ремонт, как снять и почистить
Теплообменник для газового котла предназначен для нагрева греющего теплоносителя для внутридомовой системы в теплоснабжения.
Его конструкционные характеристики определяют многофункциональность источника нагрева. Он является поверхностью нагрева теплоносителя, через которую передает тепло от дымовых газов к воде.
СодержаниеПоказать
Назначение котлового теплообменного аппарата
Теплообменник – базисный эксплуатационный компонент котельного оборудования, передающий тепло, принятое в результате горения магистрального газообразного топлива. Он располагается около горелочного устройства.
Стенки прибора выполняются из металла, обладающего хорошим коэффициентом теплопередачи. Жидкостный теплоноситель, омывает поверхность нагрева теплообменника нагревается до температуры 65-95 С и поступает во внутридомовую сеть отопления.
Движение теплоносителя к батареям отопления происходит естественным путем, за счет температурной разности нагретого и остывшего теплоносителя или принудительным способом, с использованием центробежного насоса. Проходя через систему отопительных приборов, остывший теплоноситель возвращается к котлу для следующего цикла нагрева
В современных энергоэффективных котлоагрегатах наиболее распространены пластинчатые конструкции. В них нержавеющие пластины надежно спаяны друг с другом по точкам соприкосновения и по краям.
Это на 100% гарантирует плотный режим работы, без утечки и перемешивания жидкостей от разных контуров нагрева.
Предпочтительным материалом для пайки в таких конструкциях применяемся медь. Конструкция предотвращает процессы накипеобразования и коррозию на поверхности нагрева котла. Тем самым обеспечивается экономичность работы котлоагрегата с высоким КПД.
Типы теплообменников
На сегодня имеется ряд альтернативных вариантов теплообменных аппаратов. Они различаются по своей конструкции и принципу действия.
Исходя от метода передачи тепла, полученного от сжигания газового топлива, они подразделяются на 3 основные модификации: первичный, вторичный и совмещенный или битермический.
Первичный теплообменный аппарат
Первичный аппарат выполнен в виде медной трубки, согнутой змеевиком, на которой расположены много медных пластинок, для увеличения площади теплопередачи.
С целью коррозионной защиты поверхность первичного теплового аппарата покрывается защитным слоем. Размер труб и число оребренний определяют мощность аппарата.
По конструкционному исполнению все первичные теплообменные аппараты идентичны, но различаются тепловой мощностью, геометрическими размерами и схемой подсоединения трубок.
На процесс теплопередачи в таких конструкциях влияет загрязнение пластинок сажей, а также толщина накипи на внутренней поверхности нагрева.
Такие отложения снижают в разы теплопередачу от горячих газов к теплоносителю, тем самым вызывая зональный перегрев металла и возможный разрыв конструкции с выходом горячей воды наружу.
Вторичный теплообменник для газового котла
Модификацию котловых аппаратов нагрева называют теплообменником ГВС. Как правило, он выполняется в прямоугольной форме, и состоит из набора нержавеющих пластин сложной конфигурации.
Чем больше их количество, тем выше мощность аппарата. Их может быть от 10 до 30 слоев. Каждый слой изолирован в границах одной теплообменной конструкции.
При наложении пластин друг на друга создается циркуляционный канал для теплоносителя. Толщина перегородок, как правило, равняется 1 мм. Большая теплопроводность металла и развитая поверхность нагрева обеспечивают расчетный теплообмен и скорость движения теплоносителя.
При открытии запорной арматуры ГВС на домашнем смесителе, котловой трехходовой клапан ориентирует направление движения горячей воды во втором контуре.
Потом горячая среда во вторичном устройстве отдает тепло воде из сети ХВ, при этом остывает и движется в обратный трубопровод, где перемешивается с водой из тепловой сети и попадает в первичный теплообменник на газовом котле.
Битермическое устройство
Битермический теплообменник имеет в своей конструкции два контура: отопления и ГВС. Конструктивно битермический аппарат выполнен по коаксиальному типу «трубу в трубе», на внутренней поверхности выполнено оребрение напаянными медными пластинами. Внутренняя трубка аппарата предназначается для подогрева горячей воды, а наружная — для воды отопительного контура.
Такая конструкция теплообменного аппарата устраняет необходимость в добавочных узлах: трехходовом клапане и вторичном нагревающем аппарате, что приводит к существенному снижению стоимости котлоагрегата и увеличивает уровень безопасной работы.
Недостатком такой конструкции считается то, что теплопередача в режиме ГВС ограничивает подачу тепла на отопительный контур.
Если водозабор ГВС будет продолжаться долго, то температура внутреннего воздуха в доме может снизиться, а воздушный режим не будет соответствовать санитарной норме в помещении. Кроме того такие аппараты недопустимо применять в районах, где питательная вода для котлов жесткая, способная забивать накипью котловые поверхности нагрева.
Какой материал лучше
Котловые теплообменные аппараты изготавливаются из разных металлов, выбор которых выполняется производителем в процессе проектирования источника нагрева.
В основном современные устройства комплектуются теплообменниками из стали, чугуна, меди и алюминия. Они имеют разные коэффициенты теплопередачи, допустимую температурную среду и стойкость к коррозионным процессам. Напольный газовый котел с чугунным теплообменником наиболее экономичный и долговечный.
Стальной
Стальной нержавеющий нагревательный аппарат технологически наиболее простой, как в изготовлении, так и в эксплуатации. Поэтому он обладает самой демократичной ценой, что влияет на общую стоимость котла.
Сталь имеет неплохую пластичностью, поэтому такая конструкция в среде высокотемпературных горячих газов менее подвержена температурной деформации.
Но при этом сталь поражается коррозией, как внутренней из-за растворенного кислорода в теплоносителе, так и наружного из-за кислотной влаги в дымовых газах, особенно в момент запуска из холодного состояния. Поэтому данные теплообменники не долговечны, имеют большой вес и создают низкий КПД котла.
Алюминиевый
Многие западные модели комплектуются алюминиевыми теплообменниками, которым специалисты приписывают большое будущее в бытовой теплоэнергетике.
Они при высокой пластичности имеют теплопроводность выше в 9 раз, чем у стали. Кроме того они обладают высокой функциональностью при незначительном весе.
В таких конструкциях не создаются зоны напряжения при сварном соединении, подобно нержавеющим аппаратам, а, следовательно, будут отсутствовать коррозионные опасные участки.
Компоненты из алюминия характеризуются сильной химической устойчивостью, которая используется в низкотемпературных режимах или котлах конденсационного типа.
Тем не менее, алюминиевые конструкции прослужат меньше, если будут использовать жесткую водопроводную воду, они практически сразу забиваются накипью.
Поэтому изначально производители котлов с алюминиевыми поверхностями нагрева рекомендуют владельцам устанавливать водоподготовку с системой умягчения воды.
Медный
Медные поверхности в устройствах котлового теплообмена компактны и обладает малым весом, поэтому их устанавливают на газовый котел Навьен.
Медь по существу не коррозирует в агрессивных кислотных средах. Котлоагрегаты с подобными аппаратами компакты и удобны в использовании. По причине низкой инертности, медные устройства стремительно прогреваются и охлаждаются.
Плюсов у медных теплообменных аппаратов больше, чем отрицательных качеств. Медная конструкция владеет малый весом, компактностью, небольшой емкостью.
Она не боится коррозийных процессов и требует меньшего расхода газа для нагрева теплоносителя. К недостаткам пользователи относят высокую стоимость и ненадежность при нестандартных холодных пусковых режимах.
Газовые котлы с чугунным теплообменником
Чугунный котловой теплообменный аппарат, считается самым эффективным и долговечным, поскольку не подвержен коррозии. При этом, поскольку материал очень хрупкий, он требует правильной эксплуатации.
Неравномерный нагрев конструкции, который происходит в момент пуска из холодного состояния или в местах накипеобразования, приводит к возникновению различных трещин в стенках конструкции.
Пользователям такого устройства потребуется контролировать качество питательной воды, устанавливать систему очистки и при появлении накипи для газовых котлов с чугунным теплообменником проводят промывку теплообменника.
Обычно ее выполняют 1 раз в году перед началом отопительного сезона. Если питательная вода предварительно очищается перед подачей в котел, то периодичность промывки составляет 1 раз в 4 года.
Неисправности и ремонтные работы
Работа агрегата с двумя теплообменниками зависит от металла: сталь или чугун, способна продолжаться соответственно от 8 до 15 лет, при выполнении пользователем всех регламентных работ, установленных производителем котельного оборудования.
Наиболее распространенные сбои теплообменного аппарата — это накипь и разрывы поверхностей нагрева из-за пережога стенки теплообменника или высоких параметров теплоносителя по давлению/температуре.
