Теплообменники, изготовленные из листа

Лекция №2

Пластинчатые теплообменники. Поверхностьютеплообмена в этих теплообменниках являются гофрированные параллельные пластины (рис. 1.34, а), с помощью которых создается система узких каналов (рис. 1.34, в) шириной 3-6 мм, с волнистыми стенками. Поскольку скорость движения жидкости в таких каналах значительна (1-3 м/с), то коэффициенты теплопередачи в пластинчатых теплообменниках достигают больших значений [3000-4000 Вт/(м² • К)] при сравнительно невысоких гидравлических сопротивлениях.

На рис. 1.34,а схематично показано движение теплоносителя I пунктирными линиями, а теплоносителя II -сплошными. Теплоноситель I поступает через штуцер 12, движется по нечетным каналам (считая справа налево) и уходит через штуцер 2. Теплоноситель II поступает в аппарат через штуцер 1, протекает по четным каналам и выходит через штуцер 2. Пакет пластин зажимается между неподвижной головной плитой 3 и подвижной головной плитой 8. На рис. 1.34,б также схематично показано взаимное движение теплоносителей I и II между пластинами.

Пластинчатые теплообменные аппараты обладают высокой компактностью. Их удельная рабочая поверхность теплообмена достигает 1500 м²/м³. Аппарат состоит из набора стягиваемых гофрированных пластин, разделенных эластичными прокладками, образующими изолированные (герметичные) каналы для встречного движения двух теплоносителей (рис.1.34).

Рис. 1.34. Пластинчатый теплообменник «фильтр-прессного» типа и его элементы:

а) - монтажная схема однопоточного аппарата: I, II -штуцера ввода и вывода теплоносителя II; 2, 12 -штуцера вывода и ввода теплоносителя I; 3- неподвижная плита; 4, 13- каналы для движения теплоносителя I (пунктирные линии); 5, 14 -каналы для движения теплоносителя II; 6-четные пластины, считая слева направо (остальные пластины-нечетные), обтекаемые теплоносителем I справа и теплоносителем II слева; 7- направляющие стержни; 8-подвижная плита; 9-неподвижная стойка; 10-стяжное винтовое устройство;

б) - схема движения теплоносителей I и II в однопоточном (одноходовом) теплообменнике; в) - характер потока жидкости в пространстве между двумя соседними гофрированными пластинами; г) - устройство одного из типов пластин: 1-прокладка, ограничивающая пространство между пластинами, по которому движется теплоноситель I (снизу вверх); 2, 3 -отверстия для прохода этого теплоносителя; 4- двемалые кольцевые прокладки, уплотняющие отверстия 5 и 6, через которые проходит теплоноситель II.

Пластины располагаются с шагом 3-6 мм. Благодаря гофрированной форме пластин каналы имеют волнистые стенки, обусловливающие интенсивную турбулизацию потока и, следовательно, рост коэффициентов теплоотдачи, а также компактное размещение поверхности теплообмена.

Существует множество форм профиля пластин, часто направленных на увеличение их жесткости путем создания взаимных опор по множеству равномерно расположенных точек. Каждая пластина имеет большую прокладку по периметру, ограничивающую канал для данного теплоносителя, и два угловых отверстия для его входа и выхода, а также две малые прокладки, изолирующие два других угловых отверстия для прохода второго теплоносителя. Таким образом, в углах стянутого пакета пластин образуются четыре канала для раздельного входа и выхода обоих теплоносителей. Аппарат может работать не только с параллельным распределением потоков по всем каналам; при необходимости каждый поток может прохо­дить последовательно через все каналы или отдельные группы их (рис. 1.35, а). Достоинством рассматриваемого аппарата, помимо компактности и интенсивного теплообмена, является возможность полной его разборки для механической очистки. К числу недостатков относятся необходимость очень тщательной сборки для герметизации большого число каналов, а главное - ограниченная тепловая и коррозионная стойкость доступных прокладочных материалов.

