Wärmetauscher Grundlagen

Definition des Wärmetauschers

  Der Wärmetauscher ist eine Vorrichtung, die einen Teil der Wärme der heißen Flüssigkeit in die kalte Flüssigkeit überträgt, d. h. ein großer geschlossener Behälter mit Wasser oder anderen Medien gefüllt wird,und es gibt Rohre, die durch den Behälter laufenLassen Sie heißes Wasser durch die Rohre fließen.

Aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen dem Wasser im Rohr und dem heißen und kalten Wasser im Behälter wird ein Wärmeaustausch stattfinden.Hochtemperaturwärme wird immer auf niedrige Temperaturen transportiert, so dass die Wärme des Wassers im Rohr auf das kalte Wasser im Behälter ausgetauscht werden kann.

Einstufung und Struktur von Wärmetauschern

Wärmetauscher lassen sich in folgende Gruppen einteilen:

Kühler, Kondensator, Heizungsanlage, Wärmetauscher, Reboiler, Dampferzeuger, Abwärme (oder Abwärme) Kessel.

Nach der Wärmeaustauschmethode kann es in folgende Teile unterteilt werden:

Direktkontaktwärmetauscher (auch hybride Wärmetauscher genannt), regenerative Wärmetauscher und Wandwärmetauscher.

Im Folgenden werden hauptsächlich Wärmeaustauschgeräte eingestuft, die nach Wärmeaustauschmethoden eingestuft werden:

1) Direktkontaktwärmetauscher

Direktkontaktwechselgeräte setzen für die Wärmeübertragung auf direkten Kontakt zwischen kalten und heißen Flüssigkeiten.Diese Wärmeübertragungsmethode vermeidet Schmutz und Wärmewiderstand auf der Wärmeübertragungswand und auf beiden SeitenSolange der Kontakt zwischen den Flüssigkeiten gut ist, wird eine höhere Wärmeübertragung stattfinden.

Daher können hybride Wärmetauscher überall dort eingesetzt werden, wo Flüssigkeiten miteinander vermischt werden dürfen, wie z. B. Gaswaschen und Kühlen, Kreislaufwasserkühlen, Dampf-Wasser-Mischheizung,DampfkondensationDie Anwendung erstreckt sich auf chemische und metallurgische Betriebe, Kraftwerke, Klimaanlagen und viele andere Produktionsbereiche.

Zu den häufig verwendeten hybriden Wärmetauschern gehören: Kühltürme, Gasreiniger, Strahlwärmetauscher und hybride Kondensatoren.

2) Regenerativer Wärmetauscher

Ein regenerativer Wärmetauscher ist ein Gerät, das zum regenerativen Wärmetauschen verwendet wird.

Im Allgemeinen wird das Feuergitter mit feuerfesten Ziegeln gebaut (manchmal werden Metallkurbelgürtel usw.) verwendet.

Der Wärmeaustausch erfolgt in zwei Phasen.

In der ersten Stufe geht das heiße Gas durch das Feuernetz, überträgt Wärme an das Feuernetz und speichert sie.

In der zweiten Stufe geht das kalte Gas durch das Feuernetz und wird durch Aufnahme der im Feuernetz gespeicherten Wärme erwärmt.

Diese beiden Phasen treten abwechselnd auf. Normalerweise werden zwei Regeneratoren abwechselnd verwendet, d.h. wenn heißes Gas in ein Gerät gelangt, gelangt kaltes Gas in das andere.mit einer Leistung von mehr als 100 W und einer Leistung von mehr als 100 W.

Es wird auch in der chemischen Industrie eingesetzt, z. B. in Luftvorheizungen oder Verbrennungskammern in Gasöfen und in regenerativen Cracköfen in künstlichen Erdölanlagen.

3) Trennwandwärmetauscher

Bei diesem Wärmetauscher werden die heißen und kalten Flüssigkeiten durch ein Metall getrennt, so dass sich die beiden Flüssigkeiten nicht mischen und Wärme übertragen.

In der chemischen Produktion können heiße und kalte Flüssigkeiten oft nicht direkt in Berührung kommen, daher ist der Trennwandwärmetauscher der am häufigsten verwendete Wärmetauscher.

