Как сделать теплообменник из гофрированной трубы


в системе отопления, в бане, воздушный радиатор, регистр на дымовую трубу

Содержание:

Одним из обязательных элементов банной или отопительной систем является печь, которая может служить не только источником тепла в доме, но и подогревать воду для бытовых нужд. В данной статье мы расскажем, зачем нужен теплообменник на трубу дымохода, какие бывают разновидности такой конструкции, а также каким образом его можно установить.


Механизм функционирования

Металлическая печка, размещенная в доме, гараже или бане, в обязательном порядке оснащается дымоходом для вывода угарных газов и организации тяги. Эта труба в процессе протапливания печи может достигать очень высоких температур, порядка 200-500 ℃, что небезопасно для находящихся в помещении людей.

Если установить теплообменник на дымовую трубу, то можно существенно увеличить КПД печи, а также обезопасить себя от прямого контакта с горячей поверхностью. В установленном на дымоходе баке или змеевике теплоносителем будет выступать вода, однако, можно монтировать и воздушный теплообменник на трубу дымохода. Благодаря прямому контакту дымовой трубы с теплоносителем, их температурные показатели уравновешиваются, то есть вода или воздух постепенно нагреваются, а стенки трубы остывают.


По мере повышения температуры воды внутри регистра на трубу, она поднимается вверх, где попадает через специальный штуцер в водяной бак. Посредством входного штуцера, расположенного в нижней части теплообменника, в него попадает холодная вода, замещая теплую. Такая циркуляция продолжается постоянно, при этом вода может нагреться до очень высоких значений.

Воздушный радиатор на трубу дымохода имеет аналогичный принцип работы. Холодный воздух поступает внутрь теплообменника снизу, а после нагревания поднимается вверх и через трубопровод подается в отапливаемые помещения. Кроме того, пластины радиатора также отдают тепло. Воздушный теплообменник оптимален для отопления мансард на даче или предбанников бани, если такие помещения протапливаются лишь время от времени. В них нецелесообразно организовывать водяное отопление, поскольку придется постоянно заливать и сливать воду из системы.

Накопительный бак с водяным контуром

Установить бак-теплообменник на трубу дымохода в баню можно из оцинкованной жести либо из нержавеющей стали. На выбор материала будет в значительной степени влиять строение печи. Если в вашем распоряжении двухкамерный котел, в котором оборудована система дожигания газов, следовательно, выходящий в трубу дым будет уже не слишком горячим – не более 200 ℃. В таком случае материал для бака не имеет решающего значения. Читайте также: "Как сделать и установить бак на трубу для бани – практические рекомендации".


А вот в обычных конструкциях печей, где горячий угарный газ выходит непосредственно в дымоход, температура дыма может подниматься до 500 ℃. В такой ситуации единственный вариант – нержавеющая сталь, ведь оцинковка будет выделять токсины от сильного нагрева.

Как правило, устанавливают такой тип регистра на трубу – в баню, где необходимо постоянное снабжение большим количеством горячей воды. При этом сам бак устанавливают на печке внутри парилки или моечной, а вокруг трубы оборачивают нагревательный контур. В бачке предусматривают входной и выходной штуцеры для циркуляции воды в системе. Как вариант, подобный тип отопления можно использовать для гаража или подсобок. Читайте также: "Как сделать дымоход из трубы своими руками – пошаговое руководство".

Инструкция по изготовлению бака

Зачастую в магазинах можно купить теплообменник на трубу отопления с уже сделанным водяным контуром. Останется только монтировать его на новую фабричную печку и можно пользоваться. Однако при желании вы можете сделать теплообменник на трубу дымохода своими руками.

Потребуются такие материалы:

  • листы стали и куски трубы из нержавейки разного сечения со стенками, толщиной 1,5-2мм;
  • штуцеры на 1" или 3/4", чтобы подключить водяной контур к системе отопления;
  • большой бак для воды из оцинковки или нержавейки объемом 50-100 литров;
  • гибкие шланги или трубы из меди или стали для горячей воды;
  • кран для слива воды из системы.


Работы по сборке теплообменника с баком состоят из таких этапов:

  1. Разработка чертежа. Исходя из вида печки и диаметра дымовой трубы, определяют габариты бака. В простых металлических печах с прямым дымоходом на выходе газы очень сильно нагреваются, так что теплообменник может быть довольно крупным – около 50 см высотой.
  2. Внутренний диаметр стенок накопительного бака нужно выбрать так, чтобы он плотно сел на патрубок дымохода. Внешний диаметр бака должен быть больше внутреннего сечения в 1,5-2,5 раза. Такие параметры позволяют быстро нагреть теплоноситель и обеспечить его свободную циркуляцию. Если в печи выходящие газы не очень горячие, то лучше ставить теплообменник на трубу дымохода для отопления меньших размеров, чтобы не скапливался конденсат и была хорошая тяга.
  3. Сварочным аппаратом нужно скрепить все элементы конструкции, проследив, чтобы швы были герметичными. Штуцеры для циркуляции воды приваривают вверху и внизу бака.
  4. Водяной котел усаживают на дымовой штуцер очень плотно, дополнительно обрабатывая швы жаростойким герметиком. В верхней части на баке точно так же крепится переходник на утепленную трубу, которую через потолок или стенку выводят наружу.
  5. Нагревательный контур с теплоносителем подсоединяют к накопительному баку. Входящую трубу с холодной водой через штуцер подводят к баку с наклоном в 1-2 градуса. Труба с горячей водой, подключаемая к емкости через верхний штуцер, имеет наклон в 30 градусов. При этом сам накопитель монтируют выше теплообменника.
  6. В самом низком месте бака врезают кран для слива воды. В парилке он может быть совмещенным с краном для забора горячей воды.
  7. Прежде чем растапливать печь, в систему заливают воду, чтобы металлические элементы не перегрелись, а швы не полопались.
  8. Заполнение водой в теплообменнике может быть как ручным, так и автоматическим. Если производится залив воды вручную, нужно установить на наружной стенке прозрачную трубку, чтобы следить за уровнем воды.

