Теплообменник зачем нужен: Что такое теплообменник в системе отопления

Содержание

Что такое теплообменник в системе отопления

Мне очень часто приходиться слышать вопрос от клиентов — что такое теплообменник в системе отопления? Вопрос простой, на первый взгляд нелепый и все же справедливый. Ведь, казалось бы, любая система отопления прекрасно обходиться без теплообменника даже при производстве горячей воды.

Вопрос о непосредственном отборе горячей воды из системы отопления сложен, поэтому давайте разберем его немного позже, в другой статье. А сейчас разберемся с вопросом, зачем в системе отопления стоит теплообменник?

В каждой ли системе отопления есть теплообменник.

Скажу сразу, теплообменник стоит не в каждой системе отопления, и даже более, в нашей стране это редкость. А вот в остальном мире повсеместно. Там все устроено по-другому, котельные работают без персонала, температура на выходе одна, максимально необходимая для обеспечения теплом в самые лютые, по их меркам морозы. Каждый потребитель берет тепла столько, сколько считает нужным, то количество тепла за которое он готов или в состоянии оплатить.

В отопительном контуре в качестве теплоносителя может использоваться не только вода (хотя чаще всего все-таки умягченная с помощью комплексонов и омагниченная вода), это может быть антифриз, масло или другая жидкость, но даже если вода ни кто и не подумает брать воду прямо из системы отопления, эту ему обойдется очень дорого. Вот здесь и приходит на выручку теплообменник, который устанавливается в систему отопления и разделяет ее на две части, систему отопления от поставщика к потребителю и систему отопления самого потребителя.

После теплообменника установленного в системе отопления потребитель ставит множество регуляторов, некоторое подобие нашей системы погодного регулирования, которые следят за температурой в различных комнатах, в системе подачи горячей воды, теплого пола, рекуперации и т.д.


Схема ИТП при независимом присоединении к тепловой сети через теплообменник.

У нас в стране такая система отопления называется независимой, на ней построено большинство блочных тепловых пунктов и основное ее назначение несколько другое, кроме погодного регулирования теплообменник в системе отопления предотвращает выход из строя современных пластиковых труб, которые повсеместно успешно внедряются в современных отопительных системах.

Такие трубы выдерживают максимальную температуру до 90 градусов С, при этом максимальный срок труб из PPRS материалов (а правильно их называют именно так) при такой температуре составляет не более 5 месяцев. Как видите не много, хорошо, что и сильные морозы у нас так долго не держатся.

Надеюсь теперь Вам понятно, что такое теплообменник в системе отопления.

Теперь для любознательных, какой теплообменник чаще всего применяется в независимой системе отопления и как он выглядит.

Чаще всего в блочных тепловых пунктах, построенных по схемам независимого отопления, применяются пластинчатые теплообменники. Устройство теплообменников очень хорошо описано на этом сайте, а вкратце смотрите на рисунке ниже.

Устройство пластинчатого разборного теплообменника.

В основе любого пластинчатого теплообменника лежит набор пластин, перфорированных особым способом штамповкой, для увеличения площади теплообмена и формирования каналов по которым движется вода. Пластины собраны в пакет, на торцевой неподвижной плите имеются патрубки для ввода и вывода теплоносителя греющей и нагреваемой среды, в которые и выведены каналы из пластин.

Где устанавливать такой теплообменник в системе отопления или горячего водоснабжения роли не имеет, отличаются только сами схемы блочных тепловых пунктов и мощность, на которую рассчитаны пластинчатые теплообменники. А подобрать и изготовить пластинчатый теплообменник очень легко, как и потом увеличить или уменьшить его мощность, если конечно ваш теплообменник разборный, а не паяный.

Если кому недостаточно сведений об устройстве пластинчатого теплообменника или блочного теплового пункта, есть необходимость в его подборе или расчете, проектировании рекомендую очень толковый сайт http://ridan-ug.ru/ поставщика теплообменного оборудования Ридан.

А тему сегодняшней статьи — что такое теплообменник в системе отопления можно считать исчерпанной. Есть у Вас есть вопросы по работе теплообменного оборудования задавайте, с удовольствием отвечу, Юрий Олегович Парамонов, ООО Энергостром, 2016 год.

Читать далее — Причины сдерживающее использование блочных тепловых пунктов

Что еще почитать по теме:

Теплообменники для газового котла: битермические, первичные, вторичные

Теплообменник котла является важнейшей деталью современного отопительного оборудования, поэтому от качества этого изделия будет зависеть продолжительность безаварийной работы всей установки. О том, какие материалы применяются для изготовления элемента передачи тепла, а также об основных критериях выбора необходимо знать, прежде чем отправляться в магазин для приобретения нового прибора для обогрева.

Содержание статьи:

Основная функция

Теплообменник для котла необходим для передачи энергии от сгораемого топлива теплоносителю. Учитывая тот факт, что в качестве распространителя тепловой энергии, как правило, выступают различные жидкости, то к этой детали отопительного оборудования предъявляются высокие требования по прочности и устойчивости к высокой температуре.

Для чего нужен теплообменник, несложно понять, если детально рассмотреть принцип работы такого оборудования.

Устройство и принцип работы

Эта деталь представляет собой относительно небольшую ёмкость, которая устанавливается в камеру, где происходит сжигание топлива. Оптимальная форма такого изделия – это зигзагообразная трубка, к которой также могут быть приварены тонкие стальные листы, которые повышают КПД передачи тепла.

В таком изделии циркулирует жидкость, которая после нагрева направляется к радиаторам отопления. Когда теплоноситель остывает, его подают по обратному контуру в котёл.

Классификация теплообменников для котлов

Элементы теплообмена для газового котла могут существенно отличаться по конструкции и использованию. Наиболее часто в тепловом оборудовании используются следующие устройства:

Первичные

Эта категория устройств используется для передачи тепловой энергии непосредственно в камеру сгорания топлива.

Внимание! Первичные теплообменники эксплуатируются в очень жёстких режимах, поэтому должны быть изготовлены из очень качественных материалов.

Вторичные

Вторичный теплообменник нагревается за счёт передачи энергии от теплоносителя другой жидкости.

Такое устройство идеально подходит для обеспечения потребности в горячей воде при наличии отдельного отопительного контура.

Битермические

Битермический теплообменник – это современный и практичный элемент котла отопления.

Такая конструкция состоит из 2 раздельных трубок, установленных одна в другую. Применяются изделия этого типа преимущественно для одновременного нагрева воды для отопления и для бытовых нужд.

Материалы изготовления устройств

Элементы теплообмена могут изготавливаться из различных металлов и сплавов. Наиболее часто такая конструкция состоит из следующих материалов:

  • Стали.
  • Чугуна.
  • Меди.

Стальное изделие является самым недорогим, но обладает относительно невысоким КПД и плохой устойчивостью к агрессивным средам.

Внимание! Частично проблему недолговечности стальной детали можно устранить применением нержавейки.

Чугун значительно долговечнее стали, но может разрушиться при резком изменении температуры теплоносителя. Медные изделия более дорогие, поэтому встречаются реже и используются преимущественно в битермических системах в качестве внутренней ёмкости.

Критерии выбора

При приобретении котла следует, прежде всего, учитывать особенности его работы. Наиболее разнятся требования к эксплуатации в зависимости от используемого топлива.

Теплообменник для газового котла должен быть устойчив к перепадам давления и температуры, а также к агрессивному воздействию кислорода, растворенного в теплоносителе. Оптимальным вариантом для теплового оборудования, использующего газ в качестве источника тепла, является применение изделий из нержавеющей стали.

Теплообменник твёрдотопливного котла изготавливается из материалов, устойчивых к очень высокой температуре.

Внимание! Идеальным вариантом для твёрдотопливного котла является применение чугунного теплообменника.

Популярные производители

Для того чтобы приобрести высококачественное изделие, рекомендуется обратить внимание, прежде всего, на продукцию известных производителей. К этой категории фирм, относятся:

Итальянский бренд, под которым выпускается отопительное оборудование, работающее на различных видах топлива. Приобрести можно как стандартные однокомпонентные изделия, так и сложные битермические изделия высочайшего качества.

Устройства теплообмена от всемирно известного бренда отличаются продолжительным периодом эксплуатации. Приобрести также можно любою модель в зависимости от типа и мощности котельной установки.

Установки теплообмена этой фирмы также отличаются высочайшим качеством и продолжительным периодом эксплуатации.

Определившись с тем, для чего нужен теплообменник в системе домашнего отопления, следует также изучить возможные технические проблемы, которые могут возникнуть при эксплуатации этой детали.

Возможные неисправности

Для того чтобы правильно эксплуатировать котёл отопления, совершенно не обязательно знать, где находится теплообменник. Если жёсткость теплоносителя в норме, а котёл не будет запускаться без предварительного заполнения жидкостью отопительной системы, то можно рассчитывать на длительную работу такого вида оборудования. В противном случае не обойтись без изучения следующего раздела, в котором объясняется, как правильно снять теплообменник с котла.

Демонтаж теплообменника с котла

При необходимости для проведения ремонта можно извлечь элемент теплообмена из котла своими руками. Снятие детали выполняется в такой последовательности:

  • Перекрыть подачу теплоносителя, электроэнергии и топлива к котлу.
  • Снять переднюю крышку.
  • Снять крышку с камеры сгорания.
  • Отключить провода температурного датчика.
  • Снять изделие с переходников.

Внимание! В зависимости от модели тепловой установки последовательность действий и расположение деталей может незначительно отличаться.

Извлечённую таким образом теплообменную деталь можно будет отремонтировать и установить в обратном порядке.

Отзывы пользователей

Владельцы котлов часто самостоятельно осуществляют замену таких элементов котла, в которых образовалась течь, поэтому многие спешат добавить отзывы об установленных деталях на официальных сайтах изготовителей такого типа оборудования, вот некоторые из них:

Денис. г. Тамбов: «Биометрический теплообменник установил в котельный аппарат собственными силами. К сожалению, при разборке пришлось сделать разрез в металле, чтобы вытащить намертво «прикипевшую» деталь».

Сергей. г. Воронеж: «В вопросе — какой теплообменник лучше установить в газовом котле? — пришлось долго разбираться. Наконец было отдано предпочтение двухконтурному изделию, хотя вначале было совсем непонятно, что это такое битермический теплообменник».

В статье подробно рассказано зачем нужен теплообменник в котле отопления. Этот элемент является абсолютно необходимым для полноценного функционирования отопительной системы. Если возникли серьёзные неполадки в работе оборудования, а собственных познаний недостаточно в ремонте сложных отопительных систем, то лучше обратиться за помощью к специалистам.

для чего нужен и как работает теплообменник

Информационная статья

Теплообменник универсальный — предназначен для эффективного нагрева воды в выносном баке или отопительной системе за счет естественной циркуляции, в печах-каменках для бани и отопительных печах.

Теплообменник — одна из ключевых опций системы Свободной Трансформации (FT), с помощью которого производится быстрый нагрев воды в выносном баке или в отопительном контуре за счет естественной циркуляции.

В настоящее время наше предприятие производит 2 вида теплообменников, они выглядят одинаково, но отличаются применяемой при их изготовлении разной нержавеющей стали. Есть теплообменник из жаростойкой нержавеющей стали AISI 430, а есть теплообменник из жаропрочной нержавейки AISI 304 (не магнитится) – эта сталь более высокого качества и отличается большей прочностью при различных тепловых нагрузках, стойкостью к агрессивным средам и кислотам (не вступает в реакцию)

Уникальность фирменного теплообменника с торговой маркой «Ермак» подчеркивают следующие отличительные свойства:

  1. Эффективность. Конструкция печи и встраиваемого в нее теплообменника, разработана таким образом, чтобы максимально обеспечить быстрый нагрев воды в баке или системе отопления.
  2. Универсальность. Использование теплообменника, как опции, позволяет его использовать в целом ряде печей — это относится к новой линейке банных печей на основе (FT), а также, к отопительному оборудованию — печь-камин «Садовый». При разработке новых изделий, будет, также, учитываться применение данной опции. Пользователь, который уже после приобретения новой печи (FT), задумался об использовании теплообменника, может всегда его приобрести и расширить функциональность оборудования. ;
  3. Простота монтажа и демонтажа. В зависимости от условий планировки печи и размещения бака в банном помещении, возможно использование теплообменника либо с правой, либо с левой или с двух сторон изделия одновременно. Смонтировать теплообменник может неподготовленный пользователь в течении 20-30 минут. Замена его, производится, также, оперативно, не потребует разборки печи и ее транспортировки в сервис.
  4. Надежность. Безопасность и долговечность теплообменника обеспечивается технологией непрерывного сварного шва на специальном оборудовании. А заложенном в изделие большого запаса прочности, позволяют говорить испытания теплообменника, где давление было в 3 раза выше, предусмотренного техническим заданием.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

В теплообменнике применяется специальная жаростойкая нержавеющая сталь, технические характеристики приведены в таблице — 1. В корпус теплообменника- 5, закручиваются два удлиненных сгона 4. Изделие монтируется из топки печи на одну из боковых стенок 3 и через распорные втулки 2, закрепляется гайками 1.

Возможные варианты использования теплообменника изображены на рисунке 3 (банная печь) и 4 (отопительная печь)

Рисунок — 3. Теплообменник в конструкции печи каменки

Рисунок — 4. Теплообменник в конструкции печи-камина

1. Планки. 2. Кожух печи. 3. Заглушки. 4. Гайки. 5. Шайбы. 6. Теплообменник. 7. Втулки. 8. Гайки. 9. Сгоны

ВАРИАНТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕННИКА В ПЕЧАХ-КАМЕНКАХ И ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПЕЧАХ

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛООБМЕННИКА В БАННОЙ ПЕЧИ – ЕРМАК-16 (2012) 

При планировке бани, где есть необходимость размещения бака нагрева воды или контура отопления в смежном помещении, используют один или два теплообменника. За счет нагрева и естественной циркуляции пользователь получает горячую воду в выносном баке (рисунок 4-5) и в системе водяного отопления (рисунок — 6). Эффективность использования печи возрастает за счет более равномерного распределения теплового потока.

