Спиральные теплообменники. Спиральные теплообменники были изобретены в 20-х годах прошлого века и координально модернизировались в 70-х г

 

 

Спиральные теплообменники были изобретены в 20-х годах прошлого века и координально модернизировались в 70-х г, для использования в целлюлозно-бумажной промышленности. Их простая и надежная конструкция позволила обеспечить надежную теплопередачу между средами, включающими значительные твердые включения. Конструкция спирального теплообменника проста: два или четыре длинных металлических листа укладываются вокруг центральной трубы, образуя однопоточные каналы. Т.к. спиральные теплообменники представляют собой длинные щелевые каналы, свернутые в спираль, то в них может быть достигнута любая тепловая длина взаимодействия двух сред, а значит, и разность температур потоков меньше 3ºС. Важная особенность конструкции спирального теплообменника – использование непрерывного (цельного) металлического листа, что позволяет практически полностью исключить сварные швы и внутри, и в труднодоступных местах теплообменников.

В системах теплоснабжения и горячего водоснабжения получили водоподогреватели, которые относятся к рекуперативным теплообменным аппаратом.

По конструкции они подразделяются на: пластинчатые, секционные и емкостные.

Пластинчатые водоподогреватели широко применяются в системах теплоснабжения. Площадь поверхности нагрева их составляет 3 – 300 м². Они отличаются значительными преимуществами по сравнению с трубчатыми (кожухотрубчатые): высокой степенью компактности, т.е. имеют небольшие размеры при повышенной интенсивности теплообмена; простотой монтажа, легкостью изменения поверхности нагрева, а также сборки-разборки, очистки от накипи или замены.

Поверхность нагрева водоподогревателей состоит из параллельно расположенных тонкостенных штампованных гофрированных пластин, изготовляемых из нержавеющей стали толщиной 1 мм. Число пластин в зависимости от площади поверхности нагрева в одном аппарате составляет 12 – 500 шт. Пластины изготовляют с площадью поверхности нагрева 0,3; 0,5 и 0,6 м², соответственно и масса составляет 3, 5 и 6 кг. Минимальные габариты пластинчатого подогревателя – 360 х 1600 х 525 мм; максимальные 640 х 1780 х 5590 мм, а их масса соответственно 305 и 5592 кг.

Расстояние между пластинами, представляющее собой канал для прохода теплоносителя, в зависимости от типоразмера составляет 3 – 8 мм. Каждая пластина омывается с одной стороны первичным, а с другой вторичным теплоносителем, проходящим по смежным каналам. Гофры на пластинах, выполняемые в виде елочки, не только увеличивают поверхность нагрева пластины, но и способствуют равномерному распределению потока жидкости по сечению канала.

Пластинчатый подогреватель состоит из пакета пластин, соединенных между собой специальными резиновыми прокладками и закрепленных стяжными болтами. Пакеты укреплены на раме. На торцевых стенках пакет расположены штуцера для присоединения трубопроводов. В зависимости от компоновки пластин с соответствующим расположением ребер в пакете можно организовать различное движение потоков по каналам между секциями, и, следовательно, наиболее целесообразное расположение (для конкретного случая) присоединительных штуцеров: с одной торцевой стороны четыре штуцера или по два – с каждой. Для обслуживания подогревателя достаточно иметь проход шириной 1 м. При вводе в эксплуатацию необходимо удалить воздух из каналов. Пластинчатые подогреватели рассчитаны на давление 1,6 МПа при допустимой температуре воды 150 ^оС.

Водоводяной подогреватель секционный состоит из корпуса 4, выполненного из стальной бесшовной трубы. Внутри корпуса расположены латунные трубки 6 диаметром 16/14 мм, ввальцованные двумя концами в глухие фланцы 3. Для присоединения к трубопроводам тепловой сети и местных систем отопления или горячего водоснабжения предусмотрены четыре патрубка. В различных вариантах схем установки подогревателей одни и те же патрубки имеют различное назначение. Например, для одного из вариантов конусный патрубок 1 предназначен для присоединения к подающей магистрали тепловой сети, а патрубок 5 – для присоединения подающей трубы отопления. Трубные пространства смежных секций соединяются гнутыми или сварными калачами 8 на фланцах 9. На конусном патрубке вварена муфта 2 для гильзы с термометром.

