Jaké třídy jsou založeny na typu teplosměnné plochy?

Všechna zařízení se nazývají výměníky tepla, bez ohledu na to, jaký je jejich účel: vytápění nebo chlazení, odpařování nebo kondenzace.

Většina procesů v průmyslu rafinace ropy využívá ohřev suroviny, jakož i rozpouštědel, činidel, katalyzátorů apod. používaných při jejím zpracování. ochladit na teplotu, při které je možné jejich skladování a přepravu.

Tyto procesy se provádějí ve výměnících tepla (HEA), které jsou určeny k provádění procesů výměny tepla, když je nutné ohřát nebo ochladit procesní médium za účelem jeho zpracování nebo recyklace tepla.

Zařízení pro výměnu tepla tvoří velmi významnou část procesních zařízení v rafinérii ropy a příbuzných odvětvích. Podíl TOA v petrochemických a ropných rafinériích je v průměru 50 %.

V závislosti na konkrétních podmínkách použití jsou na průmyslové výměníky tepla kladeny různé požadavky:

– zajištění nejvyššího součinitele prostupu tepla při co nejnižším hydraulickém odporu;

– kompaktnost a minimální spotřeba materiálu;

– spolehlivost a těsnost spojená s demontáží a přístupností teplosměnné plochy pro mechanické čištění od znečištění;

– sjednocení komponentů a dílů;

– vyrobitelnost mechanizované výroby široké škály teplosměnných ploch pro různé rozsahy provozních teplot, tlaků atd.

Vysoká účinnost takových zařízení umožňuje snižovat spotřebu paliva a elektřiny na konkrétní technologický proces a má významný vliv na jeho technicko-ekonomické ukazatele.

Proto je třeba věnovat zvláštní pozornost studiu konstrukce a provozu těchto zařízení.

1 Klasifikace výměníků tepla

Podmínky pro procesy výměny tepla v průmyslových zařízeních jsou extrémně rozmanité. Tato zařízení se používají pro pracovní média s různým fyzikálním skupenstvím a strukturou (plyn, pára, kapička kapaliny, emulze atd.) v širokém rozsahu teplot, tlaků a fyzikálně-chemických vlastností.

Vzhledem k různorodosti požadavků kladených na výměníky tepla souvisejících s jejich provozními podmínkami se používají zařízení různých konstrukcí a typů a pro každý typ zařízení byla vyvinuta široká škála velikostí teplosměnných ploch (od několika metrů čtverečních až po tisíce v jedno zařízení). Ve velikostní řadě se tepelné výměníky liší přípustnými tlaky a teplotami pracovního média a také materiály, ze kterých je zařízení vyrobeno.

Neexistuje žádná přísná klasifikace výměníků tepla. Ve vztahu k průmyslu rafinace ropy lze tepelné výměníky klasifikovat podle následujících hlavních charakteristik (obrázek 1.1):

Obrázek 1.1 – Obecná klasifikace TOA

a) v závislosti na způsobu přenosu tepla se zařízení dělí do následujících skupin (obrázek 1.2):

– povrchové výměníky tepla, ve kterých dochází k přenosu tepla mezi teplosměnnými médii přes povrch oddělující tato média.

Obrázek 1.2 – Klasifikace TOA v závislosti na způsobu přenosu tepla

Tuto skupinu TOA lze zase klasifikovat podle návrhu (obrázek 1.3):

Obrázek 1.3 – Klasifikace TOA podle návrhu

– zařízení vyrobená z trubek (trubkový TOA (obrázek 1.4), typ „trubka v potrubí“ (obrázek 1.5), zařízení pro chlazení vzduchem, ponorná (obrázek 1.6), spirála atd.);

– zařízení, jejichž teplosměnná plocha je vyrobena z válcovaných plechů (deska (obrázek 1.7), spirála atd.);

– zařízení s teplosměnnou plochou z nekovových materiálů (grafit, plasty, sklo atd.);

Obrázek 1.4 – Skořápka a trubka TOA

Obrázek 1.5 – „pipe-in-pipe“ typ TOA

Obrázek 1.6 – Ponorná TOA

– míchací zařízení, ve kterém dochází k přenosu tepla mezi teplosměnnými médii jejich kontaktem. Pro výrobu směšovacích výměníků tepla je zpravidla potřeba méně kovu; Navíc v mnoha případech zajišťují efektivnější přenos tepla. Přes tyto výhody však často nelze míchací zařízení použít z důvodu nepřípustnosti přímého kontaktu proudů. Mezi taková zařízení patří zejména chladicí věže. Konstrukčně je deskový výměník tepla (PHE) souborem teplosměnných desek a těsnění nainstalovaných ve speciálním rámu a utažených závitovými tyčemi na určitou velikost.

