Онлайн расчет кожухотрубного теплообменника: Расчет кожухотрубного теплообменника: онлайн калькулятор

Теплообменник труба в трубе. Расчет в Excel.

Опубликовано 28 Фев 2016
Рубрика: Теплотехника | 67 комментариев

(Статья дополнена P. S. (20.10.2019).)

Для нагрева холодной воды (разумеется, без смешивания) от системы отопления используются теплообменные аппараты — рекуператоры, в которых две среды движутся в своих полостях, разделенные металлической стенкой. …

…Горячая вода системы отопления, остывая, через стенку нагревает холодную воду в системе горячего водоснабжения.

Из рекуператоров наибольшее распространение получили пластинчатые и кожухотрубчатые теплообменники, которые широко используются не только в коммунальном хозяйстве, но и в первую очередь в различных отраслях промышленности и энергетики. При этом в качестве греющих и нагреваемых сред могут быть самые разнообразные жидкости и газы.

Пластинчатые теплообменники компактнее и эффективнее «древних советских» кожухотрубчатых рекуператоров, однако, последние более просты в изготовлении и в несколько раз дешевле. А некоторые современные образцы отечественных кожухотрубных теплообменников обыгрывают в разы по всем статьям западные пластинчатые аналоги (rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=341).

Теплообменник «труба в трубе» – это простейший вариант кожухотрубного аппарата.

В этой статье представлен алгоритм и теплотехнический расчет в Excel водо-водяного теплообменника типа «труба в трубе». Если греющая и нагреваемая среды — не вода, то некоторые исходные данные и формулы, использованные в программе, требуется существенно изменить!

Водо-водяной теплообменник «труба в трубе». Расчет в Excel.

На рисунке, представленном ниже, внутренняя труба является теплообменной, а наружная – кожуховой. Греющая вода движется слева направо и остывает, отдавая тепло через стенку внутренней трубы нагреваемой воде. Нагреваемая вода движется справа налево и нагревается.

Снаружи аппарат теплоизолирован. В расчете далее условно принято, что теплоизоляция обеспечивает абсолютное отсутствие теплообмена между наружной трубой и окружающей средой.

Если наружная труба не изолируется, то в расчете необходимо учесть потери тепла окружающему пространству. Как это сделать, можно посмотреть здесь.

Изображенная на рисунке схема движения жидкостей называется противотоком – нагреваемая вода движется навстречу греющей. Прямотоком, соответственно, будет движение потоков в одном направлении.

Из скриншота программы очевидно, что пользователю нужно заполнить светло-бирюзовые и бледно-зеленые ячейки исходными данными и в светло-желтых ячейках считать результаты вычислений.

Расчет в Excel теплообменника «труба в трубе» выполняется по нижеприведенному алгоритму.

i=1 – для греющей воды и внутренней стенки теплообменной трубы

i=2 – для нагреваемой воды и внешней стенки теплообменной трубы

x=1 – при прямотоке

x=2 – при противотоке

9.  Средняя температура воды

t_i=(t_iвх+t_iвых)/2

10. Средняя температура поверхностей стенки внутренней теплообменной трубы в первом приближении

t_ст1=t_ст2=(t₁+t₂)/2

11. Передаваемая тепловая мощность

N=G₂*C_p*(t_2вых-t_2вх)

8. Температура греющей воды на выходе

t_1вых=t_1вх-N/(G₁*C_p)

12.  Средняя плотность воды

ρ_i=-0,003*t_i²-0,1511*t_i+1003,1

13. Среднее значение коэффициента кинематической вязкости воды

ν_i=0,0178/(1+0,0337*t_i+0,000221*t_i²)/10000

14. Среднее значение коэффициента теплопроводности воды

λ_i=0,581+0,0012*t_i

15. Среднее значение критерия Прандтля для воды

Pr_i=7,5-0,0694*t_i

16. Скорость движения воды во внутренней трубе и в кольцевом пространстве наружной трубы

v₁=G₁/(π*d₁²/4)/ρ₁

v₂=G₂/(π*(d₂²-D₁²)/4)/ρ₂

Желательно чтобы скорость движения воды находилась в диапазоне 0,25…2,5 м/с. Большие значения из диапазона предпочтительнее с точки зрения увеличения турбулентности потока и, следовательно, коэффициента теплоотдачи, но не предпочтительны с точки зрения увеличения гидравлического сопротивления системы, требующего насосы повышенных мощностей.

17. Число Рейнольдса для греющего и нагреваемого потоков

Re₁=v₁*d₁/ν₁

Re₂=v₂*(d₂— D₁)/ν₂

Режим течения воды по трубам должен быть турбулентным, т.е. Re>2300 (еще лучше, если Re>10000).

18. Среднее значение критерия Прандтля для внутренней и внешней поверхностей стенки теплообменной внутренней трубы

Pr_стi=7,5-0,0694*t_стi

19. Критерий Нуссельта со стороны греющей и со стороны нагреваемой воды

Nu₁=0,021*Re₁^0,8*Pr₁^0,43*(Pr₁/Pr_ст1)^0,25

Nu₂=0,017*Re₂^0,8*Pr₂^0,4*(Pr₂/Pr_ст2)^0,25*(d₂/D₁)^0,18

20.  Коэффициент теплоотдачи от греющей воды стенке и от стенки нагреваемой воде

α₁=Nu₁*λ₁/d₁

α₂=Nu₂*λ₂/(d₂-D₁)

21. Коэффициент теплопередачи

K=1/(1/α₁+((D1— d1)/2)/λ_ст-1/α₂)

22. Максимальный температурный напор

Если x=1 (прямоток), то

Δt_max=t_1вх— t_2вх

Если x=2 (противоток) и t_1вх— t_2вых>t_1вых— t_2вх, то

Δt_max=t_1вх— t_2вых

Если x=2 (противоток) и t_1вх— t_2вых<t_1вых— t_2вх, то

Δt_max=t_1вых— t_2вх

23.  Минимальный температурный напор

Если x=1 (прямоток), то

Δt_min=t_1вых— t_2вых

Если x=2 (противоток) и t_1вх— t_2вых<t_1вых— t_2вх, то

Δt_min=t_1вх— t_2вых

Если x=2 (противоток) и t_1вх— t_2вых>t_1вых— t_2вх, то

Δt_min=t_1вых— t_2вх

24.  Среднелогарифмический температурный напор

Δt_ср=(Δt_max— Δt_min)/ln(Δt_max/Δt_min)

25. Плотность теплового потока

q=K*Δt_ср

10*. Теперь следует вернуться к пункту 10 и вычислить средние температуры поверхностей стенки внутренней теплообменной трубы во втором приближении по новым формулам

t_ст1=t₁-q/α₁

t_ст2=t₂+q/α₂

!!! С новыми значениями температур поверхностей стенки нужно заново выполнить расчеты по пунктам 18-21 и 25 и опять пересчитать значения t_ст1 и t_ст2 в третьем приближении…

В представленной программе расчет в Excel выполняется 6 раз. Для точности необходимой на практике обычно бывает достаточно выполнить 2 или 3 приближения.

