المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب وأنواعها وتصميمها. المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب
محتوى القسم
يتكون المبادل الحراري للقذيفة والأنبوب (الشكل 4.9) من غلاف وحزمة من الأنابيب المثبتة في صفائح أنابيب (ألواح) لإنشاء قنوات تدفق. كقاعدة عامة ، يتم توفير سائل تبريد أقل تلوثًا في الفراغ الحلقي ، ويتم توفير المزيد من المبرد الملوث للأنابيب. تم تجهيز أغطية غرف التوزيع والغلاف الذي يغلق الحلقة بتركيبات لمدخل ومخرج حاملات الحرارة.
الشكل 4.9. شل وأنبوب المبادلات الحراريةالعمل المستمر:
أ - تمريرة واحدة مع حواجز شبكية ثابتة بشكل صارم ؛ ب - مع متحدة المركز ج - مع أقسام مجزأة في الحلقة ؛ د - مع معوضات درجة الحرارة على الجسم ؛ ه - برأس سفلي عائم ؛ ه - مع أنابيب على شكل حرف U ؛ ز - مع ختم صندوق التعبئة على الرأس العائم العلوي ؛ 1 - السكن أو الغلاف ؛ 2 - صفائح الأنبوب 3 - الأنابيب 4 - قيعان وأغطية غرف التوزيع ؛ 5 ، 6 - الشفاه. 7 - دعامات
تُستخدم المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب في تسخين وتبريد السوائل والغازات ، وكذلك لتبخير وتكثيف المواد بمختلف أنواعها. العمليات التكنولوجية. على وجه الخصوص ، يتم استخدامها كسخانات متجددة. تغذية المياه، في أنظمة معالجة المياه ، مثل مبردات الزيت.
في تدفق معينالمبرد جي، كجم / ث ، والسرعة المحددة لحركتها ثم / ث ، في الأنابيب عددهم في ممر واحد للمبادل الحراري
ن= 4جي/(ث rp د 2).
مساحة سطح التبادل الحراري
F= ص دتزوج ل نيوزيلندي
أين ل- طول عمل الأنابيب ؛ د cp - قطرها المحسوب ، يساوي
د cp = 0.5 ( دن + دفي)؛
ض- عدد ممرات فضاء الأنبوب. يوصى بأن يكون طول أنابيب التبادل الحراري 1000 و 1500 و 2000 و 3000 و 4000 و 6000 و 9000 مم. في المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب بمساحة تصل إلى 300 م 2 - لا تزيد عن 4000 مم.
يتم وضع الأنابيب في صفائح الأنابيب على طول رؤوس المثلثات متساوية الأضلاع ، على طول دوائر متحدة المركز أو على طول رؤوس المربعات. الطريقة الأكثر شيوعًا هي الخيار الأول (الشكل 4.10). يشار في الجدول إلى عدد الأنابيب في الجهاز ، اعتمادًا على قطرها وقطر الجسم وعدد السكتات الدماغية في مساحة الأنبوب. 4.9 [7، 8].
الشكل 4.10. وضع الأنابيب في ورقة الأنبوب:
أ - على طول دوائر متحدة المركز ؛ ب - على طول رؤوس المثلثات متساوية الأضلاع ؛ ج - الشطرنج ز - الممر
الجدول 4.9.عدد الأنابيب في المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب عند وضعها على طول رؤوس المثلثات متساوية الأضلاع [7 ، 8]
| قطر الجهاز ، | قطر الأنبوب (الخارجي) ، مم | ||||
| 20 | 25 | 38 | |||
| اتجاه واحد | اتجاهين | اتجاه واحد | اتجاهين | اتجاه واحد | |
| 159 | 19 | 13 | |||
| 273 | 61 | - | 42 | - | - |
| 325 | 91 | 80 | 61 | 52 | - |
| 400 | 181 | 166 | 111 | 100 | - |
| 600 | 393 (423) | 374 (404) | 261 (279) | 244 (262) | 111 (121) |
| 800 | 729 (771) | 702 (744) | 473 (507) | 450 (484) | 197 (211) |
| 1000 | 1177 (1247) | 1142 (1212) | 783 (813) | 754 (784) | 331 (361) |
| 1200 | 1705 (1799) | 1662 (1756) | 1125 (1175) | 1090 (1140) | 473 (511) |
| 1400 | 2369 (2501) | 2318 (2450) | 1549 (1629) | 1508 (1588) | 655 (711) |
ملحوظة: يوجد بين قوسين عدد أنابيب المبادلات الحرارية عند وضعها بدون مصدات ، عند إضافة الأنابيب على جانبي الشكل السداسي الكبير.
