Теплообменный аппарат это сосуд под давлением
Теплообменный аппарат или теплообменник – это техническое устройство, в котором физический принцип передачи тепла от теплой среды к холодной без применения внешней энергии, превращен в технологический процесс. Он не является самостоятельным прибором и применяется в комплексе с другим тепловым оборудованием, поэтому должен соответствовать ему по параметрам.
Современные модели теплообменников характеризуются высоким уровнем безопасности, производительностью, минимальными потерями тепловой энергии в рабочем процессе, сниженными затратами теплоносителя и его циркуляции. Эти аппараты изготавливаются из новейших материалов, которые стойки к разрушительному коррозийному воздействию, что значительно увеличивает их ресурс. Чтобы понять работу этих устройств, рассмотрим теплообменный процесс.
Понятие теплообмена
Теплообмен представляет собой необратимый физический процесс, когда тепло передается от горячих тел или сред к холодным. На этом физическом законе базируется функционал теплообменного аппарата. Процесс происходит естественно, без совершения какой-либо работы над телом или средой. Он заканчивается, когда разницы температуры выравниваются. Теплообмен осуществляется 3-мя способами:
- За счет теплопроводности. В этом случае теплота переходит от одного тела к другому при контакте. Материалы, в частности нержавеющие стали, характеризуются разной способностью проводить тепло. Большими показателями характеризуется металлы, кроме свинца и ртути. Тепловой обмен осуществляется во взаимодействии молекул одного вещества с другим. Интенсивность теплообмена измеряется коэффициентом теплопроводности k, который лежит в диапазоне от k = 600…2000 (Вт/м2K) для вязких сред (например, сахарный сироп) до k = 2000…7000 (Вт/м2K) для воды.
- Излучением. Это электромагнитные волны, которые испускает вещество при нагревании до конкретных температурных значений. Эту энергию испускают любые тела, в том числе и биологические организмы. Чем выше температурные показатели у вещества, тем большие параметры у излучения. Эта энергия частично улавливается другими телами и частично отбрасывается. Темные предметы интенсивней поглощают тепловое излучение, светлые – больше отражают. Теплообмен излучением играет малозаметную роль и в программах по расчету теплообменников, как правило, не учитывается.
- Конвекция – это тип теплообмена, при котором выполняются обменные процессы тепловой энергии в потоках газообразных веществ и жидкостей. В твердых веществах конвекция не происходит. Конвекция бывает двух видов: естественная и вынужденная. Первая возникает при неоднородном разогреве. Вынужденный процесс происходит, когда газ или жидкость принудительно перемешиваются. На вынужденном принципе базируется работа теплообменных аппаратов.
Определение и классификация
Теплообменные аппараты – это технологические устройства, которые выполняют передачу тепла межу двумя средами. Установки различаются по принципу действия на два типа:
- Рекуператоры. В этих устройствах теплоносители отделены друг от друга стенкой. К ним относится большинство современных, в том числе теплообменники для горячего водоснабжения.
- Регенераторы. В этих аппаратах среды, между которыми происходит теплообмен, поочередно касаются одной и той же поверхности. По регенеративному принципу тепло накапливается в твердом веществе во время контакта с горячим носителем и отдается холодному.
Теплообменник работает и на нагрев, и на охлаждение. Этот фактор расширяет сферы применения установок. Теплообменные устройства применяются:
- в коммунальном хозяйстве;
- на нефтеперерабатывающих, нефтяных, химических предприятиях;
- в энергетической отрасли;
- на пищевых и фармацевтических комбинатах;
- в газовой промышленности.
Конкретная модель выбирается в зависимости от условий предстоящей эксплуатации. Разработаны такие аппараты, которые помимо теплообмена выполняют смежные функции. Теплообменные установки, действующие на рекуперативном принципе, подразделяются на виды по направлению движения среды:
- прямоточные;
- параллельное движение по одну маршруту;
- противоточные (наиболее часто встречаются в пластинчатых теплообменниках);
- противоточные, при встречном параллельном движении.
Устройство, принцип работы простейшего теплообменника
Теплообменные аппараты различаются устройством, но работают на одном принципе. Чтобы понять его, рассмотрим конструкцию простейшей установки. Элементарный прибор – это емкость с кожухом, охлаждающим и нагревающим. Рубашка окружает емкость и создает кольцевое пространство, в которое подается жидкость или пар (теплоноситель). Если в кольцевое пространство залить холодную воду, то среда в основной емкости охлаждается. Если рубашка будет наполнена теплоносителем, вещество в основном резервуаре будет нагреваться.