26. Площадь поверхности нагрева

F=N/q

27. Расчетная длина нагревателя

L=F/(π*d₁)

28. Диаметры присоединительных патрубков

d_пi=(3600*Gi/(π*v_max*ρ_i))^0,5/30

В расчете максимальная скорость воды v_max принята равной 1,8 м/c. При необходимости можно ее увеличить до 2,5 м/с или принять равной скорости движения воды по теплообменнику.

На этом теплотехнический расчет в Excel теплообменника «труба в трубе» можно считать завершенным. Гидравлический расчет поможет выполнить эта статья на блоге.

Отложения, образующиеся в процессе эксплуатации на поверхностях стенки внутренней теплообменной трубы, существенно влияют на коэффициент теплопередачи и могут со временем в 1,5-2 раза снизить эффективность работы любого теплообменника. Рассмотренный расчет в Excel это не учитывает.

Заключение.

Посмотрите небольшое видео о работе в представленной программе, которое поможет быстрее понять логику алгоритма и некоторых штатных приемов работы в Excel.

Теперь, считая теплообменник «труба в трубе», вы, уважаемые читатели, избавлены от рутинных ручных расчетов, и у вас будет больше времени на техническое творчество.

Ссылка на скачивание файла: teploobmennik-truba-v-trube (xls 111KB)

P. S. (20.10.2019)

Решил попробовать повысить точность вычислений и занялся переработкой алгоритма. В итоге в новый вариант программы внесены следующие изменения:

1. В исходных данных добавился еще один параметр – давление воды (P_i). Хотя существенного влияния на теплофизические параметры воды давление не оказывает, но всё же…

2. Средняя температура воды в трубах (t_i) вычисляется по уточненному алгоритму. Для потока, в котором температура воды изменяется меньше, она определяется как среднеарифметическая: t_i=(t_iвх+t_iвых)/2. Для потока, в котором температура от входа до выхода изменяется больше, средняя температура определяется как сумма или разность среднеарифметической температуры другого потока и среднелогарифмического напора: t_j=t_i±Δt_ср.

3. Теплофизические параметры воды – плотность (ρ_i), коэффициент кинематической вязкости (ν_i), коэффициент теплопроводности (λ_i), критерий Прандтля (Pr_i), изменяющиеся от температуры и давления, теперь определяются с помощью пользовательских функций Полковова Вячеслава Леонидовича с более высокой точностью.

4. Попытался расширить диапазон применения программы. К турбулентному режиму (Re>10000) добавил переходный режим течения (2300<Re<10000). При этом столкнулся с отсутствием относительно точных формул для этого режима течения жидкости по трубам.

Важнейший критерий Нуссельта (Nu), необходимый для определения коэффициента теплоотдачи (α), вычисляется по нижеприведенным формулам, которые были выбраны после долгого и тщательного анализа существующих критериальных зависимостей, предложенных Михеевым М.

А., Исаченко В.П., Кутателадзе С.С., Петуховым Б.С., В. Гниелински. Так как в расчетах никак не учитывается шероховатость поверхностей труб и степень их загрязненности, то предпочтение было отдано выражениям, которые выдают при прочих равных меньшие значения критерия Нуссельта.

Для потока воды в круглом сечении внутренней трубы:

• При 2300<Re<10000:

Nu₁=K₀₁*Pr₁^0,43*(Pr₁/Pr_ст1)^0,25

где:

К₀₁=-0,002*(Re₁/1000)⁴+0,0633*(Re₁/1000)³-0,854*(Re₁/1000)²+8,7529*(Re₁/1000) -12,639

• При Re>10000:

Nu₁=0,021*Re₁^0,8*Pr₁^0,43*(Pr₁/Pr_ст1)^0,25

Для потока воды в кольцевом сечении межтрубного пространства:

• При 2300<Re<10000:

Nu₂=K₀₂*Nu”₂+(1- K₀₂)*Nu’₂

где:

К₀₂=(Re₂-2300)/(10000-2300)

Nu’₂=4*(Pr₂/Pr_ст2)^0,25  /при Re=2300/

Nu”₂=0,017*10000^0,8*Pr₂^0,4*(Pr₂/Pr_ст2)^0,25*(d₂/D₁)^0,18  /при

Re=10000/

• При Re>10000:

Nu₂=0,017*Re₂^0,8*Pr₂^0,4*(Pr₂/Pr_ст2)^0,25*(d₂/D₁)^0,18

Определяющим размером для кругового сечения является диаметр d₁, для кольцевого сечения – эквивалентный диаметр d_экв=d₂-D₁. Определяющая температура – средняя температура потока t_i.

5. Расчет теплопередачи выполнен по формулам для цилиндрической стенки без упрощений, примененных ранее, где использовались зависимости для плоской стенки.

Линейный коэффициент теплопередачи (K_L) вычисляется по формуле:

K_L=1/(1/(α₁*d₁)+1/(2*λ_ст)*LN (D₁/d₁)+1/(α₂*D₁))

Линейная плотность теплового потока (q_L):

q_L=K_L*Δt_ср*π

6. Расчетная длина нагревателя (L):

L=N/q_L

Температуры поверхностей стенок (t_стi), как и ранее, определяются  шестью итерациями, чего более чем достаточно для обеспечения абсолютной точности вычислений.

Четыре важных замечания:

1. При проектировании теплообменников переходного режима течения жидкостей следует, все-таки, стремиться избегать по причине низкого значения коэффициента теплоотдачи (α_i) и значительной погрешности существующих методик расчетов.

2. По данным открытых источников расхождение результатов экспериментов и расчетов по примененным в новой версии программы формулам находится в весьма широких пределах ±20%.

3. На скриншотах в основной статье и в P. S. показаны примеры расчетов с одинаковыми исходными данными. Расчетная длина нагревателя, полученная по старой программе, на 25% меньше, чем по обновленной версии! Это обусловлено в первую очередь тем, что для потока в кольцевом сечении при переходном режиме была не совсем правомерно применена формула для турбулентного течения.

4. Программа тестировалась на примере задачи 12-2 из Задачника по теплопередаче (Краснощеков Е.А., Сукомел А.С., 1980, стр. 219-222). Расхождение результатов — расчетных длин — 1,2%. При этом в Задачнике расчет выполнен по упрощенным формулам и без итераций.

Ссылка на скачивание файла с обновленной программой:

teploobmennik-truba-v-trube-2(xls 156KB)

Другие статьи автора блога

На главную

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

Кожухотрубчатый теплообменник: чертеж, расчет

Время чтения 13 минут

Просмотры
443

Опубликовано

12.09.2022

Обновлено
03.04.2023

Устройство кожухотрубного теплообменника

Кожухотрубный теплообменник состоит из:

• распределительной камеры,с патрубками входа и выхода среды;
• кожух (корпус) теплообменника с патрубками входа и выхода среды;
• теплообменные трубки;
• трубные решетки;
• задняя (разворотная) камера

Конструкция кожухотрубчатого теплообменника:

Теплообменник дополнительно оснащается опорами, позволяющими расположить его горизонтально, и монтажными креплениями.