Стоит отметить, что от контура до бака не должно быть более 3 метров расстояния, а диаметр трубы лучше брать не уже 3/4".

Теплообменник в виде змеевика

Если для монтажа предыдущего типа отопления от трубы дымохода требуется умение обращаться со сварочным аппаратом, то конструкция теплообменника в виде змеевика выполняется намного проще. Нужно только обернуть несколько колец гибкой алюминиевой или медной трубки вокруг дымохода. Эти металлы имеют высокий уровень теплопроводности и не разрушаются из-за коррозии.


По диаметру трубка должна быть удобной для подключения к штуцеру накопительного бака. Оптимально для сгибания выбирать трубу сечением не более 28 мм. По длине такой контур не должен превышать 3 метров, чтобы циркуляция воды была правильной. С помощью гибкой подводки можно подключить бак к змеевику.

Как правило, змеевики применяют для нагрева воды, хотя, иногда и для отопления маленьких комнат. Лучше всего себя показывают змеевики, закрепленные на дымовых трубах металлической печи с очень высокой температурой угарных газов.

Способ монтажа змеевика

Монтировать теплообменник-змеевик можно на дымоход банной печки или буржуйки в гараже или сарае. Он будет служить для отопления или для нагрева воды.

Для работы потребуется:

  • алюминиевая или медная трубка длиной до 3 м;
  • 2 штуцера 3/4" и гибкий шланг для горячей воды;
  • котел с поплавковым краном для заполнения водой и клапаном для ее использования;
  • кран для слива теплоносителя из системы.


Технология монтажа системы выглядит так:

  1. Первым шагом производится изгиб трубки, чтобы ее сечение осталось неизменным. Для медных труб менее 28 мм диаметра можно использовать трубогиб, не нагревая их. А вот стальные, алюминиевые и изделия с большим диаметром нуждаются в предварительном прогреве паяльной лампой.
  2. Для сгиба можно воспользоваться сухим песком, заполнив им трубу и закрыв заглушками с обеих сторон. По образцу производят спиральный сгиб, после чего ссыпают песок и промывают трубу под напором воды.
  3. В торцевых частях трубки нарезают резьбу для переходников под штуцеры, а затем подключают к системе.
  4. Полученный змеевик монтируют на дымоход. Если припаять его оловом к трубе, теплоотдача будет лучше. Предварительно производят обезжиривание ортофосфорной кислотой.
  5. Немного выше змеевика на опору или на стену вешают накопительный бак. Подключают его к теплообменнику гибкой подводкой и устанавливают кран внизу бака.

Отметим, что для безопасного и долговременного использования змеевика для отопления, нужна установка насоса, обеспечивающего циркуляцию воды в системе и препятствующего перегреву.

Регистр воздушного типа

Использовать на благо излучаемое дымоходом тепло и увеличить тем самым КПД буржуйки или печи для бани можно, установив воздушный бак-теплообменник. Он выглядит как корпус в форме цилиндра, сквозь который проходят несколько полых трубок. Снизу в них попадает холодный воздух, нагревается внутри теплообменника, поднимается вверх, откуда попадает в помещение. Такой тепловой поток можно направить в соседние комнаты, чтобы обогреть большее количество помещений. Читайте также: "Виды регистров из гладких труб, характеристики и особенности использования в системах отопления".

Существуют специальные конструкции печей с теплообменниками воздушного типа, которыми обогревают не только гаражи, но и большие теплицы или прочие постройки.

Теплообменник из гофра

Гофрированные канализационные трубы могут с успехом быть использованы для организации теплообменника. Их накручивают вокруг неутепленного отрезка дымовой трубы, чтобы воздух, находящийся внутри них, быстрее нагрелся и распространился в соседние помещения. А если обернуть такую трубу и дымоход фольгированным материалом, то прогрев будет происходить быстрее.


Оптимально использовать гофру для буржуйки, установленной в гараже (прочитайте также: "Как установить трубу для буржуйки в качестве дымохода"). Выведя отверстия воздуховодов пониже к полу, можно добиться равномерного распределения теплого воздуха во всем гараже и создать вполне комфортные условия.

Колпаковый теплообменник

Если нужно организовать отопление второго этажа и мансарды дома, то удобно использовать теплообменник в виде колпака. Он позволяет задержать теплый воздух, который скапливается возле потолка, внутри комнаты. Постепенно остывая, воздух будет опускаться вниз, и обогревать комнату остаточным теплом.