Если с первой проблемой собственник агрегата может справиться сам и выполнить ремонт теплообменника газового котла своими руками, то разрыв аппарата, практически не ремонтируется, а подлежит полной замене, на однотипную конструкцию. Специалисты могут выполнить пайку теплообменника для газовых котлов, но, как правило, после такого ремонта он не долговечен.
Замена дефектного теплообменника
Замена теплообменного аппарата западной сборки, находящегося на гарантийном обслуживании выполняется сервисным центром, а отечественные модели можно заменить самостоятельно.
Для этого предварительно подбирают нужную модификацию, если нет в торговой сети, обращаются на завод-изготовитель. Для того чтобы заменить неисправный элемент котла, потребуется выполнить снятие дефектного устройства.
Алгоритм демонтажа теплообменного аппарата котла для замены или промывки от накипи:
- Отключают котлоагрегат от газовой магистрали и электрической сети.
- Снимают лицевую панель.
- Закрываю арматуру на патрубке подачи и обратки теплоносителя.
- Открывают дренажный вентиль и спускают воду из сети и котла.
- Снимают крепление на газовой трубе и отсоединяют газовый патрубок.
- Снимают крышку системы автоматики от первичных приборов.
- Демонтируют датчики с топочной камеры, снимают крепления на крышке и снимаю ее.
- Отключают и демонтируют вентилятор, для того чтобы снять теплообменник.
- Снимают фиксаторы на трубах, подведенных к первичному теплообменному аппарату.
- Снимают топку котлоагрегата и переносят ее в помещение.
- Убирают верхнюю крышку отсека.
- Снимают первичный аппарат.
- Устанавливают новый теплообменник на газовый котел и собирают котел в обратном порядке.
Как прочистить теплообменник газового котла
Для промывки теплообменника от накипи используются механический, химический и магнитный способы очистки. Первый вариант выполняется с помощью шомпола и скребка.
Инструменты могут быть ручными и электрическими. Химический вариант предполагает применение ракообразных химических средств, способных разрыхлить и растворить загрязнения.
Для промывки теплообменника данным методом используют специальную насосную схему и средство для промывки, указанное производителем, например, для газового котла Baxi.
Алгоритм промывки теплообменника от накипи:
- Отключают котел.
- Готовят жидкость для промывки теплообменников газовых котлов по рецепту завода-изготовителя.
- После полного охлаждения отключают от него инженерные сети и дренируют воду.
- Снимают стяжные шпильки, отодвигают прижимную плиту и потом аккуратно снимают одну за другой каждую пластину. Работу выполняют в перчатках, чтобы не поранить руки.
- При работе с кислотой сменяют перчатки на резиновые.
- Приготавливают емкость для очистки пластины, чтобы они были полностью покрыты рабочим раствором.
- Пластины опускают в состав на 1 час, после чего под водопроводной водой с применением щетки удаляют остатки отложения.
- Сборку очищенной конструкции ведут в обратном порядке.
После промывки теплообменного аппарата проверяют герметичность котла, под рабочим давлением теплоносителя. Подключают все инженерные сети, газ и электричество и выполняют первый после промывочный запуск оборудования.
При выявлении утечки необходимо подтянуть гайки либо поставить новую прокладку на теплообменник.
Каким бывает теплообменник для газового котла
Мы уже упоминали о том, что к числу ключевых и важных элементов отопительной системы можно смело отнести
Если рассматривать функции теплообменника в целом, то они не только многочисленны, но и достаточно важны, так как от этого устройства зависит и функция, и назначение газового котла. Но, и это ещё не всё. С помощью именно теплообменника холодный теплоноситель получает тот необходимый объём тепла, от уже нагретого теплоносителя. Также, ещё одна немаловажная функция – эта деталь отопительной системы осуществляет передачу энергии тепла от самого теплоносителя к санитарной воде, а также, от газа, который сгорает, к теплоносителю. Именно поэтому, в зависимости от того способа передачи тепла жидкости, классифицируют следующие виды теплообменников:
- Первичный теплообменник – в таком виде теплообменника передача энергии осуществляется от газа непосредственно к теплоносителю.
- Вторичный теплообменник – в таком теплообменнике передача энергии происходит от жидкости к теплоносителю.
- Совмещённые или битермические теплообменники – такой вид теплообменников отличает особенность двойного обмена тепла, как от теплоносителя к воде, так и от газа к теплоносителю.
Также, существует классификация теплообменников согласно их назначения – бывают испарительные, нагревательные, охлаждающие, и конденсирующие теплообменники. И, в зависимости от среды – бывают теплообменники для воды/воды, жидкости/пара, воды/газа…
А теперь о каждом из них более подробно…
Первичный теплообменник
Выглядит эта деталь как большая труба, изогнутая в одной плоскости в форме змеевика. Изготавливается из специальных антикорозийных материалов – меди, стали… Дополнительно в этой плоскости располагаются и пластины различного размера. Для того, чтобы защитить такие рабочие поверхности от появления ржавчины их покрывают специальной краской. Что же касается мощности данной детали, то она зависит от длины трубы и количеств « рёбер». Как правило, такие детали объединяет единое конструктивное решение, возможные различия лишь касаются способа подключения трубы или же размеров самого теплообменника, и показателей его мощности. Однако, следует помнить, что негативное воздействие на работу этой составляющей оказывают не только внешние факторы – грязь и копоть, но и внутренние – отложение солей. Всё это приводит к тому, что нарушаются процессы циркуляции в теплоносителе, и уменьшается теплопроводность стен этого устройства. Именно поэтому,
Вторичный теплообменник
вторичный теплообменник
Вторичный теплообменник ещё иногда называют теплообменником горячего водоснабжения или ГВС. Он отличается от первичного теплообменника наличием специальных пластин, соединённых друг с другом. Такие пластины изготавливаются, как правило, из нержавеющей стали, хотя возможен и другой материл. Такой вторичный теплообменник обеспечивает необходимый теплообмен благодаря своему высокому уровню теплопроводности и большой площади для теплообмена, даже несмотря на то, что скорость потока самого носителя тепла достаточно большая. Именно благодаря такой скорости возможность вероятности появления соляных отложений на стенках вторичного теплообменника практически полностью исключается. Также, некоторые особенности конструктивного строения данных вторичных теплообменников выгодно отличают их от первичного теплообменника (холодная вода и теплоноситель двигаются по направлению навстречу друг к другу). Что касается мощности данного устройства – то она напрямую зависит от количества специальных пластин и самой площади теплообмена.
Устройство теплообменника газового котла | Всё об отоплении
Устройство и принцип работы двухконтурного газового котла
Здесь вы узнаете:
Двухконтурные отопительные котлы получили большое распространение за счет удобства и компактности. Они согревают дома и одновременно служат источниками горячего водоснабжения. То есть, необходимость покупать отдельный водонагреватель и отдельный отопительный прибор полностью отпадает. Каков принцип работы двухконтурного газового котла и из каких частей состоит это устройство? Об этом мы расскажем в нашем обзоре.
Устройство двухконтурного газового котла
Для того чтобы понять принцип работы газового двухконтурного котла, необходимо разобраться в его устройстве. Он состоит из множества отдельных модулей, которые нагревают теплоноситель в отопительном контуре и выполняют переключение на контур ГВС. Слаженная работа всех составляющих позволяет рассчитывать на беспроблемную эксплуатацию оборудования. Зная устройство двухконтурного котла, можно разобраться и в его принципе действия.
Мы не будем рассматривать устройство двухконтурных котлов с точностью до винтика, так как нам достаточно разобраться в назначении основных узлов. Внутри котла мы найдем:
Устройство моделей с двумя контурами: отопительным и контуром ГВС.
- Горелку, располагающуюся в открытой или закрытой камере сгорания –
- Камеру сгорания – в ней располагается вышеуказанная горелка. Она может быть открытой или закрытой. В закрытой камере сгорания (а точнее, над ней) мы найдем вентилятор, отвечающей за нагнетание воздуха и за удаление продуктов сгорания. Именно он и является источником тихого шума при включении котла;
- Циркуляционный насос – обеспечивает принудительную циркуляцию теплоносителя по отопительной системе и при работе контура ГВС. В отличие от вентилятора камеры сгорания, насос не является источником шума и работает максимально бесшумно;
- Трехходовой клапан – именно эта штука отвечает за переключение системы в режим генерации горячей воды;
- Основной теплообменник – в устройстве двухконтурного настенного газового котла он располагается над горелкой, в камере сгорания. Здесь происходит нагрев теплоносителя, используемого в контуре отопления или в контуре ГВС для нагрева воды;
- Вторичный теплообменник – именно в нем происходит подготовка горячей воды ;
- Автоматику – она контролирует параметры работы техники, проверяет температуру теплоносителя и горячей воды, управляет модуляцией, включает и отключает различные узлы, контролирует наличие пламени, фиксирует ошибки и выполняет прочие полезные функции.
