Shell-and-tube hőcserélő
A Shell és a csöves hőcserélők a leggyakoribb eszközök közé tartoznak. A hőcserélők és a különböző folyadékok, gőzök és gázok hőcserélő és termokémiai folyamatokra használják mind változás nélkül, mind aggregált állapotuk megváltoztatásával.
A 20. század elején a Shell és a csöves hőcserélők nagyfelületű hőcserélőkben, például kondenzátorokban és vízmelegítőkben viszonylag magas nyomáson működő hőállomások igényeinek megfelelően jelentek meg. A kagyló- és csöves hőcserélőket kondenzátorokként, fűtőberendezésekként és párologtatóként használják. Jelenleg a különleges fejlesztések eredményeként kialakított formatervezése - figyelembe véve a működési tapasztalatokat - sokkal tökéletesebbé vált. Ugyanebben az évben elkezdődött a kőolaj- és csöves hőcserélők széles körű ipari alkalmazása az olajiparban. Nagy igénybevétel esetén a kőolaj és a hozzájuk tartozó szerves folyadékok különböző frakcióihoz fűtőtesteket és tömeghűtőket, párologtatókat és kondenzátorokat kellett alkalmazni. A hőcserélőknek gyakran magas hőmérsékleten és nyomáson kellett dolgozniuk a szennyezett folyadékokkal, ezért azokat úgy kellett megtervezni, hogy biztosítsák a könnyű javítást és tisztítást.
Az évek során a héj-és csöves hőcserélők lettek a legszélesebb körben használt készülékek. Ez elsősorban a tervezés megbízhatóságának köszönhető, számos lehetőség a különböző működési feltételekhez, különösen:
- egyfázisú áramlások, forrás és kondenzáció a hőcserélő forró és hideg oldalán függőleges vagy vízszintes kivitelben
- a nyomás a vákuumtól a magas értékekig terjed
- A széles határok között változó nyomás csökken mindkét oldalon a lehetőségek széles választéka miatt
- amely kielégíti a hőfeszítésekre vonatkozó követelményeket anélkül, hogy jelentősen növelné a berendezés költségeit
- méret a kicsitől a nagyon nagyig (5000 m 2)
- A különböző anyagok felhasználásának lehetősége a költség, korrózió, hőmérséklet és nyomás követelményeinek megfelelően
- fejlett hőcserélő felületek használata a csöveken belül és kívül, különböző erősítők stb.
- lehetőség van egy csomócső kitermelésére a tisztítás és javítás érdekében
Azonban egy ilyen sokféle felhasználási feltételek a csőköteges hőcserélők és formatervezési semmilyen módon nem zárja ki a keresést más, alternatív megoldások, mint például a lemez, tekercs vagy kompakt hőcserélő olyan esetekben, amikor azok jellemzői elfogadhatóak, és ők vezethetnek költséghatékonyabb megoldásokat.
A héj-és csöves hőcserélők csövekből, csövekből, burkolatokból, burkolatokból, kamrákból, elágazó csövekből és tartókból erősített csövekből állnak. Az ilyen készülékekben lévő csöves és intertubuláris terek szétválaszthatók, és mindegyikük több lépésben osztódhat meg partíciókkal. A héj-és csöves hőcserélő klasszikus terve az ábrán látható:
A készülék hőátadó felülete több száz négyzetcentimétertől több ezer négyzetméterig terjedhet. Így egy 150 MW kapacitású gőzturbina kondenzátora 17 ezer csőből áll, összesen kb. 9000 m 2 hőcserélő felülettel.
A leggyakoribb típusú héj- és csőberendezések rendszereit az ábrán mutatjuk be:
A héj-és csöves hőcserélő héja (teste) egy vagy több acéllemezből hegesztett cső. A burkolatok elsősorban abban különböznek egymástól, ahogyan a kéményhez és a burkolatokhoz csatlakoznak. A burkolat falának vastagságát a munkaközeg nyomása és a burkolat átmérője határozza meg, de feltételezzük, hogy nem kevesebb, mint 4 mm. A karimák hegesztettek a burkolat hengeres széleihez a fedelekhez vagy alsó részekhez való csatlakoztatás céljából. A készülék támaszai a burkolat külső felületéhez vannak rögzítve.
A csőhéj és cső hőcserélők egyenes vagy ívelt (U alakú vagy W alakú) 12-57 mm átmérőjű csövekből készülnek. A varrat nélküli acélcsöveket előnyben részesítik.
