Теплообмін та способи передачі теплоти

Горизонтальний апарат повітряного охолодження (мал.. 40) має зварну раму 1, на якій розміщений ряд теплообмінних секцій 2. Вони складаються з пучку поперечного оребрення труб. В яких прокачується конденсуюче (охолоджуюче) середовище. Знизу до рами прикріплені дифузор 3 і колектор 6, в центрі якого знаходиться осьовий вентилятор 5. Вентилятор разом з кутовим редуктором 9 і електродвигуном 7 змонтований на окремій рамі 8. Повітря, яке нагнітається вентилятором, проходить через теплообмінні секції, омиваючи зовнішню поверхню оребрених труб і забезпечує при цьому конденсацію і охолодження середовища, яке проходить по трубам.

Для підвищення ефективності апарату в його конструкції передбачені розпливаючі водяні форсунки 4, які автоматично вмикаються при підвищеній температурі навколишнього середовища в літній період праці. При низьких температурах (зимою) можна відключати електродвигун і вентилятор; при цьому конденсація і охолодження проходять природною конвекцією.

Крім цього інтенсивність теплообміну можна регулювати, змінюючи витрату прокачуючого повітря зміною кута нахилу лопастей вентилятора. Для цього в апаратах повітряного охолодження передбачений механізм дистанційного повороту лопастей з ручним чи пневматичним приводом і жалюзі, встановлені над теплообмінними секціями. Жалюзійні пластини можна повернути вручну або автоматично за допомогою пневмоприводу.

В зимовий час можлива небезпека переохолодження конденсуючого в апараті продукту. Для уникання цього під теплообмінними секціями можна встановлювати змієвиковий підігрівач повітря, виконаний також із оребрених труб.

Теплообмінна секція апарату повітряного охолодження (мал. 41, а) складається із чотирьох, шести або восьми рядів труб 3, розміщених по вершинам рівнобічних трикутників в двох трубних решітках 1. Труби закріплені розвальцьовкою або розвальцьовкою із зваркою. Секції можуть бути одно- і багатоходовими. В багатоходових секціях повітряного охолодження, де об'єм охолоджуючого середовища зменшується внаслідок його руху по трубам, послідовно по ходам зменшується і кількість труб.

Для забезпечення твердості трубного пучку секція укріплена металевим каркасом 4. Але при експлуатації гайки на шпильках 2, які з'єднують решітку з каркасом, повинні бути відгвинчені на відстань, яка перевищує можливе температурне видовження труб. В трубному пучку кожна труба може мати індивідуальний прогин. Для виключення контакту ребер верхнього ряду труб з ребрами труб нижнього ряду між сусідніми рядами в кількох місцях по довжині труби розміщують дистанційні прокладки 5 шириною біля 15 мм із алюмінієвої стрічки товщиною 2 мм.

Кришки 6 кріплять до трубних решіток теплообмінних секцій при високому тиску нероз`ємно або на шпильках. Якщо секція апарату багатоходова, то кришки мають перегородки, які ділять трубний пучок на ходи. Знімні кришки зазвичай виконують вилитими із сталі.

Як вказано, труби в апаратах повітряного охолодження мають оребрення по зовнішній поверхні, бо коефіцієнт тепловіддачі на зовнішній поверхні труб приблизно на ряд менший коефіцієнта для внутрішньої поверхні. Збільшення теплообмінної поверхні труб оребренням компенсує низьку тепловіддачу з боку повітря. Коефіцієнт оребрення таких труб, який характеризує відношення зовнішньої поверхні оребреної труби до поверхні гладкої труби того ж діаметру, коливається від 10 до 20.

В апаратах повітряного охолодження використовують вентилятори з діаметром колеса до 7 м. Колеса вентилятора виготовляють зварними із алюмінію або із склопластику, дифузор - із листової сталі товщиною 2 мм.

