Τύποι εναλλάκτη θερμότητας - κατά κατασκευή: Οδηγός βιομηχανικής μηχανικής

Ταξινομή των ανταλλακτών θερμότηταςκατά κατασκευήΕπικεντρώνεται στη φυσική γεωμετρία, τον μηχανικό σχεδιασμό και την συναρμολόγηση των ορίων συγκράτησης θερμότητας.θερμική απόδοσηΟι πέντε κύριες κατηγορίες κατασκευής που χρησιμοποιούνται στα σύγχρονα εργοστάσια επεξεργασίας είναι:Κέλυφος και σωλήνας,Πλάκα και πλαίσιο,Με ψύξη αέρα (φιν-φαν),Δύο σωλήνες (φουσκάλες), καιΣπειροειδήςανταλλακτές θερμότητας.

Η κατασκευή κατσαρόλων και σωλήνων αποτελεί το ιστορικό παγκόσμιο πρότυπο για βαριές βιομηχανικές διαδικασίες λόγω της εξαιρετικής μηχανικής ανθεκτικότητας και της προσαρμοστικότητας σε δύσκολες συνθήκες λειτουργίας.

Αυτός ο τύπος αποτελείται από ένα μεγάλο εξωτερικό κυλινδρικό δοχείο (το κέλυφος) που στεγάζει έναν παράλληλο πίνακα μικρότερων σωλήνων (το δέμα σωλήνων).ενώ το δεύτερο υγρό περνά πάνω από το εξωτερικό των σωλήνων μέσω της ανοιχτής κοιλότητας του κέλους (πλευρά του κέλους).

• Σημείωση:Τα φύλλα σωλήνων στα δύο άκρα συγκολλούνται απευθείας στο κέλυφος.οικονομικά αποδοτική δομή, αλλά περιορίζει τον μηχανικό καθαρισμό του εσωτερικού του κελύφους και δημιουργεί μηχανικό στρες εάν υπάρχουν υψηλές διαφορές θερμικής διαστολής μεταξύ κελύφους και σωλήνων.

• U-Tube:Η δέσμη σωλήνων είναι λυγισμένη σε συνεχείς σχήματα "U", αγκυροβολημένη σε ένα μόνο φύλλο σωλήνων από τη μία πλευρά.εξάλειψη της θερμικής έντασης διεύρυνσηςΩστόσο, ο μηχανικός καθαρισμός των εσωτερικών καμπυλών των σωλήνων είναι εξαιρετικά δύσκολος.

• Κεφαλή πλωτή:Ένα φύλλο σωλήνων είναι στερεωμένο στο πλαίσιο του κελύφους, ενώ το αντίθετο φύλλο σωλήνων είναι ελεύθερο να "πλέει" ή να γλιστρά μέσα στο κελύφωμα.Αυτό ταυτόχρονα χειρίζεται υψηλές διαφορές θερμικής επέκτασης και επιτρέπει την πλήρη εξαγωγή του δέσμου σωλήνα για εντατική συντήρηση και καθαρισμό τόσο στο κέλυφος και τις πλευρές του σωλήνα.

Οι εναλλάκτες θερμότητας πλάκας δίνουν προτεραιότητα στη μεγιστοποίηση της επιφάνειας μεταφοράς θερμότητας, ελαχιστοποιώντας παράλληλα το φυσικό αποτύπωμα του εξοπλισμού.

Αντί να περνάνε τα υγρά μέσα από κυλινδρικούς σωλήνες, τα συστήματα πλακών κατευθύνουν τα υγρά μέσα από λεπτά, στενά κανάλια που σχηματίζονται μεταξύ στενά στοιβαγμένων κυματοειδών μεταλλικών πλακών.Οι πλάκες είναι σφιχτά σφιχτά μέσα σε ένα βαρύ δομικό πλαίσιο.