Im Folgenden wird hauptsächlich die Klassifizierung von Trennwandwärmetauschern eingeführt:

a) Wärmetauscher mit Verkleidung

Diese Art von Wärmetauscher wird hergestellt, indem auf der Außenwand des Behälters eine Hülle angebracht wird, und hat eine einfache Struktur.die Heizfläche ist durch die Behälterwand begrenzt und der Wärmeübertragungskoeffizient nicht hoch.

Um den Wärmeübertragungskoeffizienten zu verbessern und die Flüssigkeit im Wasserkocher gleichmäßig zu erwärmen, kann ein Rührgerät in den Wasserkocher eingebaut werden.

Bei Einführung von Kühlwasser oder Heizmitteln ohne Phasenwechsel in die Jackespiralförmige Trennwände oder andere Maßnahmen zur Erhöhung der Turbulenz können auch in der Jacke installiert werden, um den Wärmeübertragungskoeffizienten auf einer Seite der Jacke zu erhöhen.

Um die fehlende Wärmeübertragungsoberfläche auszugleichen, können auch im Inneren des Wasserkochers gewindelige Rohre installiert werden.

Wärmetauscher mit Abdeckung werden häufig zur Erwärmung und Kühlung von Reaktionsprozessen verwendet.

b) Schlangenrohrwärmetauscher

Der Wärmetauscher mit Schraubröhrchen ist weiter in einen eingetauchten Wärmetauscher mit Schraubröhrchen und einen Sprüh-Wärmetauscher mit Schraubröhrchen unterteilt.

Schlangenröhren bestehen meist aus Metallröhren, die in verschiedene Formen gebogen werden, die für den Behälter geeignet sind, und in die Flüssigkeit im Behälter eingetaucht werden.

Seine Vorteile bestehen darin, daß er eine einfache Struktur hat, hohem Druck standhält und aus korrosionsbeständigen Materialien hergestellt werden kann.

Nachteile: Die Turbulenz der Flüssigkeit im Behälter ist gering und der Wärmeübertragungskoeffizient außerhalb des Rohres gering.

Befestigen Sie die Wärmeaustauschröhren in Reihen am Stahlrahmen.

In der Röhre fließt heiße Flüssigkeit, und das Kühlwasser wird gleichmäßig über das Gerät gegossen.

Vorteile: Die heiße Flüssigkeit fließt durch das Rohr und das Kühlwasser strömt gleichmäßig über das Gerät.so ist der Wärmeübertragungseffekt des Sprühwärmetauschers besser als der des eingetauchten Spulenwärmetauschers.

Sie muss jedoch unter freiem Himmel platziert werden, da sie eine große Fläche einnimmt und Wasser leicht in die Umgebung spritzt, was ihre Verwendung unbequem macht.

c) Wärmetauscher mit Abdeckung

Da die Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeit innerhalb und außerhalb der Röhre größer ist, können kalte und heiße Flüssigkeiten in reinem Gegenstrom fließen.so ist ihr Wärmeübertragungskoeffizient groß und der Wärmeübertragungs-Effekt ist gutDie häufigste Wasserheizung ist ein einfacher Wärmetauscher.

d) Schalen- und Rohrwärmetauscher

Schal- und Rohrwärmetauscher sind die typischsten Trennwandwärmetauscher, die seit langem in der Industrie eingesetzt werden und unter allen Wärmetauschern immer noch eine beherrschende Position einnehmen.

Der Rohr-Wärmetauscher besteht hauptsächlich aus einer Hülle, einem Rohrbund, einer Rohrplatte und einem Kopf.und beide Enden des Rohrbundes an der Rohrplatte befestigt sind.

Es gibt zwei Arten von Flüssigkeiten, die Wärmeaustausch in einem Schalen-und-Röhre-Wärmeaustausch: ein fließt in das Rohr, und sein Schlag wird die Röhre Seite genannt; der andere fließt außerhalb des Rohres,und sein Schlag wird die Schalseite genanntDie Wandfläche des Rohrbundes ist die Wärmeübertragungsfläche.

Um den Wärmeübertragungskoeffizienten der Flüssigkeit außerhalb des Rohres zu verbessern, wird in der Regel eine bestimmte Anzahl von Querschutzschlägen in der Hülle installiert.

Die Deflektoren verhindern nicht nur, dass die Flüssigkeit einen Kurzschluss hat, sondern erhöhen auch die Flüssigkeitsgeschwindigkeit.aber auch zwingen Sie die Flüssigkeit, mehrmals nach dem vorgeschriebenen Weg durch den Rohrbund zu fließenEs gibt zwei häufig verwendete Baffle: rund und scheibenförmig (wie in der Abbildung unten dargestellt).