Рисунок 4. Применение теплообменника в банной печи с выносным баком в парилке

Рисунок 5. Применение теплообменника в банной печи с выносным баком в смежном помещении. 

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛООБМЕННИКА С ОТОПИТЕЛЬНЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ — ПЕЧЬ-КАМИН «САДОВЫЙ» ОВ/ЧП/С

При использовании системы отопления в помещении, для качественного и быстрого нагрева, теплообменник встраивается в отопительную печь. Возможно использовать сразу два теплообменника для двух различных независимых контуров отопления, в этом случае общая теплоотдача сети и коэффициент полезного действия оборудования возрастут.

  1. Печь-камин
  2. Теплообменник
  3. Подающие трубы
  4. Расширительный бак
  5. Батарея отопления
  6. Обратная труба
  7. Предохранительный клапан
  8. Биметаллический термометр

Более подробная информация представлена в руководстве по эксплутации теплообменика. Руководство по эксплуатации на теплообменник (PDF, 5.1 Mb)

Подобрать и купить теплообменник вы можете в этом каталоге

Теплообменник для бани – подключение и установка: как сделать, установить и подключить рекуператор в банной печи

Содержание

Сделав правильный выбор отопительного оборудования, можно париться и мыться без покупки и установки бойлера. Надежный, современный, вместительный теплообменник для бани отлично справится с ролью нагревателя: он сможет поставлять в накопительный бак нужный объем горячей воды. В этой статье вы узнаете существующие сегодня варианты и особенности работы технического средства, практические достоинства и наиболее популярные модели.

Что это такое 

Устройство служит для нагрева воды в бане. Его принцип работы основан на физических свойствах горячей воды, расширяющейся и поднимающейся вверх, а холодная при этом остается внизу.

Обычно теплообменник небольшого размера, поэтому жидкость в нем быстро нагревается. К нему присоединяются две трубы – снизу и сверху. Таким образом, горячая по верхнему патрубку, замещаемая снизу холодной, поднимается в бак, который может находиться как в парилке, так и в смежном помещении, как правило – в мойке. При этом вода низкой температуры по нижней трубе постоянно без принудительной подачи добавляется в устройство для нагрева. 

Варианты нагрева воды в бане от печи

Выделяют следующие модели:

1. Емкость самоварного типа – устанавливается на выходной патрубок дымохода. Нагрев происходит за счет тепла уходящих в трубу дымовых газов. К штуцеру на дне бака подсоединяется кран для разбора горячей воды. Если у вас нет помывочной, то данный вариант будет отличным решением для нагрева. Мы рекомендуем обратить внимание на следующие условия эксплуатации:

  • использование бака самоварного типа допускается только с печами для бань;
  • запрещается эксплуатировать пустой бак во время работы печи;
  • если вы хотите получить «финскую сауну» данный вариант нагрева воды вам не подойдет, так как в случае долгого разогрева парной жидкость начнет кипеть, из-за чего образуется тяжелый пар.



2. Теплообменник самоварного типа (небольшого размера с возможностью подключения к баку), который можно расположить в любом месте. Удобен тем, что при его наличии, бак можно разместить в помывочной. Из очевидных преимуществ перед остальными вариантами – быстро нагревает воду.


3. Теплообменник, который устанавливается на стартовый дымоход.

4. Стартовый дымоотвод + бак-рюкзак – вариант с нахождением в парной и отсутствием регулируемой конвекции для прогрева помещения.
Емкость соприкасается со стенкой трубы дымохода, за счет чего происходит нагрев жидкости. Из недостатков также можно отметить, что данная модель не имеет защиты от жесткого инфракрасного излучения, и в случае сильного нагревания, вода начинает кипеть.

5. Дымоход-конвектор со встроенным в него нагревателем. 

Особенности: регистр находится внутри трубы, из которой выходят 2 одинаковых штуцера ¾ дюйма с внутренней резьбой. С помощью патрубков устройство соединяется с баком, висящим в удобном месте.

Может быть:

  • Вмонтирован в печь – при появлении накипи теряет КПД.
  • Расположен возле дымохода (на нем) – медленнее обеспечивает нагрев до необходимой температуры, зато на его внутренней поверхности ничего не оседает, к нему имеется легкий доступ, и его ремонт не составляет труда.

Выбор зависит от пользователя: чему отдать предпочтение, производительности или комфорту в обслуживании, экономии полезной площади или топлива. 

Различие по видам

Простейшие конструкции теплообменников представляют собой змеевики с выведенными из резервуара концами: один забирает жидкость комнатной температуры, другой – выпускает уже горячую.

Более сложные являются системой, состоящей из двух металлических резервуаров с антикоррозионными свойствами – цилиндрической и прямоугольной формы с соединительными трубами.

По месту расположения бака с водой 

Выделяют два способа:

  1. На этой фотографии представлен вариант монтажа теплообменника в парной, а бака в помывочной.
  2. Второй вариант – это монтаж теплообменника с баком внутри парной.

Преимущества установки теплообменника в парной

  • высокая скорость нагрева воды;
  • экономия свободного пространства парной;
  • широта вариантов установки бака – в парилке или в душевой.

Особенности установки и работы теплообменника

Устанавливается между топкой и конвектором:

  • встраивается в печь; 
  • крепится на дымоход;
  • или встраивается в него.

Производительности устройства емкостью в 5 л хватит для быстрого наполнения горячей водой 120-литрового бака. Пользоваться просто – достаточно организовать своевременную подачу жидкости (бесперебойность можно обеспечить использованием циркуляционного насоса) и «кормить» топку дровами.

При монтаже теплообменника (рекуператора) для бани необходимо учесть следующие моменты:

  • суммарная протяженность труб для подачи воды должна укладывается в 3 м, что минимизирует теплопотери;
  • при диаметре соединительных труб в 1 дюйм, допускается не применять циркуляционный насос.

Чем дольше эксплуатируется теплообменник, тем более оправданной с экономической точки зрения оказывается установка.

Правила установки теплообменника на банную печь

Необходимо руководствоваться следующими правилами:

  • Теплообменник обязан потреблять не более 10% от общей энергии, производимой печью, тогда последняя будет функционировать с хорошим КПД.
  • Трубы нужно прокладывать так, чтобы вода шла самотеком, то есть под 250-градусным уклоном на прямой подаче и 30-градусным – на обратной.
  • Важно заложить запас мощности на остывание после прогорания топлива.
  • Требуется обеспечить достаточный объем воды для каждой отдельной модели, ведь если ее будет слишком мало, она быстро закипит, что чревато образованием отложений на стенках и возникновением пожароопасной ситуации, а если чересчур много, придется долго ждать, прежде чем принять душ.

Как подключить теплообменник, если бак находится в парной:

  • Вход в бак горячей воды должен быть как min на 5 см выше, чем верхний штуцер регистра. Это нужно для лучшей циркуляции.
  • Верхний регистр от 1,4-1,5 м от пола, это при том, что подиум под печь составляет 15 см. Низ бака в парной должен быть не ниже 1,5 м, а лучше выше.
  • Если бак высотой 0,5 м, то тогда мы имеем в сумме установку 2,0 м. Значит до потолка еще полметра. И тут возникает вопрос: как заливать жидкость. Если есть водопровод, то вода будет поступать без проблем.

Второй вариант подключения: бак ставим ниже, а штуцер для подводящего контура ставим сбоку. Но есть нюанс, если уровень воды будет ниже верхнего штуцера, циркулирования не будет. В теплообменнике она будет стоять и периодически доходить до кипения, а в баке она так и будет прохладной.

Если требуется разместить бак в помывочной, следует соблюдать те же принципы, что и при его расположении в парной.

Чем и как соединять внешний бак с теплообменником

Помните, что элементы, контактирующие с печкой, накаляются, температура их поверхности превышает 100 0С. Поэтому патрубки должны быть из нержавейки (чугун не подойдет, так как он подвержен коррозии). А вот обычные трубы допускаются из металлопластика, их даже можно заменить гибкими шлангами. Главное, чтобы диаметр был 1 дюйм или 3/4, иначе циркуляция будет плохой.

Уплотнители используйте из тангита, прокладки для фитингов – из паронита. Не стесняйтесь заменять заводские элементы нестандартными, но выполненными из термостойкого материала. Не забудьте о сливном кране – он просто необходим, чтобы законсервировать систему на сезон холодов или для быстрого удаления застоявшейся жидкости. В обратном случае, во время морозов оставшаяся вода замерзнет и разорвет трубы. 

Обзор печей с теплообменником

Существуют встраиваемые модели теплообменников. Ниже мы рассмотрим популярные из них.

Банная печь с бойлером

Начнем с того, насколько такое решение обосновано с экономической точки зрения. Монтаж данного устройства повышает КПД используемого оборудования. С ним отработанные газы не просто бесполезно улетают в атмосферу, но и попутно нагревает воду, которую затем можно использовать для купания или других бытовых нужд. Поэтому он многократно оправдывает факт своей установки в долгосрочной перспективе.

Везувий Скиф 16 ВЧТ

Мощная и скоростная, с право- или левосторонним расположением нагревателя воды, оборудованная сеткой. Может похвастать стальной топкой с толстыми стенками (8 мм), благодаря которым не боится даже постоянного воздействия высоких температур.

Торнадо 20М2

Производительная, тяжелая (125 кг). Оснащена чугунной дверцей, встроенным теплообменником и вместительным боковым кожухом, рассчитанным на 240 кг камней. Должна устанавливаться на усиленный фундамент. Зато и КПД впечатляющее.

Harvia 20 SL Boiler

Каменка от финского производителя, весящая 75 кг, с 40 кг камней. Современная, с рекуператором в виде бака, с выносной конструкцией и вмонтированным конденсатором, рассчитана на парилку площадью до 20 м3. Обладает устойчивыми ножками и нержавеющей рамкой, отличается плавными формами и привлекательным дизайном.

Установка и подключение теплообменника и бака в бане

  • Найдите подходящее место для монтажа выносного резервуара. Если все детали конструкции располагаются в одном помещении, его чаще всего вешают на ближайшую к нагревательному агрегату стену, выше рекуператора на 200-300 мм.
  • Закрепите дюбелями деревянные плашки – это те направляющие, на которые вы навесите бак. Это нужно, чтобы емкость не прикасалась своей горячей поверхностью к элементам интерьера.
  • Укрепите сборку кронштейнами – для большей надежности.
  • Оснастите выносной бак 4 патрубками, после чего, используя фитинги, два первых соедините с соответствующими у бака (для прямой и обратной подачи воды), третий закройте клапаном, к четвертому подключите душ (кран).
  • Установите (в нижней точке) вентиль на реверсной линии – для слива воды.
  • Подключите все элементы и проверьте систему на отсутствие протечек.

Что нужно знать об эксплуатации

Если вы ознакомились с инструкцией, купили теплообменник в баню, убедитесь, что выполняются следующие условия:

  • Крепежные соединения должны быть подвижными – это поможет минимизировать деформацию узлов рекуператора под влиянием высоких температур.
  • Уплотнители обязаны быть изготовлены из термостойких материалов.
  • Емкость выносного резервуара выбирается из такого расчета, чтобы он вмещал объем воды, нагреваемый за 2 часа.
  • Важно, чтобы соблюдалась полная совместимость с отопительным агрегатом.
  • Устройство должно потреблять не более 10% энергии, вырабатываемой печью.

Безопасность при эксплуатации

Чтобы предупредить возникновение аварийных ситуаций, соблюдайте следующие меры предосторожности:

  • не крепите трубы непосредственно к стенам;
  • следите, чтобы в баке всегда хватало воды, иначе быстро столкнетесь с проблемой накипи или даже с пожароопасной ситуацией;
  • постоянно проверяйте работу аппарата и бейте тревогу при ее резком нарушении;
  • используйте только термостойкие прокладки и регулярно обращайте внимание на то, в каком они состоянии.

Простейшие теплообменники

Для облегчения выбора агрегата предлагаем вам ознакомиться со следующими вариантами.

Змеевик для печей

Простейший вариант теплообменника – труба (из алюминия, меди или другого пластичного и антикоррозионного металла), загнутая в спираль или, реже, иной формы. Носитель по нему эффективно движется самотеком, если общая его длина менее 3 м. Нагревается за счет раскаленного воздуха, а не контакта с огнем. На концах такой конструкции производят резьбу (наружную) – для фитингового соединения с баком.

Располагать змеевик можно как прямо в топке, внутри, так и вне ее. Форма его бывает самой разной, начиная от простейших U-образных подков, продолжая уже упомянутыми спиралями с различным количеством витков и заканчивая сложными сварными регистрами. Последние делают ради повышения надежности и уменьшения энергопотерь, но так как они получаются крупногабаритными, то их, как правило, ставят в просторные каменки.

Прямоугольный бак на трубе

Это еще один тип – уже не внутренняя цилиндрическая емкость, а конструкция, состоящая из воздухонепроницаемого корпуса, выполненного из нержавеющей стали.

Принцип действия остается таким же – нагреваемая жидкость поднимается в резервуар, охлажденная идет обратно. В реализации для него подойдет дымоход диаметром Ф115мм (без применения переходника) или 110мм (с использованием), а попадание отработанного пара в комнату почти исключено. Правда, система должна быть герметичной, важно своевременно пополнять конструкцию водой.

Рекомендации опытных мастеров

Вот еще несколько советов, подсказывающих, как установить теплообменник в бане максимально рационально:

  • Если не планируете использовать циркуляционный насос, делайте трубопровод под уклоном в 50, чтобы жидкость смещалась за счет самотека.
  • Не берите слишком большой бак и/или не заливайте в него чересчур много воды, она ведь просто не успеет дойти до комфортной температуры за нужное вам время.
  • Уделяйте максимум внимания герметизации – при сборке не стесняйтесь по несколько раз проверить качество каждого соединения.