Схемы подключения
Теплообменный технический аппарат подключается к системе тремя способами:
- Независимая конфигурация.
- Параллельная конфигурация (или 1-ступенчатая) предполагает монтаж оборудования соответственно названию между двумя коммуникациями. Регулировка выполняется 1-им клапаном.
Смысл процесса – это постоянное фиксирование заданной температуры. Это простая структура, обеспечивающая хороший теплообмен, но потребляет большие объемы теплоносителя. - Двухступенчатая конфигурация рационально использует тепловую энергию обратного потока. Подготовка жидкости выполняется в группе из 2-х агрегатов.
Такой теплообменник называется моноблок, то есть 2 пластинчатых теплообменника, изготовленные на одной раме. Первая ступень теплообмена нагревает воду обратным потоком воды из системы отопления примерно до +40 градусов. Вторая ступень теплообмена продолжает процедуру и доводит показатели температуры воды до +60 градусов, что соответствует общепринятому нормативу по температуре ГВС. В этом случае между теплообменными аппаратами может быть установлено любой тип соединения. Этот способ характеризуется низким расходом теплоносителя – до 40% за счет использования оставшегося неиспользованным тепла обратного потока системы отопления, и, соответственно, высоким КПД.
Грамотный выбор схемы подключения гарантирует экономичность эксплуатации. Для этого нужно правильно увязать гидравлические режимы горячего водоснабжения и отопления.
Технические характеристики и преимущества теплообменников
Любой теплообменный охладительный или нагревательный аппарат устроен по принципу обмена теплом между средами, но конструкции – различны. Устройства создаются в широком ассортименте. Чтобы правильно сделать выбор, нужно знать:
- виды устройств;
- их конструкции;
- технические и эксплуатационные параметры;
- назначение.
В различных сферах жизнедеятельности человека наиболее востребованы аппараты рекуперативного типа, они классифицируются по следующим видам:
- миниканальные;
- смесительные;
- погружные;
- паяные;
- поверхностные;
- оросительные;
- пластинчатые;
- ребристые;
- кожухотрубные и прочие.
Пластинчатые аппараты высоко популярны, в сравнении с другими конструкциями. Они производительны, безопасны, надежны и относительно дешевы в изготовлении и эксплуатации. Это проточные установки. Они представляют собой пластины, собранные в пакет пластин, между которыми формируются нагревающий и нагреваемый каналы. Пакет пластин устанавливается в раму с рабочим давлением 10, 16 или 25 бар.
Потоки разделены стенками, поэтому перемешивание сред исключается. От качества прокладочного материала, числа пластин в пакете, размеров и формы зависят условия, в которых будет эксплуатироваться устройство. Базовые эксплуатационные параметры теплообменников:
- габариты установки;
- диапазон температур;
- вид исполнения;
- материалы, из которых выполняются базовые элементы;
- номинальное давление;
- расходы теплоносителя.
Правильный выбор – это первый критерий надежной работы систем. Как и всякая техника, нуждаются в техническом обслуживании, замене расходных материалов, текущем ремонте. Особенностью ухода за теплообменным оборудованием является промывка внутренних стенок пластин. Поскольку внутри конструкции циркулируют горячие среды, при температуре выше +40 градусов образуются посторонние вещества: накипь, ржавчина, а также возможно образование химических соединений. Они осаждаются на стенках и мешают передаче тепла, то есть снижают коэффициенты теплопередачи.
Для сохранения работоспособности оборудования на протяжении всего срока эксплуатации, необходима регулярная промывка системы отопления, охлаждения и подачи горячей воды. Разработаны и используются несколько технологий очистки, но лучшие результаты показывает химический метод (безразборным или разборным способами). Промывку выполняют либо согласно графику регламента, либо при появлении признаков засора.
Выводы
Теплообменный аппарат – это надежная, производительная и безопасная установка. Еще недавно считали импортное оборудование более безопасным и долговечным, но теперь пластинчатые теплообменники российского производства ничем не уступают аналогам зарубежного производства, но реализуются по разумным ценам.
Наша компания реализует теплообменные установки любого типа и производства. Поставки выполняются в любой регион России. Продукция сертифицирована, соответствует техническим нормативам РФ и сопровождается гарантиями. Наши менеджеры с помощью инженерных расчетов помогут вам грамотно подобрать модель для конкретных условий эксплуатации.