Jedes Mal, wenn die Flüssigkeit durch das Rohrbündel in der Röhre geht, wird ein Rohrpass genannt, und jedes Mal, wenn die Flüssigkeit durch die Schale geht, wird ein Schalepass genannt.

Um die Geschwindigkeit der Flüssigkeit im Rohr zu erhöhen, können an beiden Enden geeignete Trennwände in den Kopfen installiert werden, um alle Rohre gleichmäßig in mehrere Gruppen aufzuteilen.

Auf diese Weise kann die Flüssigkeit nur einen Teil der Röhren passieren und mehrmals zur gleichen Zeit zum Rohrbund zurückkehren, was als Mehrrohrpass bezeichnet wird.

Ähnlich kann zur Erhöhung der Durchflussgeschwindigkeit außerhalb des Rohres in der Schale eine Längsschraube installiert werden, die es dem Flüssigkeitsmittel ermöglicht, mehrmals durch den Schale-Raum zu gelangen.Das nennt man Multi-Shell Pass..

In einem Schalen- und Rohrwärmetauscher unterscheiden sich aufgrund der unterschiedlichen Temperaturen der Flüssigkeit innerhalb und außerhalb des Rohres auch die Temperaturen der Schal und des Rohrbundes.Wenn der Temperaturunterschied zwischen den beiden groß ist, wird im Inneren des Wärmetauschers eine große thermische Belastung auftreten, die dazu führen kann, daß sich die Rohre biegen, brechen oder von der Rohrplatte lösen.

Wenn daher der Temperaturunterschied zwischen dem Rohrbund und der Hülle 50°C übersteigt,geeignete Maßnahmen zur Kompensation der Temperaturunterschiede zur Beseitigung oder Verringerung der thermischen Belastung getroffen werden.

Entschädigungsmethode:

An der Hülle wird ein Ausdehnerring befestigt oder ein U-förmiger Rohrwärmetauscher und ein schwimmender Kopftauswechsler verwendet.

Wenn der Temperaturunterschied zwischen heißen und kalten Flüssigkeiten nicht groß ist, kann ein fester Rohrplattenwärmetauscher verwendet werden.

Es hat eine einfache Struktur und einen niedrigen Preis, ist jedoch schwer zu reinigen und ist nicht für Flüssigkeiten geeignet, die anfällig für Skalen und Flüssigkeiten mit großen Temperaturunterschieden sind.

Wenn der Temperaturunterschied nicht sehr groß ist, kann ein fester Rohrplattenwärmetauscher mit einem Kompensationsring verwendet werden.

e) Plattenwärmetauscher

Der Plattenwärmetauscher besteht aus einem Satz von rechteckigen dünnen Metallwärmeübertragungsplatten, die an der Halterung mit einem Rahmen geklemmt und montiert werden.

Die Ränder zweier benachbarter Platten sind mit Dichtungen (aus verschiedenen Gummi- oder komprimierten Asbeststoffen usw.) für die Verdichtung versehen.In den vier Ecken der Platten sind runde Löcher, die Flüssigkeitskanäle bilden.

Der Unterschied zwischen einem Plattenwärmetauscher und einem Rohrwärmetauscher:

a.Höher Wärmeübertragungskoeffizient

Da verschiedene Wellplatten miteinander umgekehrt sind, um einen komplexen Flusskanal zu bilden, fließt die Flüssigkeit dreidimensional im Flusskanal zwischen den Wellplatten,Der Koeffizient ist hoch, allgemein als 3 bis 5 mal höher als bei der Schalen- und Rohrform.

b. Der logarithmische Durchschnittstemperaturunterschied ist groß und der Endtemperaturunterschied klein.