Выбирайте долговечные материалы и подходящую конструкцию, верно производите расчеты, строго следуйте инструкциям и рекомендациям. Грамотный мастер знает, как сделать и подключить теплообменник в бане, ведь правильная установка будет залогом безопасной эксплуатации оборудования, а значит и комфортного купания после парилки.

Напоследок видео о том, как устроена универсальная модель теплообменника:



Что такое теплообменник и зачем он нужен?

Что такое теплообменник и зачем он нужен?

Для чего нужен теплообменник? Теплообмен — это процесс во время которого происходит передача тепла. А аппараты, в которых этот процесс происходит, это теплообменники.

Что такое теплообменник?

Чтобы понять, что такое теплообменник, необходимо ознакомиться с конструкцией такого агрегата, который включает следующие элементы:

  • основную прижимную плиты;
  • опору;
  • верхнюю и нижнюю направляющие;
  • направляющий ролик;
  • стяжную шпильку и гайку;
  • крепежные болты;
  • резиновые прокладки;
  • пластины;
  • типовую табличку.

Качество этих элементов определяет эксплуатационный срок такого оборудования.

Виды теплообменников и их особенности

Для правильного выбора важно разбираться, какие бывают теплообменники. Производители условно делят их на рекуперативные аппараты и смесительные. Если в процессе участвуют два агента, то такой аппарат называют рекуперативным. А если происходит смешения теплого и холодного потоков — то смесительным.

Наиболее распространённые в промышленности рекуперативные виды, которые могут быть:

  • кожухотрубчатыми — агрегаты, у которых в одной тубе течет холодная среда, а в другой — горячая.
  • погружными — бак, заполненный жидкостью, внутри которого находится змеевик со второй средой;
  • спиральными — к перегородке приклеивается несколько спиралей, и используется для работы с вязкими средами;
  • пластинчатыми — самый распространенный вид, имеющий пластины, собранные между собой и заполненными различными средами;
  • труба в трубе — устройство, в котором одна трубка вставлена во вторую;
  • оросительными — собраны в несколько труб, по поверхности которых течет охлаждающая жидкость, поэтому часто используется как конденсатор.

К положительным характеристикам теплообменников относят:

  • обширный ассортимент моделей, включающий разнообразные размеры;
  • возможность самостоятельной регулировки количества пластин, благодаря чему можно изменять площадь поверхности;
  • обладание высоким коэфициентом теплопередачи;
  • легкую эксплуатацию, что важно для простого разбора, промывки и сборки;
  • простой ремонт, поскольку каждую пластину можно заменить.

Но такие агрегаты имеют и минусы, которые заключаются в:

  • контроле давления, которое не должно быть более 25 кг/кв.см;
  • установке температуры, не превышающей 200 градусов;
  • боятся большой концентрации различных примесей, чтобы на поверхности не образовывались отложения.

Реагирование на ограничения в работе гарантирует более длительный эксплуатационный период.

Для чего нужны теплообменники

Теплообменники необходимы для выполнения таких функций:

  • использования остаточного тепла в результате применения электрической энергии;
  • контроля химических процессов, необходимых для поддержки нормального температурного режима.

Новые модели просты и безопасны в использовании. В пищевой индустрии нужны для пастеризации, а в металлургии выступают в роли охладителей. В судостроении необходимы для поддержания функционирования системы охлаждения двигателя. В нефтяной отрасли — для крекинга.

Как правильно выбрать промышленный теплообменник

На рынке предлагаются различные теплообменники. Чтобы не ошибиться с выбором нужно учитывать основные правила подбора оптимального агрегата. Если задаетесь вопросом, как выбрать теплообменник, то стоит обратить внимание на такие моменты:

  • температуру в контуре;
  • тепловую нагрузку;
  • показатели температуры и рабочее давление;
  • допустимые потери напора;
  • уровень загрязнения среды, в котором работает агрегат;
  • индивидуальные характеристики.

Принцип функционирования такого устройства заключается в том, что главный элемент в этом процессе — жидкость. Она движется по каналам, благодаря гофрированным пластинам, которые по материалу делят на:

  • латунные;
  • медные;
  • из нержавеющей стали.

Латунные аппараты рекомендуются к применению для систем высокого давления. Медные — в пивной промышленности, которая требует резкого охлаждения пива за счет эффекта большой теплопроводности. Теплообменники — увеличивают скорость технологического процесса, повышают его эффективность и снижают расход ресурсов. При трудностях выбора подходящей модели всегда можно обратиться к профессиональному менеджеру, который позволит подобрать оптимальный агрегат под конкретные потребности.

Зачем нужен теплообменник для бассейна?

Прошли времена, когда вода в открытом бассейне нагревалась солнцем.

Современные теплообменники обеспечивают поддержание комфортной температуры воды в открытом или закрытом бассейне практически круглый год. В чем преимущества использования такого оборудования, каков принцип действия и что учитывать, покупая теплообменник для бассейна?

Как работает теплообменник

Технология нагрева воды теплообменником кардинально отличается от принципа работы проточного электрического нагревателя. Теплообменники для бассейна подключают к тепловым агрегатам: солнечным панелям, газовым или топливным бойлерам, тепловым насосам или электрическим водонагревателям. Нагрев в устройстве происходит за счет отопительного контура, а электрическая энергия потребуется только для включения прибора. Поэтому такие устройства считаются наиболее экономичными с точки зрения потребления энергии.

Оборудование автоматически определяет количество тепла, которое находится в центральной системе отопления и перераспределяет его в емкость для подогрева воды. При этом температура в отапливаемом помещении не снижается. Подогрев осуществляется в результате взаимодействия холодной воды и горячего теплоносителя.

Конструкция устройства

Теплообменник представляет собой колбу, внутри которой расположен змеевик. Для нагрева воды в бассейне используются спиральные или трубчатые агрегаты. Узел теплообмена последних устройств состоит из пучка трубок, которые расположены в решетке из полиамида. К преимуществам таких устройств относится большая площадь контакта жидкости с теплоносителем и низкое гидросопротивление теплообменника контуру с горячей водой. Трубчатые теплообменники менее требовательны к чистоте перекачиваемой воды, но специалисты рекомендуют монтировать их только после фильтрационной установки. На сайте http://aquapolis.ua/ предложены качественные теплообменники, произведенные в Германии, Великобритании и Китае.

Расчет мощности

Производители выпускают теплообменники различной мощности, которая достигает 200 кВт. Для малых и средних по объему домашних бассейнов понадобится устройство мощностью 30 кВт и выше. Чтобы подобрать мощность теплообменника, учитывают требуемое время нагрева первично залитой холодной воды в чашу бассейна. Также берут во внимание объем емкости, теплопотери и желаемую температуру воды. Минимальная граница подбора мощности равна 0,7 объема воды при полном заполнении чаши.

Установка

Теплообменник советуют устанавливать перед оборудованием для дезинфекции, но после насосной и фильтрующей воду станций. Некоторые модели оборудования могут монтироваться в двух положениях — вертикально и горизонтально. При подключении обязательно соблюдается противоположное направление потока первичного и вторичного контуров. Подключение контуров выполняется через запорные вентили.

Поделиться с друзьями

Поделитесь с друзьями в соцсетях

Не понравилось 0 чел. Понравилось 0 чел.

Роль теплообменника в системе отопления

В контуре с горячим носителем можно использовать воду, антифриз, масло – любую неагрессивную для оборудования жидкость.

Теплообменник создает независимую систему теплоснабжения и разделяет ее на 2 части (поставщика и потребителя), позволяя пользователю влиять на температуру в квартире, а котельной экономить ресурсы.

Зачем нужен теплообменник в ИТП?

Индивидуальные тепловые пункты умеют устанавливать оптимальную температуру горячей среды в соответствии с наружной температурой. Такая способность экономит около 40% энергии и регулирует затраты теплоносителя, что делает автоматизированные ИТП на голову выше бойлеров

Подключать ли теплообменник для ГВС?

Чтобы прокачать эффективность работы кожухотрубного теплообменника, увеличивают габариты змеевика. Но чем больше длина и ширина, тем труднее монтировать конструкцию. Это создает дополнительные сложности в проектировании, установке и обслуживании.

Аналог такой системы – пластинчатый теплообменник. Он позволяет доставлять и стягивать стальные пластины, увеличивая энергоэффективность без наращивания габаритов.

Размер имеет значение! Пластинчатое устройство, аналогичное по эффективности кожухотрубному, будет иметь в 3 раза меньшие габариты. Поэтому при монтаже ГВС выбирают теплообменник с пластинами.

Зачем котельной теплообменник?

При проектировании теплового пункта чаще предусматривают 2 теплообменника. Они защищают систему от гидроударов, плохого качества теплоносителя, предотвращают образование накипи в котлах и увеличивают срок службы оборудования.

Теплоснабжение с 2 независимыми контурами более удобно в эксплуатации – параметры каждой части системы регулируются отдельно.

А вода из котлов поставляет тепло через пластины на греющие среды вторичного контура, снижая нагрузку на систему.

Теплообменники | Ipieca

Последнее рассмотрение темы: 1 февраля 2014 г.

Сектора: Downstream, Midstream, Upstream

Теплообменники используются для передачи тепла от одной среды к другой. Эти среды могут быть газом, жидкостью или их комбинацией. Среды могут быть разделены сплошной стенкой для предотвращения смешивания или могут находиться в непосредственном контакте. Теплообменники могут повысить энергоэффективность системы за счет передачи тепла от систем, где оно не требуется, к другим системам, где его можно использовать с пользой.

Например, отработанное тепло выхлопных газов газовой турбины, вырабатывающей электроэнергию, может быть передано через теплообменник для кипячения воды для приведения в действие паровой турбины для выработки большего количества электроэнергии (это основа технологии газовых турбин комбинированного цикла).

Другим распространенным применением теплообменников является предварительный нагрев холодной жидкости, поступающей в нагретую технологическую систему, с использованием тепла горячей жидкости, выходящей из системы. Это снижает затраты энергии, необходимые для нагрева поступающей жидкости до рабочей температуры.

  • Специальные области применения теплообменников включают:
  • Нагрев более холодной жидкости за счет тепла более горячей жидкости
  • Охлаждение горячей жидкости путем передачи ее тепла более холодной жидкости
  • Кипение жидкости с использованием тепла более горячей жидкости
  • Кипение жидкости при конденсации более горячего газообразного флюида
  • Конденсация газообразной жидкости с помощью охлаждающей жидкости [Ссылка 1]

Жидкости в теплообменниках обычно текут быстро, чтобы облегчить передачу тепла за счет принудительной конвекции. Этот быстрый поток приводит к потерям давления в жидкости. Эффективность теплообменников относится к тому, насколько хорошо они передают тепло по отношению к потерям давления, которые они несут. Современная технология теплообменников сводит к минимуму потери давления при максимальной теплопередаче и отвечает другим конструктивным требованиям, таким как устойчивость к высокому давлению жидкости, сопротивление загрязнению и коррозии, а также возможность очистки и ремонта.

Чтобы эффективно использовать теплообменники на многопроцессорном объекте, тепловые потоки следует рассматривать на системном уровне, например, с помощью «анализа пережатия» [вставьте ссылку на страницу анализа пережатия].Существует специальное программное обеспечение для облегчения этого типа анализа, а также для выявления и предотвращения ситуаций, которые могут усугубить загрязнение теплообменника (см. Пример из практики 1 ).

Применение технологии

Теплообменники

доступны во многих типах конструкции, каждая из которых имеет свои преимущества и ограничения. Основные типы теплообменников:

Кожухотрубный — Наиболее распространенный тип конструкции теплообменника состоит из параллельного расположения труб в кожухе [Рисунок 1]. Одна жидкость течет по трубкам, а другая жидкость течет через оболочку по трубкам. Трубки могут быть расположены в оболочке, чтобы обеспечить параллельный поток, противоток, перекрестный поток или и то, и другое. Теплообменники также могут быть описаны как имеющие трубную компоновку с одноходовым, многоходовым или U-образным расположением труб. Благодаря своей трубчатой ​​конструкции этот тип теплообменника может выдерживать большие давления. Теплообменник может иметь одну или две головки на корпусе и несколько входных, выходных, вентиляционных и дренажных патрубков [ссылка 2].

Рисунок 1 : Поперечное сечение кожухотрубного теплообменника с одноступенчатой ​​конфигурацией s, противоточной конфигурацией , большими сегментными перегородками и двумя кожухотрубными головками [ссылка 3].

Элементы, отклоняющие поток, часто устанавливаются в кожухотрубных теплообменниках для улучшения теплопередачи между жидкостями за счет создания более турбулентного потока межтрубной жидкости и более перпендикулярного потока по трубам. Такие функции должны быть тщательно спроектированы, чтобы свести к минимуму потери давления и образование «мертвых зон».Мертвые зоны — это области с медленным или остановленным потоком жидкости, которые могут привести к засорению (отложению твердых частиц) в теплообменнике.

Общие функции отклонения потока включают:

  • Сегментные перегородки (расположенные в шахматном порядке перпендикулярные перегородки, каждая из которых блокирует часть стенки корпуса; см. рис. 1),
  • Дисковые и кольцевые перегородки – расположенные в шахматном порядке круглые и кольцевые перегородки направляют поток со стороны кожуха попеременно в направлении от оси кожуха и к оси кожуха
  • Спиральные перегородки, расположенные под углом для обеспечения спиралевидного потока вокруг корпуса
  • Стержневые перегородки – решетки из стержней, обычно перпендикулярные оси оболочки. Трубки проходят в осевом направлении через промежутки между стержнями
  • Трубные вставки – вставки, такие как змеевики из длинной проволоки, помещаются внутрь трубок для создания турбулентного потока и минимизации загрязнения

Рисунок 2. Спиральные перегородки –  Обратите внимание, что перегородки на самом деле должны иметь много отверстий, позволяющих проходить трубам по длине кожуха. [Ссылка 4]

 

Еще одним подходом к отклонению потока является конструкция «витая трубка» от Koch Heat Transfer Company.В этой конструкции трубки сплющены в овалы и скручены в длинные спирали, а затем сложены вместе. Спиралевидный поток жидкости как в кожухе, так и в трубе обеспечивает хорошую теплопередачу при относительно низких перепадах давления.