1 – pevná deska s připojovacími trubkami, 2 – zadní přítlačná deska, 3 – teplosměnné desky s těsněním, 4 – horní vedení, 5 – spodní vedení, 6 – zadní stojan, 7 – sada závitových tyčí.

Obrázek 1.7 – Deskové výměníky tepla

b) podle účelu jsou zařízení rozdělena do následujících skupin (obrázek 1.8) [5]:

Obrázek 1.8 – Klasifikace TOA podle účelu

– výměníky tepla – zařízení pro regeneraci tepla odváděného odcházejícími toky. Cílovým procesem v nich probíhajícím může být ohřev studeného proudu nebo chlazení horkého proudu nebo oba procesy ve stejném rozsahu.

Ohřev jednoho proudu a chlazení druhého přitom umožňuje snížit spotřebu tepla dodávaného zvenčí (snížit spotřebu paliva, topné vodní páry atd.) a chladiva.

Tato skupina zařízení zahrnuje výměníky tepla pro topný olej v zařízení, realizované využitím tepla destilátů opouštějících zařízení, zbytků a také mezicirkulační závlahy. Patří sem také kotle na odpadní teplo, kde se pára vyrábí využitím tepla ropných produktů, spalin nebo katalyzátoru v jednotkách katalytického krakování. Do této skupiny patří i studené regenerátory;

– ohřívače – zařízení pro ohřev destilátů nebo činidel pomocí tepla chladicí kapaliny.

Cílovým procesem v nich je zahřívání. Jako chladivo se používá především vodní pára, která se vyznačuje vysokým součinitelem prostupu tepla při kondenzaci a velkým latentním kondenzačním teplem. Vysokovroucí ropné produkty ohřívané v trubkových pecích mohou také sloužit jako nosiče tepla;

– kondenzátory – zařízení pro kondenzaci a chlazení par předáváním tepla chladivu;

– chladničky – zařízení pro chlazení proudů kapalin. Když je teplo z produktu rekuperováno, jeho konečné ochlazení na teplotu potřebnou pro bezpečnou přepravu a skladování je obvykle dokončeno v chladničkách.

Pokud se krystaly uvolňují z proudu kapaliny během chlazení, pak se chladicí zařízení nazývá krystalizátor.

V kondenzátorech, ledničkách a krystalizátorech je cílem procesu chlazení horkého média.

– výparníky, kotle, ve kterých se ohřev nebo ohřev a částečné odpařování provádí pomocí vysokoteplotních toků ropných produktů a speciálních chladicích kapalin (vodní pára, uhlovodíkové páry, speciální vysokovroucí kapaliny atd.). V takových zařízeních je ohřátí nebo odpaření jednoho média cílovým procesem, zatímco chlazení horkého proudu je sekundární proces a je určen potřebou ohřát původní studený proud.

Mezi zařízení této skupiny patří například ohřívače surovin využívající tepla vodní páry, kotle, pomocí kterých je teplo potřebné pro rektifikaci přiváděno na dno destilační kolony atd. d.;

c) v závislosti na směru pohybu chladiva – přímý proud, protiproud, křížový proud atd.

d) v závislosti na počtu zdvihů v potrubí a mezitrubkovém prostoru: jeden-; dva-; čtyř- a víceprůchodové.

V petrochemických podnicích tvoří asi 80 % trubkové výměníky tepla. Tyto výměníky tepla jsou zcela jednoduché na výrobu a spolehlivé v provozu a zároveň jsou značně univerzální, tzn. lze použít k výměně tepla mezi plyny, párami, kapalinami v jakékoli kombinaci chladicích kapalin a v širokém rozsahu jejich tlaků a teplot.

Výměník tepla – technické zařízení určené k přenosu tepla mezi vytápěným a chladným prostředím. Nejčastěji se výměna tepla provádí prostřednictvím konstrukčních prvků zařízení, ačkoli existují jednotky, jejichž princip fungování je založen na míchání dvou médií.

