای هر مورد خاص، نباید جستجو برای گزینه های جایگزین را حذف کند.

اجزاء

اجزای مبدل های حرارتی پوسته و لوله: بسته های لوله ای نصب شده در صفحات لوله، پوشش ها، پوشش ها، لوله ها، محفظه ها و تکیه گاه ها. لوله ها و فضاهای بین لوله ای در آنها اغلب توسط پارتیشن ها از هم جدا می شوند.

نمودارها و انواع مدارها

نمودارهای شماتیک پرکاربردترین انواع مبدل های حرارتی پوسته و لوله در شکل ارائه شده است:

پوشش مبدل حرارتی لوله ای است که از ورق های فولادی جوش داده شده است. تفاوت بین محفظه ها عمدتاً در نحوه اتصال پوشش به ورق لوله و روکش ها است. ضخامت دیواره پوشش بسته به فشار کاری محیط و قطر آن انتخاب می شود، اما به طور کلی حداقل 4 میلی متر در نظر گرفته می شود. روکش ها یا کف ها با استفاده از فلنج به لبه های پوشش جوش داده می شوند. تکیه گاه های دستگاه به بیرون بدنه وصل شده اند.

در مبدل های حرارتی پوسته و لوله، مجموع سطح مقطع موثر فضای بین لوله معمولاً 2-3 برابر بزرگتر از سطح مقطع متناظر لوله ها است. بنابراین، صرف نظر از اختلاف دما بین خنک کننده ها و حالت فاز آنها، ضریب انتقال حرارت کلی توسط سطح فضای بین لوله محدود شده و کم باقی می ماند. به منظور افزایش آن، پارتیشن هایی تعبیه شده است که باعث افزایش سرعت مایع خنک کننده و افزایش راندمان انتقال حرارت می شود.

بسته‌بندی لوله در ورق‌های لوله با استفاده از روش‌های مختلف ثابت می‌شود: با استفاده از مهره‌زنی، شعله‌ور شدن، آب‌بندی، جوشکاری یا اتصالات غده‌ای. صفحات لوله به بدنه (نوع 1 و 3) جوش داده می شوند، یا بین روکش و فلنج های پوشش (نوع 2 و 4)، یا فقط به فلنج (نوع 5 و 6) پیچ می شوند. جنس گریتینگ معمولاً ورق فولادی است که ضخامت آن باید حداقل 20 میلی متر باشد.

این مبدل های حرارتی با توجه به روش حرکت مایع خنک کننده از نظر طراحی متفاوت هستند: صلب (نوع 1 و 10)، نیمه صلب (نوع 2، 3 و 7) و غیر صلب (نوع 4، 5، 6، 8 و 9). - چند گذری و تک گذری، جریان مستقیم، جریان متقاطع و خلاف جریان و با توجه به نحوه چیدمان - عمودی، افقی و مایل.

شکل 1 یک مبدل حرارتی تک گذر و طراحی سفت و سخت با لوله های مستقیم را نشان می دهد. بدنه به طور صلب توسط شبکه‌هایی به لوله‌ها متصل می‌شود و امکان جبران طول‌های حرارتی وجود ندارد. طراحی چنین دستگاه هایی ساده است، اما تنها زمانی می توان از آنها استفاده کرد که اختلاف دمای بین بسته لوله و بدنه خیلی زیاد نباشد (تا 50 درجه سانتیگراد). علاوه بر این، ضریب انتقال حرارت در دستگاه هایی از این نوع کم است، زیرا سرعت مایع خنک کننده در فضای بین لوله کم است.

در مبدل های حرارتی پوسته و لوله، سطح مقطع فضای بین لوله ها معمولاً 2-3 برابر بیشتر از سطح مقطع مربوطه لوله ها است. بنابراین، ضریب انتقال حرارت کلی نه چندان تحت تأثیر اختلاف دمای خنک کننده ها یا حالت فاز آنها قرار می گیرد، بلکه برعکس، توسط سطح فضای بین لوله محدود می شود و کم می ماند. به منظور افزایش آن، پارتیشن هایی در فضای بین لوله ای ساخته می شود که کمی سرعت مایع خنک کننده را افزایش می دهد و در نتیجه راندمان انتقال حرارت را افزایش می دهد.

پارتیشن های نصب شده در فضای بین لوله، افزایش سرعت مایع خنک کننده، ضریب انتقال حرارت را افزایش می دهد.

در مبدل های حرارتی بخار- مایع معمولاً بخار بین لوله ها عبور داده می شود و مایع در لوله ها جریان می یابد. در این حالت معمولاً اختلاف دما بین لوله ها و دیواره محفظه بسیار زیاد است که نیاز به نصب دارد انواع مختلفجبران کننده ها در این موارد از لنز (نوع 3)، دم (نوع 7)، جعبه پرکننده (نوع 8 و 9) و جبران کننده ها استفاده می شود.

مبدل های حرارتی تک محفظه با لوله های W یا معمولاً U شکل نیز به طور موثر تنش حرارتی را در فلز از بین می برند. توصیه می شود از آنها در فشارهای خنک کننده بالا استفاده کنید، زیرا در دستگاه های فشار بالا، بستن لوله ها در توری ها یک عملیات گران قیمت و از نظر فنی پیچیده است. با این حال، مبدل های حرارتی لوله خم شده نیز به دلیل سختی به دست آوردن لوله با شعاع خمشی متفاوت، سختی تعویض لوله های خم شده و مشکلاتی که هنگام تمیز کردن آنها به وجود می آید، کاربرد زیادی ندارند.