Рисунок 3 – Трубные вставки, выступающие из труб в кожухотрубном теплообменнике 5

 

Рисунок 4. Трубы теплообменника с витыми трубами и схема потока 6

 

Пластина и рама – тонкие параллельные пластины уложены вместе для создания широких параллельных каналов.Горячие и холодные жидкости текут по чередующимся каналам. Пластины разделены прокладкой или сваркой и могут иметь узоры, способствующие турбулентному потоку. Пластины уложены друг на друга, а дополнительные пластины могут быть добавлены к конструкциям прокладок для увеличения теплопроизводительности. Поток может быть организован либо параллельным, либо встречным потоком. Большая площадь поверхности, обеспечиваемая пластинами, означает, что пластинчатые и рамные теплообменники могут обеспечивать больший теплообмен между двумя жидкостями при заданном объеме по сравнению с кожухотрубными теплообменниками.

Рисунок 5: Схема пластинчато-рамного теплообменника

Другие типы. Вариации предыдущих типов теплообменников включают пластинчато-ребристые, пластинчато-кожуховые, спиральные, воздухоохладители с мокрой поверхностью и двухтрубные.

Обсуждаемые до сих пор теплообменники содержат обе жидкости по отдельности. Однако существуют две другие категории теплообменников:

  • Открытый поток — одна жидкость содержится, а другая нет.Примеры включают автомобильный радиатор, погружной нагреватель бака, реберные/вентиляторные охладители или воздуховоды
  • .
  • Прямой контакт – несмешивающиеся среды вступают в прямой контакт. Градирня используется для охлаждения воды, когда она распыляется в потоке охлаждающего воздуха. Воздух и вода не смешиваются, но в процессе испарения происходит теплообмен. Охлажденная вода затем собирается и возвращается на установку8. Другие теплообменники этого типа включают регенеративные и распылительные колонны с вращающимся колесом. Обратите внимание, что если две жидкости не разделяются, то устройство называется нагревателем или охладителем.Например, в разбрызгивателе пароводяного резервуара пар поглощается водой по мере ее охлаждения и конденсации.

Рисунок 6: Поперечноточная градирня, тип теплообменника прямого контакта

Обзор преимуществ и ограничений этих типов теплообменников показан в таблице ниже:

Таблица 1: Сравнение различных типов теплообменников

  • Тип Преимущества Ограничения
  • Кожухотрубный Высокоэффективный
  • Высокое рабочее давление Большой размер
  • Для очистки требуется двойное пространство
  • Трудно очищаемая сторона кожуха
  • Плита и рама Самые высокие коэффициенты теплопередачи
  • Низкий перепад давления
  • Легче чистить, чем кожухотрубный
  • Малый размер
  • Возможность расширения
  • Более близкие температуры приближения Низкое рабочее давление
  • Более подвержен загрязнению более крупными частицами, чем кожухотрубный
  • Прямой контакт Большой расход
  • Низкий перепад давления
  • Высокая эффективность
  • Меньше загрязнения
  • Большой размер
  • Требуется подпиточная вода
  • Потребности в химической обработке
  • Ограниченное применение

 

Конфигурации потока теплообменника

Теплообменники имеют три (3) конфигурации первичного потока:

Параллельный поток – две жидкости входят в теплообменник с одного конца и текут в одном направлении, параллельно друг другу. В этой конструкции разница температур на входе велика, но температура жидкости на выходе будет приближаться к аналогичному значению.

Противоток – две жидкости поступают с противоположных концов теплообменника и текут навстречу друг другу. В этой конструкции разница температур меньше, но более постоянна по длине теплообменника. Возможно, что нагреваемая жидкость на выходе из теплообменника имеет более высокую температуру, чем температура на выходе теплоносителя.Это наиболее эффективная конструкция из-за более высокой разницы температур по длине теплообменника.

Поперечный поток – две жидкости текут перпендикулярно друг другу.

В теплообменнике может быть несколько способов передачи тепла. Теплопередача будет происходить с использованием одного или нескольких способов передачи, теплопроводности, конвекции или излучения.

Реализация

Надлежащее внедрение теплообменников в многопроцессорных системах, таких как нефтеперерабатывающие заводы, требует рассмотрения сети тепловых потоков на системном уровне. Это часто выполняется с помощью «пинч-анализа», который сопоставляет доступные источники тепла в системе с потребностями в тепле с точки зрения как количества, так и температуры тепла. Для помощи дизайнеру в этом процессе доступно сложное программное обеспечение. Предотвращение загрязнения также является аспектом конструкции и может включать рассмотрение различных технологий, скоростей, байпасов для очистки отдельных HX во время работы и включение запасных теплообменников.

Аналогичным образом доступно программное обеспечение для управления загрязнением теплообменника.Основываясь на условиях процесса и выборе компонентов, некоторые программные пакеты могут прогнозировать скорость, с которой теплообменники могут загрязняться. Также доступны программные пакеты для мониторинга загрязнения путем изучения производительности теплообменника с течением времени. Также рассчитываются оценки затрат на очистку теплообменников по сравнению с экономической выгодой (с точки зрения снижения энергопотребления).

Зрелость технологии

Имеется в продаже?: Да
Морская жизнеспособность: Да
Модернизация существующего месторождения?: Да
Опыт работы в отрасли: 21+

Ключевые показатели

Теплообменники .

Область применения:

Эксплуатационные скважины, установки FPSO, рекуперация тепла из воды или сырой нефти, нагрев, охлаждение и конденсация воды, производственных сред, углеводородов и газов, нагрев или охлаждение воздуха для горения, производство пара отработавших газов.
Эффективность: 2. От 80% до почти 100%
Ориентировочные капитальные затраты: Общие «эмпирические правила» для затрат недоступны из-за большого количества доступных обменников. Затраты, которые следует учитывать, включают теплообменник, раму или фундамент, средства управления, соединительные входные и выходные трубопроводы, входные фильтры, приборы, клапаны, вентиляторы, насосы, резервуары, химикаты, резервирование, а также расходы на установку, запуск и ввод в эксплуатацию.
Ориентировочные эксплуатационные расходы: Включает текущее техническое обслуживание, такое как очистка труб и пластин, устранение утечек, восстановление насосов, замена заполнения градирен. Дополнительные расходы или упущенная выгода связаны со временем простоя предприятия, когда оборудование не работает. Эксплуатационные расходы включают электроэнергию для насосов, вентиляторов и средств управления, а также химикаты для обработки воды.

Потенциал сокращения выбросов парниковых газов: 

Теплообменники могут значительно снизить потребность в энергии процесса, уменьшая связанные с этим выбросы парниковых газов.
Время на проектирование и монтаж:  1 неделя – 6 месяцев
Описание типового объема работ: используются в самых разных отраслях промышленности. В типичном проекте использование теплообменников будет рассмотрено на начальном этапе планирования проекта, определены условия эксплуатации и написаны спецификации оборудования. Теплообменник обычно изготавливается специализированным производителем, испытывается и доставляется на объект готовым к установке.Теплообменники большего размера могут поставляться по частям или даже собираться или изготавливаться на месте

Драйверы принятия решений

Технический: Диапазоны давлений рабочих жидкостей и перепад давлений между ними
Допустимый перепад давления жидкостей на теплообменнике
Диапазоны температур рабочих жидкостей и требуемая температура приближения
Свойства рабочих жидкостей (физические свойства, такие как плотность, вязкость, удельная теплоемкость, теплопроводность, температура)
Склонность рабочих жидкостей к загрязнению
Наличие воды для охлаждения
Доступное пространство
Руководящие коды конструкции
Избыточность
Рабочий: Сложность системы
Уровень автоматизации
Необходимость технического обслуживания
Коммерческий: Срок поставки
Стоимость оборудования
Потребность в паразитной мощности
Выбор материала
Окружающая среда: Водные ресурсы и доступность
Температура нагнетания
Борьба с выбросами
Разрешительные требования
Требования по шуму

Альтернативные технологии

Существуют технологии, которые можно рассматривать как альтернативу использованию теплообменников.

Охладительные пруды могут использоваться для естественного охлаждения теплой воды за счет испарения в атмосферу. Затем вода из пруда может повторно поступать на установку в качестве охлаждающей воды. Эти пруды могут использоваться для вторичных рекреационных целей, таких как рыбалка, катание на лодках или плавание. Подпиточная вода требуется для учета потерь на испарение. Для этого варианта требуется большое количество земли.

Прямой сброс пара может снизить потребность в охлаждении технологической воды, но этот вариант игнорирует основные причины охлаждения, заключающиеся в повышении эффективности системы и сохранении качества технологической воды, и приводит к дополнительному использованию добавочной воды и химикатов для обработки воды.Эта опция, как правило, не используется, за исключением операций запуска, аварийной вентиляции и остановки.

Модификации технологического процесса и управления могут исключить или уменьшить потребность в теплообменниках.

 

Операционные проблемы/риски

Теплообменники

требуют регулярного обслуживания для работы с высокой эффективностью и обычно требуют тщательного графика капитального ремонта. Большая часть этих усилий направлена ​​на противодействие последствиям загрязнения, при котором твердые частицы (например, посторонние частицы или осадки) скапливаются на поверхностях теплообменника, препятствуя передаче тепла и ограничивая поток жидкости.Химические добавки также могут предотвращать осаждение частиц и могут быть экономически эффективным средством предотвращения загрязнения.

Капитальный ремонт может варьироваться от простого профилактического обслуживания (например, промывки) до ремонта, требующего снятия пучка труб с кожуха теплообменника для очистки. Это время простоя также следует учитывать при расчете теплообменников и проектировании технологической сети.

Многие теплообменники работают при высоких давлениях и температурах или с опасными жидкостями, поэтому необходимо соблюдать соответствующие рабочие процедуры, чтобы избежать риска для персонала и сбоев в работе системы.

Теплообменники обычно регулируются отраслевыми нормами, такими как ANSI и TEMA. Новые конструкции оборудования и любой ремонт должны соответствовать применимым нормам.

Возможности/экономическое обоснование

Многие конструкции теплообменников доступны из различных материалов и могут быть изготовлены по индивидуальному заказу для конкретных применений, а также доступны стандартные конструкции, которые доступны с минимальным временем выполнения заказа по более низкой цене. Несколько преимуществ использования теплообменников перечислены ниже:

  • Повышение энергоэффективности заводских систем
  • Сокращение потребления топлива, выбросов парниковых газов и выбросов
  • Замена существующего оборудования из-за износа
  • Модернизация существующего оборудования до новых более эффективных конструкций
  • Дополнительная мощность нагрева или охлаждения в связи с увеличением производительности установки

Практические примеры из отрасли

1.Теплообменник «воздух-воздух» для рекуперации отработанного тепла
В этом исследовании рассматривается, как предприятие пищевой промышленности использовало теплообменник для рекуперации отходящего тепла от процесса и использовало его для нагрева технологического воздуха.

Стремясь контролировать запах от процесса обжарки, предприятие установило новый эффективный регенеративный термический окислитель (RTO). Для экономии топлива в этот блок был включен дополнительный впрыск топлива (SFI) в периоды низкой нагрузки ЛОС. Чтобы еще больше снизить эксплуатационные расходы, компания стремилась утилизировать отработанное тепло RTO для предварительного нагрева поступающего воздуха.Для этого они заключили контракт с консультантом по проектированию для анализа и разработки решения HX.

Важнейшими расчетными факторами для этого проекта были скорость воздушного потока, температура воздушного потока, допустимый перепад давления в приложении и желаемое количество тепла, которое должно быть передано теплообменнику. Вторичный пластинчатый теплообменник был выбран из-за его универсальности и прочных, но поддающихся очистке пластин. Он имеет относительно низкий перепад давления, небольшую занимаемую площадь и низкие капитальные затраты, что делает его наиболее экономичным вариантом для данного применения.

Консультант проанализировал прикладные данные с помощью программного обеспечения для моделирования производительности теплообменника. С помощью этого программного обеспечения они выполнили анализ пограничного слоя и отрегулировали толщину пластин и расстояние между теплообменниками, чтобы добиться максимальной производительности.

Тепло выхлопных газов RTO использовалось для предварительного нагрева 3,3 м3/с воздуха примерно до 88 градусов C. Этот горячий воздух смешивается без бокового воздуха, обеспечивая подачу 15,6 м3/с нагретого воздуха в блок подпиточного воздуха. Вторичный теплообменник передает приблизительно 1.5 млн БТЕ/час тепла от выхлопа RTO к воздуху, возвращающемуся в блок подпиточного воздуха, и расчетная годовая экономия по проекту составила около 45 000 долларов США.

Источник: http://www.anguil.com/case-studies/energy-recovery/air-to-air-heat-exchanger-provides-plant-heat-and-big-savings.aspx?alttemplate=PDFCaseStudy&

 

2. Прогнозирование загрязнения теплообменника

Накопление грязевых отложений или нагара на металлических поверхностях теплообменников нефтехимических заводов является серьезной экономической и экологической проблемой во всем мире.Были сделаны оценки затрат на загрязнение, в первую очередь из-за потерь энергии из-за избыточного сжигания топлива, которые достигают 0,25% валового национального продукта (ВНП) промышленно развитых стран. Многие миллионы тонн выбросов углерода являются результатом этой неэффективности. Затраты, связанные непосредственно с загрязнением сырой нефтью в линиях предварительного нагрева нефтеперерабатывающих заводов по всему миру, оценивались в 1995 году в размере порядка 4,5 миллиардов долларов.

В этом тематическом исследовании рассматривается использование программного обеспечения для прогнозирования обрастания французской нефтяной компанией Total.Это программное обеспечение, разработанное консалтинговой компанией по промышленному дизайну совместно с крупными нефтяными компаниями, направлено на сокращение или даже устранение загрязнения сырой нефтью теплообменников предварительного нагрева. В 2002 году компания Total столкнулась с сильным загрязнением линии предварительного нагрева вскоре после модернизации нефтеперерабатывающего завода для повышения эффективности. Это привело к значительному снижению производительности из-за узкого места в печи. Компания Total применила программное обеспечение консультанта, которое успешно определило загрязнение теплообменников и указало варианты модернизации.Они были реализованы, решив проблему и восстановив нормальную работу системы.

