Теплообменники спиральные: Спиральные теплообменники: особенности, принцип работы, применение

alexxlab
06.07.1973
Комментарии: 0

Содержание

Спиральные теплообменники SP-Teploobmen

Спиральный теплообменник – типы теплообменников для применения в технологических процессах при производстве спирта, биоэтанола, рекуперативные спиральные теплообменные аппараты для тепловых станций, организации холода при оборотном водоснабжении предприятий. Наша компания предлагает два типа теплообменников – разборный, когда крышки со стороны спирали можно открыть для осмотра, промывки. Сварные спиральные теплообменники – когда листы сварены. Комбинированные спиральные теплообменники – когда одна сторона теплообменника – разборная, крышка спирального теплообменника снимается, а другая сторона – сварена.

Сварные спиральные теплообменники имеют преимущество перед разборными в том, что они выдерживают выше давление жидкости и имеют больше конструкционную жесткость. Теплообменники спиральные не на всех технологических циклах нужно использовать разборные, так как организация технологической промывки СИП промывки оборудования применением каустика и моющих растворов не требует их разборки.

Наши инженеры могут спроектировать СИП мойку для технологического оборудования согласно требований заказчика.

Спиральные теплообменники бывают двух типов – разборные и не разборные (сварные спиральные теплообменники) – по типу установки – вертикальные и горизонтальные.

Теплообменники могут быть изготовлены из разных марок стали и рассчитаны под разные потоки и жидкости.

Спиральные теплообменники

Модель теплообменника	S м²	Ширина, B мм	Высота канала, b мм	Диаметр, D мм	Производительность, qv м³/час при скорости потока		Диаметр фланца, DN1 мм	Диаметр фланца, DN2 мм	Вес, кг
Модель теплообменника	S м²	Ширина, B мм	Высота канала, b мм	Диаметр, D мм	1. 0 м/с	1.5 м/с	Диаметр фланца, DN1 мм	Диаметр фланца, DN2 мм	Вес, кг
BTS0.6-20-610-10/10	20	610	10/10	828	21.2	31.9	65/65	65/65	1210
BTS0.6-20-750-10/10	20	750	10/10	760	26.3	39.4	65/65	65/65	1116
BTS0.6-30-610-14/14	30	610	14/14	1108	29.3	44. 0	65/65	80/80	1840
BTS0.6-30-750-12/12	30	750	12/12	958	31.4	47.1	65/65	80/80	1660
BTS0.6-40-750-14/14	40	750	14/14	1148	36.4	54.6	65/65	80/80	2190
BTS0.6-40-1220-16/16	40	1220	16/16	976	68. 4	102.6	100/100	125/125	2030
BTS0.6-50-750-16/16	50	750	16/16	1340	41.4	62.0	80/80	100/100	2830
BTS0.6-50-1220-18/18	50	1220	18/18	1125	76.7	115.1	100/100	125/125	2560
BTS0.6-60-1220-10/10	60	1220	10/10	980	43. 2	64.8	80/80	100/100	2530
BTS0.6-60-1220-15/15		1220	15/15	1136	64.3	96.4	100/100	125/125	2820
BTS0.6-60-1220-24/24		1220	24/24	1370	101.3	151.9	125/125	150/150	3380
BTS0.6-80-1220-14/14	80	1220	14/14	1262	60. 1	90.1	100/100	125/125	3550
BTS0.6-80-1220-32/32		1220	32/32	1780	133.2	199.8	150/150	200/200	4880
BTS0.6-80-1220-22/22		1220	22/22	1517	93.1	139.7	125/125	150/150	4220
BTS0.6-100-1220-12/12	100	1220	12/12	1320	51. 7	77.5	80/80	100/100	4170
BTS0.6-100-1220-20/20		1220	20/20	1620	85.0	127.4	100/100	125/125	4930
BTS0.6-100-1220-26/26		1220	26/26	1808	109.3	164.0	125/125	150/150	5450
BTS0.6-120-1220-16/16	120	1220	16/16	1610	68. 4	102.6	100/100	125/125	5370
BTS0.6-120-1220-28/28		1220	28/28	2032	117.3	176.0	125/125	150/150	6560
BTS0.6-120-1500-12/12		1500	12/12	1305	63.8	95.6	100/100	125/125	6700
BTS0.6-140-1220-30/30	140	1220	30/30	2258	129. 6	194.4	125/125	150/150	7700
BTS0.6-140-1500-13/13		1500	13/13	1444	69.0	103.5	100/100	125/125	5480
BTS0.6-140-1500-18/18		1500	18/18	1723	105.1	157.7	125/125	150/150	6340
BTS0.6-160-1500-14/14	160	1500	14/14	1615	74. 2	111.3	100/100	125/125	6480
BTS0.6-160-1500-17/17		1500	17/17	1747	89.7	134.6	125/125	150/150	6870
BTS0.6-160-1500-20/20		1500	20/20	2050	135.5	203.3	125/125	150/150	7800
BTS0.6-180-1500-15/15	180	1500	15/15	1724	79. 4	119.1	100/100	125/125	7280
BTS0.6-180-1500-22/22		1500	22/22	2020	115.3	173.0	125/125	150/150	8190
BTS0.6-180-1500-25/25		1500	25/25	2136	130.5	195.8	125/125	200/200	8500
BTS0.6-200-1500-16/16	200	1500	16/16	1862	84. 6	126.8	100/100	125/125	8140
BTS0.6-200-1500-24/24		1500	24/24	2206	125.5	188.2	125/125	150/150	9100
BTS0.6-200-1500-30/30		1500	30/30	2430	155.5	233.3	150/150	200/200	9900
BTS0.6-220-1500-18/18	220	1500	18/18	2040	94. 9	142.3	125/125	150/150	9130
BTS0.6-220-1500-28/28		1500	28/28	2460	145.6	218.3	150/150	200/200	10500
BTS0.6-220-1500-32/32		1500	32/32	2600	165.4	248.1	150/150	200/200	11000

ALFA LAVAL: Спиральные теплообменники высокого давления

Альфа Лаваль предлагает уникальное решение для предотвращения образования отложений в теплообменном оборудовании на нефтеперерабатывающих заводах – спиральные теплообменники высокого давления (СТОВД).

Спиральные теплообменники высокого давления представляют собой рассчитанные на высокое рабочее давление (до 100 бар) модификации известных спиральных теплообменников и отличаются исключительно высокой эффективностью самоочистки. Они прекрасно подходят для использования в качестве технологических теплообменных аппаратов и могут с успехом заменить кожухотрубные теплообменники (КТТО) в критичных процессах, кардинально решая эту проблему и обеспечивая высокую степень утилизации тепла.

Эффект самоочистки одноканальной схемы

СТОВД обладают эффектом самоочистки, который обусловлен выбором одноканальной схемы движения теплоносителя. В самом начале процесса образования отложения в канале теплообменника поперечное сечение канала в этом месте уменьшается. При этом, поскольку весь поток продолжает идти через один канал, скорость движения в данном месте увеличивается, что приводит к эффекту механической очистки, способствующей удалению возникшего отложения. Другой важный фактор, препятствующий возникновению отложений, это размывающее воздействие. Оно обусловлено организацией спирального движения потока под углом к стенке теплообменника, способствующим его турбулизации. Прочие факторы: равномерный профиль скорости, отсутствие застойных (мертвых) зон и высокий коэффициент теплопередачи.

Удобство технического обслуживания

Кожухотрубные теплообменники обычно требуют очистки несколько раз в год. Обслуживание СТОВД требуется проводить только один раз в четыре-пять лет, причем сама процедура очень проста и осуществляется путем обратной промывки, гидравлической очистки или мойки на месте химическими реагентами.

Длительный период между обслуживаниями

Проводить техническое обслуживание СТОВД можно во время плановых остановок всего производства – с периодичностью от 3-х до 5-ти лет. Они быстро и просто очищаются методом обратной промывки, гидравлической очистки или мойки на месте химическими реагентами. Для выполнения этой процедуры Альфа Лаваль предлагает специальную систему безразборной мойки CIP.

Легкий доступ

СТОВД очень удобны в обслуживании, доступ к их внутренним элементам обеспечивается за счет легко открываемой передней крышки. В отличие от КТТО, для которых необходимо резервировать место под размещение демонтируемых для последующей ручной очистки длинных трубных пучков, СТОВД требуется очень малая площадь для обслуживания.