Источник
Господа эксперты, прошу разъяснения!
Сделан сертификат на АВО по ТР ТС 010. Однако Заказчик, ссылаясь на то, что ГОСТ Р 51364 на АВО, включен в перечень стандартов к ТР ТС 032, требует сделать сертификат на трубную часть АВО, в соответствии с подпунктом “К” пункта 2 ТР ТС 032.
Можно ли рассматривать теплообменную секцию АВО, как сосуд под давлением, и сертифицировать её как элемент оборудования, выдерживающий воздействие давления?
Комментарии:
| Название | Дата загрузки | Кто загрузил |
Можно ли рассматривать теплообменную секцию АВО, как сосуд под давлением, и сертифицировать её как элемент оборудования, выдерживающий воздействие давления?
– да, можно и нужно, но не как элемент, а как (формулировка в СС) “Сосуд, работающий под давлением рабочей среды такой-то (газообр. или жидк.) группы такой-то – аппарат воздушного охлаждения …, категория оборудования такая-то”, поскольку, кроме этой теплообменной секции, иных элементов под давлением у АВО нет.
2.03.2016 09:50
в ответ на #57488
Ранее (14.07.2014) на форуме поднимали похожий вопрос и был дан такой ответ
АВО – не сосуд, с каких пор АВО стал ёмкостью?
ТР ТС 032/2013:
“сосуд” – герметически закрытая емкость (стационарно установленная или передвижная), предназначенная для ведения химических, тепловых и других технологических процессов, а также для хранения и транспортировки газообразных, жидких и других веществ.
В частности, ГОСТ Р 51364:
3.1 Аппарат воздушного охлаждения (далее – аппарат) представляет собой теплообменный аппарат, состоящий из следующих основных частей:
теплообменной поверхности (теплообменная секция);
системы подачи воздуха, включающей вентилятор с приводом от электродвигателя, диффузор с коллектором;
опорной металлоконструкции…
3. Настоящий технический регламент не распространяется на следующую продукцию:
..и) части машин, не представляющие собой самостоятельные сосуды (корпуса насосов или турбин, цилиндры двигателей паровых, гидравлических, внутреннего сгорания, воздушных машин и компрессоров);
А что является частями АВО, уж написано выше.
В чем тогда ошибка в рассуждениях отвечавшего и есть ли, если кто знает, официальная позиция надзорных органов?
2.03.2016 10:37
в ответ на #57511
Теплообменная секция АВО относится к “частям машин, не представляющим собой самостоятельных сосудов (корпуса насосов или турбин, цилиндры двигателей паровых, гидравлических, внутреннего сгорания, воздушных машин и компрессоров)”? Несерьезно…
Что, обычный кожухотрубчатый теплообменник попадает под ТР ТС 032, а то же самое, только не имеющее второй рабочей полости под давлением – не попадает?…
Источник
Москва, 24.10.2020, 04:15:59, редакция ПРОНЕДРА.РУ, автор Александр Алексинский.
Теплообменное оборудование – это набор различных устройств и агрегатов, осуществляющих или способствующих передаче тепла от горячего теплоносителя холодному.
Теплоноситель – это среда, обладающая определенным объемом тепла. Ей могут быть: вода, антифриз, нефть, кислоты, газы и многие другие виды веществ.
Показатели работы теплообменного аппарата
К теплообменному оборудованию можно отнести насосы, насосные станции, приборы автоматики, запорную арматуру и, кончено же, теплообменники.
Главное условие применения любого оборудования – высокая продуктивность. У теплообменного аппарата этот показатель зависит от ряда критериев:
- Коэффициент теплопередачи определяется агрегатным состоянием вещества, конструкцией и материалом теплообменника.
- Площадь теплообмена: чем больше поверхность соприкосновения рабочей среды с греющим элементом, тем большее количество энергии сможет принять теплопотребитель.
- Разность температур – движущая сила процесса.
На эффективность работы прибора большое значение оказывает способ передачи энергии: теплопередача, конвекция или излучение. Один аппарат может сочетать в себе все три типа в разных частях устройства.
Классификация промышленных теплообменных аппаратов
Современные установки можно классифицировать по разным критериям: по принципу работы, внутренней конструкции, виду теплоносителей, их взаимодействию.
Современные производители предлагают теплообменники, которые позволяют осуществлять следующие виды процессов:
- нагревание;
- конденсация;
- охлаждение;
- плавление;
- дистилляция;
- затвердевание;
- выпаривание;
- кристаллизация.