Источник: http://www.ihs.com/news/overcoming-effect-oil-fouling.htm


Ссылки:

  1. Справочник по основам Министерства энергетики, механика, модуль 2, теплообменники, DOE-HDBK-1018/1-93.
  2. Институт теплообмена, Основы кожухотрубных теплообменников.
  3. -удалено-
  4. http://en.hx-hr.com
  5. http://www.stamixco-usa.com/products/heat-exchangers/default.html
  6. http://www.oxide.co.il/en/twisted-tube.html (больше не доступен)
  7. http://www. spiraxsarco.com/resources/steam-engineering-tutorials/steam-engineering-principles-and-heat-transfer/steam-consumption-of-heat-exchangers.asp
  8. www.spxcooling.com/brands/cooling-towers/marley-cooling-tower/

Общие сведения о теплообменниках. Типы, конструкции, области применения и руководство по выбору

Крупный план секции водовоздушного теплообменника.

Изображение предоставлено: Алаэттин ЙИЛДИРИМ/Shutterstock.com

Теплообменники — это устройства, предназначенные для передачи тепла между двумя или более жидкостями, т. е. жидкостями, парами или газами, имеющих разные температуры. В зависимости от типа используемого теплообменника процесс теплопередачи может быть газ-газ, жидкость-газ или жидкость-жидкость и происходить через твердый сепаратор, который предотвращает смешивание жидкостей, или прямой поток жидкости. контакт. Другие конструктивные характеристики, включая конструкционные материалы и компоненты, механизмы теплопередачи и конфигурации потока, также помогают классифицировать и классифицировать типы доступных теплообменников. Эти теплообменные устройства, находящие применение в самых разных отраслях промышленности, разработаны и изготовлены для использования как в процессах нагрева, так и в процессах охлаждения.

В этой статье основное внимание уделяется теплообменникам, изучению различных доступных конструкций и типов и объяснению их соответствующих функций и механизмов. Кроме того, в этой статье изложены соображения по выбору и общие области применения для каждого типа теплообменного устройства.

Термодинамика теплообменника

Проектирование теплообменника представляет собой упражнение в термодинамике, науке, изучающей поток тепловой энергии, температуру и взаимосвязь с другими формами энергии.Чтобы понять термодинамику теплообменника, хорошей отправной точкой является изучение трех способов передачи тепла: проводимости, конвекции и излучения. В разделах ниже представлен обзор каждого из этих режимов теплопередачи.

Проводимость

Теплопроводность — это передача тепловой энергии между материалами, находящимися в контакте друг с другом. Температура — это мера средней кинетической энергии молекул в материале: более теплые объекты (имеющие более высокую температуру) демонстрируют большее молекулярное движение.Когда более теплый объект соприкасается с более холодным объектом (тот, который имеет более низкую температуру), между двумя материалами происходит передача тепловой энергии, при этом более холодный объект получает больше энергии, а более теплый объект становится менее заряженным. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не будет достигнуто тепловое равновесие.

Скорость, с которой тепловая энергия передается в материале за счет теплопроводности, определяется следующим выражением:

 

В этом выражении Q представляет собой количество тепла, переданного через материал за время t , ΔT — разность температур между одной и другой сторонами материала (температурный градиент), A — это площадь поперечного сечения материала, d – толщина материала. Константа k известна как теплопроводность материала и является функцией внутренних свойств материала и его структуры. Воздух и другие газы обычно имеют низкую теплопроводность, в то время как неметаллические твердые вещества имеют более высокие значения, а металлические твердые вещества обычно имеют самые высокие значения.

Конвекция

Конвекция – это передача тепловой энергии от поверхности посредством движения нагретой жидкости, такой как воздух или вода.Большинство жидкостей расширяются при нагревании и, следовательно, становятся менее плотными и поднимаются по сравнению с другими более холодными частями жидкости. Итак, когда воздух в комнате нагревается, он поднимается к потолку, потому что он теплее и менее плотный, и передает тепловую энергию, сталкиваясь с более холодным воздухом в комнате, затем становится более плотным и снова падает к полу. Этот процесс создает естественный или свободный конвекционный поток. Конвекция также может происходить за счет того, что называется принудительной или вспомогательной конвекцией, например, когда нагретая вода прокачивается по трубе, например, в водяной системе отопления.

Для свободной конвекции скорость передачи тепла выражается законом охлаждения Ньютона:

 

 

Где Q-точка — скорость теплопередачи, ч c — коэффициент конвективной теплопередачи, A — площадь поверхности, на которой происходит процесс конвекции, ΔT — разность температур между поверхность и жидкость. Коэффициент конвективной теплопередачи h c зависит от свойств жидкости, аналогично теплопроводности материала, упомянутого ранее в отношении теплопроводности.

Радиация

Тепловое излучение — это механизм передачи тепловой энергии, который включает излучение электромагнитных волн от нагретой поверхности или объекта. В отличие от проводимости и конвекции, тепловое излучение не требует наличия промежуточной среды для переноса волновой энергии. Все объекты, температура которых выше абсолютного нуля (-273,15 o С), излучают тепловое излучение в типично широком спектральном диапазоне.

Чистая скорость потери тепла излучением может быть выражена с помощью закона Стефана-Больцмана следующим образом:

 

где Q — теплопередача в единицу времени, T h — температура горячего объекта (в абсолютных единицах, o K), T c — температура более холодного окружения (также в абсолютных единицах, o К), σ — постоянная Стефана-Больцмана (значение которой равно 5.6703 x 10 -8 Вт/м 2 K 4 ). Термин, представленный ε , представляет собой коэффициент излучения материала и может иметь значение от 0 до 1, в зависимости от характеристик материала и его способности отражать, поглощать или передавать излучение. Это также функция температуры материала.

Основные принципы, лежащие в основе теплообменников

Независимо от типа и конструкции все теплообменники работают в соответствии с одними и теми же фундаментальными принципами, а именно нулевым, первым и вторым законами термодинамики, которые описывают и определяют передачу или «обмен» тепла от одной жидкости к другой.

  • Нулевой закон термодинамики гласит, что термодинамические системы, находящиеся в тепловом равновесии, имеют одинаковую температуру. Кроме того, если каждая из двух систем находится в тепловом равновесии с третьей системой, то две первые системы должны быть в равновесии друг с другом; таким образом, все три системы имеют одинаковую температуру. Этот закон, предшествующий трем другим законам термодинамики по порядку, но не по развитию, не только выражает тепловое равновесие как переходное свойство, но также определяет понятие температуры и устанавливает ее как измеримое свойство термодинамических систем.
  • Первый закон термодинамики основывается на нулевом законе, устанавливая внутреннюю энергию ( U ) как еще одно свойство термодинамических систем и указывая на влияние тепла и работы на внутреннюю энергию системы и энергию окружающей среды. Кроме того, первый закон, также называемый законом преобразования энергии, по существу гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена, а только передана в другую термодинамическую систему или преобразована в другую форму (например, в другую форму). г., тепло или работа).

    Например, если тепло поступает в систему из окружающей среды, происходит соответствующее увеличение внутренней энергии системы и уменьшение энергии окружающей среды. Этот принцип можно проиллюстрировать следующим уравнением, где ΔU система представляет собой внутреннюю энергию системы, а ΔU окружающая среда представляет внутреннюю энергию окружающей среды:

    2

    2

  • Второй закон термодинамики устанавливает энтропию ( S ) как дополнительное свойство термодинамических систем и описывает естественную и неизменную тенденцию Вселенной и любой другой замкнутой термодинамической системы к увеличению энтропии с течением времени.Этот принцип можно проиллюстрировать следующим уравнением, где ΔS представляет собой изменение энтропии, ΔQ представляет собой изменение тепла, подведенного к системе, а T  представляет собой абсолютную температуру:

    Он также используется для объяснения тенденции двух изолированных систем, когда они взаимодействуют и свободны от всех других влияний, двигаться к термодинамическому равновесию. Как установлено вторым законом, энтропия может только увеличиваться, но никогда не уменьшаться; следовательно, каждая система по мере увеличения энтропии неизменно движется к наибольшему значению, достижимому для указанной системы.При этом значении система достигает состояния равновесия, при котором энтропия больше не может ни увеличиваться (поскольку она максимальна), ни уменьшаться, поскольку это действие нарушило бы второй закон. Следовательно, возможны только те системные изменения, при которых энтропия не изменяется (т. Е. Отношение количества тепла, присоединяемого или отводимого системе, к абсолютной температуре остается постоянным).

В целом эти принципы определяют основные механизмы и операции теплообменников; нулевой закон устанавливает температуру как измеримое свойство термодинамических систем, первый закон описывает обратную зависимость между внутренней энергией системы (и ее преобразованными формами) и энергией окружающей ее среды, а второй закон выражает тенденцию двух взаимодействующих систем к взаимодействию. двигаться к тепловому равновесию.Таким образом, теплообменники функционируют, позволяя жидкости с более высокой температурой ( F 1 ) взаимодействовать прямо или косвенно с жидкостью с более низкой температурой ( F 2 ), что позволяет тепла для передачи от F 1  к F 2  для достижения равновесия. Этот перенос тепла приводит к понижению температуры для F 1 и повышению температуры для F 2 .В зависимости от того, направлено ли приложение на нагрев или охлаждение жидкости, этот процесс (и устройства, которые его используют) можно использовать для направления тепла к системе или от нее соответственно.

Характеристики конструкции теплообменника

Как указано выше, все теплообменники работают по одним и тем же основным принципам. Однако эти устройства можно классифицировать и классифицировать несколькими различными способами в зависимости от их конструктивных характеристик. К основным характеристикам, по которым можно классифицировать теплообменники, относятся:

  • Конфигурация потока
  • Способ изготовления
  • Механизм теплопередачи

Конфигурация потока

Конфигурация потока, также называемая схемой потока теплообменника, относится к направлению движения жидкостей внутри теплообменника по отношению друг к другу.В теплообменниках используются четыре основные конфигурации потока:

  • Прямоток
  • Противоток
  • Поперечный поток
  • Гибридный поток
Прямоток

Прямоточные теплообменники , также называемые прямоточными теплообменниками, представляют собой теплообменные устройства, в которых жидкости движутся параллельно и в одном направлении друг с другом. Хотя эта конфигурация обычно приводит к более низкой эффективности, чем конфигурация с противотоком, она также обеспечивает наибольшую тепловую однородность по стенкам теплообменника.

Противоточный поток

Противоточные теплообменники , также известные как противоточные теплообменники, сконструированы таким образом, что жидкости движутся антипараллельно (т. е. параллельно, но в противоположных направлениях) друг другу внутри теплообменника. Противоточная конфигурация, наиболее часто используемая из конфигураций потока, обычно демонстрирует наивысшую эффективность, поскольку она обеспечивает наибольшую передачу тепла между жидкостями и, следовательно, наибольшее изменение температуры.

Поперечный поток

В перекрестноточных теплообменниках жидкости текут перпендикулярно друг другу. Эффективность теплообменников, в которых используется эта конфигурация потока, находится между эффективностью противоточных и прямоточных теплообменников.

Гибридный поток

Теплообменники с гибридным потоком демонстрируют некоторую комбинацию характеристик ранее упомянутых конфигураций потока. Например, в конструкциях теплообменников может использоваться несколько проходов и устройств (например,г. , как противоточные, так и перекрестные схемы) в одном теплообменнике. Эти типы теплообменников обычно используются для учета ограничений приложения, таких как пространство, бюджетные затраты или требования к температуре и давлению.

На рис. 1 ниже показаны различные доступные конфигурации потока, включая конфигурацию с перекрестным/встречным потоком, которая является примером конфигурации с гибридным потоком.

Рис. 1. Конфигурации потока теплообменника

Способ изготовления

В то время как в предыдущем разделе теплообменники классифицировались на основе типа используемой конфигурации потока, в этом разделе они классифицируются на основе их конструкции.Конструктивные характеристики, по которым можно классифицировать эти устройства, включают:

  • Рекуперативный и регенеративный
  • Прямое и непрямое
  • Статическая и динамическая
  • Типы используемых компонентов и материалов
Рекуперативный и регенеративный

Теплообменники можно классифицировать как рекуперативные теплообменники и регенеративные теплообменники.

Разница между рекуперативными и регенеративными теплообменными системами заключается в том, что в рекуперативных теплообменных аппаратах (обычно называемых рекуператорами) каждая жидкость одновременно протекает по собственному каналу внутри теплообменника.С другой стороны, регенеративные теплообменники , также называемые емкостными теплообменниками или регенераторами, позволяют попеременно протекать более теплым и более холодным текучим средам через один и тот же канал. И рекуператоры, и регенераторы могут быть дополнительно разделены на различные категории теплообменников, такие как прямые или непрямые, статические или динамические, соответственно. Из двух указанных типов рекуперативные теплообменники чаще используются в промышленности.

Прямое против косвенного

В рекуперативных теплообменниках используются процессы прямого или непрямого контакта для обмена теплом между жидкостями.

В теплообменниках прямого контакта жидкости не разделяются внутри устройства, и тепло передается от одной жидкости к другой посредством прямого контакта. С другой стороны, в непрямых теплообменниках жидкости остаются отделенными друг от друга теплопроводными компонентами, такими как трубы или пластины, на протяжении всего процесса теплопередачи. Компоненты сначала получают тепло от более теплой жидкости, когда она проходит через теплообменник, а затем передают тепло более холодной жидкости, когда она проходит через теплообменник.Некоторые из устройств, в которых используются процессы прямого контактного переноса, включают градирни и паровые инжекторы, а устройства, в которых используются процессы непрямого контактного переноса, включают трубчатые или пластинчатые теплообменники.