أقطار ونغمات الثقوب في ألواح الأنابيب وحواجز المبادل الحراري ، عندما تكون الأنابيب موجودة في الأعلى مثلث متساوي الاضلاع، يحددها القطر الخارجي للأنابيب (الجدول 4.10).
الجدول 4.10. أقطار الفتحات في صفائح الأنابيب وحواجز المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب [8]
| القطر الخارجي | أقطار الثقب د،مم | خطوة بين الثقوب ، مم | |
| في شعرية | في القسم | ||
| 16 | 16,3 | 17,0 | 22 |
| 20 | 20,4 | 20,8 | 26 |
| 25 | 25,4 | 26,0 | 32 |
| 38 | 38,7 | 39,0 | 48 |
| 75 | 57,8 | 60,0 | 70 |
عند توسيع الأنابيب ، الخطوة س= (l.3 ¸ 1.6) دن ، عند اللحام س= ل ، 25 دن. أقل سماكة: لصريف الصلب d p min = 5 + 0.125 دن ، النحاس د ع دقيقة \ u003d \ u003d 10 + 0.2 د n يتم فحص سمك الشبكة عن طريق حساب القوة ، مع الأخذ في الاعتبار ضعفها بواسطة الثقوب وطريقة وضع الأنابيب.
القطر الداخلي لقشرة المبادل الحراري أحادي التمرير دفي = ق (ب - 1) + 4دولا دج = ل ، ل س\ (\ sqrt (n) \) ؛ متعدد الاتجاهات - دج = ل ، ل \ (\ sqrt (n / \ psi) \)، حيث ب هو عدد الأنابيب على قطري الشكل السداسي الكبير ؛ \ (\ psi \)- عامل ملء الصفيحة الأنبوبية يساوي 0.6 - 0.8.
يتم تقريب القيمة المحسوبة للقطر الداخلي للغلاف إلى أقرب السلسلة التالية: 3600 و 3800 و 4000 ملم. يمكن صنع أغلفة أسطوانية للأجهزة أنابيب فولاذيةبقطر خارجي يبلغ 159 و 219 و 273 و 325 و 377 و 426 و 480 و 530 و 720 و 820 و 920 و 1020 ملم.
للمبادلات الحرارية بدون حواجز ، منطقة المقطع العرضي للحلقة (nd)) _ (n) ^ (2) z \ right) \ text (.) \)
إذا Fطن متري> F، أين F- القيمة المحسوبة للقسم المفتوح للفضاء الحلقي ، ثم يتم تقسيم الفراغ الحلقي بأقسام إلى عدد الممرات أنا = Fطن متري / F. يوصى بأخذ عدد التمريرات في الفراغ الحلقي من النطاق 1 ، 2 ، 3 ، 4 ، 6. لمبادل حراري ، حيث يتم تقسيم الحلقة إلى أناالممرات بواسطة الأقسام المقطعية المستعرضة ، القسم المصغر ، وفقًا لمساحة التي يتم حساب سرعة سائل التبريد في الفضاء الحلقي (محدد) ،
\ ((f) _ (\ text (pr)) = (f) _ (\ text (mt)) (l) _ (c) \ phi / (L) _ (\ text (eq)) ، \)
أين لج هي المسافة بين أقسام المقطع ؛ ي - معامل يأخذ في الاعتبار تضييق القسم المفتوح من الحلقة ()) ^ (2)) ؛ \]
إلمكافئ = لج + دفي 4 ب /3 – طول المسار المكافئ لسائل التبريد ؛ ب-المسافة من حافة القسم المقطعي إلى جسم الجهاز ، ب= (0.2 ¸ 0.4) دفي.
المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب هدف عاممصنوعة من الكربون أو من الفولاذ المقاوم للصدأمع مساحة سطح التبادل الحراري من 1 إلى 2000 م 2 للضغط الاسمي حتى 6.4 ميجا باسكال. من الناحية الهيكلية ، يتم تقسيمها إلى أنواع موضحة في الشكل. 4.9 ترد المعلمات والأبعاد الرئيسية للمبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب في الجدول. 4.11 - 4.16.
يتم تصنيع المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب من النوع TN (مع شبكات ثابتة) و TK (مع معوضات العدسة على الغلاف) أفقيًا ورأسيًا من الفولاذ الكربوني (الشكل 4.11). تستخدم المبادلات الحرارية من النوع TH لتسخين وتبريد الوسائط السائلة والغازية بدرجات حرارة من – 30 درجة مئوية إلى + 350 درجة مئوية للضغط المشروط من 0.6 إلى 6.4 ميجا باسكال.
الشكل 4.11. كتلة من اثنين من المبادلات الحرارية قذيفة وأنبوب
إذا تجاوز فرق درجة الحرارة بين المواد الحاملة للحرارة 50 درجة مئوية ، يوصى باستخدام مبادلات حرارية من نوع المجمع المصممة لضغط تشغيل لا يزيد عن 2.5 ميجا باسكال.
يجب السماح للمبادلات الحرارية من أنواع TN و TK و TP المصنوعة من الفولاذ الكربوني والمصممة لبيئة متفجرة أو سامة ، اعتمادًا على درجة الحرارة ، بالعمل تحت ضغط منخفض وفقًا لـ [8]. عند درجات حرارة أعلى من 400 درجة مئوية ، من الضروري استخدام المبادلات الحرارية المصنوعة من سبائك الصلب.
ترد المعلمات الرئيسية للمبادلات الحرارية الملحومة في الجدول. 4.13 و 4.14.
يتم اختيار أنابيب المبادلات الحرارية من ظروف التشغيل وقسوة البيئة. بالنسبة للمبادلات الحرارية القياسية ، يتم استخدام الأنابيب المصنوعة من الفولاذ الكربوني 10 أو 20 ، والفولاذ المقاوم للتآكل OX18N10T والنحاس LOMsh 70-1-0.06. يتم وضع الأنابيب في المشابك على طول رؤوس المثلثات متساوية الأضلاع.
الجدول 4.11. تحديدسخانات المياه ، GOST 27590-88 و OST 34-588-68
| تعيين | الاقطار الخارجية والداخلية للجسم دن/ دتحويلة ، مم | طول السخان مع لفات | عدد الأنابيب | مساحة السطح التدفئة F ، م 2 |
منطقة واضحة ، م 2 | |
| أنابيب | بالطوق Fطن متري | |||||
| 01 OST 34-558-68 02 OST 34-558-68 |
57/50 | 2220 | 4 | 0,37 | 0,00062 | 0,00116 |
| 03 OST 34-558-68 04 OST 34-558-68 |
76/69 | 2300 | 7 | 0,65 | 0,00108 | 0,00233 |
| 05 OST 34-558-68 06 OST 34-558-68 |
89/82 | 2340 | 12 | 1,11 | 0,00185 | 0,00287 |
| 07 OST 34-558-68 08 OST 34-558-68 |
114/106 | 2424 | 19 | 1,76 | 0,00293 | 0,005 |
| 09 OST 34-558-68 10 OST 34-558-68 |
168/158 | 2620 | 37 | 3,4 | 0,0067 | 0,0122 |
| 11 OST 34-558-68 12 OST 34-558-68 |
219/207 | 2832 | 64 | 5,89 | 0,00985 | 0,02079 |
| 13 OST 34-558-68 14 OST 34-558-68 |
273/259 | 3032 | 109 | 10 | 0,01679 | 0,03077 |
| 15 OST 34-558-68 16 OST 34-558-68 |
325/309 | 3232 | 151 | 13,8 | 0,02325 | 0,01464 |
| 17 OST 34-558-68 18 OST 34-558-68 |
377/359 | 3430 | 216 | 19,8 | 0,03325 | 0,05781 |
| 19 OST 34-558-68 20 OST 34-558-68 |
426/408 | 3624 | 283 | 25,8 | 0,04356 | 0,07191 |
| 21 OST 34-558-68 22 OST 34-558-68 |