В зависимости от потенциала теплоносителя можно выделить виды теплообменного оборудования:
- Низкотемпературные аппараты.
- Высокотемпературные аппараты, функционирующие при температуре 400-2000 °С: промышленные печи.
- Среднетемпературные аппараты, функционирующие при температуре 150-700 °С: устройства для сушки различных изделий, утилизации тепла, обработки предметов.
По принципу действия различают:
- Рекуперативные аппараты – приборы, в которых передача энергии осуществляется через перегородку. Пример: паровой котел.
- Регенеративные аппараты – установка, в которой один и тот же элемент поочередно омывается холодной и горячей средой. Пример: воздухонагреватель доменной печи, регенератор стеклоплавильной и мартеновской установки.
- Смесительные аппараты – устройство предлагает непосредственный контакт и смешивание двух или более рабочих сред для осуществления теплообменного процесса. Пример: скруббер, градирни – башенные охладители.
Первые две разновидности теплообменников называются поверхностными. Обязательное условие для передачи энергии в таких устройствах – промежуточный элемент в виде поверхности твердого тела.
По направлению движения типы теплообменного оборудования классифицируют на:
- Прямоточные модели: горячая и холодная среда двигаются в одном направлении вдоль функционального элемента.
- Противоточные модели: встречное движение веществ.
- Перекрестноточные модели: перекрёстное направление потоков.
Грамотный выбор рабочей среды и типа теплообменного устройства – залог высокой производительности технологического процесса.
Рекуперативные аппараты
Рекуперативные теплообменники – устройства, работающие в непрерывном или циклическом режиме. Прибор периодического действия – это объемный сосуд, который поочередно через одинаковые периоды времени заполняется горячей и холодной рабочей средой.
Наиболее популярен прибор со стационарным режимом. Известный пример – кожухотрубный теплообменник.
Кожухотрубный теплообменник
Кожухотрубный аппарат состоит из скрепленных пучков труб. Межтрубная и трубная зона внутри теплообменника такого типа разделена на несколько ходов перегородками. Отличительные особенности:
- Диаметр трубы – 12-38 мм. Это оптимальный размер для сохранения компактности устройства и хороших значений металлоемкости.
- Длина пучка труб – 0,9-6 м.
- Толщина стенки – 0,5-2,5 мм.
Фиксация труб осуществляется решетками с помощью сальникового соединения, запайки или развальцовки. Кожух аппарата имеет цилиндрическую форму и состоит из сваренных листов стали. Толщина стенки зависит от особенностей технологического процесса и максимального давления рабочей среды, но не может быть меньше 4 мм. Разная температура кожуха и трубы вызывает напряжение, для компенсации которого используют линзовые компенсаторы и трубы U- и W-образной формы, плавающие камеры.
Многоходовые трубы и межтрубное пространство позволяют увеличить скорость движения жидкости и интенсифицировать теплообмен для рабочей среды с низким показателем теплоотдачи.
Секционные теплообменники
Секционная конструкция востребована в разных отраслях промышленности. Отличительные особенности прибора:
- небольшое различие скоростей циркуляции жидкости в трубном и межтрубном пространстве;
- удобная регулировка и изменение площади нагрева;
- конструкция оснащена большим объемом дорогостоящих деталей: переходные камеры, фланцы, трубные решетки, компенсаторы;
- на перемещение рабочих сред требуется много электроэнергии.
Пример секционного аппарата – установка «труба в трубе», популярная в химической, нефтяной и газовой сферах.
Спиральные теплообменники
Спиральные аппараты – конструкция, в которой каналы для циркуляции рабочей среды образованы свернутыми в спираль листами. Для фиксации расстояния применяют штифты или приваренные бобышки. Оптимальный материал для намотки спирали – легированная и углеродистая сталь, алюминий, никель, титан.
Секционные приборы можно объединять в блоки. Они применяются для охлаждения и нагрева растворов и жидкостей, конденсации чистого пара из смеси.
Пластинчатые теплообменники
Пластинчатые устройства оснащены пластинами, которые объединены в пачку. Для увеличения рабочей площади практикуют разные профили элементов, включают в конструкцию профилированные вставки.
Наиболее подходящим материалом для изготовления пластин является сплав листовой стали с титаном, алюминием, мельхиором.
Характеристики конструкции:
- толщина пластины 0,5-2 мм;
- поверхность теплообмена одного элемента 0,15-1,4 м2;
- размер щелевидного канала 2-5 мм.