В тех случаях, когда загрязнение поверхности нагрева возможно только со стороны одного теплоносителя, применяют аппараты, состоящие из попарно сваренных пластин. Число уплотняемых соединений при этом, естественно, уменьшается вдвое. Если загрязнение поверхности нагрева исключено со стороны обоих теплоносителей, то применяют сварные неразборные аппараты. К числу последних принадлежит пластинчатый аппарат с волнообразными каналами и перекрестным движением теплоносителей (рис. 1.35, а). Аппарат собирается из штампованных листов с прерывистыми овалообразными или полусферическими выступами, при сварке которых образуются каналы различной волнообразной формы для потоков в продольном и поперечном направлениях. Объем и стоимость аппарата в несколько раз меньше, чем у кожухотрубчатого с той же теплопроизводительностью.

Широкое применение получили пластинчато-ребристые теплообменные аппараты (рис. 1.35, б), компактность которых достигает 2000 м²/м³.

Рис. 1.35. Неразборные пластинчатые теплообменные аппараты:

а) - аппарат с волнообразными каналами: 1 -модель пакета; 2 -общий вид;б) - пластинчато-ребристый аппарат: 1 -с прямоточными каналам»; 2 -с перекрестными каналами; 3 -пластины; 4 -гофрированные ленты;в)- виды ребристых поверхностей: 1-гофрированные; 2 -рифленые; 3-прерывистые; 4 -чешуйчатые.

Большими достоинствами этих аппаратов являются: возможность осуществления теплообмена между тремя, четырьмя и более теплоносителями; наименьший вес и объем (следовательно, и стоимость) по сравнению с другими аппаратами. По своему устройству пластинчато-ребристые теплообменники представляют собой набор тонких пластин, между которыми располагаются тонкие гофрированные листы, припаянные к каждой пластине. Таким образом, образуются оребренные поверхности теплообмена, а теплоноситель разбивается на ряд мелких потоков. Аппарат может быть собран из любого числа пластин, а теплоносители могут двигаться либо прямотоком, либо перекрестным током. Ребра бывают гофрированные или рифленые (образующие волнистую линию вдоль потока), прерывистые (смещенные друг относительно друга), чешуйчатые (прорези в ребрах, отогнутые в одну или разные стороны), шиповидные (из проволоки) с коридорным или шахматным расположением.

Разборные и полуразборные аппараты предназначены для работы при давлении до 1,6 МПа и температуре от -30 до 120-180 ⁰С; неразборные (сварные и паяные) теплообменники могут работать при давлении до 4 МПа и температуре от -150 до 400 ⁰С.

Спиральные теплообменники. Спиральный теплообменник показан на рис. 1.37. Два листа 1, 2 толщиной 3-7 мм (в зависимости от рабочего давления в аппарате) свертывают на специальном станке в спирали, причем при помощи приваренных бобышек между ними сохраняется одинаковое по всей спирали расстояние от 5 до 15 мм. Таким образом, получаются два канала и каждый из них имеет полуцилиндрическую часть, заканчивающуюся коробкой снаружи. Каждый центральный полуцилиндр и каждая коробка имеют штуцер для входа или выхода теплоносителя. Спирали изготавливают так, что торцы листов лежат строго в одной плоскости. Затем их помещают между дисками, являющимися крышками аппарата 4, и стягивают болтами. Для лучшей герметизации и устранения перетекания теплоносителей между крышками и листами по всему сечению теплообменника помещают прокладку из резины, паронита, асбеста или мягкого металла. Такая конструкция обеспечивает возможность чистки поверхностей нагрева и работу без перетекания теплоносителей при давлениях до 4•10⁵ Па. Для повышенных давлений и больших производительностей применяют спиральные теплообменники с усложненной, но более надежной конструкцией уплотнения торцов спиралей. Спиральные теплообменники бывают горизонтального и вертикального типов; их устанавливают часто блоками по два, четыре и восемь аппаратов.