Изготовить такой колпак можно из огнеупорного гипсокартона, листа оцинковки или другого материала, после чего вывести воздуховоды к месту назначения. Для красоты колпак можно обложить искусственными камнями, которые будут нагреваться и постепенно отдавать тепло.

Негативные моменты

Наряду с пользой теплообменника на дымоходе, стоит отметить и ряд негативных факторов. Во-первых, из-за такой конструкции температура выходящих газов существенно снижается. Это может провоцировать излишнее накапливание сажи, образование конденсата и ухудшение тяги.

Немаловажный момент обустройства такой системы отопления – это просчитать, какой объем воды нужен для ее полноценного функционирования. Если ее будет мало, система может перегреться, вода в ней закипит, и трубы могут разорваться. Кроме того, важно обеспечить герметичность швов.

В любом случае, обустройство теплообменника позволяет увеличить эффективность любой печи. В целях безопасности, как минимум, дважды в год следует проводить визуальную диагностику системы и ее обслуживание – чистку сажи, замену дефектных элементов и так далее. Тогда можно будет с уверенностью использовать теплообменник для отопления дома и нагрева воды в бане.

Промышленный теплообменник

: эксплуатация и техническое обслуживание для минимизации загрязнения и коррозии

1. Введение

Теплообменник играет важную роль в промышленном применении. Он применяется для нагрева и охлаждения крупных промышленных технологических жидкостей [1]. Теплообменник представляет собой динамическую конструкцию, которая может быть адаптирована к любому производственному процессу в зависимости от температуры, давления, типа жидкости, фазового потока, плотности, химического состава, вязкости и многих других термодинамических свойств [2, 3].В связи с глобальным энергетическим кризисом эффективная рекуперация или рассеивание тепла стала жизненно важной задачей для ученых и инженеров [4].

Теплообменники предназначены для оптимизации площади поверхности стенки между двумя жидкостями для максимального повышения эффективности при минимальном сопротивлении потоку жидкости через теплообменники при ограничении стоимости материалов. Рабочие характеристики теплообменных поверхностей могут быть улучшены за счет добавления гофров или ребер в теплообменник, которые увеличивают площадь поверхности и могут направлять поток жидкости или вызывать турбулентность [5].Эффективность промышленных теплообменников можно контролировать в режиме онлайн, отслеживая общий коэффициент теплопередачи на основе его температуры, которая имеет тенденцию к снижению со временем из-за загрязнения [6].

Возможное повреждение оборудования, вызванное образованием накипи, может быть очень дорогостоящим, если обработанная вода не обрабатывается правильно. Для очистки воды в промышленности обычно используются химические вещества. В США химикаты на сумму 7,3 миллиарда долларов в год выбрасываются в воздух, сбрасываются в реки и захоронены на свалках каждый год.Сорок процентов этих химикатов закупается промышленностью для борьбы с накипью в градирнях, котлах и другом теплопередающем оборудовании. Этот процент также представляет собой токсичные отходы на сумму более 2 миллиардов долларов, которые вносят свой вклад в триллион галлонов загрязненной воды, ежегодно сбрасываемой в землю, которая принадлежит всем нам.

Техническое обслуживание загрязненных трубчатых теплообменников может выполняться несколькими методами, такими как кислотная очистка, пескоструйная очистка, струя воды под высоким давлением, очистка пули или буровых штанг.В крупномасштабных системах охлаждающей воды для теплообменников обработка воды, такая как очистка, добавление химикатов, каталитический подход и т. Д., Используются для минимизации загрязнения теплообменного оборудования [7]. В паровых системах электростанций также используются другие процессы очистки воды, чтобы минимизировать загрязнение и коррозию теплообменника и другого оборудования. Большинство химикатов и добавок, используемых для уменьшения обрастания и коррозии, опасны для окружающей среды [8]. Итак, настало время применять химические вещества, безопасные для окружающей среды [9, 10, 11].

2. О промышленном теплообменнике

Промышленный теплообменник - это теплообменное оборудование, в котором используется процесс обмена тепловой энергией между двумя или более средами, имеющими разную температуру. Промышленные теплообменники применяются в различных промышленных приложениях, таких как производство электростанций, нефтегазовая промышленность, химические перерабатывающие предприятия, транспорт, альтернативные виды топлива, криогенная промышленность, кондиционирование воздуха и охлаждение, рекуперация тепла и другие отрасли.Кроме того, теплообменники - это оборудование, всегда тесно связанное с нашей повседневной жизнью, например, испарители, воздухоподогреватели, автомобильные радиаторы, конденсаторы и маслоохладители. В большинстве теплообменников поверхность теплообмена разделяет жидкость, которая включает в себя широкий диапазон различных конфигураций потока для достижения желаемых характеристик в различных применениях. Теплообменники можно классифицировать по-разному. Как правило, промышленные теплообменники классифицируются в соответствии с конструкцией, процессами переноса, степенью компактности поверхности, схемами потока, схемами прохода, фазой технологических жидкостей и механизмами теплопередачи, как показано на Рисунке 1.

Рисунок 1.

Классификация промышленных теплообменников [12].

