Plášťový a trubkový výměník tepla - Shell and tube heat exchanger

Proudění tekutin simulace pro výměník ve tvaru skořepiny a trubice; Vstup do pláště je nahoře vzadu a výstup v popředí dole

A plášťový a trubkový výměník tepla je třída výměník tepla vzory.[1][2] Je to nejběžnější typ tepelného výměníku v ropných rafinériích a jiných velkých chemických procesech a je vhodný pro vysokotlaké aplikace. Jak název napovídá, tento typ výměníku tepla se skládá z pláště (velkého tlaková nádoba ) se svazkem trubek uvnitř. Jedna tekutina protéká trubkami a druhá tekutina proudí trubicemi (skrz plášť), aby přenášela teplo mezi těmito dvěma tekutinami. Sada trubek se nazývá svazek trubek a může se skládat z několika typů trubek: hladké, podélně žebrované atd.

Teorie a aplikace

Výměníkem tepla protékají dvě tekutiny s různými počátečními teplotami. Jeden protéká trubkami (strana trubky) a druhý proudí mimo trubky, ale uvnitř pláště (strana pláště). Teplo se přenáší z jedné tekutiny do druhé skrz stěny trubek, a to buď ze strany trubice na stranu pláště, nebo naopak. Tekutiny mohou být buď kapaliny nebo plyny na straně pláště nebo trubice. Aby bylo možné efektivně přenášet teplo, velké přenos tepla by měla být použita oblast, což vede k použití mnoha zkumavek. Takto, odpadní teplo lze použít. Jedná se o efektivní způsob úspory energie.

Výměníky tepla pouze s jedním fáze (kapalina nebo plyn) na každé straně lze nazvat jednofázové nebo jednofázové výměníky tepla. Dvoufázové výměníky tepla lze použít k ohřevu kapaliny k jejímu vaření na plyn (páru), který se někdy nazývá kotle nebo ochlazení par a jejich kondenzace na kapalinu (tzv kondenzátory ), přičemž fázová změna se obvykle vyskytuje na straně pláště. Kotle v parním stroji lokomotivy jsou obvykle velké, obvykle válcovité výměníky tepla typu trubka a trubka. Ve velkém elektrárny s parním pohonem turbíny, skořápka a trubka povrchové kondenzátory slouží ke kondenzaci výfukových plynů pára vystupující z turbíny do kondenzátu voda který se recykluje zpět a přemění se na páru v parním generátoru.

Používají se také u kapalinou chlazených chladiče pro přenos tepla mezi chladivo a voda v obou výparník a kondenzátor a ve vzduchem chlazených chladičích pouze pro výparník.

Konstrukce výměníku tepla s pláštěm a trubkami

Konstrukce skořepiny a trubice může mít mnoho variací. Obvykle jsou konce každé trubice spojeny pléna (někdy nazývané vodní boxy) skrz otvory v trubkové listy. Trubky mohou být rovné nebo ohnuté ve tvaru písmene U, tzv. U-trubky.

U-trubkový výměník tepla. PNG

V jaderných elektrárnách tzv tlakovodní reaktory, tzv. velké výměníky tepla parní generátory jsou dvoufázové výměníky tepla typu shell-and-tube, které mají obvykle U-trubky. Používají se k vaření vody recyklované z povrchového kondenzátoru na páru k pohonu a turbína k výrobě energie. Většina výměníků tepla typu skořepina a trubka má na straně trubky provedení 1, 2 nebo 4 průchody. To se týká počtu průchodu tekutiny v trubkách tekutinou v plášti. V jednoprůchodovém výměníku tepla tekutina prochází jedním koncem každé trubice a druhým ven.

Přímý trubkový výměník tepla, 1 průchod, PNG

Povrchové kondenzátory v elektrárnách jsou často jednoprůchodové přímotrubné výměníky tepla (viz povrchový kondenzátor pro diagram). Dvou a čtyřprůchodové konstrukce jsou běžné, protože kapalina může vstupovat a vystupovat na stejné straně. Díky tomu je konstrukce mnohem jednodušší.

Přímý trubkový výměník tepla, 2 průchodky, PNG

Často existují přepážky směrování toku skrz stranu pláště, takže tekutina nezkratuje skrz stranu pláště, takže zanechává neúčinné malé objemy průtoku. Ty jsou obvykle připevněny k trubkovému svazku spíše než ke skořepině, aby byl svazek kvůli údržbě stále odnímatelný.