В нижней части корпусов располагаются патрубки для подключения отопительной системы, труб с холодной водой, труб с горячей водой и с газом.
В некоторых моделях газовых двухконтурных котлов используются сдвоенные теплообменники. Но принцип работы остается практически тем же самым.
Можно заметить, что устройство газовой колонки отличается только отсутствием контура отопления.
Мы выяснили устройство двухконтурного настенного газового котла – оно кажется немного сложным, но если разобраться в назначении тех или иных узлов, то сложности исчезнут. Здесь мы можем отметить схожесть с газовым проточным водонагревателем, от которого здесь осталась горелка с теплообменником. Все остальное взято от настенных одноконтурных котлов. Несомненным плюсом является наличие встроенной обвязки – это расширительный бачок, циркуляционный насос и группа безопасности .
Разбирая принцип работы и устройство газового двухконтурного котла, следует отметить тот факт, что вода из контура ГВС никогда не смешивается с теплоносителем. В отопительную систему теплоноситель заливается через отдельную трубу, подключенную к отоплению. Горячая вода подготавливается за счет части теплоносителя, циркулирующего через вторичный теплообменник. Впрочем, об этом мы расскажем чуточку позже.
Принцип ра
Вторичный теплообменник – типы и материалы
Вторичный теплообменник для газового котла является неотъемлемой частью всех двухконтурных агрегатов. Контур для ГВС может обладать разной скоростью производства горячей воды в зависимости от мощности отопительного устройства.
…
Материал теплообменников
Выбирать вторичный теплообменник для газового котла следует внимательно, чтобы он смог проработать без сбоев продолжительное время.
Если кран ГВС закрыт, то теплоноситель поступает в первичный отопительный контур. Принцип работы вторичного теплообменника заключается в следующем: при открытии крана горячей воды трехходовый клапан перенаправляет поток теплоносителя с первичного во вторичный контур; холодная вода начинает поступать и смешиваться с нагретой жидкостью, а затем теплой выходит из крана.
Вторичный теплообменник изготавливают из:
- меди;
- конструкционной стали.
Медный теплообменник обладает следующими преимуществами:
- длительный эксплуатационный срок;
- отличная теплопроводность;
- слабая подверженность коррозии.
Недостатком является его дорогая цена.
…
Стальные теплообменники более распространены, так как имеют следующие плюсы:
- достаточную теплопроводность;
- дешевую стоимость.
Минусом является подверженность стального изделия коррозийным процессам. Однако в данном случае следует обращать внимание на качество материала. Авторитетные производители газовых котлов изготавливают теплообменники из высококачественной конструкционной стали с антикоррозийным покрытием. Такие контуры могут прослужить достаточно долго без поломок.
Обратите внимание! Вторичный теплообменник более подвержен засорению соляными отложениями за счет низкой температуры нагрева 30-60°C. Чтобы избежать появление частых засоров и продлить эксплуатационный срок контура, нужно обязательно поставить фильтр на вход холодной воды.Разновидности вторичных теплообменников
При выборе двухконтурного газового котла важно обратить внимание на конструкционные особенности контуров. Они делятся на два типа:
- пластинчатые;
- кожухотрубные.
Пластинчатые и кожухотрубные типы используются при раздельной конструкции теплообменников.
Помимо раздельного, существует битермический теплообменник, который подразумевает совмещенное устройство водяного и отопительного контуров.
…
Пластинчатые контуры
Пластинчатый теплообменник состоит из нескольких металлических пластин с выдавленными ходами. Их собирают в зеркальном отражении, чтобы получились изолированные каналы для движения жидкости. Пластины производят методом штамповки листового металла толщиной 1 мм. Каналы обычно представляют собой равносторонние треугольники с углами разных размеров. Чем угол острее, тем вода движется быстрее. Чем он тупее, тем циркуляция медленнее.
По схеме движения сред пластины бывают многоходовыми и одноходовыми. В первом варианте теплоноситель может менять направление несколько раз, что позволяет произвести достаточно высокий КПД. Во втором случае направление движения жидкостей не изменяется.
По способу соединения пластинчатые теплообменники бывают разборными и паянными. Разборные пластинчатые контуры объединяют с помощью эластичных прокладок из резины. Чтобы обеспечить герметичность каналов, необходимо стянуть их металлическими стяжками. В конструкцию входят две массивные плиты
принцип работы, устройство, сферы и особенности применения
Надежные, безопасные и простые в обслуживании пластинчатые теплообменники приходят на смену устаревшим кожухотрубным агрегатам. Они лучше справляются с передачей энергии от первичного контура к вторичному и отлично выдерживают колебания давлений. Устройства имеют гораздо меньшие габариты и работают быстрее.
В этой статье мы детально рассмотрим конструкцию пластинчатого теплообменника, принцип работы оборудования, сферы применения и особенности эксплуатации этих высокопроизводительных агрегатов.
Устройство пластинчатого теплообменника. Выгодные отличия от кожухотрубных конструкций. Особенности элементов
Эффективность работы кожухотрубных агрегатов увеличивается за счет наращивания длины змеевика. При этом даже крупногабаритные установки во многих случаях не могут обеспечить нужный уровень расхода нагреваемой среды.
С пластинчатыми теплообменниками дело обстоит иначе. Площадь передачи энергии регулируется путем добавления и удаления пластин одинаковых размеров. Устройства с меньшими габаритами гораздо лучше справляются со своими задачами и обеспечивают большой расход нагреваемой жидкости. Это, к примеру, особенно важно для нужд ГВС.
Рассмотрим конструктивные особенности и принцип работы пластинчатых теплообменников более подробно.
Схема типового пластинчатого теплообменника
На размещенной ниже схеме представлен агрегат самой простой конструкции.
В состав типового теплообменника входят следующие элементы:
- патрубки (подающий и обратный) для подключения первичного контура — 1, 11;
- передняя (неподвижная) и задняя (подвижная) плиты — 3, 8;
- патрубки (входной и выходной) для подключения вторичного контура — 2, 12;
- отверстия для протока теплоносителя — 4, 14;
- рабочая пластина — 6;
- малая уплотнительная прокладка (кольцо) — 5;
- направляющие (верхняя и нижняя) — 7, 15;
- задняя опора — 9;
- шпилька — 10;
- большая прокладка, расположенная по контуру пластины — 13.
На каждой плите выполнено рельефное гофрирование. Это увеличивает поверхность теплообмена. Элементы располагаются под углом в 180° по отношению друг к другу.
Патрубки могут находиться как с обеих сторон аппарата, так и с одной. Принцип работы пластинчатого теплообменника от этого не меняется.
Особенности изготовления теплообменных пластин
На производство пластин для теплообменников идет нержавеющая сталь. Она отлично сопротивляется воздействиям высоких температур и некачественных сред. Основные элементы теплообменников получают методом штамповки. Только этим способом можно изготовить гофрированную плиту с сохранением ключевых характеристик металла. Для выпуска пластин подойдет не каждая нержавеющая сталь. Производители используют специальные марки (к примеру, 08Х18Н10Т).
Для получения рельефной поверхности применяют технологию Off-Set. В результате на изделиях появляются канавки, которые могут располагаться симметрично или нет. Рельеф увеличивает площадь соприкосновения пластин с теплоносителем и нагреваемой средой и служит для равномерного распределения жидкостей.
Производители применяют два вида рифления для выпуска теплообменных плит.
- Термически жесткое. Канавки расположены под углом в 30°. Пластины с жестким рифлением имеют максимальную теплопроводность, но не выдерживают высокое давления со стороны циркулирующего теплоносителя.
- Термически мягкое. Канавки расположены под углом в 60°. Такие плиты, наоборот, выдерживают высокое давление, но отличаются низкой теплопроводностью.
Комбинируя пластины различных типов, вы сможете создать теплообменник с наиболее оптимальным коэффициентом полезного действия. При этом следует учесть тот факт, что для эффективной работы аппарат должен функционировать в турбулентном режиме. Необходимо добиться того, чтобы при высокой теплоотдаче жидкость по каналам текла без затруднений.
Особенности изготовления и крепления прокладок
Для получения максимальной герметичности прокладки для теплообменников изготавливают из различных полимерных материалов. Применяют EPDM (этиленпропилен) и резину NBR. Материалы выдерживают разные нагрузки. Диапазон рабочих температур этиленпропилена — от -30 до + 170 °C. Максимальный предел NBR — +110 °С.
Прокладки крепят к пластинам при помощи клипс и клеевых составов. Первый способ применяют гораздо чаще.
Центровка прокладок по направляющим происходит в автоматическом режиме. В процессе установки пластин не приходится ничего поддерживать и подталкивать. Окантовка манжеты создает надежный барьер, исключающий возможность утечки теплоносителя.