3. Основные концепции конструкции теплообменника

Концепции конструкции теплообменника должны соответствовать нормальным технологическим требованиям, указанным в условиях эксплуатации для сочетания условий отсутствия коррозии и коррозии, а также условий чистоты и загрязнения. Одним из критических критериев конструкции теплообменника является то, что теплообменник должен быть спроектирован таким образом, чтобы его было легко обслуживать, что обычно означает очистку или замену деталей, трубок, фитингов и т.повреждены старением, вибрацией, коррозией или эрозией в течение всего периода эксплуатации.

Следовательно, конструкция теплообменника должна быть максимально простой, особенно если ожидается сильное загрязнение. За счет минимизации температуры в сочетании с выбором скорости жидкости и снижением концентрации предшественников загрязняющих веществ снижается вероятность потенциального загрязнения. Кроме того, должна быть разрешена самая высокая скорость потока в условиях падения давления и эрозии потока. Кроме того, выбор материала при ограниченных затратах замедляет накопление отложений и позволяет сократить время пребывания.Он также должен быть совместимым с точки зрения pH, коррозии и не только с теплообменником, но также с точки зрения теплового оборудования и линий передачи теплообменника.

4. Обрастание

Обрастание всегда определяется как образование и накопление отложений нежелательных материалов на поверхностях технологического оборудования. Эти обычно материалы с очень низкой теплопроводностью образуют изоляцию на поверхности, которая может чрезвычайно ухудшить характеристики поверхности по передаче тепла при разнице температур, для которой она была разработана [13].Вдобавок к этому засорение увеличивает сопротивление потоку жидкости, что приводит к более высокому перепаду давления в теплообменнике. На поверхностях теплопередачи могут возникать многие типы загрязнений, например, кристаллизационное загрязнение, загрязнение твердыми частицами, коррозионное загрязнение, загрязнение химическими реакциями, биологическое загрязнение и загрязнение отверждением [14]. Загрязнение может иметь очень дорогостоящий эффект в промышленности, что в конечном итоге увеличивает расход топлива, прерывает работу, производственные потери и увеличивает затраты на техническое обслуживание [15].

Обрастание состоит из пяти стадий, которые можно кратко охарактеризовать как начало обрастания, перенос на поверхность, прикрепление к поверхности, удаление с поверхности и старение на поверхности [16]. Есть несколько параметров, влияющих на факторы загрязнения, такие как pH [9], скорость [17], объемная температура жидкости [18], температура поверхности теплопередачи, структура поверхности [19] и шероховатость [20, 21].

Общий процесс загрязнения обычно считается чистым результатом двух одновременных подпроцессов: процесса осаждения и процесса удаления, как показано на рисунке 2.Как показано на Рисунке 3, рост этих отложений приводит к снижению теплопередачи теплообменника со временем. Эта проблема влияет на энергопотребление промышленных процессов и в конечном итоге вызывает промышленный сбой из-за отказа теплообменника, как показано на рисунке 4.

Рисунок 2.

Общий процесс загрязнения [22].

Рисунок 3.

Устойчивость к обрастанию в зависимости от времени [22].

Рис. 4.

Сильное скопление отложений на трубопроводах теплообменника [24, 23].

5. Коррозия

Особенности окружающей среды, такие как почва, атмосфера, вода или водные растворы, обычно разрушают обычные металлы и сплавы. Разрушение этих металлов известно как коррозия. Приятно то, что коррозия происходит из-за электрохимического механизма. Преждевременные отказы в различном оборудовании вызываются коррозией в большинстве промышленных процессов и инженерных операций, что приводит к нежелательным проблемам. Сюда входят дорогостоящие поломки, внеплановый останов и увеличение затрат на техническое обслуживание.

Этот простой ухудшается в таких областях, как химическая промышленность, нефтепереработка, морские и наземные электростанции, производство бумаги, кондиционирование воздуха, холодильники, производство продуктов питания и спиртных напитков. Таким образом, общая информация и механизм коррозии вызовут большой интерес у общественности и промышленности [24]. На процесс коррозии влияют различные параметры, как показано на рисунке 5. Следовательно, эти критерии следует учитывать при проектировании теплообменников.

Рисунок 5.

Фактор, влияющий на коррозию [25].

6. Затраты, связанные с обрастанием

Помимо высокой стоимости загрязнения теплообменника, было сообщено об очень небольшом количестве работ по точному определению причин экономических штрафов из-за загрязнения. Таким образом, они объясняют стоимость разницей в конструкции и эксплуатации теплообменника. Тем не менее, надежное знание экономики обрастания желательно для оценки экономической эффективности различных стратегий смягчения [26, 27]. Общие затраты, связанные с обрастанием, включают следующее:

  1. Капитальные затраты

    Избыточная площадь поверхности, необходимая для преодоления тяжелых условий загрязнения, затраты на более прочный фундамент, обеспечение дополнительных площадей и увеличение затрат на транспортировку и установку.

  2. Затраты на энергию

    Затраты на дополнительное топливо, необходимое, если загрязнение приводит к дополнительному сжиганию топлива в теплообменном оборудовании для преодоления эффекта загрязнения.

  3. Затраты на техническое обслуживание

    Затраты на удаление отложений обрастания, затраты на химикаты или другие эксплуатационные расходы на противообрастающие устройства.