طراحی مبدل حرارتی که امکان اتصال سفت و سخت یک ورق لوله و حرکت آزاد دوم را فراهم می کند، پیشرفته تر است. در این حالت یک پوشش داخلی اضافی نصب می شود که مستقیماً به سیستم لوله (نوع 6) مربوط می شود. افزایش جزئی در هزینه دستگاه، همراه با افزایش قطر بدنه و ساخت ته دوم و اضافی، با قابلیت اطمینان در کار و سادگی طراحی توجیه می شود. چنین دستگاه هایی مبدل های حرارتی "سر شناور" نامیده می شوند.

مبدل های حرارتی جریان متقاطع (نوع 10) با افزایش ضریب انتقال حرارت متمایز می شوند، زیرا مایع خنک کننده در فضای بین لوله در سراسر بسته لوله حرکت می کند. در برخی از انواع این مبدل های حرارتی، هنگامی که گاز در حلقه و مایع در لوله ها استفاده می شود، ضریب انتقال حرارت با استفاده از لوله هایی با دنده های عرضی افزایش می یابد.

اصول عملکرد مبدل های حرارتی پوسته و لوله:

انواع مبدل های حرارتی پوسته و لوله:

آبگرمکن;
کولرهای آب و روغن برای کمپرسورها و موتورهای دیزلی؛
بخاری آب گرم؛
کولرهای روغن انواع توربین، پرس های هیدرولیک، سیستم های پمپاژ و کمپرسور، ترانسفورماتورهای قدرت؛
کولر و بخاری هوا؛
کولرها و بخاری های رسانه های غذایی؛
کولر و بخاری مورد استفاده در پتروشیمی;
آبگرمکن در استخرهای شنا؛
اواپراتورها و کندانسورهای واحدهای تبرید.

دامنه و دامنه

مبدل های حرارتی پوسته و لوله در کارخانه های انجماد صنعتی، در صنایع پتروشیمی، شیمیایی و غذایی، برای پمپ های حرارتی در تصفیه آب و سیستم های فاضلاب استفاده می شود.

مبدل های حرارتی پوسته و لوله در صنایع شیمیایی و حرارتی برای تبادل حرارت بین خنک کننده های مایع، گاز و بخار در فرآیندهای ترموشیمیایی مورد استفاده قرار می گیرند و امروزه پرکاربردترین دستگاه ها هستند.

مزایای:

قابلیت اطمینان مبدل های حرارتی پوسته و لوله در حال کار:

پوسته و لوله مبدل های حرارتیبه راحتی تغییرات ناگهانی دما و فشار را تحمل می کند. دسته های لوله در اثر لرزش و شوک های هیدرولیکی از بین نمی روند.

آلودگی کم دستگاه ها

لوله‌های این نوع مبدل‌های حرارتی آلودگی کمی دارند و می‌توان آن‌ها را به راحتی با استفاده از روش کاویتاسیون-ضربه، شیمیایی یا - برای تاشو تمیز کرد. دستگاه ها - مکانیکیراه ها.

عمر طولانی

عمر مفید بسیار طولانی است - تا 30 سال.

سازگاری با محیط های مختلف

مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله که امروزه در صنعت استفاده می‌شوند با محیط‌های تکنولوژیکی متنوعی از جمله بهداشتی، آب دریا و رودخانه، فرآورده‌های نفتی، روغن‌ها، محیط‌های فعال شیمیایی و حتی تهاجمی‌ترین محیط‌ها عملاً قابلیت اطمینان را کاهش نمی‌دهند. مبدل های حرارتی

ساده ترین راه برای درک نحوه عملکرد یک مبدل حرارتی پوسته و لوله، مطالعه نمودار مدار آن است:

تصویر 1.اصل عملکرد یک مبدل حرارتی پوسته و لوله. با این حال، این نمودار تنها آنچه قبلاً گفته شد را نشان می دهد: دو جریان مبادله حرارتی غیر قابل امتزاج مجزا که از داخل محفظه و از طریق بسته لوله عبور می کنند. اگر نمودار متحرک باشد بسیار واضح تر خواهد بود.

شکل 2.انیمیشنی از عملکرد یک مبدل حرارتی پوسته و لوله. این تصویر نه تنها اصل عملکرد و طراحی مبدل حرارتی را نشان می دهد، بلکه نمایانگر ظاهر مبدل حرارتی در خارج و داخل نیز می باشد. از یک محفظه استوانه ای با دو اتصالات و دو محفظه توزیع در دو طرف پوشش تشکیل شده است.

لوله ها با هم مونتاژ شده و توسط دو ورقه لوله در داخل محفظه نگه داشته می شوند - دیسک های تمام فلزی با سوراخ هایی که در آنها سوراخ شده است. ورق های لوله، محفظه های توزیع را از بدنه مبدل حرارتی جدا می کند. لوله های روی ورق لوله را می توان با جوشکاری، شعله ور شدن یا ترکیبی از این دو روش محکم کرد.

شکل 3.شبکه لوله با لوله های بسته نرم. اولین مایع خنک کننده مستقیماً از طریق اتصالات ورودی وارد بدنه می شود و از طریق اتصالات خروجی از آن خارج می شود. خنک کننده دوم ابتدا به محفظه توزیع عرضه می شود و از آنجا به دسته لوله هدایت می شود. هنگامی که در محفظه توزیع دوم قرار می گیرد، جریان "دور می گردد" و دوباره از طریق لوله ها به محفظه توزیع اول می رود و از آنجا از طریق اتصالات خروجی خود خارج می شود. در این حالت، جریان معکوس از طریق قسمت دیگری از بسته لوله هدایت می شود تا در عبور جریان "به جلو" اختلال ایجاد نکند.