Принцип работы скоростногопластинчатого теплообменника
Принцип работы пластинчатого теплообменника заключается в следующем. Пространство между пластинами заполняется попеременно нагреваемой средой и теплоносителем. Очередность регулируют прокладки. В одной секции они открывают путь теплоносителю, а в другой — нагреваемой среде.
В процессе работы скоростного пластинчатого теплообменника интенсивная передача энергии происходит во всех секциях, кроме первой и последней. Жидкости движутся навстречу друг другу. Теплоноситель подается сверху, а холодная среда — снизу. Визуально принцип работы пластинчатого теплообменника представлен на размещенной ниже схеме.
Как видите, все довольно просто. Чем больше пластин, тем лучше. По этому принципу наращивают эффективность пластинчатых теплообменников.
Классификация пластинчатых теплообменников по принципу работы и конструкции
По принципу работы пластинчатые теплообменники разделяют на три категории.
- Одноходовые конструкции. Теплоноситель циркулирует в одном и том же направлении по всей площади системы. Основа принципа работы оборудования — противоток жидкостей.
- Многоходовые агрегаты. Их используют в тех случаях, когда разница между температурами жидкостей не слишком высока. Теплоноситель и нагреваемая среда движутся в разных направлениях.
- Двухконтурное оборудование. Считается самым эффективным. Такие теплообменники состоят из двух независимых контуров, находящихся по обеим сторонам изделий. Отрегулировав мощность секций должным образом, вы быстро добьетесь нужных результатов.
Производители выпускают разборные и паяные пластинчатые теплообменники.
Выбор пластинчатых теплообменников по техническим характеристикам
В процессе выбора теплообменника обратите внимание на:
- нужную температуру нагрева жидкости;
- максимальную температуру теплоносителя;
- давление;
- расход теплоносителя;
- необходимый расход нагреваемой жидкости.
Производители выпускают оборудование с различными техническими характеристиками. К примеру, продукция популярного бренда «Альфа Лаваль» имеет следующие параметры.
Специализированное программное обеспечение и услуги специалистов упрощают задачу поиска. Обычно агрегаты конфигурируют для получения на выходе жидкости с температурой 70 °C.
Сферы применения
Надежные и эффективные пластинчатые теплообменники применяют в различных сферах.
- Нефтедобывающая промышленность. Оборудование используют для охлаждения перерабатываемых энергоресурсов.
- Системы отопления и ГВС. Установки нагревают подаваемые потребителям жидкости.
- Машиностроение и металлургия. Оборудование применяют для охлаждения станков и техники.
- Пищевая промышленность. Теплообменники, к примеру, входят в состав пастеризационных установок.
- Судостроение. Приборы охлаждают различное оборудование и нагревают морскую воду на кораблях.
Это лишь малая часть сферы применения теплообменников. Оборудование также используют в автомобилестроении, при производстве кислот и щелочей и в других отраслях промышленности.
Установка и подключение пластинчатых теплообменников
Небольшие габариты значительно упрощают процессвведения в эксплуатацию пластинчатых теплообменников. Только установка мощных агрегатов потребует сооружения фундаментов. В большинстве случаев будет достаточно болтового крепления. Присоединенные трубы придадут конструкции дополнительную жесткость.
Простейшая схема подключения теплообменника выглядит следующим образом.
Если в системе присутствует магистраль обратной циркуляции, схема подключения будет выглядеть так.
К холодной воде подмешивается жидкость, идущая по замкнутому контуру ГВС. Электронный блок регулирует параметры работы оборудования.
Двухступенчатое подключение выглядит так.
Этот способ позволяет сэкономить. Имеющееся тепловая энергия используется по максимуму. Снимается лишняя нагрузка с котлов.
виды, принцип работы, технические характеристики, схема обвязки
Эффективный и экономичный нагрев или охлаждение рабочей среды в современной промышленности, жилищно-коммунальной сфере пищевой и химической отраслях осуществляется с помощью теплообменников (ТО). Существует несколько типов теплообменных агрегатов, однако наибольшее распространение получили пластинчатые теплообменники.
В статье будут подробно рассмотрены конструкция, область применения и принцип работы пластинчатого теплообменника. Особое внимание будет уделено конструктивным особенностям различных моделей, правилам эксплуатации и особенностям технического обслуживания. Кроме того, будет представлен перечень ведущих отечественных и зарубежных производителей пластинчатых ТО, продукция которых пользуется повышенным спросом у российских потребителей.
Устройство и принцип работы
Конструкция разборного пластинчатого теплообменника включает в себя:
- стационарную переднюю плиту на которой монтируются входные и выходные патрубки;
- неподвижную прижимную плиту;
- подвижную прижимную плиту;
- пакет теплообменных пластин;
- уплотнения из термостойкого и устойчивого к воздействию агрессивных сред материала;
- верхнюю несущую базу;
- нижнюю направляющую базу;
- станину;
- комплект стяжных болтов;
- Набор опорных лап.
Такая компоновка агрегата обеспечивает максимальную интенсивность теплообмена между рабочими средами и компактные габариты устройства.
Конструкция разборного пластинчатого теплообменника
Чаще всего, теплообменные пластины изготавливаются методом холодной штамповки из нержавеющей стали толщиной от 0,5 до 1 мм, однако, при использовании в качестве рабочей среды химически активных соединений, могут использоваться титановые или никелевые пластины.
Все пластины, входящие в состав рабочего комплекта, имеют одинаковую форму и устанавливаются последовательно, в зеркальном отражении. Такая методика установки теплообменных пластин обеспечивает не только формирование щелевых каналов, но и чередование первичного и вторичного контуров.
Каждая пластина имеет 4 отверстия, два из которых обеспечивают циркуляцию первичной рабочей среды, а два других изолируются дополнительными контурными прокладками, исключающими возможность смешивания рабочих сред. Герметичность соединения пластин обеспечивается специальными контурными уплотнительными прокладками, изготовленными из термостойкого и устойчивого к воздействию активных химических соединений материала. Устанавливаются прокладки в профильные канавки и фиксируются с помощью клипсового замка.
Принцип работы пластинчатого теплообменника
Оценка эффективности любого пластинчатого ТО осуществляется по следующим критериям:
- мощности;
- максимальной темпе
первичный теплообменник — это … Что такое первичный теплообменник?
Теплообменник — Сменный пластинчатый теплообменник Трубчатый теплообменник… Википедия
Теплообменник с концентрическими трубками — Теплообменники с концентрическими трубками (или трубками) используются в различных отраслях промышленности для таких целей, как обработка материалов, приготовление пищи и кондиционирование воздуха. [1] Они создают движущую силу температуры, пропуская потоки различных жидкостей…… Wikipedia
Теплораспределитель — Теплораспределитель чаще всего представляет собой просто медную пластину, обладающую высокой теплопроводностью.Функционально это первичный теплообменник, который перемещает тепло между источником тепла и вторичным теплообменником. Вторичный теплообменник всегда…… Wikipedia
Остаточное тепло — Таблетка РИТЭГ светится красным из-за тепла, выделяемого при радиоактивном распаде диоксида плутония-238, после испытания на теплоизоляцию. Остаточное тепло — это тепло, выделяющееся в результате радиоактивного распада. Это когда радиация взаимодействует с…… Wikipedia
Рециркуляция тепла горячей воды — (также известная как рекуперация тепла сточной воды, рекуперация тепла серой воды или иногда рекуперация тепла воды в душе) — это использование технологии теплообменника для рекуперации и повторного использования тепла горячей воды от различных действий, таких как мытье посуды, стирка одежды…… Википедия
Рециркуляция тепла воды — (также известная как рекуперация тепла сточной воды, рекуперация тепла серой воды или иногда рекуперация тепла воды в душе) — это использование теплообменника для рекуперации энергии и повторного использования тепла сточной воды от различных видов деятельности, например посуды стирка, одежда…… Википедия
Машина с воздушным циклом — Машина с воздушным циклом (ACM) — это холодильная установка системы экологического контроля, используемой в самолетах с турбинным двигателем под давлением.Обычно в самолете есть от двух до трех таких машин, объединенных в систему, называемую пакетом. Охлаждение…… Википедия
Dounreay — в 2006 году… Википедия
Печь — Для использования в других целях, см Печь (значения). Промышленная печь 1907 года Печь — это устройство, используемое для обогрева. Название происходит от латинского fornax, печь. В американском английском и канадском английском обычно используется термин «печь»…… Wikipedia
Обрастание — Эта статья посвящена обрастанию в технике.Для использования термина «фол» за пределами технологии см. «Фол» (значения). Не путать с охотой. Теплообменник паровой электростанции, загрязненный макрообрастанием… Wikipedia
Авария на Три-Майл-Айленде — Авария на Три-Майл-Айленд в 1979 году была самой значительной аварией в истории американской коммерческой атомной энергетики. Это привело к выбросу значительного количества радиоактивности, примерно 43 000 кюри…… Wikipedia
Теплообменник и его виды
Теплообменник
Теплообменник — это устройство, используемое для передачи тепла между твердым предметом и жидкостью или между двумя или более жидкостями. Жидкости могут быть разделены сплошной стенкой для предотвращения смешивания или могут находиться в прямом контакте. Они широко используются в системах отопления, охлаждения, кондиционирования воздуха, электростанциях, химических заводах, нефтехимических заводах, нефтеперерабатывающих заводах, переработке природного газа и очистке сточных вод.Классический пример теплообменника находится в двигателе внутреннего сгорания, в котором циркулирующая жидкость, известная как охлаждающая жидкость двигателя, проходит через змеевики радиатора, а воздух проходит мимо змеевиков, что охлаждает охлаждающую жидкость и нагревает поступающий воздух. Другим примером является теплоотвод, который представляет собой пассивный теплообменник, который передает тепло, генерируемое электронным или механическим устройством, в текучую среду, часто воздух или жидкий хладагент.