Принцип действия

Принцип работы кожухотрубчатого теплообменника простой. Агрегат разделяет носители, внутри устройства не происходит смешивание продуктов. Тепло передается по трубкам, которые находятся между теплоносителями. Один из них помещен внутри труб, другой подается в межтрубный участок под давлением. Энергоносители могут различаться по своему агрегатному состоянию – газообразному, парообразному или жидкостному.

Виды и типы кожухотрубных теплообменников

Диаметр теплообменников может быть в пределах 159-3000 мм, длиной-от 0,1 до десятков метров. Максимальный уровень давления – 160 кг/см2. Существуют следующие типы установок:

1. Со встроенными трубчатыми решетками. Конструктивно предусмотрена жесткая сцепка всех составляющих частей. Эти аппараты используются преимущественно в нефте- и химической промышленности. На их долю приходится три четверти рыночного предложения. Для данного вида характерны приваренные к внутренней стороне корпуса решетки труб и прочно скрепленные с ними трубки. Такая фиксация не дает составляющим компонентам сдвигаться внутри корпуса.
2. С температурным компенсатором. Кожухотрубный теплообменник путем продольного сжатия или с помощью особых упругих вставок в расширителях  возмещает удлинение от тепла. Устройство является полужестким.
3.   С плавающей головкой. Таким термином называется подвижная решетка, перемещаемая по системе совместно с крышкой. Агрегат стоит дороже, но он усовершенствован и надежен.
4. С изогнутой формой (U-образной). В конструкции два конца приварены к одной решетке с поворотом на 180 градусов и радиусом от 4 диаметров трубы, благодаря чему кожухотрубные теплообменники имеют свободно удлиняющиеся трубы.
5. С комбинированным наполнением. Оборудованы компенсатором и встроенной плавающей головкой.

Исходя из направления передвижения, агрегаты делятся на виды:

1. Одноточные.
2. Противоточные.
3. Перекресточные.

Аппараты бывают одноходовые и многоходовые. В первом варианте наполнитель перемещается по короткой траектории, пример – водонагреватель ВВП, применяемый в отопительных системах.

Он подходит для зон, где не принципиальна величина теплообмена (разница температур окружающей среды и теплоносителя минимальна). Второй вид оснащен поперечными или продольными перегородками, обеспечивающими перенаправление потоков носителя. Многоходовые устройства используются в местах, где важна высокая скорость теплообмена.

Функциональные возможности

Кожухотрубный теплообменник обеспечивает:

• нагрев, охлаждение или установку равновесия между температурами двух сред;
• возможность обмена тепловой энергией между двумя средами, находящимися в разном агрегатном состоянии, – жидкостями, газами, парогазами;
• возможность изменения физического состояния вещества.

Устройство может выполнять функции подогревателя, испарителя, конденсатора.

Преимущества:

• надежность, прочность, относительно невысокая стоимость;
• удобные для монтажа формы;
• значительная площадь теплообмена при компактных габаритах;
• работа с веществами в различных агрегатных состояниях;
• механическая устойчивость к гидравлическим ударам;
• возможность использования в загрязненных средах.

У этого агрегата, изготовленного полностью из металла, один основной недостаток – значительная масса. Технические параметры обуславливают востребованность трубчатых теплообменных аппаратов в нефтехимии и добывающих отраслях. А использование устройства в разнообразных и сложных эксплуатационных условиях потребовало создания целого перечня модификаций, приспособленных к решению определенного круга задач.

Принцип работы

Устройство имеет довольно простой принцип действия. Кожухотрубный теплообменник разделяет носители. Внутри конструкции перемешивания продуктов не происходит. Передача тепла осуществляется по стенкам трубчатых элементов, которые разделяют теплоносители. Один носитель находится внутри труб, а другой подаётся под давлением в межтрубное пространство. Агрегатные состояния обоих энергоносителей могут отличаться. Это может быть газ, пар или жидкость.

Принцип работы кожухотрубчатого теплообменника заключается в штатных процессах передачи энергии между жидкостями и различными газами. Для повышения коэффициента переноса тепловой энергии применяются довольно большие скорости перемещения продуктов внутри конструкции. Для пара или газа генерируют от 8 до 25 м/с. Для жидких теплоносителей минимальная скорость составляет 1,5 м в секунду.

Конструкция кожухотрубчатого аппарата

Основное достоинство кожухотрубного обменника тепла и главная причина его популярности заключается в высокой надёжности конструкции. В неё входят распределительные камеры, которые оснащаются трубками. Также предусматривается цилиндрический кожух, пучок труб и определённое количество решёток. Вся конструкция дополняется крышками, которые находятся с торцов. В комплект входят опоры, которые позволяют размещать устройство в горизонтальной плоскости. Также существует крепление для монтажа аппарата в любой точке пространства.

Для увеличения обмена тепла между теплоносителем используются трубы, которые покрыты специальными рёбрами. Если задача состоит в снижение теплоотдачи, то корпус покрывается каким-либо теплоизолирующим слоем. Так можно значительно увеличить аккумулирующие свойства изделия. Используются специальные конструкции, в которых одна труба находится во второй.

Для изготовления кожуха применяется толстолистовая сталь (от 4 мм). Чтобы произвести решётки, чаще всего берётся такой же материал, но его толщина гораздо больше (от 2 см). Основной элемент — пучок из труб, изготовленных из материала, который имеет высокую теплопроводность. Этот пучок закрепляется с одной или двух сторон на трубных решётках.

Преимущества и недостатки

У этих устройств есть несколько преимуществ, что обеспечивает достаточную конкурентоспособность на рынке теплообменных систем.

Основные преимущества оборудования:

1. Конструкция обеспечена отличной стойкостью к гидравлическим ударам. У аналогичных систем этой характеристики нет.
2. Кожухотрубные теплообменники способны работать в экстремальных условиях или с продуктами, которые довольно сильно загрязнены.
3. Их очень просто эксплуатировать. Легко проводить механическую чистку оборудования, его плановое техническое обслуживание. Аппаратура имеет высокую ремонтопригодность.

У данного теплообменника имеются как плюсы, так и минусы. Несмотря на все преимущества, у этого устройства присутствуют и недостатки. Их следует учитывать перед приобретением. В зависимости от целей использования, возможно, могут потребоваться другие аналогичные системы.

Недостатки аппарата:

1. КПД ниже, чем у пластинчатых изделий. Это связано с тем, что у кожухотрубных обменников площадь поверхности, передающей тепло, меньше.
2. Имеет большие размеры. Это повышает его конечную стоимость, а также затраты на эксплуатацию.
3. Коэффициент теплоотдачи сильно зависит от того, насколько быстро перемещается агент.

Несмотря на все свои недостатки, кожухотрубные устройства заняли свою нишу на рынке теплообменников. Они остаются популярными, и их используют во многих отраслях промышленности.

Область применения

Кожухотрубные изделия используются в составной части инженерных сетей ЖКХ. Также их применяют в теплопунктах для обеспечения горячей водой жилых домов. У индивидуальных тепловых пунктов есть определённые преимущества перед центральным тепловым и водообеспечением: они гораздо эффективнее обеспечивают теплом здания и другие объекты, чем централизованная теплосеть.