تفاوت های ظریف فنی

1. لازم به تأکید است که نمودارهای 1 و 2 عملکرد یک مبدل حرارتی دو گذر را نشان می دهد (مایع خنک کننده در دو گذر - جریان رو به جلو و معکوس از بسته لوله عبور می کند). بنابراین، انتقال حرارت بهبود یافته با طول یکسان لوله ها و بدنه مبدل به دست می آید. با این حال، قطر آن به دلیل افزایش تعداد لوله ها در بسته نرم افزاری لوله افزایش می یابد. مدل‌های ساده‌تری وجود دارد که در آن مایع خنک‌کننده تنها در یک جهت از بسته‌بندی لوله عبور می‌کند:

شکل 4. نمودار شماتیکمبدل حرارتی تک پاس. علاوه بر مبدل های حرارتی یک و دو پاس، مبدل های حرارتی چهار، شش و هشت پاس نیز وجود دارد که بسته به ویژگی های وظایف خاص مورد استفاده قرار می گیرند.

2. نمودار متحرک 2 عملکرد یک مبدل حرارتی با پارتیشن های نصب شده در داخل محفظه را نشان می دهد که جریان خنک کننده را در امتداد یک مسیر زیگزاگی هدایت می کند. بنابراین، جریان متقاطع خنک کننده ها تضمین می شود، که در آن خنک کننده "خارجی" لوله های بسته نرم افزاری را عمود بر جهت آنها شستشو می دهد، که همچنین انتقال حرارت را افزایش می دهد. مدل هایی با طراحی ساده تر وجود دارد که در آن مایع خنک کننده به موازات لوله ها در محفظه عبور می کند (نمودار 1 و 4 را ببینید).

3. از آنجایی که ضریب انتقال حرارت نه تنها به مسیر جریان سیال عامل بستگی دارد، بلکه به منطقه تعامل آنها نیز بستگی دارد (در در این مورد- از کل مساحت تمام لوله های بسته لوله، و همچنین از سرعت خنک کننده ها، می توان انتقال حرارت را از طریق استفاده از لوله ها با دستگاه های ویژه - توربولاتور افزایش داد.

شکل 5.لوله های مبدل حرارتی پوسته و لوله با حلقه های موج مانند. استفاده از چنین لوله هایی با توربولاتور در مقایسه با لوله های استوانه ای سنتی افزایش را ممکن می سازد قدرت حرارتیواحد 15 - 25 درصد؛ علاوه بر این، به دلیل وقوع فرآیندهای گردابی در آنها، خود تمیز شدن سطح داخلی لوله ها از رسوبات معدنی رخ می دهد.

لازم به ذکر است که ویژگی های انتقال حرارت تا حد زیادی به مواد لوله بستگی دارد که باید دارای رسانایی حرارتی خوب و توانایی تحمل فشار بالا باشد. محیط کارو در برابر خوردگی مقاوم باشد. بر اساس مجموع این الزامات برای آب شیرین، بخار و روغن بهترین انتخابمارک های مدرن با کیفیت بالا هستند از فولاد ضد زنگ; برای آب دریا یا کلر - برنج، مس، کورونیکل و غیره.

مبدل های حرارتی پوسته و لوله استاندارد و ارتقا یافته را بر اساس فن آوری های مدرنبرای خطوط جدید نصب شده، و همچنین واحدهایی را تولید می کند که برای جایگزینی مبدل های حرارتی طراحی شده اند که عمر مفید آنها تمام شده است. و تولید آن با توجه به سفارشات فردی و با در نظر گرفتن تمام پارامترها و الزامات یک موقعیت فنی خاص انجام می شود.

در بین انواع مبدل های حرارتی، این نوع رایج ترین است. هنگام کار با هر مایع، گاز و محیط بخار، از جمله اگر وضعیت محیط در طول فرآیند تقطیر تغییر کند، استفاده می شود.

تاریخچه ظهور و اجرا

مبدل های حرارتی پوسته و لوله (یا) در آغاز قرن گذشته به منظور استفاده فعال در عملیات نیروگاه های حرارتی اختراع شدند. تعداد زیادی ازآب گرم تقطیر شد فشار خون بالا. پس از آن، این اختراع در ایجاد تبخیر کننده ها و سازه های گرمایشی مورد استفاده قرار گرفت. با گذشت سالها، طراحی مبدل حرارتی پوسته و لوله بهبود یافته است، طراحی آن کمتر دست و پا گیر شده است و اکنون به گونه ای طراحی شده است که بتوان اجزای جداگانه را تمیز کرد. استفاده از سیستم های مشابه بیشتر در صنعت و تولید پالایش نفت آغاز شده است مواد شیمیایی خانگیاز آنجایی که محصولات این صنایع حاوی ناخالصی های زیادی است. این رسوب آنها است که نیاز به تمیز کردن دوره ای دیواره های داخلی مبدل حرارتی دارد.

همانطور که در نمودار ارائه شده می بینیم، مبدل حرارتی پوسته و لولهشامل یک دسته لوله است که در محفظه خود قرار گرفته و روی یک تخته یا شبکه نصب شده است. پوشش در واقع نام کل محفظه است که از یک ورق حداقل 4 میلی متری (یا بیشتر، بسته به ویژگی های محیط کار) جوش داده شده است، که در آن لوله های کوچک و یک تخته قرار دارد. معمولاً از ورق فولادی به عنوان ماده برای تخته استفاده می شود. لوله ها توسط لوله ها به یکدیگر متصل می شوند؛ همچنین یک ورودی و خروجی به محفظه، یک تخلیه کندانس و پارتیشن ها وجود دارد.