Електродвигуни приводу можуть бути одно- і двохшвидкісними. При використанні двошвидкісних електордвигунів з пониженням температури навколишнього середовища можна працювати при меншій частоті обертання вентилятора.

Теплообмінні апарати «труба в трубі» використовують головним чином для охолодження або нагрівання в системі рідина - рідина, коли витрати теплоносіїв невеликі і останні не змінюють свого агрегатного стану. Іноді такі теплообмінники застосовують при високому тиску для рідких і газоподібних середовищ, наприклад, в якості конденсаторів у виробництві метанолу, аміаку і інших. В порівнянні з кожухотрубними теплообмінники «труба в трубі» мають менший гідравлічний опір міжтрубного простору. Але при рівних теплообмінних характеристиках вони менш компактні і більш металоємні, ніж кожухотрубні.

Теплообмінники «труба в трубі» можуть бути розбірними або нерозбірними, одно- і багатопотоковими.

Однопотоковий нерозбірний теплообмінник (мал..42) складається із окремих ланок, в кожну з яких входять труби зовнішня (або кожухова) 1 і внутрішня (або теплообмінна) 2. Зовнішня труба двома привареними кільцями зв'язана з внутрішньою трубою 2 в ланку. Ланки в свою чергу зібрані у вертикальний ряд і складають теплообмінну секцію. При цьому внутрішні труби з'єднані між собою колінами 3, а зовнішні - штуцерами 4 на фланцях або зварюванням. Ланки закріплені скобами на металевому каркасі 5.

Неважко помітити, що нерозбірні теплообмінники є конструкцією твердого типу, тому при різниці температур більше 70 ⁰С їх не використовують . При більшій різниці температур труб, а також при необхідності механічного очищення міжтрубного простору застосовують теплообмінники з компенсуючим пристроєм на зовнішній трубі. В цьому випадку кільцеву щілину між трубами з одного боку наглухо зварюють, а з другого - герметизують сальником 6.

В розбірних конструкціях теплообмінників забезпечується компенсація деформацій теплообмінних труб. На мал. 43 показана конструкція розбірного багатопотокового теплообмінника „труба в трубі”, який нагадує кожухотрубний теплообмінник типу У.

Апарат складається з кожухових труб 5, розвальцьованих в двох трубних решітках: середній 4 і правій 7. В середині кожухових труб розміщені теплообмінні труби 6, один кінець яких твердо пов'язаний з лівою трубною решіткою 2, а другий може переміщуватись. Вільні кінці теплообмінних труб попарно з'єднані колінами 8 і закриті камерою 9. Для розподілення потоку теплоносія по теплообмінними трубам використовується розподільча камера 1, а для розподілення теплоносія в між- трубному просторі - розподільча камера 3. Пластинами 11 кожухові труби твердо пов'язані з опорами 10.

Теплообміник має два ходи по внутрішнім трубам і два по зовнішнім. Вузли з'єднання теплообмінних труб з трубною решіткою (вузол І) і колінами (вузол ІІ) герметизовані за рахунок притискання і деформації напівкулькових ніпелів в конічних гніздах.

Ці апарати можуть працювати з забрудненими теплоносіями, бо внутрішню поверхню теплообмінних труб можна піддавати механічному очищенню. Оскільки можливість температурних видовжень кожухових труб із-за твердого з'єднання їх з опорами обмежена, то перепад температур входу і виходу середовища, яка тече по кільцевому зазору, не повинен перевищувати 150 ⁰С.

Зрошувальні теплообмінники складаються із кількох рядів труб, розміщених одна над іншою, по зовнішній поверхні яких тонкою плівкою стікає охолоджуюча їх вода (мал. 44). Труби 2, через які прокачується охолоджуюче середовище, з'єднані колінами 3. Для розподілення зрошуючої води над верхньою трубою встановлений жолобковий або трубний зрошувач 1. В трубних зрошувачах вода витікає багато чисельними потоками через отвори труби, в жолобкових - через прорізи у верхньому краї жолобу. При великій кількості труб в ряду або великій відстані між трубами зрошувачі можна розміщувати і між рядами труб. Внизу теплообмінника розміщений піддон 4 для збирання води.

