Характеристики и применение теплообменника

Теплообменник является важным устройством в фармацевтике, нефтяной, химической и легкой промышленности. В этих областях передача энергии происходит с помощью теплообменника, путем нагрева холодной жидкости или конденсации горячей жидкости.

Теплообменник представляет собой устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя или несколькими теплоносителями либо между теплоносителем и поверхностью твёрдого тела. Теплообменники используются во всех областях современной промышленности. Во время передачи тепла аппарат контактирует с коррозионными или окисляющими субстанциями, поэтому материалы, используемые для его изготовления должны обладать антикоррозионными свойствами. Больше всего для этой цели подходит графит, керамика и стекло. Существует широкий ряд теплообменников, в том числе со спиральными пластинами, трубчатые, объемного типа, плавающие, паровые, графитовые, титаниевые и т.д. Известно, что титан, цирконий и молибден являются дорогостоящими материалами, а нержавеющая сталь легко подергается межкристаллитной коррозии.

За последние годы появилось множество новых типов теплообменников. Для развития современной промышленности Китай сформировал строгие стандарты и требования к выпускаемой продукции.
1. Полностью подготовленные технологические условия.
2. Надежная и безопасная конструкция.
3. Простота в управлении, установке и обслуживании.
4. Экономичность

Теплообменник с плавающей головкой имеет стержнеобразное строение. Один из его концов крепится к кожуху оборудования, когда как другой может свободно смещаться внутри кожуха. Такая конструкция обладает множеством преимуществ, например, отсутствием напряжения из-за разности температур кожуха и труб. Съемный незакрепленный конец позволяет легко устанавливать трубы в кожух и проводить техническое обслуживание. При работе аппарата плавающий конец не заметен. Во избежание протечек, во время установки аппарата следует обратить особое внимание на герметизацию.
Возможно изготовление различных типов подвижной крышки.

При разработке теплообменника с плавающей головкой следует учитывать, что внешний диаметр подвижного конца D0 должен быть меньше внутреннего диаметра кожуха D1. Рекомендуемое расстояние между плавающей головкой и кожухом (b1) составляет 3~5мм. В таком случае, сняв подкладное кольцо плавающей головки, можно будет легко извлечь трубы из кожуха для очистки и ремонта. Плавающая головка может быть закрыта только после установки всех труб, т.е. для нее должно быть оставлено достаточно места.

Подкладное кольцо является важным элементом герметизации плавающей головки. Наряду с развитием производства теплообменников с плавающей головкой меняется конструкция подкладного кольца.

Обычно подкладное кольцо бывает сборной конструкции, обладает хорошими уплотняющими свойствами, простой структурой, легкостью сборки и разборки.

Теплообменники с плавающей головкой показывают надежность и технологичность. За последние годы появилось множество новых типов теплообменников, однако данный тип по-прежнему наиболее популярен.

Контактная поверхность трубчатого теплообменника формируется из труб, таким образом, размер и форма трубы имеют большое влияние на эффективность теплообмена. При малом диаметре трубы площадь теплообмена увеличивается. Такое оборудование отличается компактной конструкцией, низким расходом металла и высокой эффективностью теплообмена. Однако оно сложно для производства, обслуживания и очистки. Труба с большим диаметром применяется для жидкостей с загрязнением.

Материал для трубы следует выбирать в зависимости от давления текучей среды, температуры и химической коррозии. Расположение труб также зависит от компактности структуры, текучей среды и сложности обработки.

Кожух теплообменника с большим количеством ребристых труб большого диаметра должен быть полностью заполнен для увеличения теплообмена.

Компактность и способность передавать тепло являются не единственными факторами в конструкции и установке труб. Большое значение имеет пространство для очистки поверхности трубы и механическая прочность трубной доски. Очень важно соблюдать интервал между трубами. При соединении труб сварочной шов должен быть достаточно отделен для обеспечения хорошего результата сварки. Слишком плотная установка труб может привести к их повреждению под воздействием силы тяжести. В среднем, расстояние между центрами труб не должно превышать длину внешнего диаметра более чем в 1.25 раз.

В случае необходимости увеличить площадь теплообмена без увеличения длины труб, следует увеличить количество труб в кожухе. Для повышения эффективности рекомендуется классифицировать трубы по числу ходов внутритрубного носителя.

Преимущества и недостатки теплообменника с плавающей головкой
Преимущества
1. Легкость обслуживания и очистки
2. Невысокие требования к разности температур между жидкими средами.
3. Стойкость к высокой температуре и давлению (450℃/ 6.4МПа макс.)
4. Стойкость к коррозии и известковому налету

Недостатки
1. Вероятность протечки внутри плавающей головки
2. Большой расход материала на 20% увеличивает стоимость готового продукта
3. Сложная конструкция

Контроль качества
Контроль качества следует проводить не только перед производством, но и во время производства. Ниже приводится содержание и методы проверки.

1. Проверка параметров готовых деталей.
2. Разрушающее испытание готового продукта, включая анализ химических компонентов сырья и линию сварки. Исследование механических свойств и металлографической структуры.
3. Исследование природных дефектов сырья и сварочного шва. Неразрушающее испытания с помощью рентгеновских лучей, ультразвука, магнитопорошкового метода и проницания.
4. Испытание под давлением, включая гидравлическое давление, связующие компоненты, герметичность и т.д.

Гидравлическое давление и проверка герметичности
Чтоб убедиться в надежной герметичности продукта у готового к эксплуатации теплообменника следует проверить соединители, трубы и кожух. Обычно испытания проводятся с помощью гидравлического давления. Однако если нет возможности заполнить трубу жидкостью, мы проводим тест без доступа воздуха.

Сначала необходимо проверить кожух на способность сопротивления давлению, а затем проверить соединения между теплообменной пластиной и трубой.

Кожух теплообменника с U-образной трубой обычно проверяется на устойчивость к сжатию. Далее следует проверить контакторы и трубы.

У теплообменника с плавающей головкой обязательно испытывается давлением плавающая головка.

    Рекомендуемые продукты