530/512 | 3552 | 450 | 41 | 0,06927 | 0,11544 |
| 26 OST 34-588-68 27 OST 34-583-68 |
57/50 | 2220 | 4 | 0,36 | 0,00062 | 0,00116 |
| 28 OST 34-588-68 29 OST 34-588-68 |
76/69 | 2300 | 7 | 0,64 | 0,00108 | 0,00233 |
| 30 OST 34-588-68 31 OST 34-588-68 |
89/82 | 2340 | 12 | 1,1 | 0,00185 | 0,00287 |
| 32 OST 34-588-68 33 OST 34-588-68 |
114/106 | 2424 | 19 | 1,74 | 0,00293 | 0,005 |
| 34 OST 34-588-68 35 OST 34-588-68 |
168/158 | 2620 | 37 | 3,39 | 0,0057 | 0,0122 |
| 36 OST 34-588-68 37 OST 34-588-68 |
219/207 | 2832 | 64 | 5,85 | 0,00985 | 0,02079 |
| 38 OST 34-588-68 39 OST 34-588-68 |
273/259 | 3032 | 109 | 9,9 | 0,01679 | 0,03077 |
| 40 OST 34-588-68 41 OST 34-588-68 |
325/309 | 3232 | 151 | 13,7 | 0,02325 | 0,04454 |
| 42 OST 34-588-68 43 OST 34-588-68 |
377/359 | 3430 | 216 | 19,6 | 0,03325 | 0,05781 |
| 44 OST 34-588-68 45 OST 34-588-68 |
426/408 | 3624 | 283 | 25,5 | 0,04356 | 0,071191 |
| 46 OST 34-588-68 47 OST 34-588-68 |
530/512 | 3552 | 450 | 40,6 | 0,06927 | 0,11544 |
الجدول 4.12. الخصائص التقنية للمياه الأفقية البخارية
سخانات ، GOST 28679-90 ، OST 34-351-68 ، OST 34-352-68 ،
OST 34-376-68 و OST 34-577-68
| تعيين | الاقطار الخارجية والداخلية للجسم دن/ دتحويلة ، مم | الطول على الجانب الصحيح | عدد الحركات | عدد الأنابيب | عدد الأنابيب المعطى في صف عمودي م | مساحة السطح تدفئة F, |
منطقة واضحة ، م 2 | |
| الفضاء الحلقي | أنابيب ضربة واحدة | |||||||
| 01 OST 34-531-68 02 OST 34-531-68 03 OST 34-531-68 04 OST 34-531-68 05 OST 34-531-68 06 OST 34-531-68 07 OST 34-531-68 08 OST 34-531-68 09 OST 34-531-68 |
325/309 | 3000 | 2 | 68 | 8,5 | 9,5 | 0,061 | 0,0052 |
| 11 OST 34-531-68 12 OST 34-531-68 13 OST 34-531-68 14 OST 34-531-68 15 OST 34-531-68 16 OST 34-531-68 17 OST 34-531-68 |
325/309 | 2000 | 2 | 68 | 8,5 | 6,3 | 0,061 | 0,0052 |
| 01 OST 34-532-68 02 OST 34-532-68 03 OST 34-532-68 04 OST 34-532-68 05 OST 34-532-68 06 OST 34-532-68 07 OST 34-532-68 08 OST 34-532-68 09 OST 34-532-68 |
325/309 | 3000 | 4 | 68 | 8,5 | 9,5 | 0,061 | 0,0026 |
| 01 OST 34-576-68 02 OST 34-576-68 03 OST 34-576-68 04 OST 34-576-68 05 OST 34-576-68 06 OST 34-576-68 07 OST 34-576-68 08 OST 34-576-68 09 OST 34-576-68 |
325/309 | 3000 | 2 | 68 | 8,5 | 9,5 | 0,061 | 0,0052 |
| 11 OST 34-576-68 12 OST 34-576-68 13 OST 34-576-68 14 OST 34-576-68 15 OST 34-576-68 16 OST 34-576-68 17 OST 34-576-68 |
325/309 | 2000 | 2 | 68 | 8,5 | 6,3 | 0,061 | 0,0052 |
| 01 OST 34-577-68 02 OST 34-577-68 03 OST 34-577-68 04 OST 34-577-68 05 OST 34-577-68 06 OST 34-577-68 07 OST 34-577-68 08 OST 34-577-68 09 OST 34-577-68 |
325/309 | 3000 | 4 | 68 | 8,5 | 9,5 | 0,061 | 0,0026 |
صفائح الأنابيب من المبادلات الحرارية التي يبلغ قطر غلافها من 600 إلى 1200 مم ، المصممة للبيئات العدوانية ، مصنوعة من طبقتين من الفولاذ: VMStZsp مع Kh18N10T أو من 16GS مع Kh18N10T.