Также тепловые обменники этого типа используются в нефтедобывающей, химической и газовой промышленностях. Их применяют в сфере теплоэнергетики, где теплоносители имеют высокие показатели передачи температуры. И это ещё далеко не все отрасли, где применяется подобное оборудование. Его можно встретить в испарителях ребойлера или же в конденсаторах-охладителях воздушного теплообмена, ректификационных колоннах. Оно нашло применение в пивном производстве и пищевой отрасли.

Принципы маркировки теплообменных аппаратов

В настоящее время условные обозначения кожухотрубчатых теплообменников согласуют с международным стандартом ТЕМА в котором отражены основные принципы маркировки этого вида оборудования.

Обозначения теплообменников стандарта TEMA

Типы передних неподвижных головок по системе обозначений ТЕМА:

• A — тип – канальный, крышка – съемная;
• B — тип – колпак, крышка – сплошная;
• C — полностью канальный тип, имеется трубная доска и съемная крышка;
• N — полностью канальный тип, имеется трубная доска и несъемная крышка;
• D — оснащен специальной головкой с крышкой для работы в условиях повышенного давления.

Типы кожухов по системе обозначений ТЕМА:

• E — кожух с одним ходом в межтрубном пространстве;
• F — кожух с двумя ходами в межтрубном пространстве с продольной перегородкой;
• G — кожух с распределенным потоком;
• H — кожух с двойным расширенным потоком;
• J — кожух с разделенным потоком;
• K — ребойлер;
• X — кожух с поперечным потоком в межтрубном пространстве.

Типы задних головок по системе обозначений ТЕМА:

• L — с фиксированной трубной доской, как в неподвижной головке типа А;
• M —с фиксированной трубной доской, как в неподвижной головке типа В;
• N — с фиксированной трубной доской, как в неподвижной головке типа N;
• P — с плавающей головкой, уплотняемой снаружи;
• S — с плавающей головкой с опорным устройством;
• T — с плавающей головкой, которую можно извлечь из кожуха;
• U — головка с U-образным трубным пучком;
• W — головка с уплотняемой снаружи плавающей трубной доской.

Читайте также!

Утепление стен изнутри минватой плюс гипсокартон

Тип BET

Применение: нагрев жидких сред при низком давлении пара в корпусе; охлаждение газа или нефти в корпусном пространстве.

Тип AES

Применение: нередко применяется на нефтеперерабатывающих предприятиях при повышенном давлении в корпусном пространстве.

Тип BEP

Описание: Съемный трубный пучок, наружное крепление решетки, трубная решетка может быть изготовлена из кованой стали, чтобы удовлетворить требованиям по расчетному давлению на корпус возможен в разном материальном исполнении, максимально допустимое давление в трубках — до 3000 psi, корпус полностью герметичен.

Применение: при использовании особо опасных газов, при повышенном давлении в трубной части, где неисправности прокладок должны быть выявлены максимально быстро.

Тип BEM

Описание: фиксированная трубная решетка с несъемным трубным пучком, приварена непосредственно к внутренней поверхности корпуса, конструкция один или два хода.

Применение: Химическая промышленность; рабочие среды – воздух (при повышенном давлении), азот (газ в трубах, фреон в корпусе).

Тип BEU

Описание: трубки U-типа; съемный или несъемный трубный пучок; многоходовая конструкция; широкий диапазон рабочего давления и по корпусу, и по трубкам.

Применение: Химическая промышленность; подогреватели жидкостей; различные виды испарителей.

Тип AEW

Описание: Съемный трубный пучок; конструкция в один или два прохода; двойное уплотнение плавающей трубной решетки с «O-образными» кольцами и резьбовыми фиксаторами с контрольными отверстиями для обнаружения возможных утечек, корпус размером от 6 до 42; широкий диапазон рабочих давлений.

Применение: промышленные и бытовые охладители.

Расчет кожухотрубчатого теплообменника

Расчет кожухотрубного теплообменника подразумевает проведение ряда отдельных расчетов, имеющих целью определить необходимую площадь поверхности теплообмена – значит определить необходимую поверхность теплообменника и подобрать теплообменник в соответствии с ГОСТом.

Читайте также!

Керамическая термостойкая плитка для печи – 2022

Для определения требуемой площади поверхности теплопередачи необходимо выполнить следующие виды расчетов:

1. Тепловой расчет.
2. Расчет температурных режимов.
3. Расчет физических параметров рабочей среды.
4. Расчет коэффициента теплопередачи.
5. Расчет параметров теплообменника.

Более подробную информацию, касающуюся методики проведения указанных расчетов, можно найти на соответствующих сайтах в интернете или в специальной литературе.

Разновидности конструкций кожухотрубных теплообменников

В зависимости от запланированной области применения, выбирают модели с жестким, полужестким, нежестким кожухом, вертикального или горизонтального расположения, одно- или многоходовые. Конфигурация аппарата, его длина, число трубок обуславливают:

• скорость перемещения среды;
• энергоэффективность;
• коэффициент теплопередачи.

Металлы для изготовления аппаратов выбираются, в зависимости от характеристик рабочих сред, с которыми они будут контактировать. При конструировании новых модификаций разработчики старались устранить основной недостаток этого агрегата – физическое расширение или сужение стальных элементов при транспортировке холодных и горячих сред. Серийно выпускают кожухотрубчатые теплообменники описанных ниже видов.

С температурными компенсаторами на корпусе

Эта конструкция характерна для теплообменников, предназначенных для работы при невысоких давлениях и высоких температурах. Температурные линейные деформации кожуха уравновешиваются с помощью компенсаторов – сильфоновых, сальниковых, линзовых.

Система с плавающей головкой

В конструкции такого агрегата имеется плавающая головка, жестко не связанная с кожухом. Служит для соединения трубок. При температурном воздействии среды изменяется длина трубок, вызывая свободное перемещение головки внутри корпуса. Такая конструкция обеспечивает отсутствие деформаций кожуха и равномерное распределение напряжений. Она применяется в технологических процессах, не предусматривающих сильного загрязнения трубок, или при возможности их простой очистки.

Для обеспечения эффективной работы всех кожухотрубных теплообменников, особенно функционирующих в контакте с загрязненными средами, необходимо выполнение профилактических мероприятий. Они заключаются в аккуратной очистке внутренней поверхности трубок с исключением вероятности их повреждения и в своевременном устранении протечек.

Чертеж теплообменника с плавающей головкой

Чертеж теплообменника с плавающей головкой согласно типоразмерному ряду ТУ.

Технические нюансы

1. Следует подчеркнуть, что на схемах 1 и 2 представлена работа двухходового теплообменника (теплоноситель проходит по пучку труб в два хода – прямым и обратным потоком). Таким образом, достигается улучшенная теплоотдача при той же длине труб и корпуса обменника; правда, при этом увеличивается его диаметр за счёт увеличения количества труб в трубном пучке. Есть более простые модели, у которых теплоноситель проходит сквозь трубный пучок лишь в одном направлении:

Принципиальная схема одноходового теплообменника. Кроме одно- и двухходовых теплообменников, существуют также четырёх- шести- и восьмиходовые, которые используются в зависимости от специфики конкретных задач.