  4. Себестоимость производственных потерь

    Плановые или внеплановые остановки производства из-за загрязнения теплообменников могут привести к большим производственным потерям.Эти потери часто считаются основной причиной засорения, и их очень сложно оценить.

  5. Дополнительные затраты на управление окружающей средой

    Затраты на утилизацию большого количества химикатов / добавок, используемых для уменьшения загрязнения.

В разных странах сообщается об огромных затратах на загрязнение. Steinhagen et al. сообщил о затратах на обрастание с точки зрения ВНП для некоторых стран, как представлено в таблице 1.

Страна Затраты на обрастание
млн долларов США
ВНП (1984)
млрд долларов США
Затраты на обрастание
% ВНП
США 3860–7000
8000–10 000
3634 0.12–0,22
0,28–0,35
Япония 3062 1225 0,25
Западная Германия 1533 613 0,25 –930 285 0,20–0,33
Австралия 260 173 0,15
Новая Зеландия 35 0.15
Всего индустриального мира 26,850 13 429 0,20

Таблица 1.

Расчетные затраты на загрязнение, понесенные в некоторых странах (оценка 1992 г.) [28].

7. Текущие усилия по решению проблем, связанных с отложениями отложений и коррозией

Было проделано много работ для уменьшения образования отложений и контроля коррозии. В последние годы было разработано множество методов борьбы с загрязнением и коррозией [29].Эти методы можно классифицировать как химические средства (ингибиторы), механические средства, изменение фаз раствора, электромагнитные поля, электростатические поля, акустические поля, ультрафиолетовое излучение, радиационная или каталитическая обработка, обработка поверхности, зеленые добавки, волокно в виде суспензии, В прошлом хромат был успешным химическим средством для защиты от коррозии и контроля роста кристаллов, пока он не был запрещен. Введен полифосфатный ингибитор коррозии вместо добавок на основе хроматов.Этот ингибитор имеет тенденцию разлагать загрязнитель в воде с высокой кальциевой жесткостью. Knudsen et al. исследовали загрязнение воды с высоким содержанием кальция, содержащей ингибитор фосфатной коррозии. Для подавления осаждения фосфата кальция использовались четыре различных сополимера, которые включают акриловую кислоту / малеиновый ангидрид (AA / MA), акриловую кислоту / гидроксипропилакрилат (AA / HPA), акриловую кислоту / сульфоновую кислоту (AA / SA) и сульфированный стирол / малеиновый ангидрид (SS / MA). Исследования проводились путем варьирования pH, температуры поверхности и скорости.В сообщенном исследовании говорится, что как AA / HPA, так и (AA / SA) очень эффективны в ингибировании осаждения фосфата кальция и коррозии.

С другой стороны, каталитический материал, состоящий из цинка и турмалина, был исследован для уменьшения загрязнения и коррозии. Tijing et al. сообщили, что материал катализатора потенциально снижает образование отложений карбоната кальция [30]. Teng et al. сообщили об аналогичном открытии каталитического материала по уменьшению воздействия сульфата кальция [31]. Более того, Tijing et al.дальнейшее расширение исследований за счет использования того же материала катализатора для уменьшения коррозии труб из углеродистой стали [31].

В прошлом большинство используемых методов, химикатов / добавок для загрязнения и уменьшения коррозии были опасны для окружающей среды. Итак, настало время применять методы экологически чистых технологий и химические подходы, безвредные для окружающей среды [9, 10, 11].

8. Снижение загрязнения с помощью зеленой технологии (каталитическое смягчение и зеленая добавка)

Физическая очистка воды (PWT) - хорошая альтернатива безопасному и эффективному методу смягчения нехимического загрязнения.Примеры PWT включают постоянные магниты [32], устройства с соленоидными катушками [33], зеленую добавку [34], а также каталитические материалы и сплавы [35].

Чтобы уменьшить образование накипи на поверхностях теплопередачи, часто используются химические добавки, но химические вещества дороги и представляют опасность для окружающей среды и здоровья. Снижение образования накипи от дегидратов сульфата кальция на поверхностях теплообменников с помощью волокон из натуральной древесной массы было проведено Кази [36] и другими в Университете Малайи. Экспериментальная работа была спроектирована и проведена для изучения использования волокна из натуральной древесной массы в качестве средства уменьшения загрязнения, как показано в Таблице 2 и на Рисунке 6.

Таблица 2.

Экспериментальная установка для уменьшения загрязнения путем включения зеленых добавок [36, 37].

Рисунок 6.

Принципиальная схема экспериментального контура потока [37, 36].

На рисунке 7 показана зависимость сопротивления обрастанию от времени для раствора сульфата кальция с различной концентрацией волокон 0,25% (1), 0,15% (2), 0,05% (3) и 0,02% кривой (4) в минеральном растворе. . Результаты показывают, что волокна в растворе замедляют засорение нагретых поверхностей, и это замедление пропорционально концентрации волокна в растворе.Индукционный период также увеличился.

Рис. 7.

Устойчивость к обрастанию как функция времени для волокна эвкалипта в перенасыщенном растворе сульфата кальция [38, 37].