Статическая и динамическая

Существует два основных типа регенеративных теплообменников — статические теплообменники и динамические теплообменники. В статических регенераторах (также известных как регенераторы с неподвижным слоем) материал и компоненты теплообменника остаются неподвижными, когда жидкости проходят через устройство, в то время как в динамических регенераторах материал и компоненты перемещаются на протяжении всего процесса теплопередачи. Оба типа подвержены риску перекрестного загрязнения между потоками жидкости, что требует тщательного проектирования во время производства.

В одном примере статического типа более теплая жидкость проходит через один канал, а более холодная жидкость проходит через другой в течение фиксированного периода времени, в конце которого с помощью быстродействующих клапанов поток меняет направление таким образом, что два жидкости переключают каналы. В примере динамического типа обычно используется вращающийся теплопроводный компонент (например,г., барабан), через который непрерывно протекают более теплые и более холодные жидкости, хотя и в отдельных, герметичных секциях. Когда компонент вращается, любая данная секция попеременно проходит через более теплый пар и более холодные потоки, позволяя компоненту поглощать тепло от более теплой жидкости и передавать тепло более холодной жидкости по мере ее прохождения. На рис. 2 ниже показан процесс теплопередачи в регенераторе роторного типа с противоточной конфигурацией.

Рисунок 2 – Теплопередача в регенераторе роторного типа

Компоненты и материалы теплообменника

Существует несколько типов компонентов, которые можно использовать в теплообменниках, а также широкий спектр материалов, используемых для их изготовления.Используемые компоненты и материалы зависят от типа теплообменника и его предполагаемого применения.

Некоторые из наиболее распространенных компонентов, используемых для изготовления теплообменников, включают кожухи, трубы, спиральные трубы (змеевики), пластины, ребра и адиабатические колеса. Более подробная информация о том, как эти компоненты функционируют в теплообменнике, будет представлена ​​в следующем разделе (см. Типы теплообменников).

В то время как металлы очень подходят и широко используются для изготовления теплообменников из-за их высокой теплопроводности, как в случае теплообменников из меди, титана и нержавеющей стали, другие материалы, такие как графит, керамика, композиты или пластмассы , может предложить большие преимущества в зависимости от требований приложения теплопередачи.

Рисунок 3 – Классификация теплообменников по конструкции Примечания: * Теплообменные устройства, перечисленные под классификациями конструкции, являются лишь небольшой выборкой из имеющихся.
**Изображенная классификация соответствует информации, опубликованной на сайте Thermopedia.com.

Механизм теплопередачи

В теплообменниках используются два типа механизмов теплопередачи: однофазный и двухфазный теплообмен.

В однофазных теплообменниках жидкости не претерпевают никаких фазовых переходов на протяжении всего процесса теплопередачи, а это означает, что как более теплые, так и более холодные жидкости остаются в том же состоянии вещества, в котором они поступили в теплообменник.Например, в системах теплопередачи вода-вода более теплая вода теряет тепло, которое затем передается более холодной воде и не переходит в газообразное или твердое состояние.

С другой стороны, в двухфазных теплообменниках жидкости претерпевают фазовый переход в процессе теплопередачи. Фазовый переход может происходить в одной или обеих участвующих текучих средах, что приводит к переходу от жидкости к газу или от газа к жидкости. Как правило, устройства, использующие двухфазный механизм теплопередачи, требуют более сложных конструктивных решений, чем устройства, использующие однофазный механизм теплопередачи.Некоторые из типов доступных двухфазных теплообменников включают бойлеры, конденсаторы и испарители.

Типы теплообменников

В зависимости от указанных выше конструктивных характеристик имеется несколько различных вариантов теплообменников. Некоторые из наиболее распространенных вариантов, используемых в промышленности, включают:

  • Кожухотрубчатые теплообменники
  • Двухтрубные теплообменники
  • Пластинчатые теплообменники
  • Конденсаторы, испарители и бойлеры

Кожухотрубчатые теплообменники

Наиболее распространенный тип теплообменников, кожухотрубные теплообменники состоят из одной трубы или ряда параллельных труб (т. пучок труб), заключенный в герметичный цилиндрический сосуд высокого давления (т. е. кожух). Конструкция этих устройств такова, что одна жидкость течет через меньшую трубку (трубки), а другая жидкость течет вокруг ее / их внешней (их) и между ней / ними внутри герметичной оболочки. Другие конструктивные характеристики, доступные для этого типа теплообменника, включают оребренные трубы, одно- или двухфазную теплопередачу, противоточные, прямоточные или перекрестные схемы, а также одно-, двух- или многоходовые конфигурации.

Некоторые из доступных типов кожухотрубных теплообменников включают теплообменники со спиральными змеевиками и теплообменники с двойной трубой, а некоторые из применений включают предварительный нагрев, охлаждение масла и производство пара.

Крупный план пучка труб трубчатого теплообменника.

Изображение предоставлено: Антон Москвитин/Shutterstock.com

Двухтрубные теплообменники

Форма кожухотрубного теплообменника, двухтрубные теплообменники используют простейшую конструкцию и конфигурацию теплообменника, которая состоит из двух или более концентрических цилиндрических труб или трубок (одна трубка большего размера и одна или несколько трубок меньшего размера). В соответствии с конструкцией кожухотрубного теплообменника одна жидкость течет через меньшую трубу (трубы), а другая жидкость течет вокруг меньшей трубы (трубок) внутри большей трубы.

Требования к конструкции двухтрубных теплообменников включают характеристики рекуперативного и непрямого контактных типов, упомянутых ранее, поскольку жидкости остаются разделенными и проходят через свои собственные каналы на протяжении всего процесса теплопередачи. Тем не менее, существует некоторая гибкость в конструкции двухтрубных теплообменников, поскольку они могут быть спроектированы с прямотоком или противотоком и использоваться модульно в последовательных, параллельных или последовательно-параллельных конфигурациях в системе.Например, на Рисунке 4 ниже показана передача тепла в изолированном двухтрубном теплообменнике с прямоточной конфигурацией.

Рис. 4. Теплопередача в двухтрубном теплообменнике

Пластинчатые теплообменники

Также называемые пластинчатыми теплообменниками, пластинчатые теплообменники состоят из нескольких тонких гофрированных пластин, соединенных вместе. Каждая пара пластин создает канал, по которому может течь одна жидкость, а пары укладываются друг на друга и соединяются болтами, пайкой или сваркой, так что между парами создается второй проход, по которому может течь другая жидкость.

Стандартная пластинчатая конструкция также доступна с некоторыми вариантами, например, с пластинчато-ребристыми или подушечными пластинчатыми теплообменниками. Пластинчато-ребристые теплообменники используют ребра или прокладки между пластинами и допускают несколько конфигураций потока и более двух потоков жидкости, проходящих через устройство. Пластинчатые теплообменники с подушками оказывают давление на пластины, чтобы повысить эффективность теплопередачи по поверхности пластины. Некоторые из других доступных типов включают пластинчатые и рамные, пластинчатые и кожуховые и спиральные пластинчатые теплообменники.

Крупный план пластинчатого теплообменника.

Изображение предоставлено withGod/Shutterstock.com

Конденсаторы, испарители и бойлеры

Бойлеры, конденсаторы и испарители представляют собой теплообменники, в которых используется двухфазный механизм теплопередачи. Как упоминалось ранее, в двухфазных теплообменниках одна или несколько жидкостей претерпевают фазовый переход в процессе теплопередачи, либо из жидкости в газ, либо из газа в жидкость.

Конденсаторы представляют собой теплообменные устройства, в которых нагретый газ или пар охлаждаются до точки конденсации, превращая газ или пар в жидкость.С другой стороны, в испарителях и котлах процесс теплопередачи изменяет текучую среду из жидкой формы в газообразную или парообразную.

Другие варианты теплообменника

Теплообменники

используются в различных областях промышленности. Следовательно, имеется несколько вариантов теплообменников, каждый из которых подходит для требований и спецификаций конкретного применения. Помимо вариантов, упомянутых выше, доступны другие типы, включая теплообменники с воздушным охлаждением, теплообменники с вентиляторным охлаждением и теплообменники с адиабатическими колесами.

Рекомендации по выбору теплообменника

Несмотря на то, что существует широкий выбор теплообменников, пригодность каждого типа (и его конструкции) для передачи тепла между жидкостями зависит от технических характеристик и требований области применения. Эти факторы в значительной степени определяют оптимальную конструкцию желаемого теплообменника и влияют на соответствующие расчеты параметров и размеров.

Некоторые факторы, которые профессионалы отрасли должны учитывать при проектировании и выборе теплообменника, включают:

  • Тип жидкости, поток жидкости и их свойства
  • Желаемая тепловая мощность
  • Ограничения по размеру
  • Затраты

Тип жидкости, поток и свойства

Конкретный тип жидкостей — e.например, воздух, вода, масло и т. д., а также их физические, химические и термические свойства, например фаза, температура, кислотность или щелочность, давление и скорость потока и т. д., помогают определить наиболее подходящую конфигурацию потока и конструкцию. для этого конкретного применения теплопередачи.

Например, если речь идет о агрессивных, высокотемпературных средах или жидкостях под высоким давлением, конструкция теплообменника должна выдерживать высокие нагрузки в течение всего процесса нагрева или охлаждения. Одним из способов выполнения этих требований является выбор конструкционных материалов, обладающих желаемыми свойствами: графитовые теплообменники обладают высокой теплопроводностью и коррозионной стойкостью, керамические теплообменники могут выдерживать температуры выше, чем температуры плавления многих широко используемых металлов, а пластиковые теплообменники обеспечивают недорогая альтернатива, сохраняющая умеренную степень коррозионной стойкости и теплопроводности.

Керамический теплообменник

Изображение предоставлено CG Thermal

Другой метод заключается в выборе конструкции, подходящей для свойств жидкости: пластинчатые теплообменники способны работать с жидкостями от низкого до среднего давления, но с более высокими скоростями потока, чем другие типы теплообменников, а двухфазные теплообменники необходимы при работе с жидкостями, которые требуют фазового перехода на протяжении всего процесса теплопередачи. Другие свойства жидкости и потока жидкости, которые специалисты отрасли могут учитывать при выборе теплообменника, включают вязкость жидкости, характеристики загрязнения, содержание твердых частиц и наличие водорастворимых соединений.

Тепловые выходы

Тепловая мощность теплообменника относится к количеству тепла, передаваемого между жидкостями, и соответствующему изменению температуры в конце процесса теплопередачи. Перенос тепла внутри теплообменника приводит к изменению температуры обеих жидкостей, понижая температуру одной жидкости по мере отвода тепла и повышая температуру другой жидкости по мере добавления тепла. Желаемая тепловая мощность и скорость теплопередачи помогают определить оптимальный тип и конструкцию теплообменника, поскольку некоторые конструкции теплообменников обеспечивают более высокую скорость теплопередачи и могут выдерживать более высокие температуры, чем другие конструкции, хотя и по более высокой цене.

Ограничения по размеру

После выбора оптимального типа и конструкции теплообменника распространенной ошибкой является покупка слишком большого для данного физического пространства. Часто более разумно приобрести теплообменное устройство такого размера, который оставляет место для дальнейшего расширения или добавления, а не выбирать устройство, которое полностью охватывает пространство. Для приложений с ограниченным пространством, например, в самолетах или автомобилях, компактные теплообменники обеспечивают высокую эффективность теплопередачи в более компактных и легких решениях.Имеются несколько вариантов этих теплообменных устройств, характеризующихся высоким отношением площади поверхности теплопередачи к объему, включая компактные пластинчатые теплообменники. Как правило, эти устройства имеют отношения ≥700 м 2 / м 3 для систем газ-газ и ≥400 м 2 / 3- м 0 газовые приложения.

Затраты

В стоимость теплообменника входит не только начальная цена оборудования, но и затраты на установку, эксплуатацию и техническое обслуживание в течение всего срока службы устройства.Несмотря на то, что необходимо выбрать теплообменник, который эффективно отвечает требованиям приложений, также важно помнить об общих затратах на выбранный теплообменник, чтобы лучше определить, стоит ли устройство вложений. Например, изначально дорогой, но более прочный теплообменник может привести к снижению затрат на техническое обслуживание и, следовательно, к меньшим общим затратам в течение нескольких лет, в то время как более дешевый теплообменник может быть изначально менее дорогим, но требовать нескольких ремонтов и замен. в тот же период времени.

Оптимизация дизайна

Проектирование оптимального теплообменника для данного применения (с конкретными спецификациями и требованиями, как указано выше) включает определение изменения температуры жидкостей, коэффициента теплопередачи и конструкции теплообменника и соотнесение их со скоростью теплопередачи. . Две основные проблемы, возникающие при достижении этой цели, — расчет номинала и размера устройства.

Рейтинг относится к расчету тепловой эффективности (т.е., КПД) теплообменника данной конструкции и размера, включая скорость теплопередачи, количество тепла, передаваемого между жидкостями, и соответствующее изменение их температуры, а также общее падение давления в устройстве. Определение размеров относится к расчету требуемых общих размеров теплообменника (т. е. площади поверхности, доступной для использования в процессе теплопередачи), включая длину, ширину, высоту, толщину, количество компонентов, геометрию компонентов и их расположение, и Т. Д., для приложения с заданными спецификациями и требованиями процесса. Конструктивные характеристики теплообменника, например, конфигурация потока, материал, элементы конструкции и геометрия и т. д., влияют как на номинальные параметры, так и на расчеты размеров. В идеале, оптимальная конструкция теплообменника для применения находит баланс (с коэффициентами, оптимизированными в соответствии с указаниями проектировщика) между номиналом и размером, который удовлетворяет спецификациям и требованиям процесса при минимально необходимых затратах.

Применение теплообменников

Теплообменники — это устройства, используемые в промышленности как для нагрева, так и для охлаждения.Доступны несколько вариантов теплообменников, которые находят применение в различных отраслях промышленности, в том числе:

В приведенной ниже Таблице 1 указаны некоторые распространенные отрасли и области применения ранее упомянутых типов теплообменников.