Protiproudé výměníky tepla jsou nejúčinnější, protože umožňují nejvyšší log střední teplotní rozdíl mezi horkým a studeným proudem. Mnoho společností však nepoužívá dvouprůchodové výměníky tepla s trubkou typu U, protože se mohou snadno rozbít a navíc jsou nákladnější na výrobu. K simulaci protiproudého toku jednoho velkého výměníku lze často použít více výměníků tepla.

Výběr materiálu trubice

Aby bylo možné dobře přenášet teplo, měl by mít materiál trubky dobrý tepelná vodivost. Protože se teplo přenáší trubkami z horké na studenou stranu, existuje a teplota rozdíl šířkou trubek. Kvůli tendenci materiálu trubek tepelně expandovat odlišně při různých teplotách, tepelná napětí během provozu. To je navíc k jakémukoli stres z výšky tlaky ze samotných tekutin. Materiál trubice by také měl být za provozních podmínek po dlouhou dobu kompatibilní s kapalinami na straně pláště i na straně trubky (teploty tlaky, pH atd.), aby se minimalizovalo zhoršení jako např koroze. Všechny tyto požadavky obvykle vyžadují pečlivý výběr silných, tepelně vodivých, korozivzdorných a vysoce kvalitních trubkových materiálů kovy, počítaje v to hliník, slitina mědi, nerezová ocel, uhlíková ocel, neželezné slitina mědi, Inconel, nikl, Hastelloy a titan.[3] Fluoropolymery jako Perfluoralkoxyalkan (PFA) a Fluorovaný ethylen propylen (FEP) se také používají k výrobě hadicového materiálu kvůli jeho vysoké odolnosti vůči extrémním teplotám.[4] Špatný výběr materiálu trubice může mít za následek a unikat trubkou mezi pláštěm a stranami trubky, což způsobuje křížovou kontaminaci kapaliny a možná ztrátu tlaku.

Aplikace a použití

Jednoduchý design výměníku tepla s pláštěm a trubkami z něj činí ideální řešení chlazení pro širokou škálu aplikací. Jednou z nejběžnějších aplikací je chlazení hydraulická kapalina a olej v motorech, převodovkách a hydraulické agregáty. Při správném výběru materiálů je lze použít také k chlazení nebo ohřevu jiných médií, jako je voda v bazénu nebo plnění vzduchu.[5] Technologie skořepin a trubek oproti deskám má mnoho výhod

  • Jednou z velkých výhod použití výměníku tepla s pláštěm a trubkami je, že jsou často snadno servisovatelné, zejména u modelů, kde je k dispozici plovoucí trubkový svazek.[6](kde trubkové desky nejsou přivařeny k vnějšímu plášti). To je zvláště zajímavé v aplikacích, kde je chladné médium nabité částicemi nebo náchylné k znečištění: to je případ námořních aplikací[7] a údržba výměníků tepla s technologií pláště a trubky je ve srovnání s jinými technologiemi rychlá a efektivní.
  • Válcová konstrukce krytu je extrémně odolná proti tlaku a umožňuje všechny tlakové aplikace

Konstrukční a konstrukční standardy

Viz také

Reference

  1. ^ Sadik Kakaç a Hongtan Liu (2002). Výměníky tepla: výběr, hodnocení a tepelný design (2. vyd.). CRC Press. ISBN  0-8493-0902-6.
  2. ^ Perry, Robert H. & Green, Don W. (1984). Příručka Perryho chemického inženýra (6. vydání). McGraw-Hill. ISBN  0-07-049479-7.
  3. ^ "Výměníky trubek a trubek". Citováno 2009-05-08.
  4. ^ „Vlastnosti PFA“ (PDF). http://www.fluorotherm.com/. Fluorotherm Polymers, Inc.. Citováno 4. listopadu 2014. Externí odkaz v | web = (Pomoc)
  5. ^ „Aplikace a použití“. Citováno 2016-01-25.
  6. ^ Vlnovcové měchy výměníku tepla Potrubní technologie a produkty (získaný v březnu 2012)
  7. ^ „Výměníky tepla a trubky a chladiče oleje od společnosti MOTA“. www.motaindustrialcooling.com. Citováno 2020-09-29.

externí odkazy