Водяной теплообменник

Сложно представить современную промышленность без теплообменников. Это техническое устройство, производящее теплообмен между двумя средами с различными температурами (холодные и горячие). Теплообменники, по принципу действия, бывают двух типов: регенеративными и рекуператорными. В первых две или более среды (холодные и горячие) попеременно соприкасаются с поверхностью. В процессе соприкосновения с горячими средами поверхность нагревается и аккумулирует тепло, после чего отдаёт его. Или же происходит наоборот: вначале поверхность, контактируя с холодной средой, охлаждается. В рекуператорах теплообмен происходит непрерывно, а среды изолированы друг от друга стенкой, и никогда не соприкасаются. Среды могут быть любыми, что во многом определяет область применения: хладагент – холодильное и климатическое оборудование, масло – отопительное оборудование, системы охлаждения двигателей и т. п., вода – охладители масла, подогреватели, котлы и так далее. В этом материале подробно поговорим о водяных теплообменниках, которые широко используются в нефтеперерабатывающей, металлургической, химической промышленности, автомобилестроении и коммунальном хозяйстве, теплоснабжении и энергетике.

Кожухотрубный vs пластинчатый теплообменник

Среди всех существующих видов водяных рекуператорных теплообменников наиболее распространены кожухотрубные и пластинчатые конструкции. Каждая из них обладает своими сильными и слабыми сторонами.

Сильные стороны пластинчатых теплообменников

Теплообменники пластинчатого типа:

Компактны – при равных рабочих характеристиках пластинчатые теплообменники отличаются меньшими размерами.
Обладают большими коэффициентами теплоотдачи (в 3–4 раза выше, чем у кожухотрубных), низкой тепловой инерцией.
Благодаря модульной конструкции, их легче монтировать, проводить техобслуживание, есть возможность провести модернизацию.
При одинаковой площади рабочей поверхности пластины обладают меньшим весом, чем трубы.
Обладают в 2 раза большим сроком эксплуатации.
Стоимость монтажа ПТО ниже, чем кожухотрубного.

Из недостатков – невозможность проведения механической очистки (только химическая), необходимость регулярной замены прокладок, реверсирования потока (для очистки небольших отверстий между пластинами).

Достоинства кожухотрубатых теплообменников

У ПТО много преимуществ перед кожухотрубными. Но, несмотря на это, в промышленности применяются оба вида, в зависимости от условий эксплуатации, особенностей технологического процесса и производства. В частности, кожухотрубные виды допускают эксплуатацию в условиях высоких давлений и температур. Они выдерживают скачки давления, гидравлические удары, температурные перепады, имеют запас сейсмической и коррозийной устойчивости. Немаловажным в условиях реального производства, когда на счету каждая минута простоя, является и гибкость эксплуатации: отдельные вышедшие из строя трубки в теплообменнике можно заглушить (допускается до 30 %).

Кожухотрубчатые теплообменники имеют низкий КПД, высокие затраты по ремонту и замене трубок, чистке и монтажу. Но при этом при качественном монтаже и соблюдении правил эксплуатации они требуют минимального техобслуживания. Именно такое оборудование предпочитает купить владелец предприятия, испытывающий дефицит в квалифицированных кадрах. Также, несмотря на тенденцию к постепенному переходу от кожухотрубчатых к пластинчатым теплообменникам (там, где это возможно), многие организации при выходе из строя кожухотрубчатого оборудования заменяют его идентичным, не желая трать время и деньги на перепроектирование, согласование и реконструкцию.

Основная продукция этого сегмента – водоводяные подогреватели, подогреватели сетевой воды, подогреватели высокого давления. Теплообменные аппараты этого вида применяются в различных отраслях промышленности (производство электроэнергии, нефтехимия и нефтегазовая отрасль, ЖКХ) для выполнения самых разных технологических операций:

обессоливание, обезвоживание, сепарация нефти;
процессы пиролиза, полимеризации, варки смол;
подогрев горячей воды;
охлаждение промышленных двигателей и т. д.

Теплообменники пластинчатого типа

Конструктивно теплообменник рассматриваемого вида представляет собой пакет из скрепленных между собой гофрированных пластин. Между плотно прижатыми пластинами образуются щели, по которым перемещаются вихревые потоки холодной и горячей жидкости. Оборудование настраивается так, чтобы слои воды с разными температурами циркулировали с определённой скоростью движения и чередовались между собой. Это позволяет минимизировать тепловые потоки и сделать процесс боле стабильным.

Главное преимущество пластинчатых теплообменников в их высокой теплопередаче, что связано с небольшой толщиной стенки, разделяющей жидкости. Это способствует снижению тепловых потерь.