بسته به تعداد لوله ها و قطر آنها، قدرت مبدل حرارتی متفاوت است. بنابراین، اگر سطح انتقال حرارت حدود 9000 متر مربع باشد. متر، قدرت مبدل حرارتی 150 مگاوات خواهد بود، این یک نمونه کار است توربین بخار.

طراحی مبدل حرارتی پوسته و لوله شامل اتصال لوله های جوش داده شده با تخته و روکش ها است که می تواند متفاوت باشد و همچنین خم شدن پوشش (به شکل حرف U یا W). در زیر انواع دستگاه هایی که بیشتر در عمل با آن ها مواجه می شوند، آورده شده است.

یکی دیگر از ویژگی های دستگاه فاصله بین لوله ها است که باید 2-3 برابر بیشتر از سطح مقطع آنها باشد. به همین دلیل ضریب انتقال حرارت کم است و این به کارایی کل مبدل حرارتی کمک می کند.

بر اساس نام، مبدل حرارتی وسیله ای است که برای انتقال گرمای تولید شده به یک جسم گرم شده ایجاد می شود. مایع خنک کننده در این مورد طرحی است که در بالا توضیح داده شد. عملکرد یک مبدل حرارتی پوسته و لوله به این صورت است که محیط کار سرد و گرم از میان پوسته های مختلف حرکت می کند و تبادل حرارت در فضای بین آنها اتفاق می افتد.

محیط کار داخل لوله ها مایع است، در حالی که بخار داغاز فاصله بین لوله ها عبور می کند و تراکم ایجاد می کند. از آنجایی که دیواره های لوله ها بیشتر از تخته ای که به آن وصل شده اند گرم می شوند، این تفاوت باید جبران شود، در غیر این صورت دستگاه تلفات حرارتی قابل توجهی خواهد داشت. برای این منظور از سه نوع به اصطلاح جبران کننده استفاده می شود: عدسی، مهر و موم روغن یا دم.

همچنین هنگام کار با مایع تحت فشار بالا از مبدل های حرارتی تک محفظه استفاده می شود. آنها دارای یک خمیدگی نوع U، W هستند که برای اجتناب از آن ضروری است ولتاژ بالادر فولاد ناشی از ازدیاد طول حرارتی. تولید آنها بسیار گران است و تعویض لوله ها در صورت تعمیر دشوار است. بنابراین، چنین مبدل های حرارتی تقاضای کمتری در بازار دارند.

بسته به روش اتصال لوله ها به تخته یا شبکه، موارد زیر وجود دارد:

• لوله های جوش داده شده؛
• ثابت در سوله های گشاد شده؛
• پیچ و مهره به فلنج؛
• مهر و موم شده؛
• داشتن مهر و موم در طراحی بست.

با توجه به نوع طراحی، مبدل های حرارتی پوسته و لوله به دو دسته تقسیم می شوند (نمودار بالا را ببینید):

• صلب (حروف در شکل a، j)، غیر صلب (d، e، f، h، i) و نیمه صلب (حروف در شکل b، c و g).
• با تعداد حرکات - تک یا چند پاس؛
• در جهت جریان سیال فنی - مستقیم، عرضی یا خلاف جریان جهت.
• طبق چیدمان، تخته ها افقی، عمودی و در یک صفحه شیبدار قرار دارند.

طیف گسترده ای از قابلیت های مبدل حرارتی پوسته و لوله

1. فشار در لوله ها می تواند به مقادیر مختلفی برسد، از خلاء تا بالاترین.
2. قابل دستیابی است شرط لازمبا توجه به تنش های حرارتی، در حالی که قیمت دستگاه تغییر قابل توجهی نخواهد داشت.
3. ابعاد سیستم نیز می تواند متفاوت باشد: از مبدل حرارتی خانگی برای حمام گرفته تا صنعتی با مساحت 5000 متر مربع. متر
4. نیازی به پیش تمیز کردن محیط کار نیست.
5. برای ایجاد هسته استفاده کنید مواد مختلف، بسته به هزینه های تولید. با این حال، همه آنها الزامات دما، فشار و مقاومت در برابر خوردگی را برآورده می کنند.
6. یک بخش جداگانه از لوله ها را می توان برای تمیز کردن یا تعمیر برداشت.

آیا طراحی معایبی دارد؟ بدون آنها نه: مبدل حرارتی پوسته و لولهبسیار دست و پا گیر با توجه به اندازه آن، اغلب نیاز به یک جداگانه دارد اتاق فنی. به دلیل مصرف بالای فلز، هزینه ساخت چنین دستگاهی نیز بالاست.

در مقایسه با مبدل های حرارتی U-, W-tube و لوله ثابت، مبدل های حرارتی پوسته و لوله مزایای بیشتری دارند و کارایی بیشتری دارند. بنابراین، با وجود هزینه بالا، بیشتر خریداری می شوند. از طرف دیگر، خود تولیدیچنین سیستمی مشکلات زیادی ایجاد می کند و به احتمال زیاد منجر به تلفات حرارتی قابل توجهی در حین کار می شود.

هنگام کار با مبدل حرارتی باید به وضعیت لوله ها و همچنین تنظیمات بسته به میعانات توجه ویژه ای داشت. هرگونه مداخله در سیستم منجر به تغییر در ناحیه تبادل حرارتی می شود، بنابراین تعمیرات و راه اندازی باید توسط متخصصان آموزش دیده انجام شود.