Достоинствами спиральных теплообменников по сравнению с многоходовыми трубчатыми теплообменниками являются повышенная компактность (большая поверхность теплообмена в единице объема) при одинаковых коэффициентах теплопередачи и меньшее гидравлическое сопротивление для прохода теплоносителей, Недостатки: сложность изготовления и ремонта и пригодность работы под избыточным давлением не свыше 1,0 МПа.

Рис. 1.36. Спиральный теплообменник:

1, 2 – металлические листы; 3 – пластина-перегородка; 4 – крышки; 5 – фланцы; 6 – прокладка; 7 – дистанционная полоса; I и II – теплоносители

Рис. 1.37. Типы спиральных теплообменников:

а – горизонтальный спиральный теплообменник; б – вертикальный спиральный теплообменник; 1, 2 – листы; 3 – разделительная перегородка; 4 – крышки.

Нормалями предусмотрены спиральные теплообменники с поверхностью теплообмена 15 м² (ширина спирали 375 мм) и 30 м² (ширина 750 мм); ширина спирального канала 7 мм.

Горизонтальные спиральные теплообменники применяют для теплообмена между двумя жидкостями. Для теплообмена между конденсирующимися паром и жидкостью используют вертикальные спиральные теплообменники; такие теплообменники применяют в качестве конденсаторов и паровых подогревателей для жидкости.

1.3.4. Графитовый теплообменник [2,4].

При термической обработке агрессивных жидкостей паров и газов (серная, фосфорная, соляная и др. кислоты) поверхности нагрева защищают антикоррозионными покрытиями: фенолформальдегидными или эпоксидными смолами, полимеризационными пластическими массами, стеклопластиками. В последние годы термическая обработка агрессивных сред производится также в теплообменниках из непроницаемых графитовых элементов (труб или блоков), пропитанных фенолформальдегидной смолой, или из графитопласта АТМ-1.

Вследствие хорошей теплопроводности графита углеграфитовые теплообменники более компактны по сравнению с теплообменниками из других неметаллических материалов. Углеграфитовые теплообменники могут иметь различные конструкции. Их можно изготовлять кожухотрубчатыми со стальным кожухом и с трубными досками, крышками и трубками из углеграфита (рис. 1-9, в) если греющий теплоноситель неагрессивен, а также полностью из углеграфитовых деталей, например пластинчатыми, в которых с одной стороны пластины проходит один теплоноситель, а с противоположной - другой. Получили применение углеграфитовые теплообменники из цилиндрических и прямоугольных блоков.

На рис. 1-9, а представлена принципиальная конструкция графитового кожухоблочного теплообменника, предназначенного для нагрева или испарения кислот насыщенным водяным паром под давлением 3•10⁵ Па. Он имеет четыре цилиндрических блока, в каждом из которых имеются маленькие горизонтальные круглые отверстия, соединяющиеся с большим вертикальным цилиндрическим отверстием. Блок имеет так же большое число маленьких вертикальных отверстий. Греющий пар поступает в металлический кожух и конденсируется в маленьких горизонтальных отверстиях. Конденсат стекает по большой вертикальной трубе, образованной блоками. Агрессивная жидкость (кислота) проходит по мелким вертикальным трубкам и нагревается. Крышки теплообменника, соприкасающиеся с кислотой, также выполнены из графита.

Рис. 1.39. Схемы кожухотрубчатого теплообменника с круглыми графитовыми бловами и теплообменника с графитовыми трубками, крышками и металлическим корпусом:

а – кожухоблочный теплообменник; б – графитовый блок; в – трубчатый теплообменник; 1 – металлический кожух; 2 – графитовый блок; 3 – металлические фланцы; 4 – анкерная связь; 5 – крышки графита; 6 – трубки из графита.

Дата добавления: 2014-01-20