Теплообменники: классификация

Теплообменники представляют собой агрегаты, устройство которых способствует интенсивному протеканию процессов температурного обмена между горячими и холодными средами. В качестве теплоносителей используются жидкости, газ или пар.

Наиболее распространенная классификация теплообменного оборудования основывается на характере взаимодействия теплоносителей.

С этой точки зрения различаются следующие виды теплообменников:

• поверхностные;
• смесительные.

В смесительных теплообменниках теплоносители контактируют друг с другом, в поверхностных контакт происходит через стену.

Поверхностные теплообменники также разделяются на отдельные подвиды – в зависимости от того, каким образом происходит контакт теплоносителей с рабочей стенкой.

Поверхностные теплообменники делятся на:

• рекуперативные;
• регенеративные.

Наиболее распространенными считаются рекуперативные теплообменники. Этот тип теплообменного оборудования в свою очередь также разделяется на подвиды.

Рекуперативные теплообменники: классификация

В рекуперативных теплообменниках происходит постоянный контакт теплоносителей с рабочей стенкой. В регенеративных – попеременный. Рекуперативные теплообменники отличаются неизменностью параметров теплоносителей в разные моменты времени и в разном сечении каналов. Поэтому подобные теплообменники называются также стационарными.

Различаются также теплообменники и с точки зрения направления движения теплоносителей. С этой точки зрения выделяют теплообменники:

• прямоточные;
• противоточные;
• перекрестноточные.

Кроме того рекуперативные теплообменники могут отличаться и по типу конструкции. В зависимости от того, какой тип рабочей поверхности используется, различаются теплообменники трубчатые или пластинчатые.

К трубчатым относится и кожухотрубчатый теплообменник, один из наиболее распространенный в промышленности.

Кожухотрубчатые теплообменники называют также скоростными, поскольку рабочие среды в них в состоянии развивать большие скорости. Это увеличивает и коэффициент теплоотдачи. В одном большом кожухе вместе соединено множество мелких трубок. Они образуют трубные пучки. Рабочие среды движутся и внутри трубок, и в их внешней стороны. Теплообменные процессы протекают через стенки трубок. Увеличивая количество трубок, можно увеличить и площадь теплообменной поверхности, а следовательно – повысить интенсивность теплообменных процессов.

Рекуперативные теплообменники классифицируют и по виду выполняемой ими функции. Это могут быть:

• регенераторы (функция – утилизировать тепло в газотурбинных установках);
• радиаторы (функция – рассеивать тепло от горячей воды);
• воздухоподогреватели;
• пароперегреватели;
• маслоохладители.

Даже одинаковые по типу конструкции теплообменники могут выполнять различные функции. Кожухотрубчатый теплообменник в зависимости от его назначения может быть конденсатором, газоохладителем, испарителем суг, кожухотрубчатым испарителем.

Расчет теплообменников с учетом особенностей каждого типа

Эффективность работы теплообменного оборудования во многом зависит от всех перечисленных особенностей, поэтому при расчете теплообменников учитываются все факторы влияния на интенсивность теплообменных процессов.

Чтобы выбрать между разными типами теплообменников, нужно учесть множество взаимодополняющих факторов: габариты и вес теплообменного оборудования, коэффициент теплопередачи, количество используемого теплоносителя, потребление электроэнергии.

При расчете учитываются конструкционные особенности каждого вида теплообменника и характер протекания теплообменных процессов в них. И в каждом типе теплообменников – свои принципы повышения эффективности.

Например, в пластинчатых теплообменниках интенсивность теплообменных процессов повышается за счет увеличения площади контакта рабочих сред через пластины. Пластинчато-ребристые теплообменники повышают эффективность работы за счет подбора изменения геометрии каналов. Для этого существует большое число ребристых насадок, которые можно закреплять на жестко зафиксированных пластинах.

У каждого типа теплообменного оборудования есть не только свои конструктивные особенности, но и свои принципы повышения эффективности. Как уже упоминалось выше для повышения интенсивности теплообменных процессов в пластинчато-ребристых теплообменниках, изменяется количество оребренных насадок. А для повышения эффективности работы кожухотрубчатых теплообменников необходимо повысить турбулентность потока рабочих сред. Для этого используются винтообразные концевые канавки на внутренних поверхностях труб. За счет этого турбулентность потока увеличивается и повышается интенсивность теплообмена.

При расчете теплообменников необходимо учитывать не только конструкционные особенности каждого вида, но и факторы повышения эффективности. Это позволит найти оптимальное решение.