Varmeveksler

En varmeveksler  er en teknisk enhed, hvor varme udveksles mellem to medier med forskellige temperaturer .

Ifølge driftsprincippet er varmevekslere opdelt i recuperatorer og regeneratorer. I rekuperatorer er bevægelige varmebærere adskilt af en væg. Denne type omfatter de fleste varmevekslere af forskellige designs. I regenerative varmevekslere er varme og kolde kølemidler på skift i kontakt med den samme overflade. Varme ophobes i væggen ved kontakt med en varm kølevæske og frigives ved kontakt med en kold, som f.eks. i højovne .

Varmevekslere bruges i teknologiske processer inden for olieraffinering, petrokemiske, kemiske, nukleare, køle-, gas- og andre industrier, inden for energi og forsyningsvirksomhed [1] .

Udformningen af ​​varmeveksleren afhænger af brugsbetingelserne. Der er enheder, hvor der samtidig med varmeoverførsel forekommer tilstødende processer, såsom fasetransformationer , for eksempel kondensation , fordampning , blanding. Sådanne enheder har deres egne navne: kondensatorer, fordampere, køletårne ​​, blandekondensatorer.

Afhængig af varmebærernes bevægelsesretning kan rekuperative varmevekslere være direkte-flow med parallel bevægelse i én retning, modstrøm med parallel modgående bevægelse, samt med indbyrdes tværgående bevægelse af to interagerende medier.

De vigtigste typer varmevekslere

De mest almindelige rekuperative varmevekslere i industrien er:

• Skal-og-rør (skal-og-rør) varmevekslere,
• Elementære (sektions)varmevekslere,
• To-rørs varmevekslere af typen "rør i rør" [2] ,
• snoede varmevekslere,
• Dykvarmevekslere,
• Vandingsvarmevekslere,
• lamelvarmevekslere,
• spiral varmevekslere ,
• Plade varmevekslere ,
• Plade- og finnevarmevekslere ,
• grafit varmevekslere,
• Minikanal varmevekslere [3] .
• Helicoide varmevekslere

Design af varmevekslere

De vigtigste typer af rekuperative varmevekslere.

• Skal- og rørvarmevekslere . Rørplader svejses til kroppen, kappen i enderne, hvori rørbundterne er fastgjort. Som udgangspunkt er rørene i ristene fastgjort med en flare tætning eller på anden måde, afhængig af rørets materiale og trykket i apparatet. Rørplader lukkes med dæksler på pakninger og bolte eller bolte. På kroppen er der grenrør (fittings), hvorigennem en kølevæske passerer gennem ringrummet. Det andet kølemiddel passerer gennem rørene (fittings) på dækslerne gennem rørene. I multi-pass varmeveksleren er der installeret bafler i kroppen og dækslerne for at øge varmebærernes hastighed. For at øge varmeoverførslen anvendes finning af varmevekslerrør, som udføres enten ved rifling eller ved at vikle båndet. Om nødvendigt skal apparatets design sørge for rengøring.
• Element varmevekslere . Hvert element i et sådant apparat er en simpel skal-og-rør varmeveksler uden bafler. Sådanne enheder tillader samtidig højere tryk. Dette design viser sig dog at være mere omfangsrigt og tungt end skal-og-rør-apparatet.
• Dykvarmevekslere . I en nedsænket spolevarmeveksler bevæger en kølevæske sig langs en spole nedsænket i en tank med en anden flydende kølevæske. Væskens hastighed i ringrummet er ubetydelig, og følgelig er varmeoverførslen fra væsken relativt lille. Sådanne varmevekslere bruges på grund af deres enkelhed og lave omkostninger i små installationer.
• Varmevekslere af typen "rør i rør" . Et sådant apparats varmevekslerelement er vist i figuren. Separate elementer er forbundet med grenrør og spoler, der danner et integreret apparat af den nødvendige størrelse. Disse varmevekslere bruges ved lave strømningshastigheder og ved høje tryk.
• Vandingsvarmevekslere . Denne type varmeveksler bruges hovedsageligt som kondensatorer i køleenheder. Vandingsvarmeveksleren er en spole af vandrette rør placeret i et lodret plan i form af en række parallelle sektioner. Over hver række er der en sliske, hvorfra kølevand strømmer i vandløb ud på varmevekslerrørene og vasker deres ydre overflade. I dette tilfælde fordamper en del af kølevandet. Det resterende vand returneres af pumpen, og tabene udlignes fra vandforsyningen. Disse varmevekslere er installeret udendørs og lukket med træriste for at reducere vandoverførsel.
• Grafit varmevekslere . Varmevekslere til kemisk aggressive miljøer er lavet af grafitblokke, som er imprægneret med specielle harpikser for at eliminere porøsitet. Grafit har god varmeledningsevne. Kanaler til kølemidler bores i blokkene. Blokkene forsegles sammen med gummi- eller teflonpakninger og strammes med låg med bindebånd.
• Pladevarmevekslere . Sådanne varmevekslere består af et sæt plader, hvori bølgede overflader og kanaler for væskestrømmen er stemplet. Pladerne er forseglet med gummipakninger og bånd. En sådan varmeveksler er let at fremstille, nem at modificere (tilføje eller fjerne plader), nem at rengøre, har en høj varmeoverførselskoefficient, men kan ikke bruges ved høje tryk.
• Plade- og lamelvarmeveksler . En varmeveksler af denne type består i modsætning til en pladevarmeveksler af et system af skilleplader, mellem hvilke der er ribbede overflader - dyser fastgjort til pladerne ved vakuumlodning. Fra siderne er kanalerne begrænset af stænger, der understøtter pladerne og danner lukkede kanaler. Således er lamelpladevarmeveksleren baseret på en stiv og holdbar helloddet varmevekslermatrix bygget efter honeycomb-princippet og kan betjenes (selv lavet af aluminiumslegeringer) op til et tryk på 100 atm. og højere. I plade-fin varmevekslere er der et stort antal dyser, som giver dig mulighed for at vælge geometrien af ​​kanalerne fra siden af ​​hver af strømmene, og realisere det optimale design. De vigtigste fordele ved denne type varmevekslere er kompakthed (op til 4000 m²/m³) og lethed. Sidstnævnte sikres ved brug af en pakke af tyndpladedele lavet af lette aluminiumslegeringer ved fremstillingen af ​​varmevekslingsmatrixen.
• Varmevekslere spiral . Varmeveksleren består af to spiralkanaler viklet af rullet materiale rundt om den centrale skillevæg - kerne, medierne bevæger sig gennem kanalerne. Et af formålene med spiralvarmevekslere er opvarmning og afkøling af meget viskøse væsker.