Схема потока
Существует три основных классификации теплообменников в зависимости от их проточной схемы.
В теплообменниках с параллельным потоком две жидкости входят в теплообменник с одного конца и проходят параллельно друг другу на другую сторону.
В противоточных теплообменниках жидкости поступают в теплообменник с противоположных концов. Противоточная конструкция является наиболее эффективной, поскольку она может передавать наибольшее количество тепла от теплоносителя (теплоносителя) на единицу массы из-за того, что средняя разница температур на любой единице длины выше.
В теплообменнике с перекрестным потоком жидкости проходят через теплообменник примерно перпендикулярно друг другу.
Для повышения эффективности теплообменники спроектированы таким образом, чтобы максимально увеличить площадь поверхности стенки между двумя жидкостями при минимальном сопротивлении потоку жидкости через теплообменник. На характеристики теплообменника также может влиять добавление ребер или гофр в одном или обоих направлениях, которые увеличивают площадь поверхности и могут направлять поток жидкости или вызывать турбулентность.
Типы
Двухтрубные теплообменники — это простейшие теплообменники, используемые в промышленности.С одной стороны, эти теплообменники дешевы как с точки зрения проектирования, так и с точки зрения обслуживания, что делает их хорошим выбором для небольших производств. С другой стороны, их низкая эффективность в сочетании с большим пространством, занимаемым в крупных масштабах, побудили современные отрасли промышленности использовать более эффективные теплообменники, такие как кожухотрубные или пластинчатые. Однако, поскольку двухтрубные теплообменники просты, они используются для обучения студентов основам проектирования теплообменников, поскольку основные правила для всех теплообменников одинаковы.
Кожухотрубный теплообменник
Кожухотрубные теплообменники состоят из серии трубок.Один набор этих трубок содержит жидкость, которую необходимо нагревать или охлаждать. Вторая жидкость течет по трубкам, которые нагреваются или охлаждаются, так что она может либо обеспечивать тепло, либо поглощать необходимое тепло. Набор трубок называется пучком труб и может состоять из нескольких типов труб: гладких, с продольным оребрением и т. Д. Кожухотрубные теплообменники обычно используются для приложений с высоким давлением (с давлением более 30 бар и температурой выше чем 260 ° C). Это связано с тем, что кожухотрубные теплообменники отличаются прочностью благодаря своей форме.
При проектировании труб в кожухотрубных теплообменниках необходимо учитывать несколько конструктивных особенностей теплообменника: Может быть много вариантов конструкции кожухотрубных теплообменников. Как правило, концы каждой трубы соединяются с воздухозаборниками (иногда называемыми водяными камерами) через отверстия в трубных решетках. Трубки могут быть прямыми или изогнутыми в форме U, называемыми U-образными трубками.
Пластинчатые теплообменники
Другой тип теплообменника — пластинчатый теплообменник.Эти теплообменники состоят из множества тонких, слегка разделенных пластин с очень большой площадью поверхности и небольшими проходами для потока жидкости для передачи тепла. Достижения в технологии прокладок и пайки сделали пластинчатый теплообменник все более практичным. В системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха большие теплообменники этого типа называются пластинчато-рамными; при использовании в открытом контуре эти теплообменники обычно имеют прокладочный тип, что позволяет проводить периодическую разборку, очистку и осмотр. Существует много типов пластинчатых теплообменников с постоянным соединением, например, паяные погружением, вакуумной пайки и сварные пластинчатые теплообменники, и они часто используются для применений с замкнутым контуром, таких как охлаждение.Пластинчатые теплообменники также различаются типами используемых пластин и конфигурацией этих пластин. На некоторых пластинах могут быть нанесены «шевроны», углубления или другие узоры, тогда как на других могут быть обработаны ребра и / или канавки.
Пластинчатый теплообменник
Третий тип теплообменника — это пластинчатый теплообменник, в котором пластинчатый теплообменник сочетается с технологиями кожухотрубного теплообменника. Сердце теплообменника состоит из полностью сварного пакета круглых пластин, изготовленного путем прессования и резки круглых пластин и их сварки.Сопла переносят поток внутрь и наружу пакета пластин. Полностью сварной пакет пластин собирается во внешнюю оболочку, которая создает второй путь потока («сторона оболочки»). Технология пластин и кожухов обеспечивает высокую теплопередачу, высокое давление, высокую рабочую температуру и близкую температуру. В частности, он полностью обходится без прокладок, что обеспечивает защиту от протечек при высоких давлениях и температурах.
Теплообменник адиабатического колеса
В теплообменнике четвертого типа используется промежуточный жидкий или твердый накопитель для удержания тепла, которое затем перемещается на другую сторону теплообменника для высвобождения.Двумя примерами этого являются адиабатические колеса, которые состоят из большого колеса с мелкой резьбой, вращающейся через горячие и холодные жидкости, и жидкостных теплообменников.
Пластинчато-ребристый теплообменник
В теплообменнике этого типа используются «зажатые» проходы с ребрами для повышения эффективности агрегата. Конструкции включают поперечный поток и противоток в сочетании с различными конфигурациями ребер, такими как прямые ребра, смещенные ребра и волнистые ребра.
Пластинчато-ребристые теплообменники обычно изготавливаются из алюминиевых сплавов, которые обеспечивают высокую эффективность теплопередачи.Материал позволяет системе работать при более низком перепаде температур и уменьшать вес оборудования. Пластинчатые и ребристые теплообменники в основном используются для низкотемпературных систем, таких как заводы по сжижению природного газа, гелия и кислорода, установки разделения воздуха и транспортные отрасли, такие как двигатели и авиационные двигатели.
Преимущества пластинчато-ребристых теплообменников:
• Высокая эффективность теплопередачи, особенно при обработке газа.
• Большая площадь теплопередачи.
• Вес примерно в 5 раз меньше веса кожухотрубного теплообменника.
• Выдерживает высокое давление
Недостатки пластинчатых и ребристых теплообменников:
• Может вызвать засорение, так как каналы очень узкие
• Трудно очистить каналы
• Алюминиевые сплавы подвержены охрупчиванию ртутью
Подушка пластинчатого теплообменника
Пластинчатый теплообменник с подушками обычно используется в молочной промышленности для охлаждения молока в больших емкостях прямого расширения из нержавеющей стали.Подушка обеспечивает охлаждение почти по всей поверхности резервуара без зазоров, которые могут возникнуть между трубами, приваренными к внешней стороне резервуара.
Опорная плита изготовлена из тонкого листа металла, приваренного точечной сваркой к поверхности другого более толстого листа металла. Тонкая пластина приваривается в виде правильного рисунка точек или извилистого рисунка сварных линий. После сварки в замкнутом пространстве создается давление, достаточное для того, чтобы тонкий металл выпирал вокруг сварных швов, создавая пространство для протекания жидкостей теплообменника и создавая характерный вид набухшей подушки, сформированной из металла.
Теплообменники жидкостные
Это теплообменник, в котором газ проходит вверх через поток жидкости (часто воды), а затем жидкость отбирается в другом месте перед охлаждением. Это обычно используется для охлаждения газов, а также для удаления некоторых примесей, таким образом решая сразу две проблемы. Он широко используется в кофемашинах эспрессо в качестве энергосберегающего метода охлаждения перегретой воды для использования при экстракции эспрессо.
Установки утилизации отходящего тепла
Блок утилизации отходящего тепла (WHRU) — это теплообменник, который утилизирует тепло из потока горячего газа при передаче его рабочей среде, обычно воде или маслам.Поток горячего газа может быть отработавшим газом газовой турбины или дизельного двигателя или отработанным газом промышленности или нефтеперерабатывающего завода.
Большие системы с большими объемными и температурными газовыми потоками, типичными для промышленности, могут извлечь выгоду из парового цикла Ренкина (SRC) в установке утилизации отработанного тепла, но эти циклы слишком дороги для небольших систем. Для рекуперации тепла из низкотемпературных систем требуются рабочие жидкости, отличные от пара.