A héj-és csöves hőcserélőknél a gyűrű alakú keresztmetszet 2-3-szor nagyobb, mint a csövek belső keresztmetszete. Ezért azonos fázisállapotú hőhordozók egyenletes áramlása esetén a gyűrű felületén a hőátadási együtthatók alacsonyak, ami csökkenti a készülék teljes hőátadási tényezőjét. A héj-és csöves hőcserélő héjoldali térben lévő válaszfalak elrendezése elősegíti a hűtőközeg sebességének növekedését, és növeli a hőcserélő hatékonyságát.
Cső lemezek (rács) használnak rögzítésére őket útján a csőköteg kitágult razbortovki, hegesztés, tömítő vagy a csomagoló kötőelemek. Csőkötegfalak hegesztve a héj (ábra. A, b) útján meg van szorítva közötti csavarok a karima és a házfedél (ábra. B, d) vagy csavarozott csak a szabad kamrába karima (ábra. D, E). A lemezek anyaga általában legalább 20 mm vastagságú acéllemez.
A Shell és cső hőcserélők lehet merev (ábra. A, K), egy nem-merev (ábra. D, E, F, H, u), és félmerev (ábra. B, W) a szerkezet, egyirányú és többutas, a közvetlen áramlást, ellenáramú és keresztáramú, vízszintes, ferde és függőleges.
Az a) ábra egy egyirányú hőcserélőt mutat merev konstrukciójú, egyenes csövekkel. A burkolatot és a csöveket csővezetékek köti össze, ezért nincs lehetőség a termikus nyúlások kompenzálására. Ezek az eszközök egyszerűek, de csak a cső és a csőköteg között (50 ° C-ig) viszonylag kis hőmérsékletkülönbség esetén használhatók. Alacsony hőátadási tényezőkkel rendelkeznek, mivel a hûtõfolyadék nem megfelelõ sebessége az intertubuláris térben.
A héj- és csöves hőcserélőknél a gyűrű alakú keresztmetszet 2-3-szor nagyobb, mint a csövek keresztmetszete. Ezért ugyanolyan aggregált állapotú hőhordozók ugyanazon áramlási sebességeinél a gyűrű felületén lévő hőátadási együtthatók alacsonyak, ami csökkenti a hőátadási tényezőt a berendezésben. Az intertubuláris térben lévő válaszfalak megtervezése segít a hűtőfolyadék sebességének növelésében és a hőátadási tényező növelésében. Az 1. ábra b. Ábrán egy hőcserélő látható keresztmetszetű falakkal az intertubuláris térben, valamint a felső csőlemez bizonyos mozgási szabadságának köszönhetően a termikus megnyúlások részleges merev membránkompenzációjával.
A gőz-folyadék hőcserélőknél a gőz általában átmegy az intertube térben, és folyadékot - a csöveken keresztül. A héjfal és a csövek közötti hőmérsékletkülönbség általában jelentős. A burkolat és a csövek közötti hőleadás különbségének kompenzálására telepítse a lencse csatlakozását (c. Ábra), a tömszelencét (3. Ábra) vagy a fújtató (fújtató) kompenzátorokat.
A termikus nyúlások által okozott feszültségek kiküszöbölése érdekében egykamrás, U és W csövekkel ellátott hőcserélőket is gyártanak. A hőhordozók nagy nyomására alkalmasak, mivel a vízkamrák gyártása és a csövek rögzítése a nagynyomású készülékek csőlemezeiben összetett és drága műveletek. Azonban a hajlított csövekkel ellátott készülékeket nem lehet széles körben használni, mivel különböző hajlítási sugarú csövek, a csőcserék bonyolultsága és a megtisztított hajlított csövek kellemetlensége okoz nehézséget.
A kompenzáló eszközök nehezen gyárthatók (membrán, fújtató hajlított csövekkel), vagy nem elég megbízhatóak üzemben (lencse, mirigy). A hőcserélő kialakítása egy csőlap merev rögzítése és a második lap szabad mozgása a csőrendszer belső burkolatával együtt tökéletesebb (E ábra). a berendezés költségeinek bizonyos növekedése a hajótest átmérőjének növekedése és a kiegészítő fenék gyártása miatt a működés egyszerűsége és megbízhatósága igazolható. Ezeket az eszközöket ún. Lebegő fejű hőcserélőknek nevezik. A keresztirányú árammal működő hőcserélők (K ábra) a külső felületen történő hőátbocsátási tényező megnövekedett hányadosa miatt különböznek, mivel a hőhordozó a csőköteg felett mozog. Keresztáram esetén a hőhordozók közötti hőmérsékletkülönbség csökken, de elegendő számú csőszakasz esetén az ellenáramhoz képest az eltérés kicsi. Az ilyen hőcserélők egyes kialakításaiban, amikor a gáz a héjú térben folyik, és a folyadék a csövekben, a keresztirányú peremmel ellátott csöveket használják a hőátadási tényező növelésére.