يمكن تجميع المبادلات الحرارية من النوعين TN و TK في كتل تتكون من عدة وحدات أفقية. عدد الأجهزة في الكتلة و أبعادمأخوذة حسب المساحة الكلية لسطح التبادل الحراري [8].
تُستخدم المبادلات الحرارية للرأس العائمة (الشكلان 4.3 و 4.12) لتسخين أو تبريد الوسائط السائلة والغازية ضمن درجات حرارة التشغيل من – 30 إلى +450 درجة مئوية والضغط الشرطي من 1.6 إلى 6.4 ميجا باسكال في الأنبوب أو الفضاء الحلقي. ترد المعلمات الرئيسية للمبادلات الحرارية الرأسية والأفقية في الجدول. 4.12 و 4.13 و 4.15. الغلاف وغرفة التوزيع والأغطية مصنوعة من فولاذ VMStZsp أو فولاذ 16GS. اعتمادًا على الغرض من الجهاز ، يتم استخدام الأنابيب المصنوعة من الفولاذ 20 أو سبيكة AMg2M. بالنسبة للمكثفات ، يتم استخدام الأنابيب المصنوعة من النحاس الأصفر LOMsh 70-1-0.06 أو LAMsh 77-2-0.06. لتسخين أو تبريد الوسائط العدوانية ، يتم استخدام الأنابيب المصنوعة من الفولاذ X5M أو الفولاذ المقاوم للتآكل OX18N10T. في هذه الحالة ، يتم تصنيع صفائح الأنابيب من الفولاذ 16GS أو طبقتين من الفولاذ 16GS و X18X10T.
الشكل 4.12. مبادل حراري للغلاف والأنبوب برأس عائم:
1 - غطاء غرفة التوزيع ؛ 2 - غرفة التوزيع ؛ 3 - غلاف 4 - الأنابيب 5 - غطاء الغلاف ؛ 6 - غطاء رأس عائم ؛ 7 - الدعم
الشكل 4.13. مبادل حراري للغلاف والأنبوب مع أنابيب U:
1 - غطاء غرفة التوزيع ؛ 2 - غلاف 3 - أنابيب على شكل حرف U ؛ 4 - الدعم
تُستخدم المبادلات الحرارية ذات الأنابيب على شكل حرف U (الشكل 4.13) في ظروف التبادل الحراري عند درجات حرارة التشغيل للوسط من -30 إلى +450 درجة مئوية. يتم تصنيع المبادلات الحرارية القياسية بقطر غلاف من 325 إلى 1400 مم والمعلمات المميزة الموضحة في الجدول. 4.16. يتم تنظيم استخدام المبادلات الحرارية مع الأنابيب على شكل حرف U من خلال الضغط الاسمي ، والذي يتراوح من 1.6 إلى 6.4 ميجا باسكال للوسائط المحايدة وغير المتفجرة. في المبادلات الحرارية ذات درجة الحرارة المتوسطة من 100 إلى 450 درجة مئوية ، ينخفض ضغط العمل ضمن الحدود المحددة في [8]. عادة ما تكون غرفة التغليف والتوزيع مصنوعة من فولاذ VMStZps أو 16GS. أنابيب التبادل الحراري مصنوعة من الفولاذ 20 ، وفي المكثفات - من سبيكة AMg2M.