Стабильность технологического процесса – залог спокойствия

Поскольку СТОВД не подвержены засорению отложениями, отсутствует необходимость во внеплановых простоях, связанных с обязательной очисткой. Они обеспечивают высокую стабильность технологического процесса и уверенность в завтрашнем дне.

Высокая эффективность теплопередачи, расчетное давление 100 бар

Высокая степень турбулентности потока в спиральных каналах СТОВД обеспечивает в 2-3 раза больший, чем в КТТО, коэффициент теплопередачи. Благодаря организации практически 100-процентного противотока СТОВД позволяют отбирать максимум тепловой энергии тяжелых нефтяных осадков.

Экономия топлива, снижение объемов выбросов СО2, уменьшение потребления энергии

Поскольку эффективность теплопередачи CТОВД в процессе эксплуатации не будет снижаться из-за образования отложений, от печи не потребуется выработки дополнительной тепловой энергии. Это снизит расходы на топливо и позволит уменьшить объемы выбросов СО₂ на нефтеперерабатывающих производствах. На прокачку теплоносителей СТОВД требуется только четверть энергии, затрачиваемой на эти цели КТТО. Кроме того, поскольку при отсутствии отложений на теплообменниках не будет происходить потери напора, у вас не будет необходимости и в затрате дополнительной энергии на прокачку. Совместное действие отмеченных факторов обеспечит существенную экономию энергии потребляемой предприятием.

Малые габариты и снижение расходов на монтаж

Выполненные по широко известной и хорошо зарекомендовавшей себя конструктивной схеме, СТОВД занимают только шестую часть площади, требуемой под размещение КТТО, при этом их эффективность намного выше. Поскольку для монтажа СТОВД требуется меньший объем трубной обвязки и металлических конструкций, затраты на их установку ниже.

Расчетные рабочие давления – до 100 бар

Способность выдерживать воздействие высоких температур и рабочих давлений до 100 бар делает СТОВД Альфа Лаваль надежными технологическими теплообменниками, отлично подходящими для использования в процессах:

висбрекинга
конверсии тяжелых масел (H-oil)
каталитического крекинга (FCC)
гидрокрекинга тяжелых остатков (LC-Fining)
коксования
обессоливания сырой нефти.

СТОВД отличаются повышенным качеством изготовления и более надежны в эксплуатации по сравнению с конкурирующими продуктами. Они соответствуют всем основным мировым стандартам и нормативам, включая будущий стандарт API по спиральным теплообменникам.

Хотите узнать больше о новых теплообменниках Alfa Laval? Свяжитесь с нами ( [email protected] ).

ЗАО «СИНТО», являясь одним из крупнейших партнеров “Альфа Лаваль” в России, обеспечивает инжиниринг, поставку и сервисное обслуживание надежного и высокоэффективного теплообменного оборудования для широкого спектра применения.

(по материалам компании Alfa Laval)

Промывка спиральных теплообменников должна быть проведена своевременно — BWT

Главная > Статьи > Промывка систем отопления и теплообменников > Промывка спиральных теплообменников должна быть проведена своевременно

Статьи

27.08.2020

Сегодня все большую популярность среди населения приобретают спиральные теплообменники. Как следствие их обслуживание, в частности промывка теплообменников, является все более востребованной услугой. Распространенность такого вида теплообменников обусловлена относительно недорогой стоимостью, высокой скоростью теплопередачи и малым габаритами. Спиральный теплообменник устанавливается при помощи специальной рамы, которая дает возможность вращать аппарат, вследствие чего возможны демонтаж и диагностика теплообменника. Низкая стоимость достигается за счет использования высококачественных, но недорогих материалов. Главным преимуществом является то, что промывка спиральных теплообменников может проводиться как самостоятельно, так и с привлечением специалистов. Самостоятельно промывка осуществляется при помощи специальных растворов кислоты гидравлическим способом. Стоит отметить, что нет необходимости в частом обслуживании теплообменника, так как у него жесткая сварная конструкция. К тому же в его рабочей среде присутствует высокая турбулентность, вследствие чего загрязнения на стенках теплообменника не скапливаются. Однако для продления срока службы промывка должна осуществляться регулярно.

Решения BWT для очистки теплообменников:

Установки-мойки

Реагенты

Получить консультацию

Зачем нужна промывка и ее виды

Дополнительное техническое обслуживание и промывка необходимы, если у спирального теплообменника агрессивная и специфичная рабочая среда. В этом случае применяется химическая промывка, которая осуществляется без полного разбора аппарата. В комплексе в ней применяется механическая чистка, которая очищает внутренние элементы теплообменника. Спиральные теплообменники могут быть сварными и разборными. Причем первые из них при химической промывке выдерживают более высокие температуры и давления чем вторые.

Универсальность спиральных теплообменников связана с их возможностью к самоочистке. В этом случае при работе с жидкостями, содержащими взвеси, волокна, твердые частицы или суспензии происходит самоочистка тех деталей, в которых могла произойти закупорка. Это также обеспечивает высокий коэффициент теплопередачи, и предотвращает накопление отложений на деталях конструкции.

Необходимость промывки спиральных теплообменников обусловлена не только снижением коэффициента полезного действия, но и возможностью возникновения аварийной ситуации. Вследствие чего возможны дополнительные расходы на ликвидацию последствий и ремонт всей конструкции. В основном нарушения в работе приводят к перерасходу электроэнергии насосов из-за увеличения гидравлического сопротивления в системе.

К основным процедурам обслуживания теплообменников относятся: наращивание теплообменной поверхности, замена отдельных деталей (уплотнений и пластин), химическая промывка как разборных, так и сварных конструкций, разборка и механическая очистка теплообменных поверхностей в специальных емкостях.

Преимущества химической очистки теплообменников

Основным преимуществом является продление срока службы конструкции, вследствие чего нет необходимости осуществлять капитальный ремонт. К тому же промывка имеет сравнительно низкую стоимость. Она проводится оперативно и быстро, а также обеспечивает высокую производительность и сохраняет целостность соединений в сварной конструкции (сварка, вальцовка).

Безразборная гидрохимическая промывка осуществляется при помощи циркуляции химических реагентов в контуре теплообменника. Внутренняя поверхность теплообменного оборудования очищается специальными техническими моющими средствами или минеральными кислотами, которые циркулируют по контуру. Во время промывки все отложения растворяются и удаляются под большим напором воды, при этом, не повреждая материал основной конструкции. При промывке и чистке теплообменников используются насосные системы. Наиболее современные из них оснащены системой обратного реверса потока (возможность переключать направление движения химического реагента). Это обеспечивает более совершенный процесс очистки.

Хотя промывка спиральных теплообменников может проводиться самостоятельно, лучше всего не пренебрегать помощью специалистов. Качественно выполненная работа обеспечит более длительный срок службы конструкции без проведения повторной чистки.

Статьи BWT

Шпаргалка любителям плавания. Пусть отдых на даче не будет омрачен лишними заботами из-за несвоеврем…

Все статьи

Мы используем файлы “cookie”, чтобы обеспечить максимальное удобство пользователям. Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с условиями использования файлов cookie. Согласен

Вход на сайт

Восстановить пароль

Введите код авторизации из письма, после чего Вы будете перенаправлены в «Личный кабинет» для изменения пароля.

Регистрация

Получать новости об акциях и скидках

Сообщить о поступлении

Получить консультацию по товару, снятому с производства

Получите предложение по аренде диспенсеров

Купить товар у дилера

Заказать оптом

Получить консультацию

Частное лицо

Сообщить о поступлении

Нажимая на кнопку «Отправить», вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности

Спасибо!

Ошибка!

–>

Проектирование спиральных пластинчатых теплообменников для продления срока службы и повышения тепловых и гидравлических характеристик

Панель авторов Войти

Что такое открытый доступ?

Открытый доступ — это инициатива, направленная на то, чтобы сделать научные исследования бесплатными для всех. На сегодняшний день наше сообщество сделало более 100 миллионов загрузок. Он основан на принципах сотрудничества, беспрепятственного открытия и, самое главное, научного прогресса. Будучи аспирантами, нам было трудно получить доступ к нужным нам исследованиям, поэтому мы решили создать новое издательство с открытым доступом, которое уравняет правила игры для ученых со всего мира. Как? Упрощая доступ к исследованиям и ставя академические потребности исследователей выше деловых интересов издателей.