9. Очистка теплообменника

Для поддержания или восстановления эффективности теплообменника часто бывает необходимо очистить теплообменники. Методы очистки можно разделить на две группы: онлайн-очистка и автономная очистка [38]. В некоторых приложениях очистку можно выполнять в интерактивном режиме, чтобы поддерживать приемлемую производительность без прерывания работы.В остальных случаях необходимо использовать автономную очистку.

9.1. Оперативная очистка

Оперативная очистка обычно использует механический метод, предназначенный только для стороны трубы и не требующий разборки. Преимущества онлайн-очистки - это непрерывная работа теплообменника с надеждой на то, что не будет простоев, вызванных очисткой. Однако это увеличивает дополнительные расходы на установку нового теплообменника или большие затраты на модернизацию, и нет гарантии, что все трубы будут достаточно очищены.

  1. Циркуляция шариков из губчатой ​​резины [39]

    Этот метод позволяет предотвратить накопление твердых частиц, образование биопленки и осаждение продуктов коррозии и накипи. Это применимо только для потока внутри трубок.

  2. Две фазы обработки сульфатом железа

    Первая фаза включает первоначальное нанесение защитной пленки. Вторая фаза включает в себя уход за пленкой, которая в противном случае была бы разрушена сдвигающим эффектом потока.

  3. Хлорирование, используемое для борьбы с биообрастанием [40]

  4. Ингибиторы образования солей [10, 41, 42]

  5. Магнитные устройства [10, 43, 44]

  6. Звуковая технология [45]

    Излучатели звука высокой и низкой частоты (рожки) используются для уменьшения загрязнения теплообменников. Использование звука гораздо менее эффективно в липких и вязких отложениях, которые обычно связаны с зашлаковыванием.

  7. Химическая очистка в режиме онлайн [46]

    Впрыск химических растворов в технологические потоки для целей очистки.

  8. Использование излучения [47]

    Радиационная стерилизация воды с микробами, использование ультрафиолетового света и гамма-лучей рассматривались давно.

9.2. Автономная очистка

Альтернативой онлайн-очистке является остановка работы и очистка теплообменника. Автономную очистку можно разделить на автономную химическую очистку или механическую очистку. Метод очистки предпочтителен без необходимости демонтажа теплообменников, но обычно необходим доступ к внутренним поверхностям.Было бы разумно рассмотреть возможность установки «резервного» теплообменника, тем самым давая возможность очистить загрязненный теплообменник, в то же время поддерживая производство.

9.2.1. Механическая очистка в автономном режиме
  1. Сверление труб и установка штанг [28]

    К вращающемуся валу могут быть применены устройства, включая сверла, режущие и полировальные инструменты и щетки, которые могут быть изготовлены из различных материалов, например, стали или нейлона, в зависимости от латуни. от материала трубки и характера отложений.

  2. Очистка взрывчатыми веществами

    Используется для контролируемых взрывов, при которых энергия для удаления отложений передается ударной волной в воздухе, прилегающей к очищаемой поверхности, или общей вибрацией труб, вызывающей взрыв. Это относительно новое нововведение в очистке котельных. Можно начинать процесс очистки, пока конструкция еще горячая.

  3. Термический удар [48]

    Особенно быстрые изменения температуры вызывают растрескивание слоя загрязнения с возможностью отслаивания.Эта техника похожа на пропитку паром. Промывка водой уносит смещенный материал, и ее повторяют до получения чистых поверхностей.

9.2.2. Автономная химическая очистка
  1. Ингибитор фтористоводородной, соляной, лимонной, серной кислоты или ЭДТА (химическое чистящее средство) для очистки от оксидов железа, отложений кальция / магния (загрязнение) и т.д. [49].

    Ингибитор фтористоводородная кислота на сегодняшний день является наиболее эффективным средством, но ее нельзя использовать, если отложения содержат более 1% (мас. / Об.) Кальция.

  2. Хлорированные или ароматические растворители с последующей промывкой подходят для тяжелых органических отложений, например смол и полимеров (загрязняющих веществ) [50].

  3. Щелочные растворы перманганата калия [51] или паровоздушного коксоудаления [52] подходят для очистки отложений углерода (загрязняющих веществ).

10. Заключение

Загрязнение и коррозия являются основными нерешенными проблемами в эксплуатации теплообменников. Хотя проблемы отложений обрастания и их влияние на экономику вызывают серьезную озабоченность, соответствующие органы по-прежнему не осведомлены об этом.Кроме того, последствия коррозии многочисленны и разнообразны, и их влияние на эффективную, надежную и безопасную работу оборудования или конструкций часто бывает более серьезным, чем простая потеря массы металла. Таким образом, настоящий документ будет способствовать продвижению заинтересованных организаций в разных странах, серьезности этой проблемы и применению возможных подходов к смягчению последствий.

Для промышленности правильный метод очистки и контроль играют важную роль в снижении производственных затрат.Себестоимость продукции значительно возрастает из-за использования химикатов, работ по техобслуживанию, простоев и потерь воды. Следовательно, соответствующие органы должны понимать важность борьбы с коррозией, очистки загрязнений и обеспечивать соблюдение определенного стандарта процедуры очистки в промышленности.

Выражение признательности

Авторы выражают благодарность за грант High Impact Research Grant UM.C / 625/1 / HIR / MOHE / ENG / 45, UMRG RP012A-13AET, University Postgraduate Research Fund (PPP) (e.г. PG109-2015A), Ливерпульский университет Джона Мура, Соединенное Королевство и Университет Малайзии, Малайзия за поддержку в проведении этой исследовательской работы.