حسابات القوة العناصر الهيكليةالمبادلات الحرارية المصنوعة من الكربون أو سبائك الصلب تصنع وفقا لمتطلبات [9].
تستخدم المبادلات الحرارية "أنبوب في الأنبوب" (الشكل 4.14) لتسخين وتبريد السوائل عند ضغوط تصل إلى 2.5 ميجا باسكال ودرجات حرارة تصل إلى + 450 درجة مئوية. حسب التصميم ، تتميز الأجهزة بهيكل ملحوم صلب (نوع TT) ، مع وجود غدد في أحد طرفي الأنابيب أو كلاهما (نوع TT-C) ، مع أنابيب ذات زعانف (نوع TT-R). ترد المعلمات والأبعاد الرئيسية للمبادلات الحرارية في الجدول. 4.17. إنها مصنوعة من أنابيب مدلفنة صلبة. مادة الأنابيب - الفولاذ الكربوني أو الفولاذ المقاوم للصدأ.
الشكل 4.14. نوع المبادل الحراري "أنبوب في الأنبوب":
1 – الأنبوب الداخلي؛ 2 - الأنبوب الخارجي 3 - كلاش
يسمح لك التوصيل التسلسلي والمتوازي للأجهزة الفردية "أنبوب في الأنبوب" بإنشاء مبادلات حرارية بمساحة سطح تتراوح من 1 إلى 250 م 2. تتيح بساطة تصميم الأجهزة من هذا النوع تصنيعها في ورش إصلاح المؤسسات.
الجدول 4.13. المبادلات الحرارية الملحومة ذات الغلاف والأنبوب مع صفائح أنابيب ثابتة ومبادلات حرارية ذات غلاف وأنبوب مع معادل درجة الحرارة على الغلاف [8]
| قطر الدائرة ها دفي ، مم |
حمامة لو- | أبعاد | كمية | مساحة سطح التبادل الحراري للأجهزة ، م 2 ، بطول الماسورة ، مم | مساحة المقطع العرضي واحد يمر عبر الأنابيب ، م 2 10 2 |
منطقة الممر ، م 2 .I02 | |||||
| 2000 | 3000 | 4000 | 6000 | 9000 | في الخفض- | ما بين تقسيم |
|||||
| 20x2 | 1 | 22 | 34 | 45 | 68 | 3,6 | 2,1 | 2,5 | |||
| 20 × 2 | 2 | 21 | 31 | 41 | 62 | - | 1,7 | ||||
| 400 | 25 × 2 | 1 | 17 | 26 | 35 | 52 | - | 3,8 | 2,2 | 2,1 | |
| 25 × 2 | 2 | 15 | 23 | 31 | 47 | - | 1,7 | ||||
| 1 | 49 | 73 | 98 | 147 | 7,9 | 4,7 | 5,4 | ||||
| 1,0 | 20 × 2 | 2 | 46 42 | 70 | 93 | 140 | - | 3,8 | |||
| 600 | 1,6 | 6 | 43 | 64 | 86 | 129 | - | 1,0 | |||
| 1 | 40 | 61 | 81 | 122 | 9,0 | 4,9 | 5,2 | ||||
| 2,5 | 25 × 2 | 2 | 38 | 57 | 76 | 114 | - | 4,2 | |||
| 4,0 | 4 | 32 | 49 | 65 | 98 | - | 1,8 | ||||
| 6 | 34 | 51 | 68 | 102 | - | 0,9 | |||||
| 1 | 91 | 138 | 184 | 276 | 416 | 14,8 | 7,8 | 7,7 | |||
| 1,0 1,6 | 20 × 2 | 2 | 88 | 132 | 177 | 266 | 400 | 7,1 | |||
| 800 | 1,6 | 4 | 82 | 124 | 165 | 248 | 373 | 3,3 | |||
| 2,5 | 1 | 74 | 112 | 150 | 226 | 339 | 16,7 | 7,7 | 7,9 | ||
| 25 × 2 | 2 | 70 | 106 96 | 142 128 | 212 193 | 320 290 | 7,8 3,1 | ||||
| 4,0 | 6 | 62 | 93 | 125 | 187 | 282 | 2,2 | ||||
| 6,0 | 1 | 220 | 295 | 444 | 667 | 23,8 | 12,5 | 13,5 | |||