2. На анимированной схеме 2 представлена работа теплообменника с установленными внутри кожуха перегородками, направляющими поток теплоносителя по зигзагообразной траектории. Таким образом, обеспечивается перекрёстный ход теплоносителей, при котором «внешний» теплоноситель омывает трубы пучка перпендикулярно их направленности, что также повышает теплоотдачу. Существуют модели с более простой конструкцией, у которых теплоноситель проходит в кожухе параллельно трубам (см. схемы 1 и 4).

3. Поскольку коэффициент теплопередачи зависит не только от траектории потоков рабочих сред, но и от площади их взаимодействия (в данном случае – от совокупной площади всех труб трубного пучка), а также от скоростей теплоносителей, можно увеличить теплоотдачу за счёт применения труб со специальными устройствами – турбулизаторами.

Трубы для кожухотрубчатого теплообменника с волнообразной накаткой.Применение таких труб с турбулизаторами в сравнении с традиционными цилиндрическими трубами позволяет увеличить тепловую мощность агрегата на 15 – 25 процентов; кроме того, за счёт возникновения в них вихревых процессов, происходит самоочистка внутренней поверхности труб от минеральных отложений.

Следует заметить, что характеристики теплоотдачи в значительно мере зависит от материала труб, который должен обладать хорошей теплопроводностью, способностью выдерживать высокое давление рабочей среды и быть коррозионно стойким. По совокупности этих требований для пресной воды, пара и масла наилучшим выбором являются современные марки высококачественной нержавеющей стали; для морской или хлорированной воды – латунь, медь, мельхиор и т.д.

Полезные советы для выбора теплообменника

Программа расчета кожухотрубчатого теплообменника требует четко сформулированных исходных данных. Чтобы работа рекуператора была безупречной, а остановки на ремонт редкими, нужна верно заданная схема.

Есть несколько особенностей, которые очень важны для расчета. Это:

• Скорость теплоносителей. Так, для жидких теплоносителей ω =0,6…6 м/с, для газообразных ω = 3-30 м/с. Чем выше скорость, тем выше тепловая мощность теплообменника. Но при этом растет и расход электроэнергии (нагрузка) на питательный насос, которому нужно «продавить» среду по системе. Чаще всего скорости сознательно занижают.
• При выборе диаметра и материала трубного пучка нужно учесть:
  • качество воды (пара). Шлак и накипь снизят теплопередачу и тепловую мощность рекуператора.
  • чем хуже условия, в которых будет проходить работа теплообменника, тем лучше должна быть сталь, из которой он будет сделан. Если придется делать промывку кислотой, то без нержавейки тут не обойтись. Лучше раз потратиться на изготовление, чем постоянно останавливать рекуператор на ремонт.
• Ограничение по габаритам. Его размеры не должны превышать максимально возможные транспортировочные габариты.
• Ремонтопригодность. После монтажа перед рекуператором должно быть достаточно пространства, чтобы можно было произвести ремонт кожухотрубных теплообменников (вынуть трубную систему из кожуха). Работа сварщиков тоже требует пространства для маневра. Если это невозможно, то рекомендуется конструкция (схема), показанная на рис. 5.
• Удобство эксплуатации. Его конструкция должна предусматривать свободный подход к задвижкам, приборам контроля, фланцам.
• Технология изготовления. Сама работа (технология) и сортамент материалов накладывает определенные ограничения. Так, например, очень трудно будет найти лист толщиной 9 мм, в то время как 10 мм можно купить у любой фирмы. Выточить много деталей — дорого. Желательно такие элементы конструкции сразу менять. И т. д. и т. п.

Изначально неверный расчет рекуператора и выбор неподходящей схемы — главные причины, из-за которых происходит ремонт теплообменного аппарата. Программа по расчету теплообменных аппаратов существенно ускорит процесс расчета, и снизит процент ошибки до нуля. Простой интерфейс программы будет понятен даже начинающему расчетчику.

Хотите качественный гараж, который будет служить вам долгие годы?

• Мы уже более 10 лет занимаемся строительством гаражей, и за это время смогли завоевать доверие многих клиентов. Мы гарантируем сроки строительства по договору, поэтому вы можете быть уверены, что ваш гараж будет готов вовремя.
• У нас работают опытные мастера со средним стажем 5 лет, которые знают все тонкости строительства гаражей. Мы также предоставляем бесплатный выезд инженера, который поможет вам определиться с выбором материалов и конструкции.
• Мы строим здания, учитывая ваши пожелания. Мы готовы предложить вам различные варианты дизайна и конструкции гаража, чтобы он соответствовал вашим требованиям и пожеланиям.

Если вы хотите заказать гараж, переходите по ссылкеили звоните нам: +7 (800) 511-04-38. Мы с удовольствием ответим на все ваши вопросы и поможем вам выбрать оптимальный вариант.

Advanced Heat Exchanger Design — Программное обеспечение для расчета

МЫ С ГОРДОСТЬЮ ПРЕДСТАВЛЯЕМ AHED:

Новое программное решение для расчета кожухотрубных теплообменников с жидкостями и помощником смешивания, расчетами явного тепла / конденсации, однопроходными и многоходовыми установками, с или без перегородок и многие другие функции.

ПОЛУЧИТЕ БЕСПЛАТНУЮ ПРОБНУЮ ПРОБНУЮ ВЕРСИЮ ЗДЕСЬ

Пробную версию
Загрузите здесь

ПОСЛЕДНИЕ НОВОСТИ AHED:

• Ключ, используемый для подписи пакета HRS-AHED, меняется.
• Добавлены новые типы лицензий.
• Нагрев/охлаждение при порционном наполнении.
• Видео: Определение свойств жидкости.
• Особенность: Трубка-помощник.
• Видео: Теплообменник-утилизатор.
• Функция: пресеты материалов.

ВИДЕО AHED:

Вступительное видео демонстрирует идеи, лежащие в основе AHED. Затем совершите краткий обзор, чтобы лично ознакомиться с функциями AHED.
Для получения дополнительных видео о том, как использовать AHED, перейдите на нашу страницу видео.

ПОЧЕМУ ВЫБРАТЬ AHED?

40 ЛЕТ ОПЫТА В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

AHED не был рожден внутри университета или научно-исследовательского института. AHED был разработан группой специалистов по теплопередаче с многолетним опытом расчета, проектирования и изготовления промышленных кожухотрубных теплообменников. Команда разработчиков AHED успешно разработала решения для теплопередачи во многих отраслях и областях применения. Узнайте, что AHED может предложить для вашей отрасли.
Подробнее…

СОВРЕМЕННЫЕ ОБЛАЧНЫЕ РЕШЕНИЯ

AHED использует клиент-серверную архитектуру, совершенно новую для такого рода инженерного программного обеспечения. Программа использует комбинацию локально установленного программного обеспечения (для Windows 10) и облачного механизма расчета сервера AHED. Через безопасное подключение к Интернету основные входные параметры передаются из пользовательского интерфейса в механизм расчета AHED, а приложение получает результаты по возврату.
Подробнее…

ОБЪЕДИНЕНИЕ НАУКИ И ОПЫТА

Чтобы обеспечить наилучшие результаты расчетов, разработчики AHED провели тщательный поиск в научной литературе, чтобы убедиться, что в наше программное обеспечение включены лучшие методы расчета в области теплопередачи. Многие проекты теплообменников были успешно разработаны с помощью AHED, что делает его программным решением, проверенным на практике.
Подробнее…

ТИПЫ ЛИЦЕНЗИЙ

Предлагаются четыре типа лицензий: бронзовая, серебряная, золотая и платиновая. Предлагая решения, которые варьируются от академических целей до уровня профессионалов / экспертов по теплообменникам. Проверьте все варианты лицензий и цены.