.

Страница не найдена | MIT

Перейти к содержанию ↓
  • Образование
  • Исследование
  • Инновации
  • Прием + помощь
  • Студенческая жизнь
  • Новости
  • Выпускников
  • О MIT
  • Подробнее ↓
    • Прием + помощь
    • Студенческая жизнь
    • Новости
    • Выпускников
    • О MIT
Меню ↓ Поиск Меню Ой, похоже, мы не смогли найти то, что вы искали!
Попробуйте поискать что-нибудь еще! Что вы ищете? Увидеть больше результатов

Предложения или отзывы?

.

Теплообмен кожухотрубными теплообменниками

Наименования деталей

  1. Стационарный головной канал
  2. Стационарный головной капот
  3. Фланец неподвижной головки
    Канал или крышка
  4. Крышка канала
  5. Сопло со стационарной головкой
  6. Стационарная трубная решетка
  7. Трубы
  8. Ракушка
  9. Кожух фланец
    Стационарная головка
  10. Кожух фланец
    Задний головной конец
  11. Раковина сопла
  12. Фланец крышки корпуса
  1. Лист с плавающей трубкой
  2. Крышка с плавающей головкой
  3. Фланец крышки с плавающей головкой
  4. плавающая головка Подложка устройства
  5. Ступени и проставки
  6. Поперечные перегородки
    или опорные пластины
  7. Ударная пластина
  8. Вентиляционное соединение
  9. Дренажное соединение
  10. Подключение прибора
  11. Поддержка Седло
  12. Подъемная проушина
  13. Пройти раздел

Пучкообменники несъемные

Эти типы устройств часто используются в службах высокого давления и службах, где вы хотите избежать проблем с утечками в соединениях с прокладками.Другое преимущество состоит в том, что они, как правило, более экономичны, чем конструкции съемных пучков.

NEU - наиболее экономичная из имеющихся конструкций. Трубная решетка приварена как к кожуху, так и к крышке. Доступа к оболочке нет. Трубки можно очищать химически, водоструйной или паровой очисткой только изнутри. Эти агрегаты обычно используются в системах с высоким давлением (например, в подогревателях питательной воды), где технологические условия позволяют ровно проходить через теплообменники.

NEN - Трубные листы привариваются как к кожуху, так и к крышкам.Доступ к трубкам осуществляется через крышки на каналах. Эти блоки используются в конструкциях с очень высоким давлением, поскольку их конструкция минимизирует толщину трубной решетки и количество удерживающих фланцев высокого давления.

Сторона AEM / BEM / AEL-Shell полностью приварена, однако крышки съемные. Возможна химическая, механическая и струйная очистка трубок, однако у вас нет доступа к корпусу.

Следует избегать использования очистки паром на устройстве с фиксированной трубной решеткой, если устройство не имеет компенсатора со стороны кожуха.Пар заставит трубки расшириться и вырваться из трубной решетки, что приведет к отказу при запуске.

Дифференциальное тепловое расширение

Поскольку в обязанности теплообменников входит работа с жидкостями с разной температурой, расходом и тепловыми свойствами, происходит дифференциальное расширение металлов.
Когда конечная разница температур между жидкостями значительна, более 50-60 градусов, эти напряжения могут стать серьезными, вызывая деформацию кожухов и повреждение монтажных опор, труб для деформации трубной решетки или трубок, которые ломаются или смещаются из трубки лист.
Конструкции с фиксированной трубной решеткой наиболее уязвимы к дифференциальному тепловому расширению, поскольку не предусмотрены внутренние условия для поглощения напряжений. Одним из широко используемых подходов является установка компенсатора в трубе-оболочке таких конструкций. Это экономичный подход для кожухов размером с трубу. Компенсатор также может быть установлен со стороны трубы в конструкциях с плавающей головкой, но производственные затраты намного выше.


Схема U-образного теплообменника

Альтернативные подходы включают конструкцию пучка U-образных труб, чтобы каждая труба могла независимо расширяться и сжиматься по мере необходимости, или с помощью конструкции задней плавающей внутренней трубной решетки, которая позволяет всему пучку как единице расширяться и сжиматься.Плавающая головка обычно уплотняется относительно внутренней части оболочки с помощью набивки или уплотнительного кольца.

Конструкция с U-образной трубкой

, предлагающая лучший ответ на дифференциальное тепловое расширение, имеет некоторые недостатки. Замена отдельных трубок может быть сложной или дорогостоящей, особенно для внутренних труб. Кроме того, внутренняя часть трубки не может быть эффективно очищена в U-образных изгибах. Эрозионные повреждения также часто наблюдаются в U-образных изгибах при высоких боковых скоростях трубы. В оболочках большого диаметра большая длина неподдерживаемой трубы в U-образных изгибах внешних трубок может привести к повреждению, вызванному вибрацией.