Таблица 1 – Отрасли и области применения теплообменников по типу

Тип теплообменника

Общие отрасли промышленности и применения

Кожух и трубка

  • Переработка нефти
  • Предварительный нагрев
  • Масляное охлаждение
  • Генерация пара
  • Рекуперация тепла продувки котла
  • Системы улавливания паров
  • Промышленные системы окраски

Двойная труба

  • Промышленные процессы охлаждения
  • Требования к малой площади теплопередачи

Пластина

  • Криогенный
  • Пищевая промышленность
  • Химическая обработка
  • Печи
  • Водяное охлаждение с замкнутого контура на разомкнутый

Конденсаторы

  • Процессы дистилляции и очистки
  • Электростанции
  • Охлаждение
  • ОВКВ
  • Химическая обработка

Испарители/котлы

  • Процессы дистилляции и очистки
  • Паровозы
  • Охлаждение
  • ОВКВ

С воздушным/вентиляторным охлаждением

  • Ограниченный доступ к охлаждающей воде
  • Химические и нефтеперерабатывающие заводы
  • Двигатели
  • Электростанции

Адиабатическое колесо

  • Химическая и нефтехимическая переработка
  • Нефтеперерабатывающие заводы
  • Пищевая промышленность и пастеризация
  • Производство электроэнергии
  • Криогеника
  • ОВКВ
  • Аэрокосмическая промышленность

Компактный

  • Ограниченное пространство (например,г. , самолеты и автомобили)
  • Масляное охлаждение
  • Автомобилестроение
  • Криогеника
  • Охлаждение электроники

Резюме

Это руководство дает общее представление о теплообменниках, доступных конструкциях и типах, их применении и соображениях по использованию. Дополнительную информацию о покупке теплообменников можно найти в Руководстве по покупке теплообменников Thomas.

Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим руководствам и официальным документам Thomas или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, где вы найдете информацию о более чем 500 000 коммерческих и промышленных поставщиков.

Источники
  1. https://www.engr.mun.ca/~yuri/Courses/MechanicalSystems/HeatExchangers.pdf
  2. http://sky.kiau.ac.ir
  3. http://web.mit.edu/16.unified/www/SPRING/propulsion/notes/node131.html
  4. http://web.mit.edu/16. unified/www/FALL/thermodynamics/notes/node30.html
  5. https://www.thomasnet.com/knowledge/white-paper/speciality-heat-exchangers-101
  6. https://www.livescience.com/50833-zeroth-law-thermodynamics.html
  7. https://курсы.lumenlearning.com/introchem/chapter/the-three-laws-of-thermodynamics/
  8. https://chem.libretexts.org
  9. http://physicalworld.org
  10. https://link.springer.com
  11. https://thefreeanswer.com/question/regenerative-heat-exchanger-static-type-regenerative-heat-exchanger-differ-dynamic-type/
  12. http://hedhme.com
  13. https://www.kau.edu.sa/Files/0052880/Subjects/GuideLinesAndPracticeForThermalDesignOfHeatExchangersN2.pdf
  14. https://www.scribd.com/doc/132

    /Котлы-Испарители-Конденсаторы-Kakac

Прочие теплообменники Артикул

Больше из технологического оборудования

Что такое теплообменник?

Что такое теплообменник? Если вы заинтересованы в обогреве или охлаждении своего дома с помощью воздушного теплового насоса, теплообменник является жизненно важным элементом оборудования. Фактически, вашему тепловому насосу для выполнения своей работы требуется два теплообменника. Чтобы понять почему, вам нужно изучить, как работает тепловой насос.

Что такое теплообменник?

Отопительные системы, такие как печи и котлы, сжигают топливо для производства тепла. Воздушные тепловые насосы используют совершенно другой подход. Вместо того, чтобы создавать тепло, они перемещают его из одного места в другое. При настройке на обогрев внутреннего пространства тепловой насос будет извлекать тепловую энергию из воздуха снаружи и передавать эту энергию воздуху внутри вашего дома, повышая температуру внутри. Когда требуется охлаждение, процесс просто меняется на противоположный; тепловая энергия, таящаяся в воздухе внутри помещения, собирается тепловым насосом и выводится наружу.Будь то нагрев или охлаждение, работа теплового насоса основана на одном принципе: теплопередача. Как ни странно, холодильники работают по тому же принципу.

Понимание принципа теплопередачи

Когда вы наклоняете или наклоняете стакан, вода внутри него обычно пытается найти способ выровняться. Тепловая энергия ведет себя аналогичным образом. Он естественным образом переместится из пространства с более высокими температурами в область с более холодными. Когда эта тенденция используется для обогрева или охлаждения помещения, область с большим количеством тепла называется источником тепла . Область охлаждения называется радиатором . Для обогрева вашего дома воздушный тепловой насос использует наружный воздух в качестве источника тепла, а воздух внутри вашего дома в качестве радиатора. Как устроен теплообменник? Это технология, которая сначала извлекает, а затем выделяет тепловую энергию.

Роль теплообменников

Для чего используется теплообменник? Воздушный тепловой насос имеет два теплообменника. Первый находится во внешнем блоке. Змеевик из трубок, заполненных хладагентом, использует принцип теплопередачи для поглощения тепловой энергии из воздуха.Поскольку пространство внутри змеевика заполнено жидкостью, которая холоднее окружающего воздуха, в змеевик отводится тепловая энергия. Это нагревает хладагент, так что он переходит в газ. В этой форме хладагент поступает в дом к внутреннему блоку воздушного теплового насоса.

Внутренний блок теплового насоса содержит второй теплообменник, который обеспечивает точку перехода между более высокими температурами внутри змеевика теплообменника и относительно прохладной средой дома.Естественно, тепловая энергия, которая была перенесена внутрь дома, ищет баланс и начинает перемещаться из области с большей энергией (змеевик теплообменника) в область с меньшей (ваш дом). Когда вентилятор направляет это тепло в воздуховод, чтобы оно могло циркулировать по дому, хладагент охлаждается и снова конденсируется в жидкость. Затем хладагент возвращается к внешнему блоку, чтобы продолжить цикл по мере необходимости, чтобы поддерживать желаемую температуру внутри жилища.

Поддержание вашего комфорта

Поскольку они перемещают существующую тепловую энергию, а не производят ее, воздушные тепловые насосы невероятно эффективны как для обогрева, так и для охлаждения вашего дома. Как и любая механическая система, они требуют небольшого регулярного обслуживания, чтобы функционировать наилучшим образом. Чтобы ваша система всегда соответствовала задачам обеспечения комфорта в вашем доме, вам следует не реже одного раза в год проверять теплообменники и другие компоненты у специалиста по отоплению и охлаждению. Это регулярное техническое обслуживание может предотвратить потенциальные проблемы, прежде чем они смогут вызвать проблемы, повысить эффективность вашей системы и продлить срок ее службы.

Long Refrigeration позволяет легко попрощаться с заботами об обслуживании благодаря нашей программе обслуживания Comfort Club.Как член клуба, вы будете получать два визита для профилактического обслуживания каждый год: один весной/летом, когда начинается сезон охлаждения, и другой осенью/зимой, когда потребность в тепле имеет приоритет. Во время каждого технического обслуживания мы можем проверить теплообменники и другие компоненты системы, прочистить стоки и заменить фильтры. Мы также будем следить за признаками предстоящих проблем и предупреждать вас о любых ремонтных работах, которые могут потребоваться в ближайшем будущем. Что делать, если необходим ремонт? Члены клуба получают круглосуточный доступ к обученным на заводе техническим специалистам, способным обслуживать практически любую марку климатического оборудования, а также 10-процентную скидку на стоимость запчастей и работ.Наш Comfort Club, доступный как для частных, так и для коммерческих клиентов, обеспечивает долгожданное спокойствие, поскольку помогает поддерживать бесперебойную работу воздушного теплового насоса.

Компания Long Refrigeration стремится предоставлять членам нашего сообщества первоклассные услуги по отоплению и охлаждению, которых они заслуживают. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше о воздушных тепловых насосах или узнать больше о многочисленных преимуществах участия в нашей программе технического обслуживания Comfort Club. Мы также можем ответить на любые ваши вопросы, связанные с запросом «Что такое теплообменник?»

Теплообменник – обзор

Элементы с (i) по (iii) также могут быть включены в семейства HX рекуперативного и непрямого контакта (см. разделы 2.1.1 и 2.2.2). Обратите внимание, что регенеративные HX (iv) уже были представлены в разделе 2.1.2. Мы кратко предоставляем читателю описание и возможную дальнейшую подклассификацию.

2.4.1 Трубчатые HX

Этот тип HX широко используется в инженерных приложениях. Трубчатые HX производятся во многих типах, размерах и схемах потока. Преимущество и популярность трубчатых HX заключается в их применимости для широкого диапазона рабочих температур и давлений. Их можно подразделить на ряд категорий и по различным точкам зрения [11, 15], например, как:

(а)

ГК кожухотрубные

(б)

Tube-In-Tube HXS

(C)
(C)
(C)

Tube-in-Plate HXS

(D)

CWILED-TUBE HXS

(E)

Печи

(F )

HX с воздушным охлаждением

(g)

Специальные трубчатые HX

Кожухотрубные HX, вероятно, наиболее часто используемые в промышленности HX. Они состоят из ряда круглых труб, установленных внутри цилиндрической оболочки, и имеют следующие пять основных частей: передний и задний коллекторы, через которые жидкость входит и выходит из трубы соответственно; трубный пучок; оболочка; и перегородки. Перегородки служат для поддержки трубок, направления потока жидкости приблизительно поперек трубок (что увеличивает интенсивность теплообмена), а также для увеличения турбулентности межтрубной жидкости [11]. Одна жидкость течет по внешней стороне труб, а вторая жидкость течет по трубам, что обеспечивает теплообмен.Отличия кожухотрубных вариантов ГХ заключаются в организации конфигураций течения (прямоток, противоток) и в деталях конструкции [16, 17]. Различают следующие основные три типа кожухотрубных ТК [4]: ​​1) одноходовые и однотрубные (см. рис. 6), 2) одноходовые и двухтрубные (см. рис. 7) и (3) двухтрубные и четырехтрубные (см. рис. 8). На рис. 7 также может быть изображен двухтрубный HX (состоящий из одной или нескольких трубок, содержащихся внутри большей трубы).

Рис. 6. Одноходовой и однотрубный НХ (горячий поток красный/толстый , холодный поток синий/тонкий ).

Рис. 7. Однооболочечный и двухтрубный НХ (горячий поток красный/толстый , холодный поток синий/тонкий ).

Рис. 8. Двухоболочечный и четырехтрубный НХ (горячий поток красный/толстый , холодный поток синий/тонкий ).

Это семейство HX может использовать жидкость-жидкость, жидкость-газ или газ-газ [5], и его можно найти в ряде промышленных применений, например.г., в нефтехимической или фармацевтической промышленности.

Простейшая трубчатая конфигурация представлена ​​НХ типа «труба в трубе». Они состоят из двух концентрических трубок, где трубка меньшего диаметра помещается внутрь трубки большего диаметра. Внутри каждой из трубок текут разные жидкости. Эта конфигурация подходит для использования в системах с низкой мощностью нагрева и, следовательно, не имеет широкого применения в промышленности.

Что касается HX типа «труба в пластине», трубы монтируются в той или иной форме трубы, тогда как пластины действуют как опоры и обеспечивают дополнительную площадь поверхности в виде ребер.Это семейство HX можно найти в приложениях кондиционирования воздуха и рекуперации тепла [11, 15].

HX со змеевиками состоит из трубок или патрубков, имеющих спиралевидную форму, что улучшает теплопередачу [18]. Однако эта форма имеет склонность к обрастанию [19]. Загрязнение можно определить как отложение нежелательного материала (так называемого загрязнения) на поверхностях теплопередачи во время эксплуатации. Загрязнение может быть образовано грязью, песком, ржавчиной, кристаллами соли и т. д., что снижает эффективность HX.Более того, змеевиковые трубки практически не позволяют проводить их очистку.

В печах технологическая среда проходит через них по спиральным или прямым трубам, а нагрев обеспечивают либо горелки, либо электрические нагреватели. Печи широко используются в паро- и газотурбинных электростанциях [4].

HX с воздушным охлаждением состоит из пучка труб, вентиляторной системы и несущей конструкции [11]. Дополнительную площадь поверхности для лучшей передачи тепла обеспечивают ребра, закрепленные на трубах. Вентиляторы располагаются либо под пучком для продувки воздуха через трубки, либо над трубками для всасывания воздуха через них.Это семейство HX можно найти в приложениях, где нельзя использовать охлаждающую воду.

И последнее, но не менее важное: специальные трубчатые HX включают, например, тепловые трубки, состоящие из трубы, рабочей жидкости и впитывающего материала. Жидкость сначала поглощает тепло. Затем он испаряется и передается на другой конец трубы, где конденсируется и выделяет тепло. В конечном итоге он возвращается капиллярным действием на горячую сторону трубы, что приводит к повторному испарению [20].

Отметим, что в литературе можно встретить и другую подклассификацию трубчатых ГХ [21]:

(а)

ГХ с прямыми трубками c)

HX с трубками Филдса

Все эти типы трубчатых HX (кроме HX со спиральной трубкой) входят в семейство HX с прямыми трубками.

2.4.2 Пластинчатые теплообменники

Эти типы теплообменников состоят из ряда сварных или скрепленных болтами пластин, которые служат для теплообмена. Обычно они рассчитаны на умеренные перепады температуры и давления из-за геометрии пластины. Относительно высокое отношение площади поверхности к объему является их преимуществом, которое позволяет использовать их в различных промышленных приложениях, таких как пищевая, криогенная или химическая промышленность [22].

На практике используется несколько типов пластин HX; Например:

(а)
(а)

Plate-and-кадр HXS

(б)

Plate-Fin HXS

(C)

Спиральные HXS

(D)

Пластинчатые HX

Пластинчатые HX состоят из большого количества относительно тонких рельефных пластин, установленных между двумя прямоугольными концевыми элементами, которые служат рамой.Пластины имеют отверстия для потоков жидкости и разделены прокладкой. Одна сторона каждой из пластин подвергается воздействию потока теплой жидкости, а противоположная сторона – потоку холодной жидкости. Преимущество этого типа пластин HX заключается в возможности добавления или удаления некоторых пластин, если необходимо изменить тепловую мощность. Более того, их легко разобрать для очистки [3, 23]. Наоборот, они могут страдать от утечек, что может быть решено путем сварки пластин или их проплавления вместе с последующей сваркой входных и выходных элементов.