ПРОМЫШЛЕННОСТЬ И ТИПЫ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ

AHED может применяться для проектирования кожухотрубчатых теплообменников для различных отраслей промышленности и полезен для многих типов пользователей: инженеров, консультантов, студентов и т.д.
Подробнее…

ИНЖИНИРИНГ УСЛУГИ

В AHED мы предоставляем больше, чем просто программное обеспечение. Мы предлагаем ряд услуг, которые помогут вам получить наилучшую возможную конструкцию теплообменника. Обучение программе доступно для всех пользователей, нуждающихся в помощи для начала работы.

Потребление пара теплообменниками

Дом / Узнать о паре /

Потребление пара теплообменниками

Содержимое

• Инженерные единицы
• Что такое пар?
• Перегретый пар
• Качество пара
• Теплопередача
• Методы оценки расхода пара
• Измерение потребления пара
• Тепловой рейтинг
• Энергопотребление резервуаров и чанов
• Отопление с помощью змеевиков и кожухов
• Обогрев чанов и резервуаров с помощью впрыска пара
• Потребление пара трубами и воздухонагревателями
• Потребление пара теплообменниками
• Потребление пара растительными предметами
• Энтропия – основное понимание
• Энтропия – ее практическое применение

Назад, чтобы узнать о паре

Потребление пара теплообменниками

В этом учебном пособии объясняются и сравниваются различные типы теплообменников, а также расчеты потребления пара и другие вопросы, такие как релевантность начальной нагрузки.

Термин «теплообменник» применяется строго ко всем типам оборудования, в котором осуществляется передача тепла от одной среды к другой. Бытовой радиатор, в котором горячая вода отдает свое тепло окружающему воздуху, можно назвать теплообменником. Точно так же паровой котел, в котором продукты сгорания отдают свое тепло воде для достижения испарения, может быть описан как теплообменник с огнем.

Однако этот термин часто более конкретно применяется к кожухотрубным теплообменникам или пластинчатым теплообменникам, в которых первичная жидкость, такая как пар, используется для нагрева технологической жидкости. Кожухотрубный теплообменник, используемый для нагрева воды для отопления помещений (с использованием пара или воды), часто называют калорифером без аккумулирования. (Накопительный калорифер, как показано на рис. 2.13.1, устроен иначе, обычно он состоит из резервуара для хранения горячей воды со змеевиком первичного нагрева внутри).

Производители часто указывают тепловую мощность своих теплообменников в кВт, и исходя из этого можно определить расход пара, как для батарей воздухонагревателей. Однако теплообменники (особенно кожухотрубные) часто слишком велики для систем, которые они должны обслуживать.

Водонагреватель без накопителя (как показано на рис. 2.13.2) обычно выбирается из стандартного диапазона размеров и часто может иметь гораздо большую производительность, чем проектная цифра. Для водяного отопления зданий также могут быть определенные коэффициенты безопасности, включенные в расчеты тепловой нагрузки.

Пластинчатые теплообменники также могут быть выбраны из стандартного диапазона размеров, если блоки паяные или сварные. Однако размеры разборных пластинчатых теплообменников более гибки, поскольку пластины часто можно добавлять или снимать для достижения желаемой площади теплопередачи. Во многих случаях пластинчатые теплообменники имеют увеличенный размер просто для того, чтобы уменьшить падение давления вторичной жидкости.

На существующей установке показания фактической нагрузки могут быть получены, если известны температуры подачи и обратки, а также скорость откачки. Однако важно отметить, что пропускная способность, указанная на табличке производителя насоса, вероятно, будет относиться к напору, который может присутствовать или отсутствовать на практике.

Расчет потребления пара для теплообменников

Кожухотрубные и пластинчатые теплообменники являются типичными примерами применения проточного типа. Следовательно, при определении расхода пара для этих применений следует использовать уравнение 2.6.5.

Нагрузку при запуске можно игнорировать, если она возникает редко или если время, необходимое для достижения полной нагрузки, не слишком важно. Теплообменники чаще рассчитываются на полную рабочую нагрузку с возможным добавлением коэффициентов безопасности.

Тепловые потери редко учитываются для этих применений проточного типа, так как они значительно меньше полной рабочей нагрузки. Кожухотрубчатые теплообменники обычно имеют футеровку для предотвращения потери тепла и предотвращения возможного травмирования персонала. Пластинчатые теплообменники, как правило, более компактны и имеют гораздо меньшую площадь поверхности, контактирующую с окружающим воздухом, по сравнению с размером устройства.

Пример 2.13.1

Определите тепловую нагрузку и паровую нагрузку следующего калорифера 9 без накопительного нагрева0005

Нагревательный калорифер предназначен для работы при полной нагрузке с паром под давлением 2,8 бари в первичном паровом пространстве.

Температуры подающей и обратной воды вторичного контура составляют 82 °C и 71 °C соответственно при расходе перекачиваемой воды 7,2 кг/с.

c _p для воды = 4,19 кДж/кг °C

Таблица 2.13.1 Выдержка из паровых таблиц

Давление бар изб.	Температура насыщения °C	Энтальпия (энергия) в кДж/кг			Удельный объем сухого насыщенного пара м 3 /кг
		Вода ч ж	Испарение ч фг	Пар ч г
2	134	562	2 163	2 725	0,603
2,8	142	596	2 139	2 735	0,489
3	144	605	2 133	2 738	0,461

Часть 1 Определение тепловой нагрузки

Полная нагрузка может быть рассчитана по уравнению 2. 6.5:

Часть 2 Определение паровой нагрузки

Скорость конденсации при полной нагрузке можно определить с помощью левой части уравнения теплового баланса 2.6.6:

Пластинчатые теплообменники

Пластинчатый теплообменник состоит из набора тонких гофрированных металлических пластин, между которыми образован ряд каналов, по которым проходят первичные и вторичные жидкости по чередующимся каналам. Теплопередача происходит от пара первичной жидкости к вторичной технологической жидкости в соседних каналах поперек пластины. На рис. 2.13.3 показано схематическое изображение пластинчатого теплообменника.

Гофрированный рисунок гребней увеличивает жесткость пластин и обеспечивает большую устойчивость к перепадам давления. Эта схема также создает турбулентный поток в каналах, повышая эффективность теплопередачи, что делает пластинчатый теплообменник более компактным, чем традиционный кожухотрубный теплообменник. Стимулирование турбулентного потока также устраняет наличие застойных зон и, таким образом, уменьшает засорение. Пластины обычно покрывают первичную сторону, чтобы способствовать капельной конденсации пара.