Промышленный водяной теплообменник пластинчатого типа можно встретить в инженерных системах коммунального хозяйства, в лёгкой и тяжёлой, пищевой промышленности.

Кожухотрубные водоводяные теплообменники

Разработанные в начале прошлого тысячелетия кожухотрубчатые теплообменные аппараты, до сегодняшнего дня не претерпели серьёзных изменений и активно применяются в составе различного производственного оборудования. На их базе производится:

водяной охладитель;
маслоохладители;
водоводяные подогреватели;
охладители масла, молока, мелассы, браги, вина, коньяка, пива, шампанского и других пищевых продуктов;
охладители воды;
охладители судовых двигателей;
холодильники отбора проб и т. д.

Помимо промышленности, кожухотрубные теплообменники широко используются на объектах теплоэнергетики и в области ЖКХ для обеспечения ГВС и отопления.

Все перечисленные виды оборудования производит ООО «Нижегородский завод теплообменного оборудования». В каталоге компании представлен большой выбор промышленных установок с различными техническими характеристиками, что позволяет подобрать модель, максимально подходящую под ваши производственные задачи. Также мы принимаем заказы на изготовление оборудования на базе кожухотрубчатых теплообменников под ваши индивидуальные требования. Просто укажите желаемые рабочие характеристики, размеры оборудования, требования к монтажу – и наши инженеры разработают соответствующий проект, по которому в дальнейшем будет осуществляться производство.

Основные виды и особенности конструкции

Конструктивно кожухотрубный теплообменник представляет собой цилиндрический корпус из листовой стали, толщиной не менее 4 мм, внутри которого размещена трубная доска (решётка) с приваренной к ней пучком теплообменных трубок. Между собой трубки соединены патрубками. На корпусе расположены также отводы для входа и выхода воды, отводы для конденсата, две крышки, полностью герметизирующие корпус агрегата. Также на корпусе предусмотрены монтажные крепления. Количество и диаметр внутренних труб определяют мощность теплообменника. Площадь теплообменника может быть как совсем небольшой – от 0,03 м2, так и доходить до нескольких тысяч квадратных метров.

Причём сами трубы могут быть гладкими или со специальными рёбрами. Использование ребристых труб позволяет увеличить интенсивность теплообмена. Нанесение на трубы специального графитового покрытия позволяет эффективно использовать оборудование при работе с химически агрессивными средами. Например, в системах отопления, слабым местом которых является образование накипи на трубах.

Соединятся трубки с доской могут по разному. Различают:

теплообменники с неподвижными трубными решётками – подходят при соблюдении принципа самокомпенсации температурных деформаций в трубах и кожухе, который обеспечивается при небольшой разности температур (30–50 °C);
с температурным компенсатором на корпусе – для компенсации температурных расширений может использоваться линзовый компенсатор, водяные камеры, цельные компенсаторы, приваренные к корпусу;
с U-образными трубками, с плавающей головкой, с сальниковым уплотнением в корпусе – относятся к теплообменникам нежёсткого типа, когда корпус и трубы не связаны между собой и могут свободно перемещаться, исключая тем самым температурные напряжения.

По расположению в пространстве различают горизонтально и вертикально ориентированные кожухотрубные теплообменники, по наличию ходов – одноходовые и многоходовые, по движению теплоносителя – перекрёсточные, одноточные и противоточные. Многоходовые ТО оборудованы перегородками, изменяющими направление движения теплоносителя. Рассматриваемое конструкторское решение позволяет существенно повысить интенсивность теплообмена.

Главное отличие У-образных ТО – в наличии одной трубной доски, на которой закреплены оба конца трубки. Так как каждая труба может удлиняться и сокращаться, вне зависимости от остальных труб в пучке и от корпуса, здесь обеспечивается полная температурная компенсация.

ТО с плавающей головкой обладают подвижной трубной доской с дополнительной внутренней крышкой. Благодаря этому правая трубная доска с крышкой может свободно перемещаться в кожухе. При этом левая доска неподвижна закреплена. В отличие от предыдущего вида, температурная компенсация здесь неполная, так как при большой температурной разности может произойти коробление подвижной доски и изгиб пучка труб.

Принцип работы КТО заключается в следующем: внутри кожуха рабочие среды разделяются так, что не могут смешиваться друг с другом. Один из теплоносителей (холодный или горячий, в зависимости от назначения устройства) циркулирует внутри труб, другой – поддаётся под определённым давлением в межтрубное пространство.

Для получения более подробной информации или профессиональной консультации по водяным охладителям и другому оборудованию свяжитесь с нашими специалистами любым удобным способом.