Теплообменники

Теплообменник – это оборудование, предназначенное для обмена тепловой энергией между двумя средами, одна из которых имеет более высокую температуру. В самом общем случае любой аппарат, где одно вещество передает тепло другому, может считаться теплообменником (частое сокращение – т/о). При этом обмениваться энергией могут среды, находящиеся в различных агрегатных состояниях: воздух (пар, газ) и жидкость (вода, масло, химический реагент и другие). Характеристика теплообменника определяется его конструкцией, материалами, производительностью и спецификой применения.

Принцип работы:

Теплообменники работают по разным принципам в зависимости от их конструкции и предназначения. Например, в трубчатых теплообменниках тепло передается между двумя средами, текущими в коаксиально расположенных трубах. Кожухотрубные теплообменники состоят из множества тонких трубок, скомпонованных внутри большой внешней трубы, где одна среда течет внутри трубок, а другая - снаружи. Пластинчатые теплообменники используют ряд гофрированных пластин для обеспечения эффективного теплообмена, при этом среды протекают чередующимися каналами. Пластинчато-ребристые теплообменники имеют дополнительные элементы для улучшения теплообмена. Погружные теплообменники - это простые конструкции, где трубка погружается в жидкость. Спиральные теплообменники хорошо подходят для работы с вязкими жидкостями, их легко чистить благодаря быстросъемным крышкам. В каждом из этих типов особенности конструкции определяют эффективность, области применения и способность к работе в различных условиях.

Открытые и изолированные схемы теплообмена

По принципу действия эти устройства подразделяют на смесительные и рекуперативные (изолированные). В первом случае вещества непосредственно контактируют друг с другом, смешиваясь между собой. Наиболее известный пример – охладительные башни (градирни), находящие применение в тепловых электростанциях и теплоцентралях, металлургических заводах, множестве других крупных объектов индустрии. В них понижение температуры воды происходит вследствие процессов испарения, а приток воздуха отводит в атмосферу образующийся пар. В рекуператоре две среды разделены стенками аппарата, образуя два изолированных независимых контура. Передача тепла между ними происходит вследствие теплопроводности корпуса. В свою очередь принцип действия теплообменной установки изолированного типа может быть непрерывным и периодическим. К последним относятся регенеративные т/о. Распространенный пример – воздухонагреватель (каупер) доменных печей в металлургии. С помощью подобных установок промышленность экономит значительные средства, которые расходовались на разогрев печного дутья.

Разновидности изолированных теплообменников

Особенности состояния и свойств веществ, для которых требуется организовать обмен теплом, привели к появлению большого набора технических решений. Классификация рекуператоров включает более десятка разновидностей. Основные виды, наиболее часто встречающиеся в технике и быту, бывают такими.

Трубчатые. Эта схема появилась одной из первых и в простейшем случае выглядит как две прямые трубы, одна из которых проходит внутри другой большего диаметра. Несмотря на кажущуюся примитивность, трубчатые т/о и сегодня применяют в специфических условиях, где требуются характеристики, недостижимые иным методом. Так, достоинством этого вида аппаратов является их способность работы с потоками жидкостей и газов максимальной скорости или при критических параметрах давления. Иногда для увеличения контактирующие поверхности теплоотвода внутреннюю трубку укладывают спиралью – это всем знакомые змеевики перегонных кубов.

Кожухотрубные. Развитие трубчатой схемы, когда внутренний контур образован не одной, а множеством трубок, объединенных в пучок. Наружная труба исполняет функцию защитного кожуха. Подобные установки традиционно применяли в котельных для отопления и горячей воды. Их плюсы: простота конструкции (можно изготовить в кустарных условиях), долговечность, стойкость к большим перепадам температур. Недостатки: затруднено обслуживание и очистка от накипи внутренних поверхностей, что снижает КПД, а также значительные размеры и масса прибора. Значительная внешняя поверхность приводит к неэффективному расходованию энергии теплоносителя на обогрев окружающего воздуха в котельной.