Наши авторы и редакторы

Мы являемся сообществом из более чем 103 000 авторов и редакторов из 3 291 учреждения в 160 странах мира, включая лауреатов Нобелевской премии и некоторых самых цитируемых исследователей мира. Публикация на IntechOpen позволяет авторам получать цитирование и находить новых соавторов, а это означает, что больше людей увидят вашу работу не только из вашей собственной области исследования, но и из других смежных областей.

Оповещения о содержимом

Краткое введение в этот раздел, посвященный открытому доступу, особенно с точки зрения IntechOpen

Как это работаетУправление предпочтениями

Контакты

Хотите связаться? Свяжитесь с нашим головным офисом в Лондоне или командой по работе со СМИ здесь:

Карьера:

Наша команда постоянно растет, поэтому мы всегда ищем умных людей, которые хотят помочь нам изменить мир научных публикаций.

Рецензируемая глава в открытом доступе

Автор:

Ласаро Канисалес Давалос, Эдильберто Мурриета Луна, Марио Альберто Родригес Анхелес и Виктор Х. Крус Дельгадо

Представлено: 10 сентября 2018 года. Обзор: 20 февраля 2019 года. Детали Заказ Распечатать

Обзор показателей главы

1067 загрузок глав

Посмотреть полные показатели

СКАЧАТЬ БЕСПЛАТНО

Рекламное объявление

Abstract

Спиральные пластинчатые теплообменники хорошо подходят для работы с жидкостями, имеющими свойства, связанные с загрязнением, высокой вязкостью, жидкостями с взвешенными частицами твердых частиц и технологическими потоками с жесткими объектами теплопередачи. Корреляции для описания тепловых и гидравлических характеристик зависят от геометрической конфигурации оборудования. В настоящей работе показаны процедуры проектирования спиральных пластинчатых теплообменников в зависимости от расположения жидкости, государственного расхода, а также от того, предназначено ли тепловое оборудование для работы в режиме конденсации, охлаждения или обогрева. Представлено дополнительное исследование, направленное на определение геометрических переменных, которые позволяют повысить и улучшить тепловые и гидравлические характеристики. Кроме того, выполняется вычислительная гидродинамика для проверки теплового и гидравлического метода.

Ключевые слова

конструкция
тепловые и гидравлические характеристики
спиральный пластинчатый теплообменник
однофазный и двухфазный поток
вычислительная гидродинамика

1.

Введение

пластины, разделенные шпильками. Они привариваются к поверхности пластины. Цель состоит в том, чтобы поддерживать постоянное расстояние между пластинами во время их скручивания. Таким образом, первый виток представляет собой один проходной участок; в этот момент начинается вторая проточная часть. Жидкости проходят в спиральных пластинчатых теплообменниках по двум схемам: поперечной и спиральной, и эти конфигурации показаны на рисунке 1. Поскольку эти модели были изложены, компании-производители и исследователи предложили больше понимания относительно конструкций, теплового и гидравлического анализа и способов. чтобы обеспечить большую ценность этих теплообменников.

Рис. 1.

Поперечное и спиральное расположение потоков.

Спиральные пластинчатые теплообменники имеют важное промышленное применение; особенно они подходят для грязных и вязких жидкостей. Однако большинство соотношений и методов объясняют однофазное взаимодействие жидкость-жидкость, и, как следствие, этого недостаточно для описания теплообмена и гидравлического поведения, т. е. двухфазного течения в спиральных теплообменниках жидкость-газ и жидкость-газ. пар. Сатиян и др. В работах [1, 2] представлено исследование по оценке нового уравнения для аппроксимации числа Нуссельта несмешивающейся смеси с использованием противоточного спирального теплообменника для двухфазного потока. Новая корреляция была основана на экспериментальных данных, и результаты согласовывались с теоретической корреляцией. Хоршиди и Хейдари [3] изготовили геометрию спирального теплообменника для изучения производительности, исследование показало, что спиральный теплообменник является отличным вариантом для передачи тепла, особенно от загрязняющих жидкостей, а также были представлены расчеты гидродинамики для определения предыдущей конструкции. Рамачандран и др. [4] определил поведение теплообмена для системы из двух жидкостей путем внедрения противоточного спирального пластинчатого теплообменника; данные были получены от входов с различной массовой долей и продемонстрировали эффективные результаты между экспериментом и корреляцией. Маруяма и др. [5] измерили тепловую эффективность спирального пластинчатого теплообменника с поперечным потоком; цель состояла в том, чтобы преобразовать энергию излучения из камеры сгорания. Ван [6] проанализировал тепловые характеристики спирального пластинчатого теплообменника, используемого в качестве адсорбера в процессе охлаждения, потоки были сконфигурированы так, чтобы следовать спиральной траектории, и в результате спиральный теплообменник был приспособлен для холодильной системы. Бахираи и др. В работах [7, 8] представлены исследования по оценке тепловых и гидравлических характеристик спирального пластинчатого теплообменника в условиях турбулентного потока наножидкости. Экспериментальная процедура заключалась в определении эффектов, связанных со спиральной геометрией, изменяющей скорость потока, чтобы определить оптимальные рабочие условия.

Термическая и гидравлическая концепция представляет собой инновационный инструмент для проектирования теплообменников и применима ко всем типам теплообменников. Ранее в исследованиях использовалась эта процедура [9, 10]. Компактные и обычные теплообменники используются для двух режимов нагрева и охлаждения. Тем не менее, они ведут себя по-разному из-за своей геометрической конфигурации, эффективности, температуры на выходе, перепада давления и площади теплообмена [11, 12, 13, 14, 15].

Текущее исследование организовано для описания четырех основных целей: 1. Представить два метода расчета с помощью теплового и гидравлического метода. Первая конструкция предназначена для охладителя, использующего перекрестную схему (жидкость-газ) без фазового перехода, чтобы оценить, может ли спиральный пластинчатый теплообменник участвовать в качестве радиатора системы охлаждения автомобиля. Второй подход заключается в подборе размера конденсатора вертикального спирального теплообменника для криогенной работы. 2. Продлить срок эксплуатации спиральных пластинчатых теплообменников. 3. Улучшить тепловые и гидравлические характеристики спирали за счет модификации дистанционной пластины. 4. Численный анализ с применением вычислительной гидродинамики для проверки метода.

Объявление

2. Эмпирическая тепловая и гидравлическая модель

Метод расчета спиральных пластинчатых теплообменников включает два основных уравнения, пленочный коэффициент теплопередачи и перепад давления, которые являются функциями свойств жидкости, тепловой нагрузки, геометрических нормативные параметры, площадь проходного сечения и характеристики металлоконструкций. Тепловая и гидравлическая модель является ключевой взаимосвязью, которая сводит расчеты к определению размеров и выполнению теплообменников. Обычно требуется пять итераций для достижения баланса между падением давления и теплопередачей. Наконец, определяется площадь теплообмена. Настоящая процедура в первую очередь вводит гидравлическое уравнение, которое является функцией перепада давления, расстояния между пластинами, скорости потока и длины спиральной пластины. Корреляция решается итеративно для длины; если расчетная длина не соответствует расчетному перепаду давления, распорную пластину можно отрегулировать для максимального использования допустимого перепада давления.

2.1 Гидравлические уравнения

Гидравлические уравнения были представлены Минтоном [16]. Эти корреляции являются функцией потока по спиральному каналу, который разделен шпильками для поддержки пластин. Коэффициент 1,5 в уравнении 1 (Таблица 1) предполагает 17 шипов на квадратный фут. Каждая шпилька имеет диаметр 0,3125, а затем через каждые 0,118 в ² устанавливается шпилька [16]. уравнение 2 (табл. 1) имеет тот же подход; однако перепад давления незначителен, так как жидкость течет по ширине пластины, а значение, близкое к нулю, представляет незначительное влияние даже при установке шпилек [16]. Расчет числа Рейнольдса и значений критического числа Рейнольдса позволяет выбрать правильное уравнение для описания гидравлической работы спиральных пластинчатых теплообменников. Уравнения разработаны для трех режимов течения: ламинарного, переходного и турбулентного. Гидравлические корреляции, использованные в данном исследовании, представлены в таблице 1.