Блок рекуперации отходящего тепла с органическим циклом Ренкина (ORC) может быть более эффективным в диапазоне низких температур с использованием хладагентов, которые кипят при более низких температурах, чем вода.Типичными органическими хладагентами являются аммиак, пентафторпропан (R-245fa и R-245ca) и толуол.
Хладагент кипятится источником тепла в испарителе с образованием перегретого пара. Эта жидкость расширяется в турбине для преобразования тепловой энергии в кинетическую энергию, которая преобразуется в электричество в электрическом генераторе. Этот процесс передачи энергии снижает температуру хладагента, который, в свою очередь, конденсируется. Цикл замыкается и завершается с помощью насоса, чтобы отправить жидкость обратно в испаритель.
Скребковый теплообменник с динамической поверхностью
Другой тип теплообменника называется «(динамический) скребковый теплообменник». Это в основном используется для нагрева или охлаждения продуктов с высокой вязкостью, процессов кристаллизации, испарения и приложений с высоким уровнем загрязнения. Длительное время работы достигается за счет постоянного соскабливания поверхности, что позволяет избежать загрязнения и обеспечить стабильную скорость теплопередачи во время процесса.
Теплообменники с фазовым переходом
В дополнение к нагреву или охлаждению жидкостей только в одной фазе, теплообменники могут использоваться либо для нагрева жидкости с целью ее испарения (или кипения), либо в качестве конденсаторов для охлаждения пара и конденсации его в жидкость.На химических заводах и нефтеперерабатывающих заводах ребойлеры, используемые для нагрева входящего сырья для дистилляционных колонн, часто являются теплообменниками. В установках для дистилляции обычно используются конденсаторы для конденсации паров дистиллята обратно в жидкость.
Электростанции, использующие паровые турбины, обычно используют теплообменники для превращения воды в пар. Теплообменники или аналогичные устройства для производства пара из воды часто называют котлами или парогенераторами.
На атомных электростанциях, называемых реакторами с водой под давлением, специальные большие теплообменники передают тепло из первичной системы (реакторная установка) во вторичную систему (паровая установка), производя при этом пар из воды.Их называют парогенераторами. Все электростанции, работающие на ископаемом топливе, и атомные электростанции, использующие паровые турбины, имеют поверхностные конденсаторы для преобразования отработавшего пара от турбин в конденсат (воду) для повторного использования.
Для сохранения энергии и охлаждающей способности на химических и других предприятиях регенеративные теплообменники могут передавать тепло от потока, который необходимо охлаждать, к другому потоку, который необходимо нагреть, например, для охлаждения дистиллята и предварительного нагрева сырья ребойлера.
Теплообменники прямого контакта
Теплообменники с прямым контактом обеспечивают передачу тепла между горячим и холодным потоками двух фаз при отсутствии разделительной стенки.Таким образом, такие теплообменники можно классифицировать как:
• Газ — жидкость
• Несмешивающаяся жидкость — жидкость
• Твердое жидкое или твердое тело — газ
Большинство теплообменников прямого контакта подпадают под категорию газ — жидкость, где тепло передается между газом и жидкостью в виде капель, пленок или брызг. Такие типы теплообменников используются преимущественно в установках кондиционирования, увлажнения, промышленного водяного отопления, водяного охлаждения и конденсационных установках.
Микроканальные теплообменники
Микро-теплообменники, Микро-теплообменники или микроструктурированные теплообменники — это теплообменники, в которых (по крайней мере, одна) жидкость течет в боковых ограничениях с типичными размерами менее 1 мм.Наиболее типичными являются микроканалы — каналы с гидравлическим диаметром менее 1 мм. Микроканальные теплообменники могут быть изготовлены из металла, керамики и даже недорогого пластика. Микроканальные теплообменники могут использоваться во многих областях, включая:
• высокопроизводительные авиационные газотурбинные двигатели
• тепловые насосы
• кондиционирование воздуха
• вентиляторы с рекуперацией тепла
Номер ссылки
https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_exchanger
Нравится:
Нравится Загрузка…
Связанные
.Основной первичный теплообменник — Купить основной первичный теплообменник, монотермический теплообменник, теплообменники для газовых котлов на Alibaba.com
Описание продукта
главный первичный теплообменник
.БИТЕРМИЧЕСКИЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ / МОНОТЕРМИЧЕСКИЙ ТЕПЛООБМЕННИК ДЛЯ ГАЗОВОГО КОТЛА ВЫСОКИЕ ЗНАЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ В СООТВЕТСТВИИ С СУЩЕСТВУЮЩИМИ САНТАНДАРТАМИ
ПЛАСТИНЫ СВАРОЧНЫ ПРЕПАРАТОМ НА ТРУБАХ
ПОВЕРХНОСТЬ ТЕПЛООБМЕННИКОВ СООТВЕТСТВУЕТ ПОВЕРХНОСТИ 9000 ПОВЕРХНОСТЬ 9000 9000 9000 9000 9000 9000 ЗАЩИЩЕНЫ 9000 9000 9000 9000 9000 9000 ЗАЩИЩЕНЫ 9000 9000
Упаковка и доставка
Мы берем деревянный ящик для 100 шт. Для основного первичного теплообменника
Наши услуги
Мы также поставляем многие типы и модели основного первичного теплообменника, вы можете доверить нам замену других марок
9000 2добро пожаловать к нам.
и другие подробные размеры относятся к следующим
.Теплообменник — processdesign
Автор: Алекс Вальдес [2015] , Синди Чен [2016]
Стюарды: Цзянь Гун и Фэнци Ю
Введение
Теплообменники — это необходимые технологические установки, которые являются частью любой подробной технологической схемы. Технологические потоки обычно взаимодействуют через теплообменники с целью экономии средств на отопление и охлаждение. Кроме того, площадь поверхности теплообменника пропорциональна количеству тепла, которое может быть передано, и является наиболее показательной составляющей стоимости теплообменника (Wilcox, 2009).Поэтому все коммерческие симуляторы включают модели для нагревателей, охладителей, теплообменников, огневых нагревателей и воздухоохладителей (Towler and Sinnott, 2013). Как правило, единственные входные данные, необходимые для схождения моделей теплообменников, — это правильно заданные входные потоки (скорость потока, температура, давление, состав), падение давления в каналах потока и температура на выходе или нагрузка.
Моделирующие программы, такие как HYSYS, чрезвычайно полезны для инженеров, чтобы быстро оценить капитальные затраты и потребности в коммунальных услугах.
Уравнения моделиHYSYS использует следующие уравнения для стационарных адиабатических теплообменников (Wilcox, 2009):
(тепло передается от технологического потока)
(тепло передано в инженерный поток)
(коэффициент теплопередачи)
где: Q — скорость теплообмена (например, в кДж / ч), Ni — расход потока i (например, в кмоль / ч), Hi — удельная энтальпия потока i (кДж / кмоль), U — общий коэффициент теплопередачи (кДж / м2.K), A — площадь теплообмена (м2), F — поправочный коэффициент для отклонения от прямотока или противотока, dTavg — средняя разница температур между потоками для истинного прямотока или противотока.
Эвристика
Перед выполнением моделирования важно иметь представление о практических соображениях и значениях параметров. Полный список эвристики в химической инженерии (Walas, 1990) можно найти на http://people.clarkson.edu/~wwilcox/Design/heurist.pdf. Для кожухотрубных теплообменников:
- Сторона трубки предназначена для агрессивных, загрязняющих, накипных жидкостей и жидкостей под высоким давлением.
- Кожух предназначен для вязких и конденсируемых жидкостей.
- Падение давления составляет 1,5 фунта на квадратный дюйм для кипения и 3–9 фунтов на квадратный дюйм для других условий.
- Температура воды на входе 90 ° F, максимальная температура на выходе 120 ° F.
Дополнительные практические правила для различных типов теплообменников, а также для многих других единиц технологического оборудования содержатся в приведенном выше источнике.