In der Schalen- und Rohrwärmetauscher fließen die beiden Flüssigkeiten in der Rohr- bzw. der Schalenseite.und der logarithmische durchschnittliche Temperaturunterschiedskorrekturkoeffizient ist geringDer Plattenwärmetauscher verfügt jedoch meist über einen Gleichstrom- oder Gegenstromfluss. , und sein Korrekturkoeffizient liegt in der Regel bei 0.95Außerdem ist der Fluss von kalten und heißen Flüssigkeiten im Plattenwärmetauscher parallel zur Wärmetauscheroberfläche und es gibt keinen seitlichen Fluss.der Temperaturunterschied am Ende des Plattenwärmetauschers ist gering, und der Wärmeaustausch mit Wasser kann unter 1°C liegen, während bei Schalen- und Rohrwärmeaustauschern in der Regel 5°C liegen.

c. Kleiner Fußabdruck

Der Plattenwärmetauscher hat eine kompakte Struktur und die Wärmetauscheroberfläche pro Volumenstück beträgt 2 bis 5 mal die des Schalen- und Rohrtyps.mit einer Breite von mehr als 20 mm,Der Wärmetauscher hat eine Fläche von etwa 1/5 bis 1/8 des Wärmetauschers der Schale und des Rohrs.

d. Einfache Änderung des Wärmeaustauschbereichs oder der Prozesskombination

Solange einige Platten hinzugefügt oder entfernt werden, kann die Wärmeaustauschfläche erhöht oder verringert werden.die erforderliche Prozesskombination erreicht und an neue Wärmeaustauschbedingungen angepasst werden kann,Es ist fast unmöglich, die Wärmeübertragungsfläche von Schalenwärmetauschern zu erhöhen.

e.Leichtes Gewicht

Die Dicke der Platten des Plattenwärmetauschers beträgt nur 0,4 ~ 0,8 mm, während die Dicke der Wärmetauschrohre der Hülle und des Rohrwärmetauschers 2,0 ~ 2,5 mm beträgt.Die Hülle der Hülle und Rohr-Typ ist viel schwerer als der Rahmen des Plattenwärmetauscher. , Plattenwärmetauscher haben im allgemeinen nur etwa 1/5 des Gewichts von Schalen- und Rohrwärmetauschern.

f. Niedriger Preis

Bei Verwendung derselben Materialien und derselben Wärmeaustauschfläche ist der Preis für Plattenwärmeaustauschgeräte um etwa 40% bis 60% niedriger als für Schalen- und Rohrwärmeaustauschgeräte.

g. leicht herzustellen

Die Wärmeübertragungsplatten von Plattenwärmetauschern werden mit einem hohen Maß an Standardisierung gestempelt und verarbeitet und können in großen Mengen hergestellt werden.Schalen- und Rohrwärmetauscher werden in der Regel von Hand gefertigt.

h. leicht zu reinigen

Solange die Kompressionsschrauben des Rahmenplattenwärmetauschers gelockert sind, können die Plattenbündel gelockert und die Platten zur mechanischen Reinigung entfernt werden.Dies ist sehr praktisch für den Wärmeaustauschprozess, die häufige Reinigung der Ausrüstung erfordert.

i. geringer Wärmeverlust

Bei Plattenwärmetauschern ist der Atmosphäre nur die Hülle der Wärmeübertragungsplatte ausgesetzt, so dass der Wärmeabbauverlust vernachlässigbar ist und keine Isolierungsmaßnahmen erforderlich sind.Schalen- und Rohrwärmetauscher verursachen große Wärmeverluste und erfordern Wärmedämmung.

j. Kleine Kapazität

Der Druckverlust pro Längeneinheit ist groß.Da die Lücke zwischen den Wärmeübertragungsflächen klein ist und die Wärmeübertragungsflächen konkav und konvex sind, ist der Druckverlust größer als bei herkömmlichen glatten Rohren.

k. Nicht leicht zu skalieren

Aufgrund der ausreichenden internen Turbulenzen ist es nicht leicht zu skalieren, und sein Skalierungskoeffizient beträgt nur 1/3~1/10.k des eines Schalen- und Rohrwärmetauschers.,und die mittlere Temperatur darf nicht zu hoch sein, da der Wärmetauscher des Plattentyps durchsickern kann. Der Wärmetauscher ist mit einer Dichtung versiegelt, der Arbeitsdruck darf im Allgemeinen 2,5 MPa nicht übersteigen,und die mittlere Temperatur unter 250°C, sonst kann ein Leck auftreten.

Einfach blockiert.

Da die Kanäle zwischen den Platten sehr schmal sind, in der Regel nur 2 bis 5 mm, wenn das Wärmeaustauschmedium größere Partikel oder Faserstoffe enthält,es ist leicht, die Kanäle zwischen den Platten zu blockieren.