ممکن است علاقه مند باشید:

یک پمپ صنعتی تقریباً در هر تولیدی ضروری است. برخلاف پمپ های خانگی، آنها باید بارهای بالا را تحمل کنند، در برابر سایش مقاوم بوده و حداکثر کارایی را داشته باشند. علاوه بر این، پمپ های این نوع باید برای شرکتی که در آن استفاده می شود مقرون به صرفه باشد. برای خرید پمپ صنعتی مناسب باید مشخصات اصلی آن را مطالعه کرده و در نظر بگیرید...

گرمایش و خنک کننده مایعات یک مرحله ضروری در تعدادی از فرآیندهای تکنولوژیکی. برای این کار از مبدل های حرارتی استفاده می شود. اصل عملکرد تجهیزات مبتنی بر انتقال گرما از یک خنک کننده است که عملکرد آن توسط آب، بخار، محیط های آلی و معدنی انجام می شود. انتخاب مبدل حرارتی برای یک مبدل حرارتی خاص فرایند تولید، باید بر اساس طراحی و ویژگی های متریال ...

یک مخزن عمودی به شکل یک مخزن استوانه ای ساخته شده از فلز است (گاهی اوقات به صورت مربع ساخته می شود). شکل پایین مخروطی یا هرمی است. مخازن ته نشینی را می توان بر اساس طراحی دستگاه ورودی - مرکزی و محیطی طبقه بندی کرد. پرکاربردترین نوع آن با ورودی مرکزی است. آب در حوضچه در یک حرکت رو به بالا به سمت پایین حرکت می کند. اصل کار عمودی ...

وزارت نیرو برنامه ای برای توسعه برق سبز تا سال 2020 تدوین کرده است. سهم برق از منابع جایگزینبرق باید به 4.5 درصد از کل انرژی تولیدی در کشور برسد. با این حال، به گفته کارشناسان، این کشور به سادگی به چنین میزان برق از منابع تجدید پذیر نیاز ندارد. نظر کلی در این زمینه توسعه تولید برق از طریق...

مبدل‌های حرارتی پوسته‌ای و لوله‌ای در اوایل قرن بیستم در پاسخ به نیاز نیروگاه‌های حرارتی برای مبدل‌های حرارتی سطح بزرگ مانند کندانسورها و آبگرمکن‌هایی که در فشارهای نسبتاً بالا کار می‌کنند، پدیدار شدند. مبدل های حرارتی پوسته و لوله به عنوان کندانسور، بخاری و اواپراتور استفاده می شوند. در حال حاضر، طراحی آنها در نتیجه پیشرفت های ویژه با در نظر گرفتن تجربه عملیاتی بسیار پیشرفته تر شده است. در همان سالها، استفاده صنعتی گسترده از مبدلهای حرارتی پوسته و لوله در صنعت نفت آغاز شد. عملیات سنگین به گرم کننده ها و خنک کننده های انبوه، اواپراتورها و کندانسورها برای بخش های مختلف نفت خام و مایعات آلی مرتبط نیاز داشت. مبدل های حرارتی اغلب مجبور بودند با مایعات آلوده کار کنند دمای بالاو فشارها، و بنابراین باید طوری طراحی می شد که تعمیر و تمیز کردن آسان باشد.

در طول سال ها، مبدل های حرارتی پوسته و لوله به پرمصرف ترین نوع دستگاه تبدیل شده اند. این در درجه اول به دلیل قابلیت اطمینان طراحی، طیف وسیعی از گزینه های طراحی برای شرایط عملیاتی مختلف است، به ویژه:

جریان های تک فاز، جوش و چگالش در دو طرف سرد و گرم مبدل حرارتی با طراحی عمودی یا افقی.

محدوده فشار از خلاء تا مقادیر بالا؛

افت فشار بسیار متفاوت در هر دو طرف به دلیل تنوع گسترده گزینه ها.

برآوردن نیازهای تنش حرارتی بدون افزایش قابل توجه هزینه دستگاه؛

اندازه های کوچک تا بسیار بزرگ (5000 متر مربع)؛

امکان کاربرد مواد مختلفبا توجه به هزینه، خوردگی، دما و فشار مورد نیاز؛

استفاده از سطوح تبادل حرارت توسعه یافته در داخل و خارج لوله ها، تقویت کننده های مختلف و غیره؛

امکان برداشتن بسته لوله برای تمیز کردن و تعمیر.

در یک مبدل حرارتی پوسته و لوله، یکی از خنک کننده ها از طریق لوله ها جریان می یابد، دیگری از طریق فضای بین لوله ها. گرما از یک خنک کننده به خنک کننده دیگر توسط دیواره ای از لوله ها از طریق سطح منتقل می شود.

مبدل های حرارتی پوسته و لوله می توانند تک گذر باشند، که در آن هر دو خنک کننده بدون تغییر جهت در کل مقطع حرکت می کنند (یکی در امتداد لوله، دیگری در امتداد لوله بین لوله)، و چند گذر، که در آن جریان جریان دارد. به طور متوالی با کمک پارتیشن های اضافی جهت را تغییر می دهند و در نتیجه ضریب انتقال حرارت و سرعت جریان را افزایش می دهند.

عناصر اصلی مبدل های حرارتی پوسته و لوله عبارتند از دسته های لوله، صفحات لوله، محفظه، پوشش ها و نازل ها. انتهای لوله ها با شعله ور شدن، جوشکاری و لحیم کاری به ورق های لوله محکم می شوند.