Типы операций теплопередачи в HYSYS
Хотя кожухотрубные теплообменники широко используются на практике и обычно преподаются инженерам, впервые изучающим теплообмен, HYSYS содержит различные блоки теплообмена:
Таблица 1: Операции моделирования теплопередачи HYSYS
| Агрегат | Теплообмен между | Вход (ы) | Выход (ы) |
|---|---|---|---|
| Охладитель | Горячий технологический поток и полезность (энергия) | Расход, состав входящего потока.Для входящего и выходящего потока ДВА из трех: температура, давление, доля паровой фазы | Долг, Q |
| Нагреватель | Холодный технологический поток и коммунальные услуги (энергия) | То же, что и кулер | Долг, Q |
| Теплообменник | Два технологических потока, геометрия кожуха и трубы | То же, что и охладитель для первого технологического потока. Для второго технологического потока: состав и ДВА из ТРЕХХ: температура, давление, доля паровой фазы на входе и выходе. | Расход второго технологического потока; Долг, Q; Коэффициент теплопередачи, U |
| Теплообменник СПГ | Несколько технологических потоков, геометрия пластины или пластины-ребра | То же, что кожухотрубный теплообменник | То же, что кожухотрубный теплообменник |
| Воздухоохладитель | Технологический поток и идеальная воздушная смесь | То же, что и охладитель технологического потока. | Общий расход воздуха; Рейтинг болельщиков; Коэффициент теплоотдачи, U |
| Огневой нагреватель (печь) | Топливный газ для сжигания и технологический поток (потоки) | То же, что и охладитель технологического потока. Соотношение воздух / топливо | Расход топлива / воздуха; Долг, Q; Коэффициент теплоотдачи, U |
Учебное пособие для теплообменника
Входные свойства
- Откройте Aspen HYSYS и создайте новое дело в меню «Файл».
- Создайте список компонентов, добавив все компоненты, присутствующие в процессе.
- Выберите пакет термодинамической жидкости, который применим к процессу, см. Вики-статью о пакете свойств для получения более подробной информации о вариантах или перейдите на http://people.clarkson.edu/~wwilcox/Design/thermodl.htm
Войти в моделирование
- В модельной палитре есть несколько вариантов нагревательных / охлаждающих агрегатов. Используйте нагреватель или охладитель, чтобы изменить температуру одного технологического потока с помощью служебной программы. Используйте теплообменник для двух технологических потоков, обменивающихся теплом, тем самым изменяя температуру каждого.Следующие шаги относятся к теплообменнику, но шаги аналогичны для нагревателя или охладителя.
- Щелкните обменник в окне технологической схемы. На вкладке «Проект» в разделе «Соединения» создайте входные и выходные потоки со стороны трубы и кожуха (четыре потока). Выбор того, какая жидкость идет со стороны трубы, а какая — со стороны оболочки, зависит от многих факторов, но некоторые практические правила включают в себя установку стороны трубы с высоким давлением и / или коррозионными жидкостями (Sloley, 2013).
- Чтобы понять, как HYSYS интерпретирует ситуацию, откройте раздел «Спецификации» на вкладке «Дизайн» (изображение справа).Видно, что HYSYS требуется пять единиц информации (степени свободы = 5) о входных и выходных потоках. Если процесс чрезмерно задан, HYSYS должен выдать сообщение с указанием типа ошибки или просто сказать, что решения нет. После понимания информации в этой таблице введите четыре входных параметра и один выходной параметр (температура одного из выходов).
- На этом этапе HYSYS должен сообщить, что существует неизвестная величина Delta P. Задайте (предположите) входное и выходное давления, после чего теплообменник должен сойтись.Хорошие первоначальные предположения о падении давления составляют 0,3-0,7 бар или 30-70 кПа (Towler and Sinnott, 2013).
Рис. 1. Теплообменник на странице технологической схемы и проектных спецификаций
Настройка теплообменника
- После схождения теплообменника и достижения желаемой температуры на выходе одного из технологических потоков можно изменять различные параметры и проводить более подробный анализ теплообменника.
- На вкладке «Дизайн» в разделе «Параметры» выберите одну из пяти потенциальных моделей теплообменников (наиболее распространенный выбор — кожухотрубный корпус строгого исполнения).
Примечание по поиску и устранению неисправностей: иногда строгая модель теплообменника сначала не сходится, даже если система правильно определена. Иногда, когда это происходит, переключение на модель простой конечной точки, а затем возврат к строгой модели приводит к ее сходимости.
- На этом этапе воспользуйтесь изящной функцией HYSYS в разделе «Жесткая модель» на странице «Параметры»: Size Rigorous Shell & Tube. При нажатии на это HYSYS автоматически запускает кейсы для определения оптимальных параметров падения давления и площади теплообменника (также есть возможность автоматически запускать эту функцию).Как только эта функция сойдется, очень полезная информация о требуемом общем коэффициенте теплопередачи, падении давления, площади теплопередачи и других физических параметрах будет легко доступна для просмотра на вкладке «Рейтинг».
- Также на вкладке «Рейтинг» можно изменить физические характеристики теплообменника, такие как количество проходов кожуха / трубы (в реальных теплообменниках обычно более одного или двух проходов труб на кожух). Эти особенности, конечно, изменяют необходимый коэффициент теплопередачи (в лучшую сторону), падение давления (в неблагоприятную сторону) и неопределенные условия выходного потока.
Рисунок 2: Вкладка «Рейтинг», содержащая физические / геометрические параметры теплообменника.
Общие проблемы
При использовании теплообменников в этих программах возникает несколько общих проблем.
Когда теплообменники используются с потоками, которые переходят на более ранние стадии процесса, возникает информационный цикл, и программа с меньшей вероятностью сойдется. Во многих случаях конструкция процесса требует более позднего технологического потока, такого как нижняя часть дистилляционной колонны, для нагрева более раннего потока, такого как сырье в той же колонне (Towler and Sinnott, 2012).
Другая проблема возникает, если спецификации теплообменника невозможны, но модель по-прежнему сходится с физически необоснованными результатами, такими как температурный кросс.
Чтобы избежать этих проблем, рекомендуется использовать вспомогательные нагреватели и охладители вместо теплообменников, чтобы получить представление о необходимой тепловой нагрузке и параметрах теплообменника. Нагреватели и охладители также полезны для получения первоначальных предположений о температуре на выходе и падении давления.После получения этой информации у проектировщика будет гораздо больше шансов смоделировать теплообменник, который приведет к значимым результатам (Wilxcox, 2009).
Типичный завод требует использования множества отдельных теплообменников. Это комбинированное технологическое нагревание и охлаждение установки может быть выполнено за счет использования коммунальных услуг, но это будет очень дорого с точки зрения капитальных и коммунальных затрат. В сетях теплообменников используется несколько блоков теплообменников для оптимизации технологического процесса.Эффективное включение сетей теплообменников минимизирует использование инженерных сетей, минимизирует количество теплообменников и минимизирует затраты, связанные с проектированием.
Уравнения и эвристика модели
Сети теплообменников спроектированы на основе глубокого анализа пинч-анализа. Точка защемления разделяет температурный диапазон на две области. Анализ точки защемления — это табличная процедура, которая является удобной альтернативой построению и анализу составных кривых горячего и холодного состояний.Температура, при которой разница температур между горячим и холодным потоком является наименьшей, является температурой точки перегиба. Определение наименьшего Δ может быть полезно при расчете оптимального размера теплообменника (Marechal, 2005). Четыре этапа анализа точки защемления:
- 1. Разделите диапазон температур на интервалы и сместите шкалу холодных температур.
- 2. Составьте тепловой баланс в каждом интервале.
- 3. Каскадирование избытка и дефицита тепла через интервалы.
- 4. Добавьте тепла так, чтобы дефицит не образовывался каскадом, добавляя величину наибольшего дефицита тепла из шага 3 к каждому излишку и дефициту тепла. Положение с суммой 0 — это положение защемления. На этом этапе также можно определить минимальные коммунальные услуги по отоплению и охлаждению (Bagajewicz, 2008).
Подробные расчеты и примеры определения точки защемления можно найти на странице анализа защемления.
Действующая сетевая система теплообменника должна соответствовать соответствующей эвристике.Теплообменник можно использовать только над зажимом, а холодильный — только под ним. Кроме того, тепло от горячего потока с температурой выше пинча не должно передаваться холодному потоку с температурой ниже пинча (Towler and Sinnot, 2012).
Минимальные целевые показатели рекуперации энергии
Основная цель построения сетей теплообменников — максимизировать рекуперацию энергии из горячих технологических потоков в холодные технологические потоки. Таким образом, перед началом синтеза сети теплообменника необходимо определить цели минимальной рекуперации энергии (MER).Сделать это можно тремя способами:
- 1. температурно-интервальный метод,
- 2. графический метод с использованием составных кривых нагрева и охлаждения, и
- 3. линейное программирование (Seider, 2004).
Методы температурного интервала и составной кривой описаны на странице анализа пинч-анализа. Пример линейного программирования обсуждается ниже.
Линейное программирование
Рассмотрим систему, в которой два холодных потока, C1 и C2, должны нагреваться, а два горячих потока, h2 и h3, должны охлаждаться без фазового перехода.Условия и свойства этих потоков перечислены ниже.
Предварительные расчеты пинч-анализа приводят к следующим изменениям энтальфии в каждом интервале.
Рисунок 3. Каскад температурных интервалов, энергетических балансов и остатков (Seider, 2004)
Линейную программу можно сформулировать как:
- Минимизировать
- относительно (w.r.t.):
- При условии (s.t.):
Переменные в этой линейной программе определены следующим образом:
- — тепло, поступающее от горячего водопровода.