Конфигурация потока	Эмпирическая корреляция падения давления
Для спирального потока без фазового перехода Re>рек.	(1) ∆P=0,001LsFdsh31,3μ1/3ds+0,125HF1/3+1,5+16L
Для осевого потока без фазового перехода Re>10 000	(2) ∆P=4×10−5sds2FL1,80.0115μ0,2Hds+1+0,03H

Таблица 1.

Корреляции для падения давления [16].

2.2 Тепловые уравнения

Уравнения тепловой модели были введены Минтоном, хотя Сандер [17] предложил корреляцию теплопереноса ранее.

Экв. (3) описывает коэффициент теплоотдачи для жидкой жидкости, обтекающей спиральную сторону. Точно так же Минтон представил 11 механизмов для определения коэффициента теплопередачи в зависимости от конфигурации потока, типа работы (конденсация и нагрев) и вертикального пузырькового кипения. уравнение (4) для газообразного флюида, число Рейнольдса которого превышает 10 000. Даже когда это число превышает критическое число Рейнольдса, газы обладают низкой теплоемкостью и имеют плохие значения коэффициента теплоотдачи (табл. 2).

Конфигурация потока	Корреляция эмпирического коэффициента теплопередачи
Для спирального потока без фазового перехода (жидкая среда) Re>рек.	(3) h=1+3,54DeDH0,023cGRe-0,2Pr-2/3
Для осевого течения без фазового перехода (жидкость газа) Re > 10 000	(4) h=0,0144cG0,8De−0,2

Таблица 2.

Соотношения для коэффициента теплопередачи [16].

Число Рейнольдса и критическое число Рейнольдса представлены уравнениями. (5) и (6):

Re=10 000FHµ E5

Rec=20 000DeDH0,32 E6

, где F — расход в фунтах/час, H — ширина пластины в дюймах, μ — вязкость в сП, De — эквивалентный диаметр в футах, а D _H — диаметр спирали в футах

уравнение (7) описывает эквивалентный диаметр:

De=dsH0,6251,3ds+H0,25 E7

, где ds — расстояние между каналами.

2.3 Дополнительные геометрические уравнения

Вспомогательные уравнения необходимы для завершения тепловой и гидравлической модели спиральной пластины, например, внешний диаметр спирали определяется уравнением. (8):

Ds=15,36Ldsc+dsh+2×0,5 E8

L – длина пластины; d _sc и d _sh – холодный и холодный дистанционирующий канал соответственно; x – толщина пластины.

Общая площадь теплопередачи определяется двумя спиральными пластинами и показана в уравнении. (9):

А=h3L E9

Dongwu представил полное описание для расчета количества витков спирали. Это уравнение основано на длине пластины L, спиральных полуокружностях, расстоянии между пластинами, диаметре сердцевины d и толщине пластины. Эти геометрические значения представлены в уравнении. (10). Из-за постоянного расстояния между двумя прокатными проходами уравнение числа оборотов дает эффективную точность [18]:

N=−d−t2+d−t22+4tLπ2t E10

где d – диаметр сердечника первого витка в центре спирального теплообменника, а t состоит из уравнения. (11):

т=дш+дск+2х E11

Улучшение спиральных теплообменников зависит от геометрических параметров. Например, дистанционная пластина может увеличить падение давления, если расстояние между спиральными пластинами уменьшается. Это означает, что теплообменнику требуется больше энергии накачки, кроме того, улучшается коэффициент теплопередачи и термическая эффективность. Изменение дистанционирующего канала позволяет повысить теплопередачу и оптимизировать тепловые и гидравлические характеристики.

В Таблице 3 показаны некоторые рекомендуемые значения дистанционной пластины, и эти значения зависят от расчетной ширины пластины.

Расстояние между плитами (м)	Ширина плиты (м)
0,00476	0,101
	0,152
	0,304
	0,304
0,00635	0,457
	0,457
	0,609
	0,609
	0,762
	0,914
	1. 219
0,00793	1,524
0,00952	1,778
0,0127	Для более 1,778 м
0,0158
0,0190
0,0254

Таблица 3.

Рекомендуемые значения расстояний для пластин стандартной ширины [16].

2.4 Тепловые характеристики

Валидация метода проводилась двумя способами: расчет методом NTU и численное моделирование с помощью коммерческого программного обеспечения для вычислительной гидродинамики ANSYS Fluent. Количество передаточных единиц было реализовано для расчета тепловой эффективности спирального пластинчатого теплообменника, как показано в уравнении. (12):

NTU=UACPмин E12

где U — общий коэффициент теплопередачи, A — общая площадь теплопередачи и CP _мин — это минимальное значение CP для потока с минимальной теплоемкостью, умноженное на скорость потока.

Общий коэффициент теплопередачи рассчитывался по следующей формуле:

U=11hh+xkA+1hc E13

Коэффициент CP был установлен уравнением. (14) на основе горячего потока CPh=Fhcph и холодный поток CPc=Fccpc :

Ч=КПминКПмакс E14

Bes и Roetzel [12, 19] представили аналитическое уравнение для расчета тепловой эффективности. Соотношение 15 содержит количество единиц передачи, количество витков и коэффициент CP:

ε=1-eR-1NTU1-ReR-1NTU E15

Следующие выражения использовались для расчета температуры горячего и холодного выхода. Эти уравнения зависят от отношения CP, эффективности и максимальной разницы температур. Порядок расчета горячей температуры на выходе спирального потока следующий:

Если CPh>CPc , то правильная форма уравнения:

Thout=Thin-εThin-tcin E16

Если CPh

Thout=Thin-εRThin-tcin E17

Далее процедура расчета холодной температуры на выходе из осевого потока показана в уравнениях. (18) и (19).

Если CPh

tcout=tcin+εThin−tcin E18

Если CPh>CPc , то правильное уравнение:

tcout=tcin+εRThin−tcin Е19

На рис. 2 показаны последовательные этапы проектирования спирального пластинчатого теплообменника. Для выполнения этих расчетов использовался код визуального базового программирования.

Рис. 2.

Технологическая схема проектирования спирального теплообменника с поперечным потоком.

2.5 Вычислительная гидродинамика (CFD)

Численное моделирование выполнено с помощью программы ANSYS Fluent. Математическая модель κ-ε решает три баланса: массы, энергии и количества движения.

Сохранение массы:

∇⋅ρv=0∇ E20

Сохранение импульса:

∇⋅ρvv=−∇P+∇⋅μ∇v E21

Сохранение энергии:

∇⋅ρvcpT=∇⋅k∇T Е22

где k — теплопроводность, ρ — плотность, μ — динамическая вязкость, cp — удельная теплоемкость, v — скорость, T — температура, P — давление (табл. 4).

	Вода	Воздух
Общая площадь теплообмена (м ² )	11,57
Термическая эффективность	0,84
Температура на выходе (°C)	80,95	86,75
Массовый расход (кг/ч)	4200	5200
Температура на входе (°C)	98	20
Высота (м)	0,41
Длина (м)	0,54
Ширина (м)	0,028

Таблица 4.

Конструкция автомобильного радиатора (автомобильный радиатор) [20].

На рисунке 3 показан виртуальный спиральный пластинчатый теплообменник, разработанный с помощью программного обеспечения, сетка была структурирована с 97 250 контрольными объемами, а геометрические характеристики (ширина пластины, расстояние между пластинами, длина пластины, толщина и т. д.) показаны в таблицах 5 и 8.

Рис. 3.

Сетка спирального пластинчатого теплообменника.

	Вода	Воздух
Расход (кг/ч)	4200	5200
Температура на входе (°C)	98	20
Вязкость (сП)	0,3	0,2
Максимальный перепад давления (кПа)	6,89	6,89
Теплопроводность (Вт/м·К)	0,6	0,0259
Теплоемкость (Дж/кг·К)	4270. 53	544,28
Теплопроводность (алюминий, Вт/м·К)	205
Ширина плиты (м)	0,152	0,152
Диаметр ядра (м)	0,0508
Удельный вес	0,97	1
Расстояние между каналами (м)	0,0043	0,0088
Толщина листа (м)	0,0787

Таблица 5.

Второй пример.

Граничные условия, такие как скорость на входе, температура на входе, свойства жидкости, скорость потока и свойства металла, были рассмотрены на основе результатов, показанных в таблицах 5 и 8.

рейтинг и метод проектирования, было предложено тематическое исследование.