برای افزایش سرعت حرکت مایع خنک کننده به منظور تشدید انتقال حرارت، اغلب پارتیشن ها چه در لوله و چه در فضاهای بین لوله نصب می شوند.

مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله می‌توانند عمودی، افقی یا متمایل به نیازهای فرآیند یا سهولت نصب باشند. بسته به میزان ازدیاد طول حرارتی لوله ها و محفظه، از مبدل های حرارتی پوسته و لوله با طراحی صلب، نیمه صلب و غیر صلب استفاده می شود. یکی از گزینه های چنین مبدل حرارتی در شکل 1.2.1 نشان داده شده است.

برنج. 1.2 - مبدل حرارتی پوسته و لوله

سطح انتقال حرارت دستگاه ها می تواند از چند صد سانتی متر مربع تا چندین هزار متغیر باشد متر مربع.

پوشش (محله) مبدل حرارتی پوسته و لوله، لوله ای است که از یک یا چند ورق فولادی جوش داده شده است. هوزینگ ها عمدتاً در نحوه اتصال آنها به ورق لوله و پوشش ها متفاوت هستند. ضخامت دیواره پوشش با فشار محیط کار و قطر پوشش تعیین می شود، اما حداقل 4 میلی متر در نظر گرفته می شود. فلنج ها به لبه های استوانه ای بدنه برای اتصال با روکش ها یا قسمت های پایینی جوش داده می شوند. تکیه گاه های دستگاه به سطح بیرونی بدنه وصل می شوند.

در مبدل های حرارتی پوسته و لوله، مساحت جریان فضای بین لوله ها 2-3 برابر بیشتر از مساحت جریان لوله ها است. بنابراین، در دبی یکسان خنک‌کننده‌هایی که حالت تجمع یکسانی دارند، ضرایب انتقال حرارت در سطح فضای بین لوله‌ها کم است که باعث کاهش ضریب انتقال حرارت در دستگاه می‌شود. نصب پارتیشن ها در فضای بین لوله به افزایش سرعت مایع خنک کننده و افزایش ضریب انتقال حرارت کمک می کند.

طرح های مبدل های حرارتی بازیابی کننده سطحی مدرن با عملکرد پیوسته بسیار متنوع هستند. بیایید به معمولی ترین آنها نگاه کنیم.

مبدل های حرارتی پوسته و لولهدستگاه‌هایی هستند که از دسته‌های لوله‌هایی ساخته شده‌اند که با ورق‌های لوله (تخته‌ها) بسته می‌شوند و با روکش‌ها و پوشش‌هایی با لوله‌های شاخه محدود می‌شوند. لوله ها و فضاهای بین لوله ای در دستگاه از هم جدا شده اند و هر یک از آنها را می توان با پارتیشن ها به چندین گذر تقسیم کرد. پارتیشن ها برای افزایش سرعت و در نتیجه ضریب انتقال حرارت خنک کننده ها طراحی شده اند. مبدل های حرارتی از این نوع برای تبادل حرارت بین مایعات مختلف، بین مایعات و بخار، بین مایعات و گازها در نظر گرفته شده است. طرح های معمولیمبدل های حرارتی پوسته و لوله در مواردی که نیاز به یک سطح تبادل حرارتی بزرگ است استفاده می شود.

هنگام گرم کردن مایع با بخار، در بیشتر موارد، بخار به فضای بین لوله وارد می شود و مایع گرم شده از طریق لوله ها جریان می یابد. در مبدل های حرارتی پوسته و لوله، مساحت جریان فضای بین لوله ها 2 ... 3 برابر بیشتر از سطح جریان در داخل لوله ها است. بنابراین، در دبی یکسان خنک کننده هایی که حالت تجمع یکسانی دارند، سرعت خنک کننده در حلق کمتر و ضرایب انتقال حرارت در سطح حلقه کم است که ضریب انتقال حرارت را در دستگاه کاهش می دهد. در شکل 4.5 نشان داده شده است انواع مختلفمبدل های حرارتی پوسته و لوله

سطح انتقال حرارت دستگاه ها می تواند از چند صد سانتی متر مربع تا چند هزار متر مربع متغیر باشد. بنابراین، کندانسور یک توربین بخار مدرن با توان 300 مگاوات دارای بیش از 20 هزار لوله با سطح تبادل حرارتی در حدود 15 هزار متر مربع است.

بدنه (پوشش) مبدل حرارتی پوسته و لوله، استوانه ای است که از یک یا چند ورق فولادی جوش داده شده است. پوشش ها عمدتاً در نحوه اتصال آنها به ورق لوله و پوشش ها متفاوت است. ضخامت دیواره پوشش با حداکثر فشار محیط کار و قطر دستگاه تعیین می شود، اما نه کمتر از 4 میلی متر. فلنج ها به لبه های استوانه ای بدنه برای اتصال با روکش ها یا قسمت های پایینی جوش داده می شوند. لوله ها و تکیه گاه های دستگاه بر روی سطح بیرونی بدنه جوش داده می شود.

لوله های دستگاه های پوسته و لوله مستقیم یا منحنی (U شکل) با قطر 12 تا 57 میلی متر ساخته می شوند.

مواد لوله بسته به محیط شستشوی سطح آن انتخاب می شود. لوله های ساخته شده از فولاد، برنج و آلیاژهای خاص استفاده می شود.