Oblasti použití výměníků tepla:

• topné systémy;
• hutnictví;
• energie;
• topné body;
• chemický a potravinářský průmysl;
• klimatizační a ventilační systémy;
• veřejné služby;
• jaderný a chladicí průmysl.

Obsah

1. Typy výměníků tepla
2. Podle typu interakce mezi prostředími
3. Povrch
4. míchání
5. Podle typu přenosu tepla
6. Regenerativní
7. Regenerativní
8. Podle typu konstrukce
9. Ve směru pohybu médií
10. Jednoprůchodové výměníky tepla
11. Víceprůchodové výměníky tepla
12. Zařízení výměníku tepla
13. Princip činnosti výměníku tepla
14. Závěr

Typy výměníků tepla

Tepelné výměníky jsou rozděleny do několika skupin v závislosti na:

• typ interakce médií (povrch a míchání);
• druh přenosu tepla (rekuperační a regenerační);
• konstrukční typ;
• směry pohybu chladicí kapaliny a spotřebiče tepla (jednoprůchodové a víceprůchodové).

Klasifikace výměníků tepla je nejpřehledněji znázorněna na následujícím obrázku (pokud potřebujete obrázek zvětšit, stačí na něj kliknout):

Rýže. 1. Typy zařízení výměníků tepla v závislosti na principu činnosti

Podle typu interakce mezi prostředími

Povrch

Z výměníků tepla tohoto typu vyplývá, že se média (chladivo a spotřebič tepla) vzájemně nemísí a k přenosu tepla dochází přes kontaktní povrch – desky v deskových výměnících tepla nebo trubky v trubkových výměnících tepla.

míchání

Kromě plošných výměníků se používají jednotky, jejichž provoz je založen na přímém kontaktu dvou látek.

Nejznámější verzí směšovacích výměníků tepla jsou chladicí věže:

Rýže. 2. Chladicí věže – jeden z typů míchacích zařízení

Chladicí věže se používají v průmyslu k chlazení velkých objemů kapaliny (vody) usměrněným proudem vzduchu.

Směšovací výměníky tepla zahrnují:

• parní probublávače;
• ohřívače trysek;
• chladicí věže;
• barometrické kondenzátory.

Podle typu přenosu tepla

Regenerativní

U tohoto typu zařízení dochází k přenosu tepla kontinuálně kontaktní plochou. Příkladem takového výměníku tepla je deskový výměník tepla s těsněním.

Regenerativní

Od rekuperátorů se liší tím, že pohyb chladicí kapaliny a spotřebiče tepla je periodický. Hlavní oblastí použití takových instalací je chlazení a ohřev vzdušných hmot.

Instalace s tímto typem akce jsou potřebné ve vícepodlažních kancelářských budovách, kdy teplý odpadní vzduch opouští budovu, ale jeho energie se přenáší do čerstvého přiváděného vzduchu.

Rýže. 3. Regenerační výměník tepla

Obrázek ukazuje, jak do výměníku tepla vstupují 2 proudy: horký (I) a studený (II). Průchod potrubím 1, horké prostředí ohřívá vlnitou pásku, stočenou do spirály. V tuto chvíli prostřednictvím sběratele 3, prochází studený proud.

Po nějaké době (od několika minut až po několik hodin), když kolektor 1, odebere dostatečné množství tepla (přesná doba závisí na technickém postupu), oběžné kolo 2 и 4 otočit se.

Tím se mění směr toků I. a II. Nyní studený proud prochází potrubím 1 a odebírá teplo.

Podle typu konstrukce

Existuje mnoho variant v konstrukcích výměníků tepla. Jejich výběr a výběr konkrétního modelu závisí na velkém počtu provozních podmínek a technických charakteristik:

• výkon výměníku tepla;
• tlak v systému;
• typ prostředí (agresivní nebo ne);
• provozní teploty;
• další požadavky.

Podrobná klasifikace typů konstrukcí výměníků tepla je vidět výše na Obr. 1.

Ve směru pohybu médií

Jednoprůchodové výměníky tepla

U tohoto typu jednotek protíná chladicí kapalina a spotřebič tepla vnitřní objem výměníku tepla jednou nejkratší cestou. To je jasně vidět v následujícím videu:

Podobný pohybový vzorec při údržbě se používá v jednoduchých případech, kdy není nutné zvyšovat přenos tepla z chladiva do chladiva. Jednoprůchodové výměníky tepla navíc vyžadují méně údržby a čištění, protože se na vnitřních površích hromadí méně usazenin a nečistot.