Пример состоит из двух потоков, воды (горячий поток) и воздуха (холодный поток), где горячая жидкость течет по спиральному каналу, а холодная жидкость течет по поперечному устройству. В Таблице 5 поясняются рабочие условия для первого примера. Эти данные были взяты из штатной работы автомобильного радиатора, где предлагалось сконструировать оборудование для охлаждения горячего потока на 17 градусов. В таблице 4 приведены эксплуатационные данные автомобильного радиатора.

В таблице 5 приведены рабочие условия. Ширина плиты задается числовым значением 0,1524 м. Начальный шаг пластин для горячего потока 0,0043 м, для холодного потока 0,0088 м, диаметр активной зоны 0,0508 м.

Второй пример состоит из разработки конденсатора для криогенного процесса. Данные были взяты из тематического исследования по проектированию компактного теплообменника [13].

Горячая температура должна остыть на 9°C, чтобы передать скрытую теплоту холодной жидкости. Холодная температура 15°C. Начальный диаметр спирали керна составлял 0,5 м. Ширина плиты 0,076 м была принята для нахождения оптимальной длины плиты для расстояния между плитами 0,00254 и 0,00635 м для холодного и горячего потока соответственно.

4. Результаты и обсуждения

Размер новой спирали был рассчитан с учетом того же монтажного пространства, что и реальный радиатор. Характеристики были 0,4 м в высоту, 0,15 м в глубину и 0,4 м в ширину. Рекомендуемая производительность системы охлаждения автомобиля должна охлаждать горячую жидкость на 10°C или максимум на 20°C. Результаты были достигнуты путем реализации тепловой и гидравлической модели, в которой одной из основных измеряемых переменных была температура горячего выхода. Разница между горячим входом и горячим выходом составила 6,4°C. Термический и гидравлический метод является вариантом конструкции теплообменников. Одной из его целей является поиск площади с наименьшей теплопередачей, поскольку допустимый перепад давления был зафиксирован как параметр, который можно использовать полностью. Затем по этому значению метод ищет некоторую геометрическую конфигурацию, удовлетворяющую требуемому перепаду давления. Метод определил площадь теплопередачи, числовое значение которой составило 2,04 м 9 .0093 2 (табл. 6 и 7).

	Вода	Р134а
Расход (кг/с)	1	0,38
Температура на входе (°C)	15	42.14
Т _из (К)	31,33	33,65
Вязкость (сП)	1,1	0,175
Максимальный перепад давления (кПа)	150	950
Теплопроводность (к, Вт/м·К)	0,61	0,0763
Теплоемкость (Дж/кг К)	4528. 02	1563,76
Теплопроводность стали (Вт/м·K)	13
Ширина плиты (м)	0,0762
Диаметр ядра (м)	0,508
Удельный вес	0,97
Расстояние между каналами (м)	0,00254	0,00635
Толщина листа (м)	0,003175

Таблица 6.

Второй пример [13].

	Вода	Воздух
T _вых (°C)	6,72	60,7
Падение давления (кПа)	0,975	0,00068
Площадь (м ² )	2,04
Диаметр (м)	0,378
HTC (Вт/м ² К)	12227. 62	305
U (Вт/м ² К)	52,41
Эффективность	0,52
Количество раундов	10
Длина плиты (м)	6,7	6,7

Таблица 7.

Результаты для тематического исследования 1.

Допустимый перепад давления был установлен на 1 psi для двух проходов. Моделирование рассчитало значение 0,975 фунтов на квадратный дюйм для горячего канала. Значение для холодного канала составило 0,00013 фунт/кв. дюйм, поскольку длина холодного канала составляет 0,15 м. Этот участок потока рассматривался как открытый канал. Это гидравлическое поведение определялось диаметром спирали 0,387 м, длиной пластины 6,7 м, 10 витками спирали и расстоянием между пластинами для обоих каналов. Для достижения перепада давления, близкого к идеальному значению, необходимо увеличить длину пластины, но диаметр спирали будет выше ограничительного значения 0,4 м. Тепловые характеристики остались без существенных изменений.

Для улучшения конструкции спирали только расстояние между пластинами для холодного потока и горячего потока было уменьшено до 4 и 4,2 мм соответственно. Результаты представлены в таблице 8.

	Вода	Воздух
T _вых (°C)	88,6	79,4
Максимальный перепад давления (кПа)	6,89	0,004826
Площадь (м ² )	2,04
Диаметр (м)	0,32
HTC (Вт/м ² К)	12577. 35	628,41
U (Вт/м ² К)	105,37
Эффективность	0,76
Количество патронов	11,5
Длина плиты (м)	6,7	6,7

Таблица 8.

Результаты для плана улучшения.

Результаты в Таблице 8 показывают, что тепловые и гидравлические характеристики были улучшены за счет уменьшения межпластинчатого зазора, поскольку распределение потока вдоль канала увеличивает теплопередачу, а температура горячего выхода увеличила разницу на 9,4°C. Доступный перепад давления для горячего потока был использован полностью, в то время как перепад холодного давления составил 0,00072 фунта на кв. дюйм. Площадь теплопередачи по-прежнему составляла 2,04 м, количество витков увеличилось на 1,5 витка, а внешний диаметр спирали был изменен на 0,32 и 0,06 м меньше, чем в первом примере.

Результаты для второй конструкции сравнивались с компактной конструкцией теплообменника, и они показаны в таблице 9. Р134а Вода Компактный НЕ T _вых (°C) 31,72 16,7 32,85 Падение давления (кПа) 0,875 5,38 84,5 Площадь (м ² ) 0,0929 1,46 Диаметр (м) 0,120 HTC (Вт/м ² К) 69098.78 18091.41 U (Вт/м ² К) 3185,5 Эффективность 0,38 Количество патронов 2,43 Длина плиты (м) 0,609

Таблица 9.

Результаты для конструкции конденсатора.

Результаты аналогичны в отношении температуры горячего выхода; однако имелась значительная разница между областями теплопередачи. Компактный теплообменник был разработан с использованием ребер для повышения тепловой эффективности. Компактный теплообменник был реализован для обработки трех стадий: фазы перегрева, фазы конденсации и фазы переохлаждения. Спиральный пластинчатый теплообменник имеет ту же цель, которая заключается в конденсации хладагента и охлаждении до достижения заданной температуры. Хотя компактный теплообменник имеет большую площадь теплопередачи, чем спиральный теплообменник, компактный теплообменник полностью использовал свою максимальную площадь для достижения режима работы, но спиральный теплообменник выполнял работу, используя меньшую площадь теплопередачи. Эту особенность демонстрирует падение давления для R134a, поскольку максимальное падение давления было зафиксировано на уровне 6,89.кПа. Если перепад давления увеличился, результатом будет спиральный теплообменник большего размера. Температура горячего выхода может быть ниже 31,72°C. Эти результаты подтверждают возможность использования спиральных пластинчатых теплообменников в криогенном процессе.

Спиральные пластинчатые теплообменники потенциально могут участвовать в криогенном процессе. Теплообменники составляют примерно 30 % от общей стоимости криогенной установки [14, 15]. Для криогенных применений рассматриваются только два типа теплообменников: трубчатые (концентрические трубы и змеевиковые трубы) и пластинчатые (перфорированные пластины и пластинчато-ребристые) [14]. Основной обязанностью, которую должны выполнять теплообменники в процессе охлаждения, является высокая тепловая эффективность. Тогда спиральные пластинчатые теплообменники способны справиться с этой ситуацией. Тепловая и гидравлическая модель, представленная в этой работе, показала достаточную точность, поскольку процедура не поддерживает традиционную конструкцию, такую как кожухотрубный теплообменник. Спиральные пластинчатые теплообменники можно подобрать по размеру даже с плохим распределением потока и осевыми тепловыми характеристиками, а также подумать о разработке многопоточных спиральных пластинчатых теплообменников для криогенных задач.

Численные и расчетные результаты были собраны по цветам, которые представляют собой профиль измеряемых переменных, в основном температуры на входе и выходе. Красный цвет означает самую высокую температуру, а синий цвет означает самую низкую температуру. На рис. 4 показан температурный профиль воды и воздуха, а также расположение входного и выходного потоков. Горячая жидкость (вода) входит в центр спирали, выходящей вдоль пластины, а холодный поток (воздух) пересекает пластину по ширине.

Рис. 4.

Температурный профиль для холодного и горячего потоков.