ورق های لوله برای محکم کردن لوله ها در آنها با استفاده از اتصالات شعله ور، جوشکاری، آب بندی یا گلند استفاده می شود. ورق های لوله بین فلنج های پوشش و پوشش پیچ می شوند یا به پوشش جوش داده می شوند یا فقط به فلنج های محفظه آزاد پیچ ​​می شوند (شکل 4.5 را ببینید).

برنج. 4.5. انواع مبدل های حرارتی پوسته و لوله:

الف - تک پاس؛ ب - چند پاس؛ ج - فیلم؛ g - با یک جبران کننده لنز؛ د - با سر شناور نوع بسته; ه - با سر شناور باز؛ g - با جبران کننده جعبه پر کردن؛ h - با لوله های U شکل؛ 1 - پوشش؛ 2 - اتاق خروج; 3 - ورق لوله; 4 - لوله; 5 - اتاق ورودی; 6 - پارتیشن طولی; 7 - دوربین; 8 - پارتیشن در محفظه; 9 - جبران کننده لنز; 10 - سر شناور; 11 - مهر و موم روغن; 12 - لوله های U شکل; I، II - خنک کننده ها

روکش دستگاه های پوسته و لوله شکل صفحات مسطح، مخروط، کره و اغلب بیضی های محدب یا مقعر دارند.

مبدل های حرارتی مقطعی(شکل 4.6) نوعی دستگاه لوله‌ای هستند و از چند بخش تشکیل شده‌اند که به صورت سری به هم متصل شده‌اند، که هر کدام یک مبدل حرارتی پوسته و لوله با تعداد لوله‌های کم و پوششی با قطر کم است.

در مبدل‌های حرارتی مقطعی، در نرخ‌های جریان سیال یکسان، سرعت حرکت مایع خنک‌کننده در لوله‌ها و فضای بین لوله‌ای تقریباً برابر است که ضرایب انتقال حرارت را در مقایسه با مبدل‌های حرارتی لوله‌ای معمولی افزایش می‌دهد. ساده ترین این نوع مبدل حرارتی "لوله در لوله" است (یک لوله با قطر کمتر در لوله بیرونی وارد می شود). تمام عناصر دستگاه با جوش به هم متصل می شوند.

برنج. 4.6. مبدل های حرارتی مقطعی:

الف - آبگرمکن شبکه گرمایش؛ ب - نوع "لوله در لوله"؛ 1 - جبران کننده لنز؛ 2 - لوله; 3 - ورق لوله با اتصال فلنج به پوشش. 4 - "کلاچ"؛ 5 - لوله های اتصال

معایب مبدل های حرارتی مقطعی عبارتند از: هزینه بالای هر واحد سطح گرمایش، زیرا تقسیم آن به بخش ها باعث افزایش تعداد گران ترین عناصر دستگاه - ورق های لوله می شود. اتصالات فلنجی، اتاق های انتقال، جبران کننده ها و غیره؛ مقاومت هیدرولیکی قابل توجه به دلیل چرخش ها و انتقال های مختلف باعث افزایش مصرف انرژی برای هدایت پمپ پمپ خنک کننده می شود.

روکش مبدل های حرارتی مقطعی سریال از لوله هایی با طول حداکثر 4 متر با قطر داخلی 50 تا 305 میلی متر ساخته شده است. تعداد لوله ها در یک بخش از 4 تا 151، سطح گرمایش از 0.75 تا 26 متر مربع، لوله های برنجی با قطر 16/14 میلی متر است. نسبت سطح گرمایش به حجم مبدل حرارتی به 80 m 2 / m 3 می رسد و وزن ساختاری ویژه 50 ... 80 کیلوگرم / متر مربع از سطح گرمایش است.

مبدل های حرارتی مارپیچی(شکل 4.7) از دو کانال مارپیچی با مقطع مستطیلی تشکیل شده است که خنک کننده های I و II از طریق آنها حرکت می کنند. کانال ها توسط ورقه های فلزی تشکیل شده اند که به عنوان سطح تبادل حرارت عمل می کنند. انتهای داخلی مارپیچ ها توسط یک پارتیشن تقسیم کننده به هم متصل می شوند. برای اطمینان از استحکام ساختاری و رفع فاصله بین مارپیچ ها، باس ها جوش داده می شوند. انتهای مارپیچ ها با درب بسته شده و با پیچ و مهره سفت می شوند.

مبدل های حرارتی مارپیچی افقی برای تبادل حرارت بین دو سیال استفاده می شود. مبدل های حرارتی مارپیچی عمودی برای تبادل حرارت بین بخار متراکم و مایع استفاده می شود. چنین مبدل های حرارتی به عنوان کندانسور و بخاری برای مایعات استفاده می شود.

برنج. 4.7. انواع مبدل های حرارتی مارپیچی:

الف - افقی؛ ب - عمودی؛ 1، 3 - ورق؛ 2 - پارتیشن تقسیم; 4 - پوشش; I، II - خنک کننده ها

از مزایای مبدل های حرارتی مارپیچی می توان به فشردگی (سطح تبادل حرارتی بزرگتر در واحد حجم نسبت به مبدل های حرارتی لوله ای چند پاسی) با ضرایب انتقال حرارت یکسان و مقاومت هیدرولیکی کمتر برای عبور مایع خنک کننده اشاره کرد. معایب آن پیچیدگی ساخت و تعمیر و مناسب بودن کار تحت فشار بیش از 1.0 مگاپاسکال است.

مبدل های حرارتی صفحه ای دارای سطوح صاف انتقال حرارت به طور معمول، چنین مبدل های حرارتی برای خنک کننده هایی استفاده می شود که ضرایب انتقال حرارت آنها یکسان است.