• Πλάκα και σκελετό με συμπίεση:Οι ελαστομερείς συμπυκνώσεις σφραγίζουν την περίμετρο των μεμονωμένων πλακών και καθοδηγούν τις διαδρομές του υγρού.Η θερμική ικανότητα μπορεί να κλιμακωθεί απλά με το να ξετυλίγεται το πλαίσιο και να εισάγονται ή να αφαιρούνται πλάκες.Επιτρέπει επίσης πλήρη χειροκίνητη διάσπαση για αποχέτευση.

• Πλάκα συγκολλημένη:Οι μεμονωμένες μεταλλικές πλάκες συνδέονται μόνιμα χρησιμοποιώντας συγκόλληση υπό κενό (συνήθως με υλικό γέμισμα χαλκού ή νικελίου).επιτρέποντας στην μονάδα να χειρίζεται υψηλότερες πιέσεις και θερμοκρασίες, ενώ παραμένει εξαιρετικά συμπαγήςΩστόσο, δεν μπορούν να ανοίξουν για μηχανικό καθαρισμό.

• Επενδύσεις σε ηλεκτρικό ρεύμαΤα πακέτα πλάκας είναι εντελώς συγκολλημένα.Αυτή η κατασκευή επεκτείνει τα πλεονεκτήματα της θερμικής απόδοσης της γεωμετρίας πλάκας σε επιθετικά χημικά περιβάλλοντα και υψηλότερες θερμοκρασίες όπου τα τυποποιημένα ελαστικά συμπλέγματα θα υποβαθμίζονταν γρήγορα.

Οι θερμοανταλλάκτες με ψύξη αέρα ταξινομούνται ως εξειδικευμένα δοχεία υπό πίεση που έχουν σχεδιαστεί για να απορρίπτουν τη θερμότητα απευθείας στην γύρω ατμόσφαιρα χωρίς να βασίζονται σε υποδομές ύδρευσης.

Η κατασκευή διαθέτει οριζόντιες ή κατακόρυφες όχθες σωλήνων (το δέμα σωλήνων) που συνδέονται με τις επικεφαλίδες των τερματικών.το εξωτερικό των σωλήνων είναι δομικά τυλιγμένο ή εξωμένο με χιλιάδες λεπτές μεταλλικές πτερύγες για να πολλαπλασιαστεί η επιφάνεια κατακράτησης θερμότηταςΜεγάλοι μηχανοκίνητοι άξονες ανεμιστήρες αναγκάζουν ή προκαλούν την ροή αέρα απευθείας στις επιφάνειες με πτερύγια.

• Αναγκαστική στρατολόγησηΟι συγκροτήσεις ανεμιστήρων βρίσκονται κάτω από τα δέματα σωλήνων, ωθώντας τον αέρα προς τα πάνω.για συντήρηση και προστατεύει τις λεπίδες του ανεμιστήρα από τον αέρα εξάτμισης υψηλής θερμοκρασίας.

• Προκαλούμενο σχέδιο:Οι συσσωρευτές των ανεμιστήρων βρίσκονται πάνω από τους σωλήνες, τραβώντας τον αέρα προς τα πάνω μέσω των πτερύγων.Αυτό δημιουργεί μια εξαιρετικά ομοιόμορφη κατανομή του αέρα σε ολόκληρο το δέμα σωλήνα και προστατεύει τους σωλήνες από περιβαλλοντικούς κινδύνους όπως χαλάζι ή ηλιοφάνεια κλίμακα.

Η διπλή κατασκευή σωλήνων είναι η απλούστερη δομική επανάληψη βιομηχανικού εξοπλισμού μεταφοράς θερμότητας, βελτιστοποιημένη για εφαρμογές μικρής κλίμακας και υγρά υψηλής ιξώδους.

Η διαμόρφωση αποτελείται από σωλήνα μικρότερης διαμέτρου τοποθετημένο συγκεντρωτικά μέσα σε σωλήνα μεγαλύτερης διαμέτρου.και το δεύτερο υγρό κινείται μέσα από το δακτυλικό κενό μεταξύ των δύο σωλήνωνΓια τη βελτιστοποίηση του φυσικού χώρου, συχνά διαμορφώνονται ως αρθρωτές διαταγές "φουσκάλας" -μακρές, ίσες διατομές σωλήνων που συνδέονται με σφιχτές στροφές επιστροφής 180 μοιρών.

• Αληθινή αντίστροφη ροή:Η γεωμετρική απλότητα επιτρέπει καθαρές διαμορφώσεις 100% αντίστροφης ροής, με αποτέλεσμα την υψηλότερη δυνατή απόδοση προσέγγισης θερμοκρασίας.

• Δυναμίες υψηλής πίεσης:Επειδή οι τυποποιημένοι βιομηχανικοί σωλήνες υψηλού τοιχώματος χρησιμοποιούνται για την κατασκευή αντί για λεπτές ειδικές πλάκες ή σωλήνες,τα συστήματα διπλών σωλήνων μπορούν να αντέξουν ακραίες πιέσεις με ελάχιστο κίνδυνο δομικής βλάβης.

Οι σπειροειδείς ανταλλακτές θερμότητας είναι εξειδικευμένες κυκλικές μονάδες που έχουν σχεδιαστεί ειδικά για την επεξεργασία πολύ αβραστικών λιπασμάτων, ιλύων υψηλής ιξώδους και ρευμάτων βιομηχανικών αποβλήτων με έντονη ρύπανση.

Η κατασκευή αποτελείται από δύο μακρά, επίπεδα μεταλλικά φύλλα τυλιγμένα συγκεντρωτικά γύρω από ένα κεντρικό κεντρικό μαντήλι, δημιουργώντας δύο εντελώς απομονωμένες, συνεχείς σπειροειδείς διαδρομές ροής.Τα υγρά ρέουν ενάντια στο ρεύμα μέσα σε αυτά τα καμπυλωμένα, συγκεντρωτικά κανάλια.

• Αυτοκαθαριστικό μονό κανάλι:Αντίθετα με τα σκελετό και τους σωλήνες, όπου το υγρό μπορεί να παρακάμψει τους φραγμένους σωλήνες, ένας σπειροειδής ανταλλάκτης χρησιμοποιεί ένα ενιαίο συνεχές κανάλι για κάθε υγρό.μειώνεται η περιοχή της τοπικής διατομής, δημιουργώντας μια τοπική άνοδο ταχύτητας που φυσικά ξεπλένει την κατάθεση μακριά.

Όταν καθορίζουν έναν εναλλάκτη θερμότητας ανά τύπο κατασκευής, οι μηχανικοί σχεδιασμού αξιολογούν τρεις θεμελιώδεις περιορισμούς:

1. Διαφορές θερμικής διαστολής:Εάν το ζεστό υγρό και το κρύο υγρό παρουσιάζουν ακραίες διαφορές θερμοκρασίας, κατασκευές που επιτρέπουν ελεύθερη μετακίνηση της δομής (όπως U-tube, Floating Head shell & tube,ή συστήματα πλάκας και πλαισίου) είναι υποχρεωτικά για την πρόληψη σοβαρών δομικών παραμορφώσεων ή ρωγμών συγκόλλησης.

2. Χημική συμβατότητα των συμπιεστών:Στην κατασκευή πλάκας και πλαισίου, οι ελαστομερές συμπίεσεις (π.χ. NBR, EPDM, Viton) πρέπει να είναι χημικά αδρανείς για το υγρό της διαδικασίας.Οι μηχανικοί πρέπει να μετατοπίσουν την κατασκευή σε εντελώς συγκολλημένες παραλλαγές πλάκας ή σε μεταλλικά συστήματα κελύφους και σωλήνων.

3. Αριθμός Ρέινολντς και πτώση πίεσης:Οι ανταλλακτές θερμότητας με πλάκες προκαλούν υψηλή αναταραχή στο υγρό ακόμη και σε χαμηλές ταχύτητες ροής, αποδίδοντας ανώτερους συντελεστές μεταφοράς θερμότητας.η αναταραχή αυτή οδηγεί σε σημαντικά μεγαλύτερη πτώση πίεσης ($ Δέλτα P$) ανά μονάδα μήκους σε σύγκριση με τις γραμμικές, ευθείες διαδρομές σωλήνων των συστημάτων κελύφους και σωλήνων ή διπλών σωλήνων.

Ε: Ποια είναι η κύρια διαφορά μεταξύ ενός "Σύμβασης Επεξεργασίας" και ενός "Αλλαγματιστή Θέρμανσης" από κατασκευή;

Α: Ένα τυποποιημένο δοχείο διεργασίας (όπως ένας αντιδραστήρας ή μια δεξαμενή αποθήκευσης) κατασκευάζεται κυρίως για τη συγκράτηση ή ανάμειξη υγρών σε συγκεκριμένες πιέσεις και όγκους.Ένας εναλλάκτης θερμότητας είναι ένα εξειδικευμένο υποσύνολο δοχείων πίεσης που σχεδιάστηκαν ειδικά με βελτιστοποιημένα, εσωτερικά όρια με λεπτούς τοίχους που έχουν σχεδιαστεί για να μεγιστοποιήσουν τη μεταφορά θερμότητας, διατηρώντας ταυτόχρονα τα ρεύματα υγρών εντελώς απομονωμένα.

Ε: Γιατί δεν μπορούν να καθαριστούν μηχανικά οι ανταλλακτές θερμότητας με συγκολλημένες πλάκες;

Α: Οι ανταλλακτές πλάκας με συγκολλημένη σίδερα συγχωνεύονται μόνιμα μεταξύ τους μέσω της μεταλλουργίας κενού σε ένα στερεό, μοναδικό μέταλλο.Δεν μπορούν να ανοίξουν.Πρέπει να καθαρίζονται αποκλειστικά χρησιμοποιώντας κύκλους χημικού καθαρισμού (CIP).

Ε: Πότε ένας μηχανικός πρέπει να επιλέξει ένα πλωτό κέλυφος κεφαλιού και σωλήνα έναντι ενός σχεδιασμού U-σωλήνα;

Α: Ο σχεδιασμός ενός σωλήνα σε U χειρίζεται εξαιρετικά καλά τη θερμική επέκταση, αλλά καθιστά αδύνατο τον μηχανικό καθαρισμό των εσωτερικών καμπυλών του σωλήνα.Εάν το υγρό από την πλευρά του σωλήνα έχει έντονη μόλυνση ή είναι επιρρεπές να αφήνει στερεές εναποθέσειςΓια να γίνει αυτό, ένας μηχανικός πρέπει να επιλέξει ένα σχεδιασμό πλωτής κεφαλής, το οποίο επιτρέπει σε μια ευθεία μηχανική ράβδο να περάσει εξ ολοκλήρου μέσα από τους σωλήνες για καθαρισμό, ενώ εξακολουθεί να φιλοξενεί υψηλή θερμική επέκταση.

Η επιλογή της σωστής ταξινόμησης κατασκευής του εναλλάκτη θερμότητας είναι μια λεπτή ισορροπία μεταξύ των μηχανικών απαιτήσεων και των μεταβλητών της διαδικασίας.Κέλυφος και σωλήναςΓια συμπαγή απόδοση και μεταβλητά θερμικά φορτία,Πλάκα και πλαίσιοτα μοντέλα προσφέρουν απαράμιλλη απόδοση, ενώΜε ψύξη αέραΤα πλαίσια λύνουν τους γεωγραφικούς περιορισμούς ύδατος.