Пластинчато-ребристые ГХ также можно отнести к группе компактных ГХ [2] (см. раздел 2.4.3), так как они характеризуются очень высоким коэффициентом компактности (до 6000 м) 2 3 ). Коэффициент компактности выражается отношением общей суммы площади поверхности теплообмена к объему ТХ [5]. Эти HX состоят из ребер, размещенных между параллельными пластинами. Ребра допускают прямоточные, противоточные и поперечные потоки или их комбинации. Этот тип HX обычно используется для преобразования газа в газ, сжижения газа или криогенных применений [20] и в условиях низкого давления.

Спиральные HX состоят из двух длинных плоских параллельных пластин, сформированных на оправке в форме катушки. Расстояние между двумя поверхностями регулируется с помощью распорного штифта. Концы приварены или уплотнены прокладками, чтобы жидкости могли проходить через туннель. Преимущество этого типа HX заключается в лучшей теплоотдаче; кроме того, меньше склонность к обрастанию. Они в основном используются для загрязняющих и вязких жидкостей или жидкостей, содержащих частицы; однако они довольно дороги из-за используемой технологии изготовления.

Термин ламель обозначает пластинчатую трубку. Пластинчатые НХ монтируются либо в виде пучка сварных ламелей, либо в конфигурации «ламель-ребро» (что близко к НХ типа «труба в пластине»; см. раздел 2.4.1). Их коэффициент компактности несколько меньше, чем у пластинчато-ребристых ГХ [22]. Как правило, они применяются, когда требуется увеличенная поверхность или высокое рабочее давление.

2.4.3 Компактные HX

Независимо от их конструкции, HX с коэффициентом компактности более 700 м 2 /m 3 (совершенно произвольно) называются компактными HX. Например, легкие человека имеют коэффициент около 20 000 м 2 3 , а радиаторы в автомобилях около 1000 м 2 3 [11]. Напротив, несмотря на свои объемы, кожухотрубные или трубчатые ГХ не считаются компактными из-за их коэффициента компактности от 70 до 500 м 2 3 [5].

Ребра или гофры используются для образования большей поверхности теплообмена. Ребра монтируются сваркой, пайкой, клеевым соединением или механическим соединением [2].Различают два типа компактных HX:

(a)

Компактные HX с пластинчатыми ребрами

(b)

Компактные HX с трубчатыми ребрами

Оба 1 и 2.4.2. В последнем случае ребра могут быть установлены как на внутренней, так и на внешней поверхности трубы. Их обычно можно найти для газожидкостных применений, где ребра размещены на газовой стороне.

Теплообменники – обзор

7.1 Скважинные теплообменники (BHE)

BHE могут быть установлены почти во всех типах геологических сред (за исключением материалов с низкой теплопроводностью, таких как сухой гравий). Эти системы работают за счет проводимости, то есть без образования пластовых флюидов. Энергоснабжение теплообменника происходит из нескольких источников: самого вертикального геотермального теплового потока, переноса тепла по горизонтали за счет теплопроводности, адвективного переноса с грунтовыми водами, если они есть, и компенсирующего теплообмена между поверхностью земли и атмосферой.

КТО устанавливаются в засыпанные скважины диаметром около 10 см. Глубина сверления зависит, с одной стороны, от требований к конструкции (см. далее), а с другой стороны, от возможности бурения и затрат на бурение. В благоприятных третичных отложениях швейцарского бассейна Моласса обычна глубина бурения 300 м (984 фута) (Rybach et al., 2000). На рис. 22 показана работающая буровая установка.

Рис. 22. Автомобильная роторная буровая установка для скважинных теплообменников. На переднем плане: бурильные трубы и контейнер для бурового раствора; рабочие вставляют двойные U-образные пластиковые трубы (4), а также одинарную трубу для обратной засыпки.

Отвод тепла осуществляется замкнутой циркуляцией жидкости (несколько м 3 ч − 1 чистой воды или с антифризной добавкой в ​​одиночном КТ) через КТ и испарительную сторону ТН путем прокачки. Теплообменник в ПТО состоит в основном из двойной U-образной трубы из полиэтилена (диаметром 2–4 см). Перед засыпкой герметичность трубы подтверждается опрессовкой. Материал обратной засыпки (= цементный раствор) должен обеспечивать хороший тепловой контакт между теплообменником и окружающим грунтом.Материал должен иметь относительно высокую теплопроводность, легко перекачиваться насосом и со временем затвердевать. Бентонитовый цемент с небольшим количеством кварцевого песка и добавкой суперпластификатора (для обеспечения высокой теплопроводности) обладает особенно благоприятными свойствами (Аллан и Филиппакопулос, 2000). Его низкая проницаемость предотвращает короткое замыкание между разными уровнями грунтовых вод, что вызывает озабоченность органов охраны водных ресурсов во многих странах. Инъекционный раствор подается в скважину по специальной трубе, ведущей к забою скважины; обратная засыпка завершается, когда смесь тампонажного цемента и воды поступает на поверхность.Затвердевание занимает некоторое время (несколько часов). Испытания на герметичность трубопроводной системы требуются несколькими органами.

В то время как для GHP на подземных водах бурение и освоение двух скважин (одна для добычи подземных вод, а другая для возврата, см. рис. 8) является обычной практикой для подачи подземных вод, бурение для BHE требует специального оборудования. Он состоит из мобильной буровой установки и всех материалов, необходимых для завершения работ (пластиковые трубы, цементный раствор, специальные соединения).Продвигающееся долото взламывает породы, обломки («шлам») выносятся на поверхность буровым раствором или воздухом (последний довольно шумный и пыльный). Вставленные трубы теплообменника состоят из двух U-образных трубок. В таблице 3 приведены технические характеристики труб, обычно используемых в Швейцарии. Для буровых работ необходим обученный персонал, способный справиться с такими ситуациями, как прорыв артезианской воды. В некоторых странах для буровых компаний BHE требуются специальные знаки качества.

Таблица 3.Технические данные и размеры обычных теплообменных труб.

+
Материал полиэтилен
Тип ПЭ 100 SR 11 Ру 16
Диаметр трубы (мм) 25 32 40
Толщина стенки (мм) 2,3 3,0 3,7
Объем на м BHE (литр) 1,31 2.16 3.34

Для подключения BHE к HP, особенно для массивов с несколькими десятками или сотнями BHE, требуются специальные меры. Прежде всего, U-образные трубы соединяются на устье BHE с одной трубой с помощью так называемого тройника (рис. 23). Затем трубы подключаются к распределителям (рис. 24). В больших массивах с длинными соединениями необходимо уделять особое внимание гидравлическим условиям (особенно потерям давления) в системе трубопроводов.

Рис.23. Y-образная часть для соединения с U-образной трубой на устье BHE.

Рис. 24. Распределители (зеленые) монтируют входящие и исходящие соединения BHE.

Как теплообменник используется в жидкостном охлаждении

Теплообменник представляет собой устройство, передающее тепло от жидкости (жидкости или газа) ко второй жидкости без смешивания или прямого контакта двух жидкостей. Теплообменники обычно используются в системах жидкостного охлаждения для отвода тепла от жидкости, прошедшей через охлаждающую пластину, прикрепленную к теплопроизводящему компоненту.Охлаждающая жидкость прокачивается через систему и обратно через охлаждающую пластину.

Пример стандартного контура жидкостного охлаждения с использованием теплообменника для передачи тепла от жидкости к окружающей среде. (Передовые тепловые решения, Inc.)

Теплообменники

спроектированы так, чтобы максимально увеличить площадь поверхности стенки между двумя жидкостями при минимизации сопротивления потоку жидкости через теплообменник. Добавление ребер или гофров в одном или обоих направлениях увеличивает площадь поверхности и увеличивает теплопередающую способность теплообменника.

Существует несколько типов жидкостно-воздушных теплообменников.

В кожухотрубном теплообменнике одна жидкость протекает через ряд металлических труб, а вторая жидкость прокачивается через кожух, который их окружает. Течение жидкости может быть параллельным (текущим в одном направлении), противоточным (текущим в противоположных направлениях) или перекрестным (потоки перпендикулярны друг другу).

В трубчато-ребристых теплообменниках

(как показано на GIF-файле выше) используются ребра, окружающие две трубки, по которым проходят жидкости.Ребра увеличивают площадь поверхности и максимизируют передачу тепла в окружающую среду. Некоторые ребристые трубчатые теплообменники используют естественную конвекцию, а другие могут включать вентиляторы для увеличения воздушного потока и мощности теплопередачи.

Пластинчатые и рамные теплообменники имеют два прямоугольных концевых элемента, удерживающих вместе ряд металлических пластин с отверстиями в каждом углу для прохождения жидкостей. Каждая из пластин имеет прокладку для герметизации пластин и организации потока жидкости между пластинами.Паяные пластинчатые теплообменники предотвращают возможность утечек за счет пайки пластин друг с другом. Пластинчатые и рамные теплообменники широко используются в пищевой промышленности.

Общие области применения теплообменников включают телекоммуникации, технологическое охлаждение, силовую электронику, медицинские устройства и медицинские изображения, автомобильную, промышленную и HVAC.

Посмотрите видео ниже, чтобы узнать больше:

Для получения дополнительной информации о консультационных услугах и услугах по проектированию Advanced Thermal Solutions, Inc. по управлению температурным режимом посетите веб-сайт www.qats.com или свяжитесь с ATS по телефону 781.769.2800 или [email protected]

Важность проверки теплообменников печи

Что такое теплообменник печи?

Теплообменник печи представляет собой набор трубок или змеевиков, которые многократно проходят через воздушный поток внутри вашей печи с целью нагрева воздуха. Проще говоря, теплообменник печи — это часть вашей печи, которая фактически нагревает воздух. Форма этих змеевиков зависит от того, какая у вас модель печи, а также от того, какой тип топлива используется для сжигания в вашей печи.

Теплообменник печи в основном служит двум целям:

1. Цель номер один – предотвратить попадание выхлопных газов в ваш дом с потоком воздуха. Безопасность.
2. Для поглощения энергии сгоревшего топлива. Затем он перемещается из металлического теплообменника в здание по системе воздуховодов. Вентилятор перемещает воздух через теплообменник, таким образом передавая тепло от печи к дому. Эффективность и комфорт.

Опасны ли треснувшие теплообменники?

Да, треснувший или поврежденный теплообменник печи представляет серьезную опасность для вас и вашей семьи.Помните, что ваша печь сжигает какой-то материал для выработки тепла, но этот процесс должен происходить внутри самого теплообменника вашей печи. Если ваш теплообменник треснул или поврежден, в ваш дом могут попасть опасные газы, в том числе угарный газ, также известный как «тихий убийца».

Почему трескаются теплообменники?

Трещины на металлических поверхностях вызваны напряжением и изгибом металла. Каждый раз, когда ваша печь нагревается и остывает, этот цикл естественным образом приводит к тому, что металлические поверхности сжимаются и расширяются, создавая дополнительную нагрузку на металл и в конечном итоге приводя к трещине или выходу из строя теплообменника. Это естественный процесс, который со временем происходит с каждой печью, и скорость, с которой это происходит с вашей, зависит только от того, как обслуживается устройство. Теплообменник может выйти из строя по разным причинам; превышение давления газа, отсутствие технического обслуживания (замена фильтра), неподходящий воздух для горения, а также возраст и ожидаемый срок службы самого теплообменника.

Каковы наиболее распространенные неисправности теплообменника?

1. Трещины, изломы, ямки, отверстия и разрывы
2.Горячие точки, деформация, выпуклости и тепловые нагрузки
3. Закупорка, коррозия или сажа
4. Дефекты производителя или некачественная конструкция

Второе мнение?

Если вы уверены, что подрядчик провел надлежащую диагностику и предоставил достаточные доказательства того, что ваш теплообменник треснул или вышел из строя, вам может не потребоваться второе мнение. Однако, если подрядная компания и технический специалист не показывают или не объясняют свои выводы (например, сама трещина, показания C/O в вашем доме или C/O в выхлопе), то это может быть в ваших интересах. чтобы получить второе мнение.Иногда неопытный техник может преждевременно прийти к выводу, что печь небезопасна и газ необходимо перекрыть. В некоторых случаях топка может просто перегореть, не хватать воздуха для горения или не отводить конденсат из вторичного теплообменника.

Нам все время задают вопрос: ремонтировать или менять печь? Мы стараемся как можно больше обучать домовладельцев, чтобы они могли принять обоснованное решение. Если системе больше 10 лет, мы не видим возможности использовать хорошие деньги для погони за плохими деньгами.Вы платите за ремонт, а затем через несколько месяцев или в следующем сезоне выходит из строя двигатель вентилятора или печатная плата, а затем вы попадаете в другой дорогостоящий ремонт. По большей части на новую печь дается 10-летняя гарантия на детали. Большинство подрядчиков предлагают 10-летнюю гарантию на работу при условии, что у вас есть ежегодное техническое обслуживание (также известное как «настройка»), которое не позволит вам вернуться в эту ситуацию через 10-12 лет. Компания «Пожизненное отопление и кондиционирование воздуха» предлагает лучшую в отрасли пожизненную гарантию (запчасти и работы) на оборудование, приобретенное и обслуживаемое нами.Наш план технического обслуживания обеспечивает истинное спокойствие!

Позвоните или посетите нас онлайн по телефону (425) 553-4328 или посетите веб-сайт www.heatingforlife.com, чтобы запланировать профилактическое обслуживание или проверку безопасности вашего оборудования. Вы будете спать спокойнее, зная, в каком состоянии ваша техника!

«Мы гарантируем ваш комфорт на всю жизнь

.