Нагревающий агент циркулирует в межканальном пространстве, внутри каналов – рабочая среда, которая поглощает аккумулированное в пластинах тепло.
Пластинчатые устройства можно разделить на два вида: неразборные и разборные. Второй тип подразумевает использование эластичных прокладок для создания герметичности конструкции. Они более востребованы из-за возможности произвести механическую и химическую промывку с обеих сторон. Разборный теплообменник выдерживает давление до 2,5 МПа, температуру – до +150 °С. Паяная конструкция способна функционировать при давлении рабочей среды – до 3 МПа и температуре – до +400 °С.
Основная сфера применения пластинчатых теплообменников: нагревание и охлаждение жидких растворов, монтаж греющих камер выпарных приборов, выделение из смеси чистого пара.
Ребристые теплообменники
Ребристые теплообменники – теплообменное оборудование, применяемое в условиях, когда коэффициенты теплоотдачи циркулирующих сред значительно отличаются друг от друга. Поверхность элемента со стороны теплоносителя с низкой теплоотдачей увеличивают за счет ребристой поверхности.
Для изготовления труб с наружным и внутренним оребрением применяют литье, сварку, вытяжку из сплава, выдавливание горячего металла через матрицу. Эффективность ребер возрастает, если элементы выполнены из теплопроводных материалов – алюминия, латуни или меди. В зависимости от исполнения труб максимальная рабочая температура варьирует от +120 до +330 °С.
Регенеративные теплообменники
Регенеративные аппараты целесообразно применять в технологических процессах, характеризуемых сильными температурными скачками. Конструкция оборудования предполагает передачу тепла от одной среды к другой посредством насадки – теплоаккумулирующей массы. Циклы работы аппарата включает в себя следующие процессы:
- поступление горячего теплоносителя;
- аккумулирование тепла в насадке;
- поступление холодного теплоносителя;
- нагревание рабочей среды за счет накопленной в насадке энергии.
Продолжительность одного цикла — от нескольких минут до нескольких часов.
Непрерывный процесс теплообмена возможен при наличии двух регенераторов: когда в одном из них происходит аккумулирование энергии, в другом осуществляется нагрев холодного теплоносителя. После автоматического переключения регенераторов процесс в каждом отсеке сменяется противоположным.
Смесительные теплообменники
Смесительные аппараты – приборы, обмен энергией в которых происходит при непосредственном взаимодействии и смешивании двух или более рабочих сред.
Эффективность работы контактного теплообменного оборудования напрямую зависит от площади соприкосновения теплоносителей. Один из практикуемых способов увеличения производительности – разделение жидкости на капли и мелкие струи, газа – на пузырьки. Отличительная особенность оборудования – обмен энергией происходит кондуктивным способом и путем обмена массой.
Сфера применения: охлаждение газообразных веществ водой, конденсация пара, мокрая очистка газов.
Преимущества и недостатки разных видов теплообменных аппаратов
Особенности конструкции, использование определенного типа материала и теплоносителя накладывают на оборудование определенные ограничения, приводят к недостаткам и достоинствам.
Кожухотрубный теплообменник:
- широкий рабочий диапазон давления и температуры;
- высокая устойчивость к гидроударам;
- низкие требования к чистоте раствора;
- простая конструкция.
- низкий коэффициент передачи энергии;
- температурная деформация.
Пластинчатый теплообменник:
- компактность;
- нет потребности в сильной температурной разнице между рабочими средами;
- медленное образование солей и иных загрязнений;
- простой ремонт.
- высокая себестоимость;
- необходимость обучения персонала для работы на приборах;
- высокая стоимость обслуживающего оборудования.
Витой теплообменник:
- эксплуатация при высокой температуре и давлении;
- устойчивость к деформациям.
- малая теплоотдача.
Спиральный теплообменник:
- компактные размеры;
- высокая продуктивность;
- малое гидравлическое сопротивление.
- серьезные ограничения по рабочему давлению;
- высокая стоимость ремонта и сложное изготовление оборудования.
Выбрать один лучший теплообменный аппарат и оборудование невозможно. В разных производственных процессах и условиях для высокой производительности имеют значение разные показатели. Определение оптимальной модели должно осуществляться с учетом технологии изготовления, ожидаемых функций и иных параметров установки.
Поэтому при подборе теплообменного оборудования всегда лучше обращаться к профессионалам.
Источник