| 1,0 | 20 × 2 | 2 4 | - | 214 202 | 286 270 | 430 406 | 648 610 | 11,6 5,1 | |||
| 1,6 | 6 | - | 203 | 272 | 409 | 614 | 3,4 | ||||
| 1000 | 2,5 | 1 | - | 183 | 244 | 366 | 551 | 27,0 | 12,1 | 11,7 | |
| 25 × 2 | 2 | - | 175 | 234 | 353 | 530 | 13,2 | ||||
| 4,0 | 4 | - | 163 | 218 | 329 | 494 | 6,0 | ||||
| 6 | 160 | 214 | 322 | 486 | 3,8 | ||||||
| 1 | 426 | 642 | 964 | 34,5 | 17,3 | 16,5 | |||||
| 0,6 | 20 × 2 | 2 | - | 415 | 626 | 942 | 16,9 | ||||
| 1,0 | 4 | - | - | 396 | 596 | 897 | 7,9 | ||||
| 1200 | 6 | - | - | 397 | 597 | 900 | 5,4 | ||||
| 1 | 348 | 525 | 790 | 39,0 | 16,8 | 15,2 | |||||
| 1,6 2,5 | 25 × 2 | 2 | - | - | 338 | 509 | 766 | 18,9 | |||
| 6 | - | - | 316 | 476 | 716 | 5,7 | |||||
الجدول 4.14. المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب [8]
| المعلمات والأبعاد الرئيسية | القواعد حسب النوع | ||||
| TN | TC | TP TU | TS | ||
| 1-2000 | 10-1250 10-1400 | 10-315 | |||
| الضغط الاسمي في الأنبوب أو الفراغ الحلقي p y ، MPa | 0,6; 1,0; 1,6; | 0,6; 1,0; | 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,4 | 0,6; 1,0 | |
| قطر الغلاف ، مم: خارجي (عندما يصنع من الأنابيب) داخلي (في صناعة الصاج |
159; 273; 325; 426
400; (500); 600; 800; 1000; 1200; 1600; 1800; 2000; 2200 |
325; 426
400; 500; 600; 800; 1000; 1200; 1400 |
400; 500; | ||
| القطر الخارجي والسماكة مبادل حراري للجدار الأنابيب ، مم |
(16 × 1.6) ؛ 20 × 2 ؛ 25 × 2 25 × 2.5 ؛ 38 × 2 ؛ (38 × 3) ؛ |
20 × 2 ؛ 25 × 2 25X2.5 | |||
| طول أنابيب التبادل الحراري ، مم | 1000; 1500; 2000; 3000;
4000; 6000; 9000 |
3000; 6000; 9000 | |||
| مخطط وخطوة التنسيب أنابيب التبادل الحراري في صفائح الأنابيب ، مم |
رؤوس المثلثات متساوية الأضلاع: 21 لقطر الأنبوب 16 |
على رؤوس المربعات أو المثلثات متساوية الأضلاع: 26 لقطر الأنبوب 20 |
|||
الجدول 4.15. غلاف رأس عائم وأنبوب مبادلات حرارية [8]
| قطر الغلاف ، مم | قطر الأنبوب ، مم | عدد ممرات الأنابيب | مساحة سطح التبادل الحراري ، م 2 ، بطول الأنبوب ، مم ، | مساحة عبر الممر خطوة واحدة عبر الأنابيب م 2 × 10 3 في موقعهم |
منطقة الحاجز المقاطع ، م 2-10 3 ، في موقع الأنابيب |
|||||||||
| قمم ميدان |
على طول رؤوس المثلث | على طول زوايا الساحة | على طول رؤوس المثلث | |||||||||||
| 3000 | 6000 | 9000 | 6000 | 9000 | على طول زوايا الساحة | على طول رؤوس المثلث | في الانقطاع الجدران |
بين ال مدن صغيرة |
في الانقطاع أقسام |
بين الأقسام | ||||
| دن | 325 | 20 | 2 | 11,7 | 23,4 | - | - | - | 6,0 | - | 1,2 | 2,3 | - | - |