Численное исследование выявило заметную точность между разработкой метода и вычислительным моделированием. В Таблице 10 показаны приблизительные температуры на выходе. Гидравлические характеристики измерялись путем расчета выходного давления для обоих потоков. В результате установлено, что максимальное падение давления наблюдается на горячем участке. Методом проектирования рассчитано падение давления 6,89.кПа, а численный результат составил 17,23 кПа, поскольку спиральное проходное сечение имеет меньшее расстояние между пластинами. Минимальный перепад давления ожидался для холодного потока. Метод показал 0,004826 кПа. Моделирование определило значение 3,4 кПа из-за того, что сечение поперечного потока имеет большее расстояние, чем спиральное сечение, и, кроме того, из-за того, что канал открыт.

	CFD		Метод
	Вода	Воздух	Вода	Воздух
Т _в	98	20	98	20
Т _вых	86,85	75,85	88,6	79,4
Падение давления	17,23	60	6,89	0,004826

Таблица 10.

Тепловые и гидравлические характеристики.

5. Выводы

В этой работе представлены два новых метода проектирования спиральных пластинчатых теплообменников с поперечным потоком: первый проект заключался в сравнении теплового поведения спирального пластинчатого теплообменника с автомобильным радиатором. Радиатор – вариант для отвода лишнего тепла; однако это устройство должно увеличить площадь теплопередачи за счет установки ребер для рассеивания тепла, особенно когда задействована газовая фаза. Постоянное спиральное движение способствует эффективной теплоотдаче даже при соблюдении ламинарного режима. Дополнительные тепловые характеристики могут быть предложены за счет уменьшения прокладок. Внешний диаметр спирали уменьшится, а скорость потока увеличится; тем не менее, потребуется больше энергии для перекачки потоков. Шпильки не ограничивают потоки, но можно установить больше шпилек большего диаметра, чтобы увеличить площадь теплопередачи и оптимизировать зону переохлаждения в спиральных пластинчатых конденсаторах. Спиральный пластинчатый теплообменник имеет множество промышленных применений, и это исследование способствовало расширению области применения за счет внедрения новых простых методов организации поперечного потока, особенно для конденсатора и охладителя.

Вычислительная гидродинамика — надежный инструмент для моделирования и проверки эмпирических методов. Результаты моделирования CFD и метода проектирования подтверждают точность метода. Это позволяет продлить срок службы спиральных пластинчатых теплообменников в составе производственных процессов, систем охлаждения, тепловых сетей и рекуперации энергии.

Конфликт интересов

Все авторы внесли свой вклад в (1) предложение и дизайн или анализ и интерпретацию данных, (2) составление проекта статьи или ее критический пересмотр для важного интеллектуального содержания и (3) утверждение окончательной версии.

Эта рукопись не была представлена и не находится на рассмотрении в другом журнале или другом издательстве.

Номенклатура

A _c

площадь свободного потока (м ² )

A _p

Площадь плиты (м ² )

Площадь теплопередачи A

(м ² )

диаметр жилы (м)

C _p

теплоемкость (Дж/кг·К)

D _e

эквивалентный диаметр (м)

D _h

диаметр спирали (м)

d _s

дистанционная пластина (м)

расход (кг/час)

Коэффициент теплопередачи пленки (Вт/м ² K)

ширина плиты (м)

теплопроводность (Вт/м·K)

длина плиты (м)

Номер Прандтля

тепловая нагрузка (Вт)

номер Рейнольдса

Re _c

критический номер Рейнольдса

удельный вес

температура (°C)

общий коэффициент теплопередачи (Вт/м ² K)

скорость жидкости (кг/ч. м ² )

толщина листа (м)

Греческие символы ΔP

Падение давления (кПа)

вязкость (сП)

Субиндексы h

горячая сторона

холодная сторона

вход

выход

свойства пленочной жидкости

свойства объемной жидкости

Ссылки

1. Сатьян С., Рангараджан М., Рамачандран С. Экспериментальное исследование пластинчатого спирального теплообменника для двухфазной системы нитробензол-вода. Болгарские химические коммуникации. 2010;42(3):205-209
2. Раджавель Р., Сараванан К. Экспериментальное исследование спирального пластинчатого теплообменника для электролитов. Журнал Университета химической технологии и металлургии. 2008;43(2):255-260
3. Хоршиди Дж., Хейдари С. Проектирование и конструкция спирального теплообменника. Достижения в области химической инженерии и науки. 2016;6:201-208. DOI: 10.4236/aces.2016.62021
4. Рамачандран С., Калайчелви П., Сундарам С. Исследования теплообмена в спиральном пластинчатом теплообменнике для двухфазной системы вода-пальмовое масло. Бразильский журнал химического машиностроения. 2008; 25(3). DOI: 10.1590/S0104-66322008000300006
5. Маруяма С., Аоки Т., Игараши К., Сакаи С. Разработка высокоэффективного преобразователя излучения с использованием спирального теплообменника. Энергия. 2005;30:359-371. DOI: 10.1016/j.energy.2004.04.021
6. Wang RZ, Wu JY, Xu YX, Teng Y, Shi W. Эксперимент на регенеративном адсорбционном холодильнике непрерывного действия со спиральным пластинчатым теплообменником в качестве адсорбера. Прикладная теплотехника. 1998;18(1, 2):13-23. DOI: 10.1016/S1359-4311(97)00038-0
7. Бахираи М., Ахмади А.А. Анализ теплогидравлических характеристик спирального теплообменника, работающего с наножидкостью вода-глинозем: влияние геометрии и добавление наночастиц. Преобразование энергии и управление. 2018;170:62-72. DOI: 10.1016/j.enconman.2018.05.061
8. Бахираи М., Киани Салми Х., Сафаеи М.Р. Влияние использования новой биологической наножидкости, содержащей функционализированные нанопластинки графена, на тепловые и гидравлические характеристики спирального теплообменника. Преобразование энергии и управление. 2019;180:72-82. DOI: 10.1016/j.enconman.2018.10.098
9. Пикон-Нуньес М., Канисалес-Давалос Л., Медина-Флорес Дж.М. Альтернативная методика определения размеров компактных теплообменников спирального типа. Инженерия теплопередачи. 2009;30(9):744-750. DOI: 10.1080/01457630802678508
10. Пикон-Нуньес М., Канисалес-Давалос Л., Мартинес-Родригес Г., Полли Г.Т. Упрощенный подход к проектированию спиральных теплообменников. IChemE Food and Bioproducts Processing. 2007;85(С4):322-327. DOI: 10.1205/fbp07073
11. Nguyen DK, San JY. Влияние теплопроводности твердого тела на характеристики теплопередачи спирального теплообменника. Прикладная теплотехника. 2015;76:400-409. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2014.11.021
12. Bes TH, Roetzel W. Распределение плотности теплового потока в спиральных теплообменниках. Международный журнал тепло- и массообмена. 1992;35(6):1331-1347. DOI: 10.1016/0017-9310(92)
-O
13. Capata R, Zangrillo E. Предварительный проект компактного конденсатора в системе органического цикла Ренкина для рекуперации низкопотенциального отходящего тепла. Энергии. 2014;7:8008-8035. DOI: 10.3390/en7128008
14. Pacio JC, Dorao CA. Обзор тепловых термогидравлических моделей для криогенных применений. Криогеника. 2011;51:366-379. DOI: 10.1016/j.cryogenics.2011.04.005
15. Фредхейм А.О., Хейерстед Р.С. Возможности снижения затрат на базовую нагрузку. Вышел: ЕВРОГАЗ96. В: Материалы Европейской конференции прикладных исследований природного газа. 1996. стр. 101-114
16. Minton PE. Проектирование спирально-пластинчатых теплообменников. Юнион Карбайд; 1970. стр. 127-136
17. Сандер Дж. Розенбладс AB. Patenter, Стокгольм, Швеция, 1955 г.; неопубликовано
18. Dongwu W. Геометрические расчеты спирального теплообменника. Химическая инженерия и технология. 2003; 26(5). DOI: 10.1002/CEAT.2003
19. Bes TH, Roetzel W. Термическая теория спирального теплообменника. Международный журнал тепло- и массообмена. 1993;36(3):765-773. DOI: 10.1016/0017-9310(93)80052-V
20. Карлос Альберто Ромеро Пьедраита, Ямид Альберто Карранса Санчес. Рейтинг тепловой мощности радиатора отопления. Scientia et Technica Año XIII, № 35, Agosto DE 2007. ISSN 0122-1701

Срезы

Информация о авторе

1. Введение
2. Эмппатная тепловая и гидральская модель
.castry _{666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666 411266. .Результаты и обсуждения}
5.Выводы
Конфликт процентов
Номенклатура

Список литературы

Написано

Лазаро Канизалес Давалос, Эдилберто Мурриета Луна, Mario Alberto Rodríguez ángeles и Víctor J.clograr8

, Delgary

, Delgary, Delgary, Delgary, Mario Alberto Rodríguez ángeles and Víctor, Murieta Luna, Mario Alberto Rodríguez ángeles and Víctor. , 2019 Опубликовано: 5 ноября 2019 г.