Теплообмінники, які розміщені не в будівлі, для виключення винесення води вітром, мають огорожу. Теплота перекачуваної по трубам робочої рідини в зрошуючих теплообмінниках відводиться за рахунок нагріву зрошуючої води і частково за рахунок її випаровування, внаслідок чого витрата води трохи менша, ніж для теплообмінників інших типів.

В хімічній промисловості подібні теплообмінники використовують для охолодження хімічно агресивних середовищ, наприклад сульфатної кислоти, оскільки вони прості у виготовленні і можуть бути виконані із корозійно-стійкого дешевого матеріалу, який погано піддається обробці, наприклад із кислотостійкого феросиліду.

Зрошувальні теплообмінники мають низьку ефективність, але, як відмічено, прості у виготовленні і ремонті.

Занурювальні змієвикові теплообмінники використовують в хімічній промисловості для теплообміну між середовищами, одне з яких знаходиться під високим тиском. Ці теплообмінники складаються з плоских або циліндричних змієвиків вміщених в посудину з рідким робочим середовищем. Інше рідке або газоподібне середовище під тиском пропускається по трубам.

Змієвиковий холодильник (мал.. 45), призначений для охолодження азотоводневої суміші, складається з чотирьох кільцевих секцій 1, включених паралельно до руху газу і води. До зовнішньої і внутрішньої обичаєк кожуха 5 кожної секції кріпляться колектори 3 для підведення і виведення із секції охолоджуючої води. Колектори секцій зміщені один відносно одного на 90 ⁰. Газ підводиться в кожну секцію зверху по вертикальному колектору 2 і розподіляється по 14 приварених до нього плоско спіральним змієвикам 4, розміщеним один над одним. Охолоджена газова суміш виводиться по такому ж колектору біля внутрішньої обичайки кожуху. Між змієвиками встановлена спіральна перегородка з листової сталі, яка повідомляє воді напрям руху по спіралі вздовж витків змієвиків зустрічно газу.

Ці теплообмінники характеризуються доброю здатністю до самокомпенсації температурних напруг і низьким гідравлічним опором. Їх недолік - складність виготовлення і встановлення.

Блокові теплообмінні апарати виготовляють в основному із штучного графіту, або графітопласту - пластмаси на основі фенолформальдегідної смоли, в якій в якості наповнювача використаний мілкодисперсний графіт. Апарати мають ряд цінних властивостей: вони ефективні, бо по теплопровідності графіт в 4 рази перевищує корозійно-стійку сталь; має високу стійкість до агресивних середовищ (кислотних, лужних, органічних і неорганічних розчинників) і відносно дешеві. До їх недоліків варто віднести низьку міцність при розтягу і вигину матеріалу, із якого їх виготовляють, неможливість з'єднання деталей із цього матеріалу методами, аналогічними паянню і зварюванню металів. Основний метод з'єднання деталей на основі графіту - склеювання штучними смолами.

Теплообмінники такого типу (мал. 46) виготовляють із окремих пресованих блоків, з'єднаних між собою спеціальною змазкою. В блоках є горизонтальні і вертикальні канали для проходження теплоносіїв. Вузли з'єднання блоків можна герметизувати також прокладками із термо- і корозійно-стійкої гуми або фторопласту. Апарат має розподільчі камери 2, закріплені з блоками і між собою кришками 10 і стягувачами 7. Горизонтальні канали з'єднуються з боковими переливними камерами 5, з'єднаними між собою шпильками 6; при цьому досягається змієподібний рух, як правило, неагресивного середовища по висоті апарату. Патрубки 3 і 9 використовують для введення і виведення агресивного, а патрубки 8 і 4 - неагресивного середовища.

Такі апарати використовують в якості теплообмінників і конденсаторів для агресивних середовищ.

Размещено на Allbest.ru