Лекция по теплообменному оборудованию. ЛЕКЦИЯ_3 Теплообмен. Роль теплообменной аппаратуры в химической и нефтегазовой

• Название: Роль теплообменной аппаратуры в химической и нефтегазовой
• Анкор: Лекция по теплообменному оборудованию
• Дата: 17.06.2022
• Размер: 4.52 Mb.
• Имя файла: ЛЕКЦИЯ_3 Теплообмен.doc
• Тип: Лекция; #598520
• страница: 10 из 18

Спиральные теплообменники изготовляют с поверхностью теплообмена 10-100 м²; они работают как под вакуумом, так и при давлении до 1 МПа при температуре рабочей среды 20-200⁰ C. Их можно использовать для реализации теплообмена между рабочими средами жидкость-жидкость, газ-газ, газ-жидкость, а также конденсации паров и парогазовых смесей. Все

большее распространение этих теплообменников в последнее время объясняется главным образом простотой изготовления и компактностью конструкции. В таком аппарате один из теплоносителей (рис. 3.37) поступает в периферийный канал аппарата и, двигаясь по спирали, выходит из верхнего центрального канала. Другой теплоноситель поступает в нижний центральный канал и выходит из периферийного канала. Площадь поперечного сечения каналов в таком теплообменнике по всей длине постоянна, поэтому он может работать с загрязненными жидкостями (загрязнение смывается потоком теплоносителя).

Рисунок 3.37 – Схема движения теплоносителей в спиральном

теплообменнике
В спиральных теплообменниках поверхность теплообмена образована двумя стальными лентами 1, 2 толщиной 3,5-6 мм и шириной 400-1250 мм (рис. 3.38), свернутыми в спираль так, что получаются каналы а и б прямоугольного профиля, по которым противоточно движутся теплоносители. Первый (от центра аппарата) виток спирали закреплен распорными дисками 4, которые фиксируются продольными распорками 3. На поверхности спирали с шагом 70-100мм приварены штифты 6 для придания теплообменнику жесткости. Кроме штифтов при навивке спирали между ее витками устанавливают полосовые дистанционные вставки 5. Эти вставки вместе со штифтами обеспечивают требуемый зазор между лентами, который для стандартных теплообменников составляет 8 - 12 мм. С торцов аппарат закрыт крышками 8 на прокладках 7.

Рисунок 3.38 – Спиральный теплообменник

В зависимости от способа уплотнения спиральных каналов с торцов различают теплообменники с тупиковыми и сквозными каналами. Тупиковые каналы (рис. 3.39, а) образуют приваркой полосовых вставок 2 к торцу спирали; с торцов каналы закрыты крышками 3 с прокладкой 1. После снятия крышек и прокладок оба канала можно прочистить. Такой способ уплотнения каналов исключает возможность смешения теплоносителей при прорыве прокладки и поэтому наиболее распространен. Сквозные каналы (рис. 3.39, б) 1 с обоих торцов закрыты крышками 2 с прокладками 1, легко поддаются чистке, но не исключают возможность смешения теплоносителей.

Рисунок 3.39 – Спиральные теплообменники с тупиковым (а) и

сквозным (б) каналами

Спиральные теплообменники с тупиковыми каналами изготовляют в двух вариантах: с плоской крышкой (для теплообмена между жидкостями и газами) и с конической или сферической крышкой (для конденсации паров и нагрева высоковязких жидкостей). В аппаратах с плоской крышкой обеспечивается противоточное движение фаз, в аппаратах а конической и сферической крышкой - перекрестное. Теплообменники с тупиковыми

каналами и конической крышкой, используемые как конденсаторы, обычно устанавливают вертикально (рис. 3.40).

Рисунок 3.40 – спиральный конденсатор
Вертикальное расположение каналов исключает образование пробок конденсата и гидравлические удары. Благодаря конической крышке парогазовая смесь (рабочая среда) подается в аппарат сверху через штуцер 1. Образующийся конденсат стекает по вертикальной стенке канала, собирается в нижней части аппарата и сливается через штуцер 3. Несконденсировавшиеся газы проходят несколько наружных витков, охлаждаются и выводятся через штуцер 2 на корпусе. Хладaгeнт подается в аппарат через штуцер 5 и выводится через штуцер 4. Расчеты на прочность и устойчивость элементов теплообменника включают в основном расчеты спирали, фланцевого соединения и крышек. Толщину s наружного витка спирали (корпуса) теплообменника рассчитывают по формуле, используемой для расчета на прочность стальной цилиндрической обечайки:


внутренний диаметр наружного витка спирали (D_o- диаметр «центровика» см. рис. 1.55,

мм; t – шаг спирали, мм; L - длина ленты одного канала, мм); -допускаемое напряжение для материала спирали, Мпа; -коэффициент прочности cварного шва (для спирали, выполненной из цельнoгo листа, =1); с - конструктивная прибавка, мм. При расчете спирали на устойчивость необходимо обеспечить условие

Р_исп- расчетное давление, принимаемое равным давлению при испытании, Мпа;


Значения l и l₁ выбирают в зависимости от вида укрепления спирали: для спирали без укреплений l= В и l₁ = ; для спирали, укрепленной штифтами, l= В, l₁ = b (В - ширина спирали, мм; b - расстояние между штифтами по направлению длины ленты, мм). Для других видов крепления спирали значения l и l₁, а также значения n₁ приведены в РТ М 26-01-58-73.
3.6. Теплообменники других конструкций. Теплообменники воздушного

охлаждения, их преимущества и особенности конструкции.

Теплообменники типа «труба в трубе». Оросительные теплообменники. Погружные теплообменники.

Блочные теплообменники
В химической и особенно нефтехимической промышленности большую часть теплообменных аппаратов составляют конденсаторы и холодильники. Использование для этих целей аппаратов водяного охлаждения, например кожухотрубчатых или оросительных, связано со значительными расходами воды и, следовательно, с большими эксплуатационными затратами. Для этих целей применяются специальные теплообменные установки – аппараты воздушного охлаждения (АВО).

Аппараты воздушного охлаждения в основном используются там, где применение других систем охлаждения технически не возможно или не целесообразно с экономической точки зрения. Крупные производственные предприятия различных отраслей промышленности, расположенные вдали от природных источников воды, нуждаются в охлаждении технологических жидкостей, паров и газов. Как правило, стоимость аппаратов воздушного охлаждения выше, чем у теплообменников, которые охлаждаются водой. Однако при охлаждении воздухом отсутствуют проблемы с коррозией и загрязнением, связанные с применением охлаждающей воды, а также отсутствует вероятность смешивания воды с охлаждаемой технологической жидкостью.

Применение аппаратов воздушного охлаждения в качестве холодильников-конденсаторов имеет ряд преимуществ: исключаются затраты на подготовку и перекачку воды; снижаются трудоемкость и стоимость ремонтных работ; иногда требуется мойка труб от пыли; упрощается регулирование процесса охлаждения и т.п.