СКАЧАТЬ БЕСПЛАТНО

© 2019 Автор(ы). Лицензиат IntechOpen. Эта глава распространяется в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution 3.0, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

Избранная статья – Спиральные или гофрированные трубчатые теплообменники – что лучше для очистки сточных вод?

Спиральные теплообменники трудно чистить и обслуживать.

Для самых сложных и сильно загрязненных применений может потребоваться скребковый теплообменник.

Статья Мэтта Хейла, директора по международным продажам и маркетингу HRS Heat Exchangers
___

Сторонники спиральных теплообменников (иногда называемых кожухо-змеевиковыми теплообменниками) указывают на следующие преимущества, которые делают их пригодными для работы со сложными жидкостями:

(1) Обладают хорошими тепловыми характеристиками даже при небольшой разнице температур между двумя материалами.

(2) Утверждается, что их спиральная конструкция и использование одного канала предотвращают загрязнение и обеспечивают «самоочищение».

(3) Компактная конструкция делает их пригодными для установки в местах с ограниченным пространством и/или доступом.

(4) Противоточный поток обеспечивает эффективный способ рекуперации отработанного тепла.

Такие факторы могут автоматически заставить вас думать, что спиральные теплообменники являются идеальным вариантом для сильно загрязненных сточных вод и шлама. Однако, поскольку оказывается, что клиентам довольно часто приходится заменять свои существующие спиральные теплообменники (SHE) на блоки из гофрированных труб, некоторые из этих факторов, возможно, следует рассмотреть более подробно.

Тепловые характеристики

Нет сомнений в том, что теоретически SHE обеспечивают более высокую тепловую эффективность, чем обычные трубчатые конструкции с гладкой поверхностью, благодаря их большой площади поверхности и истинному противотоку. Однако это предполагает, что барьер между продуктом и рабочей жидкостью всегда остается чистым и эффективно работает. На практике часто происходит загрязнение, препятствующее теплообмену. Там, где теплообменник используется для работы с шламом, этот загрязняющий слой может создать двойной барьер для эффективной теплопередачи.

Хотя эти сравнения справедливы для теплообменников с гладкими трубами, они не всегда применимы к теплообменникам с гофрированными трубами. Например, как и SHE, серия HRS DTI типа «труба в трубе» представляет собой настоящий противоточный теплообменник, в котором продукт проходит через внутреннюю трубу, а рабочая жидкость проходит через окружающую оболочку. Использование технологии гофрирования HRS повышает теплопередачу и эффективность работы, а также сводит к минимуму загрязнение.

Необрастающие и самоочищающиеся конструкции

Конструкция SHE может создавать турбулентный поток внутри теплообменника. В свою очередь утверждается, что это снижает вероятность загрязнения, а там, где начинают происходить засорения, поток продукта ускоряется; создание эффекта «скребка», удаляющего закупорку (так называемая «самоочистка»). Теоретически это правильно, но, по нашему опыту, маловероятно во многих реальных ситуациях, особенно когда SHE используются с илом. На самом деле, когда вы читаете дальше брошюры производителей, «самоочистка» часто превращается в «практически отсутствие загрязнения и засорения» — два совершенно разных утверждения.

Более новые конструкции не имеют такого же поддерживающего каркаса для разделения змеевиков, как некоторые более старые модели, поскольку такие конструкции идеально подходят для сбора тряпок и волокон из шлама, что приводит к дальнейшим засорениям и последующему снижению эффективности теплообмена. В результате производители SHE также заявляют, что их блоки легко чистить.

Однако нередко приходится выкручивать 40–50 болтов только для того, чтобы открыть устройство. После открытия конструкция канала для рабочей жидкости содержит большое количество кронштейнов, которые не только придают теплообменнику жесткость, но и затрудняют очистку в ситуациях с шламом. Существует также проблема с дорогими изготовленными на заказ прокладками, которые используются для герметизации SHE и которые необходимо заменять каждый раз при установке крышки.

Производители SHE знают, что пользователи не хотят откручивать 50 с лишним болтов, прежде чем они смогут почистить устройство (и должны снова открутить их все с правильным крутящим моментом). Они также признают, что многие материалы, такие как осадок сточных вод , требуют частой чистки. Чтобы решить эту проблему, они выпускают модели SHE с откидными крышками, которые закрываются с помощью С-образных зажимов, поэтому вам не нужно откручивать болты. Хотя этот тип конструкции улучшает доступ, он увеличивает пространство, необходимое для установки, и противоречит заявлениям о том, что SHE являются самоочищающимися.

Напротив, гофрированная трубчатая конструкция серии HRS DTI уменьшает загрязнение несколькими способами. Конструкция «труба в трубе» обеспечивает гораздо больший канал, чем спираль, что снижает вероятность засорения. Гофрированная внутренняя труба также способствует турбулентности, которая увеличивает теплопередачу и уменьшает загрязнение – именно поэтому компания HRS использует гофрированные трубы. Трубки серии DTI легко чистить и обслуживать. Съемные изгибы делают доступ к трубкам очень легким, и нет необходимости заменять дорогие прокладки.

Многочисленные клиенты обратились к компании HRS с просьбой заменить существующие SHE из-за серьезных проблем, связанных с загрязнением, техническим обслуживанием и ремонтом; все это приводит к длительным периодам простоя и общей низкой производительности.

Компактная конструкция

Крышка на петлях может облегчить очистку предположительно самоочищающегося SHE, но это также означает, что крышка должна иметь место для открывания наружу. Нахождение места для этого сразу же увеличивает пространство, необходимое для установки SHE.

Также следует помнить, что SHE бывают различных форм и конструкций и что многие из более крупных блоков не более компактны, чем другие конструкции, например, на основе трубчатых теплообменников.

Другие преимущества гофрированных двойных трубок

Хотя некоторые из преимуществ, заявленных для SHE, сохраняются при сравнении с гладкими трубчатыми теплообменниками, преимущества уменьшаются по сравнению с гофрированными трубками.

В отличие от SHE, трубы легко снимаются для осмотра, очистки и обслуживания, а также доступны различные фланцевые соединения. Агрегат также выполнен из легко заменяемых секций. В случае внутреннего повреждения теплообменника неисправную секцию можно легко обойти, переместив соединительные колена; замена может быть изготовлена и установлена, когда она будет готова. В отличие от этого, если спираль повреждена, весь теплообменник должен быть удален в мастерскую, где необходимо вырезать много слоев, чтобы добраться до точки отказа. Затем он повторно приваривается, и все отрезанные секции должны быть повторно приварены на место. Стоимость значительна, а время простоя составляет много недель.

Выбор наилучшего решения

Мы считаем, что во многих случаях теплообменник из гофрированной трубы является лучшим решением для сложных материалов, таких как шлам. Однако в самых экстремальных случаях с очень высоким риском загрязнения необходимо будет использовать скребковый теплообменник.

Для выбора наилучшего решения необходимо точно оценить физические свойства обрабатываемого продукта или шлама, а также рабочую жидкость, температуру на входе и выходе и необходимое количество регенерации тепла (если требуется).

При сравнении спецификаций или расценок на различные решения — например, SHE по сравнению с гофрированными трубами — важно убедиться, что вы сравниваете аналоги и что технические характеристики идентичны. Вы также должны оценить, будут ли какие-либо выгоды в эффективности или более низкие капитальные затраты компенсироваться увеличением загрязнения или эксплуатационных расходов в течение всего срока службы устройства.