Ved valg mellem plade- og skal- og rørvarmevekslere foretrækkes pladevarmevekslere med en varmeoverførselskoefficient på mere end tre gange den traditionelle skal og rør. Samtidig, for at løse det samme problem med opvarmning af mediet, vil en skal-og-rør varmeveksler optage et areal 3-4 gange større end en pladevarmeveksler sammenlignelig i effektivitet eller 6-10 gange større end en helicoid varmeveksler veksler sammenlignelig i effektivitet [4] [5] . Samtidig kan udenlandske pladevarmevekslere, udstyret med automatisering, kontrol og pålidelige fittings , reducere mængden af ​​kølevæske, der bruges til at opvarme vand. Det betyder, at diameteren på rørledninger og afspærrings- og reguleringsventiler vil reducere belastningen på netværkspumper og dermed reducere elforbruget. For nylig begyndte moderne hjemlige helicoide varmevekslere at dukke op, udstyret med rør profileret på en sådan måde, at stigningen i hydraulisk modstand oversteg stigningen i varmeoverførsel på grund af brugen af ​​flowturbulatorer. Dette opnås ved at riflede ringformede eller spiralformede riller på den ydre overflade af røret, på grund af hvis dannelse der dannes jævnt skitserede fremspring med lille højde på den indre overflade af røret, hvilket intensiverer varmeoverførslen i rørene. Denne teknologi, ud over så vigtige indikatorer som høj pålidelighed (også i tilfælde af vandhammer ) og lavere omkostninger , giver indenlandsk varmevekslingsudstyr yderligere fordele sammenlignet med udenlandske lamellære modstykker. Et alvorligt problem er korrosion af varmevekslere. For at beskytte mod korrosion anvendes termisk sprøjtning af rørplader, rør af overhedere. Dette gælder ikke kun skal- og rørvarmevekslere af kulstofstål. Helicoide varmevekslere [4] og plader af pladevarmevekslere er overvejende lavet af korrosionsbestandigt varmebestandigt stål, men på trods af dette er de også udsat for grubetæring ved brug af uhæmmede kølemidler.

Noter

1. ↑ Udstyr til varmeveksling. . armoservis.ru _ Hentet 22. januar 2021. Arkiveret fra originalen 28. januar 2021. (ubestemt)
2. ↑ Pumpet isteknologi
3. ↑ Baranenko A. V., Tsvetkov O. B., Laptev Yu. A., Khovalyg D. M. Minikanal varmevekslere i køleteknik.  // Videnskabeligt tidsskrift NRU ITMO. Serien "Køle og klimaanlæg". - Sankt Petersborg. : NRU ITMO , 2014. - Udgave. 3 . — ISSN 2310-1148 . (Russisk)
4. ↑ 1 2 M. Nitsche og RO Gbadamosi. Vejledning til design af varmeveksler. - Elsevier Inc., 2016. - ISBN 978-0-12-80-37-64-5 .
5. ↑ Energisikkerhed i dokumenter og fakta nr. 2, 2006 . Hentet 25. maj 2018. Arkiveret fra originalen 12. januar 2020. (ubestemt)

Litteratur

• Lukanin V. N., Varmeteknik, M., "Higher School", 2002.
• Kasatkin A. G., Grundlæggende processer og apparater inden for kemisk teknologi, "Chemistry", M., 1971, 784 s.