معایب مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای که تا همین اواخر تولید می‌شدند سفتی کم و افت فشار ناچیز بین خنک‌کننده‌ها بود.

اخیراً مبدل‌های حرارتی صفحه جمع‌شونده ساخته شده‌اند که از ورق‌های فلزی مهر و موم شده با برآمدگی‌های خارجی که در یک الگوی راهرو یا شطرنجی قرار دارند، ساخته شده‌اند. چنین طرح هایی برای تبادل حرارت بین مایعات و گازها استفاده می شود و در افت فشار تا 12 مگاپاسکال کار می کنند. در شکل 4.8 چندین طرح از مبدل های حرارتی از این نوع را نشان می دهد. با توجه به فاصله کم بین صفحات (6...8 میلی متر)، چنین مبدل های حرارتی بسیار فشرده هستند. سطح گرمایش ویژه F/V 200 ... 300 m 2 / m 3 است. بنابراین مبدل های حرارتی صفحه ای در برخی موارد جایگزین مبدل های لوله ای و مارپیچی می شوند.

اما این طرح دارای معایبی است: سختی تمیز کردن داخل کانال ها، تعمیرات، تعویض جزئی سطح تبادل حرارت و همچنین عدم امکان ساخت مبدل های حرارتی صفحه ای از چدن و ​​مواد شکننده و کارکرد طولانی مدت.

در حال حاضر، در سیستم های تامین حرارت مسکن و خدمات عمومی و تعدادی از شرکت های صنعتی، مبدل های حرارتی صفحه ای به عنوان تامین کننده آب گرم (DHW) و بخاری های گرمایشی (شکل 4.8) به جای بخاری های پوسته و لوله سنتی سکشنال نصب می شوند. قبلاً برای این اهداف استفاده می شد. این به دلیل شرایط و مزایا است:

1. ضریب انتقال حرارت در مبدل های حرارتی صفحه ای 3 ... 4 برابر بیشتر از مبدل های حرارتی پوسته و لوله است، به لطف مشخصات موج دار خاص قسمت جریان صفحه، که درجه بالایی از آشفتگی را تضمین می کند. مایع خنک کننده جریان می یابد بر این اساس، سطح مبدل های حرارتی صفحه ای 3 ... 4 برابر کوچکتر از مبدل های حرارتی پوسته و لوله است.

برنج. 4.8. مبدل حرارتی صفحه ای آب به آب "Teplotex":

آ - فرم کلی; ب - نمودار جریان مایع خنک کننده

2. مبدل های حرارتی صفحه ای مصرف فلز پایینی دارند، بسیار جمع و جور هستند و در یک اتاق کوچک قابل نصب هستند.

3. بر خلاف پوسته و لوله، به راحتی جدا می شوند و به سرعت تمیز می شوند. این نیازی به برچیدن خطوط لوله تامین ندارد.

4. در مبدل حرارتی صفحه ای، صفحه یا واشر را می توان به راحتی و به سرعت تعویض کرد و در صورت افزایش بار حرارتی در طول زمان، سطح را می توان افزایش داد.

محاسبه دقیق مبدل های حرارتی پوسته و لوله مقطعی برای عملکرد حرارتی مورد نیاز و تلفات فشار مجاز دشوار است، زیرا سطح یک بخش بزرگ است و به 28 متر مربع می رسد (در D y = 300 میلی متر).

مبدل های حرارتی صفحه ای از صفحات جداگانه مونتاژ می شوند که سطح گرمایش آنها معمولاً از یک متر تجاوز نمی کند. این شرایط، همراه با نوع صفحه بهینه انتخاب شده، به شما امکان می دهد تا سطح انتقال حرارت مبدل حرارتی را بدون حاشیه اضافی انتخاب کنید.

طبق نظر خودشان مشخصات فنیمبدل های حرارتی Teplotex جمع شونده و تک گذر هستند. مواد صفحه - فولاد ALSL 316؛ ضخامت صفحه - 0.5 ... 0.6 میلی متر; واشر مات - لاستیک EPDM؛ حداکثر دمای عملیات خنک کننده - 150 درجه سانتیگراد؛ فشار کاری - 1... 2.5 مگاپاسکال; مصرف آب بسته به نوع مبدل حرارتی از 2 تا 100 کیلوگرم در ثانیه؛ سطح - از 1.5 تا 373 متر مربع.

مبدل های حرارتی پره داردر مواردی استفاده می شود که ضریب انتقال حرارت برای یکی از خنک کننده ها به طور قابل توجهی کمتر از دومی است. سطح تبادل حرارت در سمت خنک کننده با مقدار α پایین در مقایسه با سطح تبادل حرارت در سمت خنک کننده دیگر افزایش می یابد. در چنین وسایلی، سطح تبادل حرارت در یک طرف دارای دنده هایی با اشکال مختلف است (شکل 4.9). همانطور که از شکل مشاهده می شود، مبدل های حرارتی پره دار در طرح های بسیار متنوعی تولید می شوند. در این حالت دنده ها را عرضی، طولی، به صورت سوزن، مارپیچ، سیم پیچ خورده و ... می سازم.

برنج. 4.9. انواع مبدل های حرارتی پره دار:

الف - لایه ای؛ ب - لوله چدنی با دنده های گرد. ج - لوله با باله های مارپیچ. g - لوله چدنی با باله های داخلی؛ د - باله های باله لوله ها؛ e - لوله چدنی با باله های سوزنی دو طرفه. g - باله سیمی (دو مارپیچی) لوله ها؛ h - باله های طولی لوله ها؛ و - لوله چند باله