Мэтт Хейл — директор по международным продажам и маркетингу компании HRS Heat Exchangers. Он начал свою карьеру в пищевой и молочной промышленности в конце 19 века.80-х, прежде чем перейти к продажам в середине 90-х. Он занимается системами теплообменников с 1997 года и занимал ряд должностей в сфере продаж на уровне высшего руководства. Мэтт присоединился к HRS в 2013 году в качестве менеджера по международным продажам, где он использовал свой опыт в управлении ключевыми клиентами и дистрибуции. С 2015 года он отвечает за глобальный маркетинг HRS Group. Мэтт имеет диплом в области управления продажами и маркетингом бизнес-школы Ashbridge.

О ЧАС ТЕПЛООБМЕННИКИ

Имея офисы по всему миру, в том числе в США и Великобритании, компания HRS Heat Exchangers является частью группы HRS, которая предлагает инновационные решения для теплопередачи по всему миру для различных отраслей промышленности. Компания имеет почти сорокалетний опыт работы в секторе очистки сточных вод и специализируется на проектировании и производстве широкого спектра готовых к эксплуатации систем и компонентов, в которых используется технология гофрированных трубчатых и скребковых теплообменников. Установки HRS соответствуют мировым конструктивным и отраслевым стандартам. HRS имеет сеть офисов по всему миру.

Сварные пластинчатые и спиральные теплообменники

О компании NEXSON Group:

ГРУППА NEXSON НАХОДИТСЯ В БУРГУНДИИ, В ЦЕНТРЕ ФРАНЦИИ.

Обладая 30-летним опытом проектирования и производства сварных теплообменников, сосудов под давлением и фильтров, Nexson Group охватывает широкий спектр процессов и областей применения, таких как нефтеперерабатывающая, нефтегазовая, нефтехимическая, коксовая, газовая и сталелитейная промышленность…

ДОЛГОСРОЧНЫЙ ОПЫТ В ПРОЦЕССАХ

Подчеркнутые навыки во всех областях продукции, области знаний во многих различных процессах и успешные достижения в промышленности — это то, что Nexson и его люди могут дать вам.

ИННОВАЦИИ И ВЫ

Постоянно прислушиваясь к потребностям клиентов и рынка, Nexson Group сделала исследования и разработки своим главным приоритетом. Постоянные инвестиции в оборудование позволяют Nexson Group каждый раз предлагать вам лучшее качество на рынке.

МЫ СОПРОВОЖДАЕМ ВАС НА КАЖДОМ ЭТАПЕ ВАШЕГО ПРОЕКТА

Мы не просто поставляем теплообменники. У нас есть специалисты по многим процессам, которые помогут вам оптимизировать производственный процесс. Мы также выступаем в качестве координационного центра, когда речь идет о восстановлении, восстановлении и изменении размеров существующего теплообменника.

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И ЦЕННОСТИ

НАША ИННОВАЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ – ПОКАЗАТЕЛЬ ВАШЕЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ. СОЗДАЕМ НОВУЮ ЦЕННОСТЬ ВМЕСТЕ!

Обладая способностью брать на себя обязательства, создавать, вводить новшества и действовать, наши люди, независимо от их уровня или статуса, являются важными рычагами работы, чтобы наилучшим образом оправдать ваши ожидания, предоставляя консультационные услуги, качество и передовой опыт.

РЕАКТИВНОСТЬ И ГИБКОСТЬ НЕЗАВИСИМОЙ КОМПАНИИ

В значительной степени автономная и опирающаяся на прочную финансовую структуру, Nexson может рассчитывать на долгосрочное будущее как независимая компания , выделяющаяся как инновационный и образцовый игрок в разработке теплообменников.

Мотивация, опыт и навыки команды Nexson в значительной степени способствуют профессиональной поддержке ваших повседневных проектов.

НАДЕЖНОЕ ВРЕМЯ ПОСТАВКИ

Точность доставки является одним из основных контролируемых аспектов качества/производства, на котором мы фокусируемся. Соблюдение сроков поставки – наша мотивация!

ЭКСПЕРТНЫЙ АВТОРИТЕТ, НОУ-ХАУ И МОТИВАЦИЯ

Наша деятельность является результатом приверженности всех сотрудников. От инженера до техника по техническому обслуживанию и помощника по производству, у всех есть острое чувство адаптации, отзывчивость и профессионализм. Они смогли справиться с различными проблемами, с которыми они столкнулись во время крупных глобальных контрактов.

НАДЕЖНОЕ КАЧЕСТВО НАШЕЙ ПРОДУКЦИИ, НАПРАВЛЕННОЕ НА ПОСТОЯННОЕ УДОВЛЕТВОРЕНИЕ КЛИЕНТА

Наше французское производство, сертифицированное по стандарту ISO9001 v2015, гарантирует постоянное удовлетворение клиентов. Он соответствует таким стандартам, как ASME, ГОСТ, PED, U-STAMP, API 664 и т. д.…

СПИРАЛЬНЫЙ ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК

Благодаря своему тепловому КПД, прочности и универсальной конструкции спиральный пластинчатый теплообменник зарекомендовал себя с 1930 года, чтобы быть незаменимым в таких различных областях, как нефтеперерабатывающие заводы, нефтехимия, нефть и газ или окружающая среда…

Способный работать в экстремальных условиях (давление и температура), этот одноканальный теплообменник с эффектом самоочистки стал альтернативой кожухотрубным теплообменникам.

Nexson Group проектирует, разрабатывает и производит ваш спиральный теплообменник из формуемых и свариваемых материалов по вашему выбору (GreenSpiralTM ). Более компактный и в 3 раза более термически эффективный, чем трубчатые теплообменники, этот спиральный теплообменник обеспечивает значительную экономию при установке, эксплуатации и техническом обслуживании.

Наши спиральные пластинчатые теплообменники состоят из 2 концентрических каналов, к которым приварены распорные штифты, образующие зазоры каналов. Каждый канальный зазор и ширина каналов выбираются с учетом конкретных требований и условий работы каждого Заказчика. Он позволяет учитывать расходы, размеры частиц загрязняющих жидкостей и перепады давления. Эти распорные штифты облегчают турбулентный поток в каждом канале.

Одноканальный
Одноканальный поток наших теплообменников делает его уникальной особенностью в мире.
Эффект самоочистки
Благодаря одноканальной конфигурации создается турбулентный поток для работы с жесткими средами.
Поскольку это одноканальный теплообменник, при уменьшении поперечного сечения внутри канала скорость потока будет увеличиваться, вымывая отложения.
Обязанности по загрязнению
Первоначально спиральный пластинчатый теплообменник в основном использовался в целлюлозно-бумажной промышленности, где проблемы загрязнения были частыми при использовании классических кожухотрубных теплообменников (или многоканальных теплообменников) из-за волокон в сточных водах.
Тяжелые условия процесса
Благодаря своей прочной конструкции спиральные теплообменники Nexson предназначены для работы в циклическом режиме. Спиральные теплообменники Nexson могут расширяться без механического повреждения под давлением или повышением температуры.

Спиральные пластинчатые теплообменники могут быть изготовлены из любого материала, который можно формовать и сваривать (углеродистая сталь, нержавеющая сталь, дуплекс, супердуплекс, титан, никелевые сплавы и т. д.) – SA 516 Gr60, SA 516 Gr70, 304 / 304L , 316/316L, УНС С310803, УНС С32205, УНС С32750, 904L, 254 SMO, C276, C22, C2000, титан…

Спиральные теплообменники Nexson используются для расчетного давления от полного вакуума до 80 бар изб. и при расчетной температуре от -200°C до 450°C.

Nexson Group поставляет широкий ассортимент спиральных теплообменников, от индивидуальных до стандартных.

СВАРНОЙ ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК

Невероятная эффективность, уникальный дизайн и компактность

GreenBoxTM — это полностью сварной теплообменник, состоящий из квадратных гофрированных пластин, сваренных вместе, образующих сердце теплообменника. Между пластинами нет прокладки; водонепроницаемость обеспечивается сварным швом. Только съемные боковые панели имеют прокладки для внешнего уплотнения.

Сердце теплообменника GreenBox доступно для осмотра или очистки, если просто снять 4 боковые панели.

Запатентованная конструкция с мягкими углами (узел сердцевины/панелей GreenBox) делает этот теплообменник самым прочным в своей категории и является идеальным решением для работы в сложных технологических условиях при высоких давлениях и температурах.

Greenbox представляет собой концентрат теплового КПД в качестве теплообменника рекуперации тепла, конденсатора, ребойлера или испарителя и может использоваться для устранения загрязнения.