- — остаток из интервала i
- — холодная коммунальная служба
, где все потребности в энергии следует умножить на 10 000 БТЕ / час.
Эта программа минимизирует тепловыделение от горячего источника питания. На рисунке 3 показаны потоки энергии между каждым интервалом системы и значения переменных, вычисленные на начальном и конечном проходе.
Эта установка линейной программы может быть решена с использованием общей системы алгебраического моделирования (GAMS), как показано ниже.
Программа GAMS сначала называет переменные, используемые в программе, указывая, что Z — это целевая переменная, которая будет минимизирована, а другие переменные — «положительные переменные», удовлетворяющие конечному условию, указанному в уравнении LP.6, что все коммунальные услуги и остаточная стоимость должны быть больше нуля. Линейная программная модель называется HEAT и решается с использованием LP (что означает линейные программные алгоритмы) для минимизации переменной Z.
Из этого результата, что означает, что защемление находится в интервале 3, как показано на Рисунке 3. Кроме того, этот результат показывает, что потребность в горячих источниках энергии составляет 500 000 БТЕ / час, а потребность в холодных линиях составляет 600 000 БТЕ / час. час. Однако это моделирование учитывает только ощутимые изменения тепла.Дополнительные переменные, такие как теплота реакции, теплота смешения и даже переменная удельная теплоемкость с течением времени, следует учитывать в более представительной модели.
Этот пример взят из Принципы проектирования процессов: синтез, анализ и оценка Сайдера, Сидера и Левина.
Учебное пособие для сети теплообменников
Сети теплообменников можно смоделировать с помощью Aspen Energy Analyzer. Ниже приводится руководство, предоставленное компанией Aspen Technology (Aspen, 2011).
Свойства ввода
- Открытый анализатор энергии Aspen
- Проверьте единицы измерения для симуляции через Инструменты >> Настройки >> вкладка «Переменные» >> страница «Единицы измерения».
- Создайте корпус тепловой интеграции (HI) в меню «Функции»
- Введите данные потока процесса во всплывающем окне (как показано ниже)
- После ввода значений температуры на входе и выходе Aspen определит тип потока как горячий или холодный.
- Введите информацию об энтальпии или теплоемкости потока для каждого потока.Сегментация потоков полезна для потоков, которые изменяют фазу или имеют нелинейные изменения энтальпии при изменении температуры. После ввода информации для последнего сегмента поток процесса будет завершен, и появится окно, как показано ниже.
- Введите имя потока, первое значение температуры на входе и значение целевой температуры на выходе. Необходимо добавить только значения температуры на выходе и значения тепловой нагрузки / энтальпии, поскольку моделирование рассчитало значения температуры на входе.После завершения вкладка потоков процессов появится, как показано ниже. Красные стрелки представляют горячие потоки, которые необходимо охладить, а синие стрелки — холодные потоки, которые необходимо нагреть.
- Введите данные служебного потока на вкладке служебных потоков. В столбце Имя прокрутите список, чтобы найти утилиты, необходимые для моделирования. Примеры включают: охлаждающая вода, выработка пара низкого давления, воздух, топочное тепло и т. Д. Aspen сообщит о затратах по умолчанию, связанных с каждым коммунальным предприятием, которые будут использоваться для расчета эксплуатационных затрат для системы.
Вход в моделирование
- Изучите мишени в чемодане. В представлении HI Case выберите значок Open Targets View, который отображается в нижней части представления для всех вкладок. В этом окне будут отображаться целевые значения энергии, температуры пинча, минимальное количество устройств, необходимое для построения сети, и предварительный анализ затрат.
- Рассчитайте DTmin моделирования. В окне Targets: вкладка Range Targets >> кнопка Calculate >> страница Plots.Если требуется лучшее приближение для оптимального значения DTmin, нажмите кнопку «Очистить вычисления», чтобы очистить график, прежде чем настраивать диапазон DTmin. Чтобы настроить диапазон, нажмите кнопку «Диапазон DTmin», расположенную рядом с кнопкой «Рассчитать». Оптимизированный диапазон DTmin будет напоминать рисунок, показанный ниже.
Изменение схемы сети теплообменника
- Проект сети теплообменников можно просмотреть, щелкнув значок Open HEN Grid Diagram в представлении HI Case.
- Сети теплообменников могут включать сплиттеры, теплообменники и охладители.
- Добавьте разделитель в сеть: откройте вид палитры, расположенный в правом нижнем углу вкладки Grid Diagram. Щелкните правой кнопкой мыши и удерживайте значок «Добавить разделение». Перетащите курсор на поток, который нужно разделить, пока не появится значок «бычий глаз». Как только мышь будет отпущена, на потоке появится сплошная синяя точка, представляющая разделитель. Щелкните синюю точку один раз, чтобы развернуть резак.
- Добавьте теплообменник: щелкните правой кнопкой мыши и удерживайте значок «Добавить теплообменник» на палитре «Инструменты для дизайна».Как только мышь будет отпущена, на желаемом потоке появится сплошная красная точка. Щелкните и удерживайте красную точку рядом с новым потоком. Теплообменник появится, когда отпустите кнопку мыши. Дважды щелкните любой конец теплообменника, чтобы открыть окно редактора теплообменника. На вкладке «Данные» установите флажок «Связано с соответствующими потоками» и при необходимости введите другие температуры.
- Отрегулируйте коэффициент разделения: откройте окно свойств диаграммы HEN и нажмите кнопку «Создать». Введите коэффициент разделения в поле «Имя».Выберите Правка >> вкладка Аннотации >> Группа потоков >> раскрывающийся список Сегменты >> Разделить фракцию. Дважды щелкните на любом конце теплообменника, чтобы наблюдать за изменениями температуры горячего потока на входе. Дважды щелкните любой конец разделителя, чтобы открыть вид разделителя. Соответственно отрегулируйте коэффициент разделения.
Когда сеть теплообменников будет завершена, строка состояния на вкладке Grid Diagram станет зеленой.
Будущее развитие
В то время как сети теплообменников пытаются оптимизировать затраты на электроэнергию для систем отопления и охлаждения, капитальные затраты часто трудно рассчитать и учесть в анализе.В районе точки защемления горячие и холодные потоки наиболее ограничены. Это приводит к необходимости использования больших теплообменников для эффективной передачи тепла между горячими и холодными потоками. Конструкция для максимальной рекуперации тепла и минимального количества теплообменников обычно включает петлю в сети.
Пример петли в дизайне сети (Towler and Sinnot, 2012)Как видно на рисунке выше, петля может пересекать точку защемления. Эти петли можно разорвать, передав тепло через точку защемления.Это, однако, нарушает эвристику, согласно которой тепло не должно передаваться через точку защемления, и также произойдет по крайней мере одно нарушение удельного Δ. Для восстановления Δ тепло можно перемещать по траектории, что увеличивает энергозатраты процесса. Из этой дилеммы ясно, что у попытки свести к минимуму любую сеть теплообменников есть свои плюсы и минусы.
Анализ с учетом капитальных затрат может быть выполнен путем оценки сети теплообменников как задачи смешанного целочисленного нелинейного программирования (MINLP).Задачи MINLP обычно решаются с помощью числовых решателей. Но крупномасштабные задачи MINLP, такие как те, которые могут быть созданы для технологической установки, могут быть трудными для решения с использованием доступных численных алгоритмов и решателей (Biegler, 1999).
- Г.П. Таулер, Р. Синнотт. Химико-технологическое проектирование: принципы, практика и экономика проектирования предприятий и процессов . Эльзевир, 2012.
- Sloley. «Кожухотрубный теплообменник: выбираем правильную сторону». Химическая обработка.Октябрь 2013
- Уилкокс. «Расчет теплообменников с помощью HYSYS или UniSim». 2009. http://people.clarkson.edu/~wwilcox/Design/hxsizing.htm дата обращения: 1 марта 2015 г.
- С.М. Валас. (1990). Оборудование для химических процессов — выбор и проектирование . Эльзевир
- W.D. Seider, J.D. Seader, D.R. Левин, Принципы проектирования процессов: синтез, анализ и оценка , Wiley: Нью-Йорк, 2004.
- Aspen Technology, Inc. Анализатор энергии Aspen: Учебное руководство.(2011)
- M.J. Bagajewicz. Тепловая интеграция Химическая инженерия Панамериканское сотрудничество. 2008 г.
- Ф. Марешал, Д. Фавра. Комбинированный эксергетический и пинч-анализ для интеграции технологий оптимального преобразования энергии . 2005 г.
- L.T. Биглер, И. Гроссманн, А. Вестерберг. Систематические методы проектирования химических процессов , Прентис Холл: Нью-Джерси, 1999.