Пластинчатые. Более современное оборудование, обладающее большим КПД, а также минимальными размерами и малым весом. Такой аппарат состоит из отдельных пластин, имеющих гофрированную поверхность. При их соединении в пакет между отдельными пластинами возникает разветвленная система каналов, а герметичность изолированных контуров достигается упругими прокладками. Форма поверхности создается таким образом, что одни и те же пластины устанавливают в пакет, поворачивая их на 180°, и за счет асимметрии формируются горячая и холодная области. Чтобы противостоять коррозии, для производства пластин применяют высококачественную нержавеющую сталь или цветные сплавы. Поэтому некоторые модели пластинчатых т/о способны длительно контактировать с агрессивными жидкостями, такими как морская вода, химические реагенты, щелочи и кислоты.

Пластинчато-ребристые. Разновидность схемы, в которой каналы между пластин создаются не выштамповкой на поверхности, а дополнительными элементами (ребрами), закрепляемыми сваркой. Герметизация боковых поверхностей производится пайкой или сваркой, благодаря чему конструкция становится неразборной, но получает способность работы при сверхвысоких давлениях – более 100 атмосфер.

Погружные. Примитивная конструкция, в которой изогнутая змеевиком герметичная трубка погружается в бак (емкость) с жидкостью. Несмотря на простоту и низкий КПД, такие устройства дешевы и встречаются в оборудовании, где не требуется большая производительность.

Спиральные. Используются для работы с вязкими жидкостями, несущими значительное количество твердых частиц – в химическом производстве или в нефтепереработке. Имеют быстросъемную боковую крышку, открывающую легкий доступ к внутренним полостям аппарата, что значительно облегчает их обслуживание и чистку, не допуская заиливания каналов.

Особенности устройства пластинчатых теплообменников

Конструкция пластинчатого т/о может быть разборной и цельносборной (паяной, сварной). В первом случае аппарат состоит из большого количества отдельных пластин (от 10 до сотен штук), смонтированных между двумя прижимными плитами на несущей раме. Плотность контакта обеспечивают стяжные шпильки, а герметичность контура – уплотнения из стойкого к повреждениям синтетического каучука. Благодаря особенностям устройства такой теплообменник можно быстро разобрать для промывки пластин с одновременным контролем их состояния и заменой прокладок. Если тепловой мощности установленного агрегата недостаточно, ее легко нарастить, просто добавив к имеющемуся пакету дополнительные пластины.

Сферы применения

Теплообменники находят широкое применение в различных сферах благодаря своей способности эффективно передавать тепло от одной среды к другой. Их используют в энергетике, например, на тепловых электростанциях для охлаждения и нагрева рабочих сред. В химической промышленности теплообменники применяются для контроля температуры в химических реакциях. В нефтяной и газовой отрасли они используются для предварительного нагрева сырья перед процессами переработки. Также теплообменники востребованы в пищевой промышленности, для охлаждения или нагрева продуктов. Они играют ключевую роль в системах центрального отопления и кондиционирования, обеспечивая эффективную передачу тепла. В автомобильной промышленности теплообменники применяются для охлаждения двигателей. Кроме того, их используют в морской промышленности, в системах охлаждения корабельных двигателей. Эти устройства также находят применение в биотехнологии и фармацевтике, где точный контроль температуры критичен для производственных процессов. Многообразие типов теплообменников позволяет подобрать оптимальное решение для каждой конкретной задачи и условий работы.

Наше предложение

Из-за большого разнообразия неспециалисту бывает сложно понять, какое конкретное решение для его ситуации будет предпочтительным. Опытные консультанты компании «Комплексное снабжение» готовы помочь Вам, подобрав наиболее подходящий вид оборудования из сотен, выпускаемых промышленностью. Учитываем все факторы, включая экономический – подберем Вам не только качественную, но и недорогую технику. Обращайтесь по телефону (по РФ связь бесплатна) или на адрес teplo@sn22.ru.