Víceprůchodové výměníky tepla

Používají se tehdy, když pracovní média špatně odevzdávají nebo přijímají teplo, takže účinnost výměníku tepla je zvýšena díky delšímu kontaktu chladicí kapaliny s deskami jednotky.

Příklad provozu dvoutahového deskového výměníku tepla je uveden v tomto videu:

Zařízení výměníku tepla

Jak bylo uvedeno výše, konstrukce výměníků tepla se od sebe velmi liší, takže každý z nich bude podrobně popsán v následujících článcích.

Jako příklad můžeme považovat deskový skládací výměník tepla, jako nejmodernější a nahrazující starší generace výměníků tepla: trubkový (shell-and-tube), „pipe-in-pipe“ a další typy. .

Tento typ údržby se skládá ze dvou hlavních desek: pohyblivé a pevné přítlačné desky. Obě desky mají několik otvorů.

Otvory, které mají přívodní a výstupní proudy, jsou spolehlivě vyztuženy speciálním těsněním a silnými kroužky vpředu a vzadu.

Rýže. 4. Zařízení RPTO

Při instalaci jsou potrubní prvky připojeny k vstupním a výstupním otvorům pomocí odbočných trubek. Pro připojení lze použít trubky různých průměrů a s různými typy závitů (moderní požadavky naznačují použití závitů GOST č. 12815 a GOST č. 6357). Oba typy jsou přímo závislé na zařízení a jeho typu.

Uprostřed mezi přítlačnými deskami je umístěno několik desek. Tloušťka desek je do 0,5 mm, jsou vyrobeny pouze z nerezové oceli nebo titanu metodou ražení za studena.

Všechny vrstvy desek jsou proloženy tenkou speciální těsnící gumou, která je instalována mezi všechny vrstvy desek. Pryžový materiál má znatelně zvýšenou odolnost vůči vysokým teplotám, díky čemuž jsou pracovní kanály zcela utěsněny.

Rovná vodítka ve spodní a horní části zajišťují fixaci balíčku desek a slouží také jako vodítka při sestavování jednotky. Desky jsou stlačeny na požadovaný rozměr pomocí utahovacích matic.

Vnitřní uspořádání desek nebylo zvoleno náhodou, každá další deska je otočena o 180° vůči sousedním sousedním deskám. Díky tomuto zařízení výměníku má otvor vstupního kanálu dvojité těsnění.

Konstrukci deskového výměníku, jeho montáž a princip fungování můžete vidět v tomto videu:

Princip činnosti výměníku tepla

Přední a zadní deska mají otvory, které se připojují k potrubí. Prostřednictvím nich vstupuje do jednotky chladicí kapalina a spotřebič tepla.

Rýže. 5. Pohyb média uvnitř sady desek

Vrstva vlnité stěny v podmínkách vysokorychlostního proudění začíná postupně získávat turbulence. Každé médium se pohybuje směrem k sobě z různých stran desky, aby se zabránilo smíchání.

Paralelní desky tvoří pracovní kanály. Každé médium, které se pohybuje všemi kanály, vytváří tepelnou výměnu a opouští vnitřní hranice zařízení. To znamená, že všechny desky jsou nejdůležitějším prvkem ze všech částí výměníku tepla.

Toky uvnitř deskového výměníku tepla mohou sledovat jednoprůchodová a víceprůchodová schémata v závislosti na technických charakteristikách a podmínkách řešeného problému:

Rýže. 6. Schémata proudění chladiva ve skládacím deskovém výměníku tepla v závislosti na principu činnosti

Závěr

V tomto článku jste se mohli seznámit s typy výměníků tepla, jejich účelem a oblastmi použití. V příštím článku se na deskové výměníky podíváme podrobně – jakou mají vlastnost, jaké typy existují a jak se od sebe liší, proto se přihlaste k odběru e-mailových novinek a novinek na sociálních sítích, abyste je nepropásli.

Stojí za připomenutí, že výměníky tepla typu shell-and-tube (shell-and-tube) jsou v současné době aktivně nahrazovány deskovými výměníky tepla, protože ty jsou univerzálnější a snadněji se udržují.

Potřebujete-li pro svůj úkol vybrat výměník tepla, můžete se podívat na modely, které naše společnost dodává v příslušných sekcích katalogu.

Pokud máte nějaké potíže, kontaktujte naše inženýry nebo vyplňte formulář: