Теплообменники – устройства, которые передают тепло от горячего теплоносителя холодному, при этом происходит перемешивание этих двух потоков. Теплоносителем выступает вода, пар и масло. Источник горячего водоснабжения – теплоноситель системы отопления, а в качестве разогреваемой среды используется холодная вода.

Материал пластин подбирается, исходя из пластин, которые работают при разной мощности. Поверхность устройств формируется таким образом, что после завихрения поверхности пластин увеличивается теплообмен. При выборе учитывайте мощность устройств. Старайтесь выбирать удобные и несложные в установке конструкции. Самыми функциональными считаются настенные изделия. Далее рассмотрим основные виды теплообменников, принцип их работы и виды устройств.

Содержание

Конструкция и принцип работы теплообменника
Виды теплообменников по передаче тепла
Подробнее о смесительных и поверхностных теплообменниках
Выбор и характеристики устройств
Материалы и тип установки

Конструкция и принцип работы теплообменника

Теплообменник состоит из подвижной и неподвижной плит, оснащенных несколькими отверстиями, между которыми находятся пластины, которые поддаются герметизации под влиянием резиновых прокладок.

Принцип работы устройств состоит в перемещении жидкости по каналам, которые создаются гофрированными пластинами. Чем выше площадь контакта, тем большее количество тепла переходит от нагретой жидкости к холодной. Теплообменник всегда поточный, хотя камеры и секции могут использоваться для перекачивания разных сред. В трубчатых устройствах можно снизить вносимые устройством сопротивления току воды.

Пристенный гофрированный слой постепенно набирает турбулентность. Каждая среда движется по одной пластине, причем с разных сторон, что предотвращает смешивание жидкостей. Нагревание сред происходит после подключения к трубопроводу. После прохождения всех каналов среда покидает оборудование. Оборудование применяется в пищевой промышленности при производстве спирта, пива, растительного масла. Для пастеризации продуктов лучше всего подходят паяные конструкции.

Применяются такие конструкции и в металлургии. Для снижения выработки тепла используются пластинчатые теплообменники. В нефтегазовой промышленности теплообменники необходимы для проведения крекинга, а также подогрева и охлаждения нефти. Для такого оборудования следует применять уплотнительные прокладки, которые можно использовать при работе с высокими температурами.

Среди основных характеристик теплообменников такие:

• максимальная рабочая температура – до нее нагревается теплоноситель, выдерживаемый устройством;
• тепловая мощность – зависит от площади контакта, а также типа жидкости в контурах, учитываются температурные перепады;
• пропускная способность – измеряется в метрах куб. в час, определяется временем, которое нужно для прохождения теплообменника.

Пластинчастые теплообменники применяются в коммунальном теплоснабжении. В пластинах используется антикоррозийная сталь, толщина которых достигает 5 мм.

Виды теплообменников по передаче тепла

Среди видов теплообменников выделяются такие:

• поверхностные;
• смесительные.

Поверхностные теплообменники – устройства, в которых теплообмен осуществляется через стенки, выполненные из специального теплопроводящего материала. Есть рекуперативное и регенеративное оборудование.

Смесительные теплообменники – устройства, в которых передача тепла достигается смешиванием двух сред.

По применению выделяются такие виды оборудования:

• кожухотрубные – конструкции, состоят из нескольких труб, которые соединяются в решетку;
• пластинчатые – имеют площадь теплообмена, которая состоит из пластин, соединенных уплотнителями;
• витые – устройства, которые состоят из концентрических змеевиков;
• спиральные – тонкие листы из стали, которые сворачиваются в спираль.

Пластинчатые разборные конструкции – отдельные пластины, которые разграничены между собой резиновыми прокладками. Паяные теплообменники представляют собой набор из гофрированных пластин из нержавеющей стали. Сварные теплообменники используются при высоких температурах, эти устройства очень эффективные и имеют небольшие габариты.

Для изготовления деталей используются разные материалы: нержавеющая сталь, титан, никелевые сплавы. Устройства работают в разных состояниях жидкости. Полусварные конструкции свариваются в кассеты, которые соединяются между собой способом лазерной сварки, применяются в агрессивных средах. Кожухотрубные теплообменники состоят из труб, которые собираются в трубные решетки. Спиральные теплообменники образуют поверхность с помощью двух металлических листов.

Подробнее о смесительных и поверхностных теплообменниках

Смесительные или струйные теплообменники работают по принципу смешивания потоков. В камере происходит смешивание воды и пара с помощью специализированного сопла. После того, как вода нагревается, пар конденсируется, затем жидкость подается потребителю. Устройства могут функционировать даже при небольшом давлении. Среди основных преимуществ приборов такие:

• крупногабаритные характеристики;
• долговечность и надежность;
• простое обслуживание и легкая установка;
• используется вода разного качества;
• высокая окупаемость;
• невысокая шумность работы;
• невысокое сопротивление в системе.

Поверхностные теплообменники изготавливаются из биметаллических труб с алюминиевым накатным оребрением. Такие устройства могут быть рекуперативными и регенеративными. В первых аппаратах между теплоносителями происходит через разделительные стенки. Регенеративные устройства соприкасаются то с одной, то с другой поверхностью. Поверхностные теплообменники применяются для охлаждения воздуха вместе с его осушением.

Выбор и характеристики устройств

При выборе устройств следует учитывать такие параметры:

• площади поверхности теплообмена;
• параметров теплообменных сред;
• допустимого рабочего давления;
• температурного графика;
• гидравлического сопротивления;
• номинального расхода теплоносителей;
• габаритов изделия.

При выборе теплообменника учитывается технический уровень устройств. Относительный уровень определяется при сопоставлении устройства с характеристиками абсолютного технического уровня. Перспективный уровень предусматривает совокупность технических показателей. Показатели долговечности и надежности устройств очень важны.

Долговечность – характеристика, связанная с работоспособностью устройства, то есть минимальным количеством ремонтов и небольшими перерывами для технического обслуживания. Надежность устройств – свойство, которое определяется высоким уровнем долговечности и ремонтопригодности устройств.

Учитывается вероятность безотказной работы – при определенных режимах и условиях эксплуатации не возникает отказа в работе. Эргономичность устройств – важная характеристика, которая базируется на технических условиях и на требованиях, которые выдвигаются технической эстетикой изделий.

Теплогидродинамическое совершенство – еще одна важная характеристика. Это мощность, которая затрачивается на прокачку теплоносителей, а также определяет коэффициент теплопередачи. Для расчета этого параметра применяется такая формула: E = Q/N, где Q – теплота, переданная через поверхность теплообмена, а N – работа, затраченная на преодоление гидродинамического сопротивления.

Коэффициент полезного действия определяется с помощью такой формулы: n=Q2/Q1, где Q1 – максимально возможное количество теплоты, а Q1 – количество теплоты, переданной от горячего теплоносителя к холодному. При выборе устройств следует учитывать температуру на входе и выходе контуров, максимальная входная температура – 55 градусов, а LMTD – 10 градусов.

Еще один важный критерий – определение вязкости среды, в которой будет использоваться теплообменник. Уровень загрязненности среды обозначается буквой (R).

Материалы и тип установки

Стальные теплообменники имеют ряд достоинств, они имеют сравнительно невысокую цену и хорошую пластичность материала. Минус изделий в том, что на них могут образовываться трещины, также они подвергаются коррозии. Устройство имеет довольно большой удельный вес и объем. Котел из стали быстро остывает, ему не мешают механические повреждения. Сталь отлично переносит температурные перепады, но после сварки могут появиться небольшие повреждения.

Стальные котлы сваривают на заводе, а цельный моноблок сложно транспортировать, это осложняет ремонт теплообменника. Чугунные теплообменники характеризуются стойкостью к коррозии, но при высоких температурах может происходит растрескивание материала. Часто уязвимыми являются дорогие импортные котлы. Среди минусов чугунных изделий – высокая стоимость, хрупкость, большой вес и объем.

Котлы из чугуна характеризуются быстрым нагревом, к тому же, они медленно остывают, что повышает эффективность устройств и снижает потребность в топливе. Чугунные котлы имеют секционную конструкцию, поэтому они легко транспортируются, обладают отличной ремонтопригодностью.

Медные теплообменники отличаются небольшим весом, компактностью, низкой инерционностью, компактностью. Среди недостатков медных теплообменников – низкая надежность. Устройства передают гораздо больше тепла, чем стальные и чугунные конструкции.

Теплообменник из нержавеющей стали стоит дорого, имеет высокую коррозийную стойкость, а также невысокую инертность. Из такого материала изготавливаются конденсационные и дизельные котлы. Среди конструкций выделяют котлы в напольном и настенном вариантах. Напольные изделия требуют дополнительной установки насоса, расширительного бака. Такие системы потребляют на 10-15 процентов больше газа. Настенные устройства могут быть одноконтурными и двухконтурными. Небольшим спросом пользуются вторые устройства, они отличаются компактностью и эргономичностью.

Не забывайте, что реальная мощность теплообменника зависит от разницы температур в обоих контурах, а также от максимального значения нагрева. Чем меньше температурный перепад, тем меньше выходная мощность. От этой характеристики зависит скорость работы устройства.

Теплообменники – устройства, которые используются для передачи тепла. Это своеобразные печи, в которых есть пространство, куда поступает холодная вода. Современный рынок предлагает множество вариантов таких конструкций. При выборе обращайте внимание на материал конструкций, лучше всего, если устройство будет изготовлено из жаропрочной и жаростойкой стали. Обязательно смотрите на комплектацию товара, выбирайте только проверенных производителей.