В прошлом на рынке паровых теплообменников доминировали кожухотрубные теплообменники, в то время как пластинчатые теплообменники часто отдавали предпочтение в пищевой промышленности и при нагревании воды. Однако последние достижения в области дизайна означают, что теперь пластинчатые теплообменники в равной степени подходят для систем парового отопления.

Пластинчатый теплообменник может обеспечивать как конденсацию, так и переохлаждение конденсата в одном устройстве. Если конденсат сбрасывается в атмосферный ресивер, за счет снижения температуры конденсата количество выпарного пара, теряемого в атмосферу через выпуск ресивера, также уменьшается. Это может устранить необходимость в отдельном переохладителе или системе регенерации вторичного пара.

Хотя номинальная площадь теплопередачи теоретически может быть рассчитана с помощью уравнения 2. 5.3, пластинчатые теплообменники являются запатентованными конструкциями и обычно определяются по согласованию с производителями.

Разборные пластинчатые теплообменники (пластинчатые и рамные теплообменники)

В разборных пластинчатых теплообменниках пластины скреплены вместе в раме, а тонкая прокладка (обычно из синтетического полимера) герметизирует каждую пластину по краю. Стяжные болты, установленные между пластинами, используются для сжатия пакета пластин между пластиной рамы и прижимной пластиной. Эта конструкция позволяет легко демонтировать устройство для очистки и позволяет изменять производительность устройства путем простого добавления или удаления пластин.

Использование прокладок придает пакету пластин определенную гибкость, предлагая некоторую устойчивость к термической усталости и внезапным изменениям давления. Это делает некоторые типы разборных пластинчатых теплообменников идеальным выбором в качестве парового нагревателя для мгновенного горячего водоснабжения, где пластины будут подвергаться определенному термоциклированию.

Ограничение использования разборных пластинчатых теплообменников заключается в диапазоне рабочих температур прокладок, что налагает ограничение на давление пара, которое может использоваться в этих устройствах.

Паяные пластинчатые теплообменники

В паяных пластинчатых теплообменниках все пластины спаиваются вместе (обычно с использованием меди или никеля) в вакуумной печи. Это усовершенствование разборного пластинчатого теплообменника, которое было разработано для обеспечения большей устойчивости к более высоким давлениям и температурам при относительно низкой стоимости.

Однако, в отличие от разборного блока, паяный пластинчатый теплообменник не подлежит демонтажу. Если требуется очистка, она должна быть либо промыта обратной промывкой, либо подвергнута химической очистке. Это также означает, что эти единицы имеют стандартный диапазон размеров, следовательно, слишком большой размер является обычным явлением.

Хотя паяный теплообменник имеет более прочную конструкцию, чем разборный, он также более подвержен термической усталости из-за своей более жесткой конструкции. Поэтому следует избегать внезапных или частых изменений температуры и нагрузки и уделять больше внимания контролю на стороне пара, чтобы избежать термического стресса.

Паяные теплообменники больше подходят (и в основном используются) для применений, в которых колебания температуры медленны, например, для отопления помещений. Их также можно успешно использовать с вторичными жидкостями, которые постепенно расширяются, например, с термальным маслом.

Сварные пластинчатые теплообменники

В сварных пластинчатых теплообменниках пакет пластин скрепляется сварными швами между пластинами. Использование методов лазерной сварки позволяет сделать пакет пластин более гибким, чем пакет паяных пластин, что позволяет сварному блоку быть более устойчивым к пульсациям давления и температурным циклам. Рабочие пределы сварного блока при высоких температурах и давлении означают, что эти теплообменники обычно имеют более высокие технические характеристики и больше подходят для тяжелых условий эксплуатации в обрабатывающей промышленности. Они часто используются там, где требуется высокое давление или температура, или когда необходимо нагреть вязкие среды, такие как нефть и другие углеводороды.

Кожухотрубчатые теплообменники

Кожухотрубчатые теплообменники, вероятно, являются наиболее распространенным методом косвенного теплообмена в промышленных процессах. Кожухотрубный теплообменник состоит из пучка труб, заключенных в цилиндрическую оболочку. Концы труб вставлены в трубные решетки, которые разделяют первичную и вторичную жидкости.

В тех случаях, когда в качестве теплоносителя используется конденсирующийся пар, теплообменник обычно является горизонтальным, а конденсация происходит внутри труб. Переохлаждение также можно использовать как средство рекуперации дополнительного тепла из конденсата в теплообменнике. Однако, если требуемая степень переохлаждения относительно велика, зачастую удобнее использовать отдельный охладитель конденсата.

Неаккумулирующие калориферы с паровым нагревом

Общая конструкция пароводяного калорифера без аккумулирования показана на рис. 2.13.4. Он известен как кожухотрубный теплообменник с одним кожухом и двумя проходами и состоит из пучка U-образных труб, вставленного в неподвижную трубную решетку.

Говорят, что он имеет «один проход через кожух», потому что соединения для входа и выхода вторичной жидкости находятся на разных концах теплообменника, следовательно, жидкость со стороны кожуха проходит по всей длине устройства только один раз. Говорят, что он имеет два трубных прохода, потому что соединения для входа и выхода пара находятся на одном конце теплообменника, так что жидкость со стороны труб проходит через устройство дважды.

Проходная перегородка (также называемая разделительной пластиной или перьевой пластиной) разделяет коллектор теплообменника, так что жидкость со стороны труб отводится вниз по пучку U-образных труб, а не прямо через коллектор.

Это сравнительно простая и недорогая конструкция, поскольку требуется только одна трубная решетка, но ее использование ограничено относительно чистыми жидкостями, поскольку трубы труднее чистить. Примечание; заменить трубу в этих типах теплообменников сложнее.

В кожухе обычно предусмотрены перегородки для направления потока жидкости со стороны кожуха через трубки, улучшения скорости теплопередачи и поддержки трубок.

Запуск из холодного состояния

Как упоминалось в Модуле 2.7, пусковую нагрузку часто можно игнорировать, если она возникает редко или если время, необходимое для достижения полной нагрузки, не является критическим. По этой причине часто оказывается, что регулирующие клапаны и теплообменники рассчитаны на полную нагрузку плюс обычные коэффициенты безопасности.

В системах, которые отключаются на ночь и в выходные дни, температура вторичной воды может быть низкой при запуске холодным зимним утром, а скорость конденсации в нагревательных калориферах будет выше, чем при полной нагрузке. Следовательно, давление в паровом пространстве может быть значительно ниже давления, при котором теплообменник нормально работает, пока температура вторичного входа не поднимется до расчетного значения.

С точки зрения теплового режима это может не представлять проблемы — просто системе требуется больше времени для нагрева. Однако, если проектировщик не учел эту ситуацию, неадекватная система улавливания пара и удаления конденсата может привести к накоплению конденсата в паровом пространстве.

Это может вызвать:

• Внутренняя коррозия.
• Механическое напряжение из-за деформации.
• Шум из-за гидравлического удара.

Это вызовет проблемы с теплообменниками, не предназначенными для таких условий.