Длина одной секции серийно изготовляемого подогревателя составляет 2 или 4 м. В зависимости от диаметра корпуса изменяется число латунных трубок и, соответственно, площадь поверхности нагрева. Так, например, в одной секции длиной 4 м и диаметром 57/50 мм находятся четыре трубки, а диаметром 530/514 – 450 шт., при этом площадь поверхности нагрева составляет 0,75 и 83,4 м². Площадь поверхности нагрева одной секции длиной 2 м при том же числе трубок изменяется от 0,37 до 41 м².

Если подогреватель предназначен для системы отопления, то воду тепловой сети направляют по трубкам, а в межтрубном пространстве циркулирует вода системы отопления. Латунные трубки, имеющие больший коэффициент линейного расширения и более высокую температуру, удлиняются больше, чем корпус. Поэтому, в корпусе предусматривается линзовый компенсатор 7. Если через подогреватель подключена система горячего водоснабжения, то водопроводная вода для разбора направляется по трубкам, а вода из тепловой сети – в межтрубное пространство. В этом случае стальной корпус имеет более высокую температуру, чем латунные трубки, но вследствие различных коэффициентов линейного расширения у стали и латуни, корпус и трубки имеют примерно одинаковое удлинение и компенсатор не требуется.

 

Пароводяной подогреватель двухходовой горизонтальный состоит из кожуха 8, двух камер 2 и 11 и пучка трубок, по которым проходят подогреваемая вода. Трубки обоими концами ввальцованы в трубные решетки 5 и 10. Решетка 5 неподвижная, находится между фланцами кожуха; решетка 10 подвижная, обеспечивает перемещение пучка трубок при тепловом удлинении. Подогреваемая вода входит снизу через патрубок 1, пройдя через трубки, нагревается и через патрубок 4 выходит сверху. Первичный теплоноситель (пар) поступает через патрубок 8 в межтрубное пространство, отдает теплоту и конденсируется. Конденсат из подогревателя удаляется через патрубок 12. Наличие конденсата проверяется по указателю уровня, для установки которого в кожухе предусмотрены отверстия 13. В верхней части кожуха расположены штуцеры для присоединения манометров 3 и воздушного крана 7. Трубки, как правило, применяются латунные диаметром 16/14 мм, длиной 2 или 4 м. Трубки устанавливают в кожухе на специальные опоры, не допуская их прогиба. В противном случае нарушается равномерность поперечного сечения межтрубного пространства, из-за чего происходит недостаточное омывание теплоносителем части труб, снижается интенсивность теплопередачи и, как следствие, уменьшается тепловая мощность подогревателя. Выпускаются пароводяные подогреватели с латунными трубками диаметром 19/17, 5, площадью поверхности нагрева до 500 м² (типа ПСВ) и о 800 до 5000 м² (типа ПСГ).

 

Вопросы для самоконтроля.

1. Опишите принцип действия рекуперативных теплообменников.

2. Как классифицируются рекуператоры?

3. Описать конструкцию теплообменника типа «труба в трубу».

4. Описать конструкцию кожухотрубного теплообменника. Преимущества и недостатки.

5. Конструкции, принцип действия и классификация пластинчатых теплообменников. Преимущества пластинчатых теплообменников.

6. Спиральные теплообменники.

7. Виды движения теплоносителей в рекуперативных теплообменниках.

8. Назначение и классификация водоподогревателей.

9. Пластинчатые водоподогреватели. Конструкция, назначение.

10. Скоростные водоподогреватели. Конструкция, виды движения теплоносителей.

11. Пароводяной водоподогреватель. Конструкция, назначение.

12. Конденсатоотводчики. Назначение, конструкции.

 

Тема 1.3 Конструкции регенеративных теплообменных