Конструкции теплообменников с плавающей головкой

В целях снижения термических напряжений и обеспечения средств для снятия пучка труб для очистки было создано несколько конструкций плавающей задней головки.
Самая простая конструкция - это «протяжная» конструкция, которая позволяет полностью протянуть пучок труб через кожух для обслуживания или замены. Для того, чтобы вместить круг под болт с задней головкой, необходимо снять трубы, что приведет к менее эффективному использованию размера корпуса. Кроме того, отсутствие труб приводит к увеличению кольцевых пространств и может способствовать уменьшению потока через эффективную поверхность трубки, что приводит к снижению тепловых характеристик.Некоторые конструкции включают уплотнительные полосы, установленные в кожухе, чтобы блокировать перепускной пар.
Другой конструкцией плавающей головки, которая частично решает указанные выше недостатки, является «плавающая головка с разъемным кольцом». Здесь плавающая головка капот крепятся к разделенной кольцевой прокладке вместо трубной решетки.

Это устраняет диаметр окружности болта и позволяет заполнить оболочку полным комплектом трубок. Эта конструкция более дорогая, чем обычная сквозная конструкция, но широко используется в нефтехимической промышленности.Для применений с высокими давлениями или температурами или там, где желательно более надежное уплотнение между жидкостями, должна быть указана протяжная конструкция.
Два других типа, конструкции с «фонарным кольцом с внешней набивкой» и «сальником с внешней набивкой», обеспечивают менее надежное уплотнение от утечки в атмосферу, чем конструкции с протяжным или разрезным кольцом, но могут быть сконфигурированы для работы в одной трубе.

Корпусные конструкции

Самым распространенным типом кожухов ТЕМА является кожух "E", поскольку он наиболее подходит для большинства промышленных процессов охлаждения.Однако для некоторых приложений другие оболочки предлагают явные преимущества.
Например, конструкция оболочки ТЕМА-Ф предусматривает установку пластины продольного потока внутри узла трубного пучка. Эта пластина заставляет оболочку текучей среды перемещаться вниз по одной половине пучка труб, а затем вниз по другой половине, в результате чего создается противоточная структура потока, которая лучше всего подходит для передачи тепла.
Этот тип конструкции может быть определен там, где требуется близкая температура приближения и когда скорость потока позволяет использовать половину оболочки за раз.В приложениях с рекуперацией тепла или там, где требуется увеличенная тепловая длина для достижения эффективной общей теплопередачи, кожухи могут быть установлены с последовательными потоками.

Обычно используется до шести более коротких гильз, установленных последовательно, что приводит к противотоку, близкому к характеристикам, как если бы использовалась одна длинная гильза в конструкции за один проход.

Конструкции корпуса

TEMA G и H наиболее подходят для применений с фазовым переходом, где байпас вокруг продольной пластины и противоточный поток менее важны, чем равномерное распределение потока.В оболочке этого типа продольная пластина обеспечивает лучшее распределение потока в паровых потоках и помогает вымывать неконденсирующиеся вещества. Их часто рекомендуют использовать в горизонтальных термосифонных ребойлерах и полных конденсаторах.

TEMA J Кожухи обычно предназначены для работы с фазовым переходом, когда требуется значительно снизить падение давления на стороне кожуха. Они обычно используются в составе наборов с одним соплом, используемым в качестве входа и выхода.
J-образная оболочка специального типа используется для испарения жидкостей со стороны затопления.Отдельная емкость для отделения пара без трубок установлена ​​над основной J-образной оболочкой с выпускным отверстием для пара в верхней части этой емкости. Оболочка ТЕМА К, также называемая «ребойлер котла », указывается, когда боковой поток кожуха подвергается испарению.

Уровень жидкости в конструкции кожуха К должен только покрывать пучок труб, который заполняет конец кожуха меньшего диаметра.
Этот уровень жидкости контролируется жидкостью, протекающей по каналу на дальнем конце входного сопла.Увеличенная площадь корпуса служит для облегчения отвода паров кипящей жидкости в нижней части корпуса. Чтобы застраховаться от чрезмерного уноса жидкости с потоком пара, требуется отдельный резервуар, как описано выше.
Унос жидкости также можно свести к минимуму, установив сетчатый демистер на сопле выхода пара. U-образные пучки обычно используются с конструкциями оболочки K. Оболочки типа K дороги для испарения под высоким давлением из-за диаметра оболочки и необходимой толщины стенок.

Кожух TEMA X, или кожух с поперечным потоком, чаще всего используется в системах конденсации пара, хотя его также можно эффективно использовать при охлаждении или нагревании газа низкого давления.

Он обеспечивает очень низкий перепад давления на стороне кожуха и поэтому наиболее подходит для конденсации в условиях вакуума. Для обеспечения адекватного распределения паров конструкции X-образной оболочки обычно имеют зону, свободную от трубок, вдоль верхней части теплообменника. Также типично проектировать конденсаторы X-образной формы с проходным сечением в нижней части пучка труб, чтобы обеспечить свободный поток конденсата к выходному соплу. Тщательное внимание к эффективному удалению неконденсирующихся веществ жизненно важно для конструкций X-shell.

Другие страницы о теплообменниках

Часть 1: Теплообмен и типы теплообменников.

Часть 2: Кожухотрубные теплообменники.

Часть 3: Трубы и трубные листы теплообменников.

Часть 4: Сборка кожуха теплообменников.

Часть 5: Обозначения ТЕМА теплообменников.

.

Смотрите также