Оценка отопительных нагрузок

Здания. Практический субъективный метод оценки отопительных нагрузок заключается в осмотре самого здания. Расчеты могут быть сложными, включая такие факторы, как количество воздухообменов и скорость теплопередачи через полые стены, окна и крыши. Однако разумную оценку обычно можно получить, взяв общий объем здания и просто допустив 30–40 Вт/м³ площади до 3 000 м³ и 15–30 Вт/м³, если площадь превышает 3 000 м³. Это даст разумную оценку отопительной нагрузки, когда температура наружного воздуха близка к расчетным условиям -1°C.

Практичным способом определения расхода пара для существующей установки является использование точного надежного расходомера пара.

Пример 2.13.2

Определите расчетную мощность нагревательного калорифера на основе фактических измеренных условий. Расчетная мощность нагревательного калорифера неизвестна, но паровая нагрузка измерена при 227 кг/ч при температуре наружного воздуха 7 °C и температура внутри 19°С, разница 12°С.

Калорифер также предназначен для обеспечения 19°C внутренней температуры, когда наружная температура составляет -1 °C, разница 20 °C.

Паровая нагрузка при расчетных условиях может быть оценена просто по соотношению разностей температур:

Водонагреватели накопительные

Водонагреватели накопительные предназначены для повышения температуры всего содержимого от холодной до температуры хранения в течение определенного периода времени.

Средняя скорость конденсации пара в течение периода нагрева или рекуперации может быть рассчитана по уравнению 2.13.1

Пример 2.13.2 Рассчитайте среднюю паровую нагрузку накопительного калорифера

Накопительный калорифер имеет вместимость 2 272 л (2 272 кг) и предназначен для повышения температуры этой воды с 10°C до 60°C. °C за ½ часа с паром при 2 бар изб.

c _p для воды = 4,19 кДж/кг °C

Это среднее значение можно использовать для определения размера регулирующего клапана. Однако, когда температура воды может быть самой низкой, например 10 °C, высокая скорость конденсации пара может быть больше, чем может пройти полностью открытый регулирующий клапан, и змеевик будет испытывать недостаток пара. Давление в змеевике значительно упадет, в результате чего уменьшится производительность пароулавливающего устройства. Если улавливающее устройство имеет неправильный размер или выбрано неправильно, конденсат может скапливаться в змеевике, снижая его способность передавать тепло и обеспечивать требуемое время нагрева. Это может привести к гидравлическому удару, вызывающему сильный шум и механические нагрузки на катушку. Однако, если конденсату не позволено скапливаться в змеевике, система все равно должна поддерживать правильное время нагрева.

Решение состоит в том, чтобы обеспечить надлежащий отвод конденсата. Это может быть достигнуто либо с помощью конденсатоотводчика, либо с помощью автоматического конденсатоотводчика, в зависимости от потребностей системы. (См. Модуль 13.1 – Теплообменники и стойло).

Прочие кожухотрубные паровые нагреватели

В других теплообменниках, использующих пар, может использоваться внутренняя плавающая головка, которая обычно более универсальна, чем фиксированная головка U-образных теплообменников. Они больше подходят для использования в приложениях с более высокой разницей температур между паром и вторичной жидкостью. Поскольку трубный пучок можно снять, его легче чистить. Жидкость со стороны трубы часто направляют для протекания через несколько проходов, чтобы увеличить длину пути потока.

Теплообменники обычно имеют от одного до шестнадцати проходов трубы, и количество проходов выбирается для достижения расчетной скорости со стороны трубы. Трубы располагаются по количеству проходов, требуемому путем разделения коллектора с помощью нескольких разделительных пластин. Два прохода кожуха иногда создаются путем установки продольной перегородки со стороны кожуха по центру теплообменника, где разница температур не подходит для одного прохода. Системы с разделенным потоком и разделенным потоком также используются там, где перепад давления, а не скорость теплопередачи, является определяющим фактором в конструкции, чтобы уменьшить перепад давления на межтрубном пространстве.

Пар также может использоваться для испарения (или парообразования) жидкости в кожухотрубном теплообменнике, известном как ребойлер. Они используются в нефтяной промышленности для испарения фракции кубового продукта из дистилляционной колонны. Они имеют тенденцию быть горизонтальными, с испарением в оболочке и конденсацией в трубках (см. рис. 2.13.5).

В ребойлерах с принудительной циркуляцией вторичная жидкость прокачивается через теплообменник, тогда как в термосифонных ребойлерах естественная циркуляция поддерживается за счет разницы в плотности. В котловых ребойлерах циркуляция вторичной жидкости отсутствует, и трубы погружены в бассейн с жидкостью.

Таблица 2.13.3 Типовые коэффициенты теплопередачи для некоторых кожухотрубных теплообменников

Вторичная жидкость	U (Вт/м 2 °C)
Вода	1 500 – 4 000
Органические растворители	500 – 1 000
Легкие масла	300 – 900
Тяжелые масла	60 – 450
Газы	30 – 300
Водные растворы (испаряющиеся)	1 000 – 1 500
Легкие органические вещества (испаряющиеся)	1 900 – 1 200
Тяжелые органические соединения (испаряющиеся)	600 – 900

Хотя желательно добиться капельной конденсации во всех этих применениях, ее часто трудно поддерживать и она непредсказуема. Чтобы оставаться практичными, проектные расчеты обычно основаны на предположении о пленочной конденсации.

Площадь теплопередачи кожухотрубного теплообменника можно оценить с помощью уравнения 2.5.3. Хотя эти единицы также обычно указываются по согласованию с производителями, некоторые типичные общие коэффициенты теплопередачи, когда пар используется в качестве теплоносителя (и которые включают допуск на загрязнение), приведены в таблице 2.13.3 в качестве ориентира.

Теплообменники с гофрированной трубой

Одним из достижений в конструкции традиционного кожухотрубного теплообменника является недавняя разработка теплообменника с гофрированной трубой. Это однопроходной неподвижный пластинчатый теплообменник со сварным кожухом и прямолинейными гофрированными трубками, пригодными для жидкостей с низкой вязкостью. Подобно пластинчатым теплообменникам, гофрированные трубы создают турбулентные рабочие условия, которые максимизируют теплопередачу и уменьшают загрязнение. Как и традиционные кожухотрубные теплообменники, эти устройства обычно устанавливаются горизонтально. Однако в гофрированном трубчатом теплообменнике пар всегда должен находиться на межтрубном пространстве.

Спиральные теплообменники

Спиральные теплообменники во многом схожи с кожухотрубными и пластинчатыми теплообменниками и используются во многих из них. Они состоят из готовых металлических листов, подвергнутых холодной обработке и сваренных с образованием пары концентрических спиральных каналов, закрытых концевыми пластинами с прокладками, прикрепленными болтами к внешнему корпусу.

Турбулентность в каналах, как правило, высокая, при этом для обеих жидкостей получаются одинаковые характеристики потока. Их также относительно легко чистить, и они могут использоваться для очень тяжелых загрязняющих жидкостей и шламов. Использование только одного прохода для обеих жидкостей в сочетании с компактностью устройства означает, что потери давления на соединениях обычно довольно низкие.