на главную
карта сайта
 
   

Поиск по яндексу

Статьи

28 августа 2012

Как сделать теплообменники компактными и эффективным?

Развитие технологий производства теплообменного оборудования всегда было направлено на то, чтобы сделать процессы теплообмена более интенсивными, а само оборудование более компактным. Первые теплообменники начали использоваться с конца 19-го – начала 20-го века, как только начала бурно развиваться промышленность. За последнее столетие использования теплообменников предприятия стали нуждаться во все более и более мощных агрегатах, поскольку постоянно растут объемы производства. Одновременно с ростом мощностей современных производственных процессов увеличивается масса и размер теплообменного оборудования. Но этот процесс не может идти бесконечно. Поэтому уже при расчете теплообменников ведется поиск оптимальных решений по созданию более компактного и недорогого агрегата.

В большей степени это относится к кожухотрубчатым теплообменникам. Их долгое время использовали во многих отраслях промышленности и они лидировали среди всех других видов теплообменного оборудования. Но затем дальнейшее расширение сферы их использования стало напрямую связано с изменением их габаритов.

Методы интенсификации теплообмена в кожухотрубчатом теплообменнике

Какие методы можно использовать, чтобы сделать кожухотрубчатый теплообменник более компактным? Для этого нужно использовать все доступные методы по интенсификации теплообмена. За счет этого можно уменьшить габариты и массу этого вида теплообменного оборудования. Опыт показывает, что можно снизить в полтора-два раза размеры агрегата и в такой же степени сократить их металлоемкость. При этом тепловая мощность агрегата сохраняется на прежнем уровне.

В поиске методов интенсификации теплообменных процессов постоянно проводятся исследования зарубежных и отечественных ученых. В целом, обобщив опыт, полученный в ходе множества научных исследований, можно привести перечень основных методов повышения интенсивности протекания теплообменных процессов.

Методы интенсификации теплообмена для однофазных потоков теплоносителя:

  • использование турбулизаторов потока;
  • использование шероховатых и оребренных поверхностей;
  • закручивание потока при помощи шнековых устройств или спиральных ребер;
  • примешивание газовых пузырей к жидкостной среде или жидкости – к газу;
  • вращение теплообменной поверхности (либо вибрация);
  • использования пульсаций в потоке теплоносителя;
  • использование пористых материалов;
  • установка неизотермических ребер.

Использование этих методов позволяет увеличить теплоотдачу в два-три раза. Но для каждого способа интенсификации – своя норма энергозатрат. Поэтому нужно сопоставлять уровень повышения эффективности работы теплообменников и необходимые для этого затраты энергии.

Часто добиться высокой эффективности можно, применяя комбинированные методы интенсификации теплообмена. Можно, например, использовать методы закручивания потока одновременно с оребрением.

При выборе того или иного метода увеличения интенсивности протекания теплообменных процессов нужно учитывать и дополнительные факторы помимо эффективности:

  • универсальность для разных теплоносителей (однофазных и двухфазных);
  • степень загрязняемости поверхности;
  • требования к прочности агрегата:
  • отличительные эксплуатационные характеристики.

При сопоставлении этих дополнительных факторов значительно сужается возможность выбора того или иного способа повысить интенсивность теплообмена.

Конкретно для кожухотрубчатых теплообменников часто используются следующие виды интенсификации теплообмена:

  • ореберение поверхности труб снаружи позволяет повысить интенсивность протекания теплообменных процессов в межтрубном пространстве;
  • изготовление ребер из материалов с высокой теплопроводимостью (алюминия, меди).

Использование оребрения позволяет увеличить теплообменные поверхности до 20 раз. Оребренные трубные пучки при сохранении прежней длины работают гораздо более эффективно.

Повышается эффективность протекания теплообменных процессов внутри трубного пучка и за счет использования кольцевых турбулизаторов. Еще больше повысить интенсивность теплообмена можно за счет подключения методов интенсификации теплообмена в межтрубном пространстве.

Продольно омываемые трубные пучки: методы повышения теплообменных свойств

Для повышения интенсивности теплообменных процессов внутри трубных пучков эффективно использовать трубы с кольцевыми диафрагмами. Но для интенсификации теплообмена в межтрубном пространстве имеющихся кольцевых канавок недостаточно, особенно если трубы в трубном пучке расположены достаточно далеко друг от друга. В данном случае необходимо использовать дополнительные методы.

Как правило, сделать процессы более интенсивными можно при помощи установки в межтрубном пространстве каких-либо дистанционирующих устройств. Максимальный эффект можно получить, если использовать пучки витых труб с поперечными канавками. Таким способом можно повысить интенсивность теплообмена в два с половиной раза.

Еще один способ повысить интенсивность теплообменных процессов в межтрубном пространстве – использовать спиральные вставки. Таким образом можно совместить плюсы поперченного и продольного обтекания труб, избежав их типичных минусов.

Кожухотрубчатые теплообменники широко применяются во многих отраслях. Но в последнее время наметилась тенденция на замену их более компактными пластинчатыми теплообменниками. Однако если использовать современные методы интенсификации теплообмена можно использовать на предприятии кожухотрубчатые теплообменники с более малыми габаритами и с прежним уровнем эффективности работы.



перейти в раздел Статьи
 
 
 
Карта сайта
разработка - веб-студия Юнона
© Спецнефтехиммаш 2008