| 426 | 20 | 2 | 23,4 | 47,0 | - | - | - | 13,0 | - | 2,1 | 4,2 | - | -» | |
| 500 | 20 | 2 | 29,4 | 79,0 | - | - | - | 21,0 | - | 2,6 | 6,8 | - | - | |
| دفي | 600 | 20 | 2 4 | - | 119,0 111,0 | 179,0 166,0 | 135,0 122,0 | 202,0 183,0 | 32,0 14,0 | 36,0 | 5,3 | 9,6 | 4,7 | 5,8 |
| 25 | 2 | - | 99,0 90,0 | 149,0 135,0 | 109,0 97,0 | 164,0 146,0 | 36,0 16,0 | 40,0 17,0 | 4,9 | 9,6 | 4,6 | 5,5 | ||
| 800 | 20 | 2 | - | 214,0 200,0 | 322,0 300,0 | 249,0 231,0 | 374,0 346,0 | 55,0 27,0 | 64,0 31,0 | 9,2 | 15,6 | 7,7 | 8,6 | |
| 25 | 2 4 | - | 171,0 160,0 | 258,0 240,0 | 196,0 178,0 | 294,0 267,0 | 60,0 30,0 | 69,0 30,0 | 8,4 | 15,6 | 7,5 | 8,8 | ||
| 1000 | 20 | 2 | - | 352,0 336,0 | 528,0 504,0 | 411,0 332,0 | 610,0 576,0 | 92,0 45,0 | 107,0 49,0 | 14,2 | 24,0 | 17,6 | 14,0 | |
| 25 | 2 | - | 291,0 275,0 | 436,0 413,0 | 332,0 308,0 | 502,0 462,0 | 104,0 48,0 | 119,0 56,0 | 12,3 | 24,0 | 11,7 | 12,5 | ||
| 1200 | 20 | 2 | - | 525,0 505,0 | 788,0 756,0 | 611,0 584,0 | 916,0 875,0 | 140,0 68,0 | 162,0 78,0 | 20,5 | 36,0 | 17,0 | 20,0 | |
| 25 | 2 | - | 425,0 405,0 | 636,0 607,0 | 490,0 460,0 | 735,0 693,0 | 155,0 74,0 | 179,0 85,0 | 19,2 | 29,0 | 17,0 | 18,5 | ||
| 1400 | 20 | 2 | - | 726,0 708,0 | 1090,0 1060,0 | 843,0 805,0 | 1260,0 1210,0 | 194,0 91,0 | 222,0 107,0 | 25,0 | 41,0 | 22,0 | 23,0 | |
| 25 | 2 | - | 590,0 567,0 | 885,0 852,0 | 686,0 650,0 | 1030,0 980,0 | 215,0 104,0 | 250,0 116,0 | 24,0 | 40,5 | 22,0 | 21,0 | ||
الجدول 4.16. المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب على شكل حرف U.
الأنابيب [8]
| rowspan = "3" | قطر الدائرة | ضياء- | مساحة سطح التبادل الحراري ، م 2 ، بطول الأنبوب ، مم ، و ترتيبهم في الشبكات |
rowspan = "3" | منطقة مقطع مرور واحد تمر عبر الأنابيب ، م 2 io 3 ، في موقعها | منطقة الحاجز المقاطع ، م 2 I0 3 ، الأنابيب في موقعهم |
|||||||||
| على طول زوايا الساحة | على طول رؤوس المثلث | على طول زوايا الساحة | على طول رؤوس المثلث | ||||||||||
| 3000 | 6000 | 9000 | 6000 | 9000 | على رؤوس المربع |
قمم مثلث |
فيك- قطع التقسيم |
بين هل نيبي-تاون-كامي |
فيك- reze pere-city-ki |
بين du re-go-rod- kami |
|||
| دن | 325 | 20 | 14 | 28 | - | - | - | 7 | - | 1,0 | 2,5 | - | - |
| 426 | 20 | 28 | 55 | - | - | - | 14 | - | 1,8 | 4,6 | - | - | |
| دتحويلة | 500 | 20 | 44 | 86 | - | - | - | 22 | - | 2,6 | 6,0 | - | - |
| 600 | 20 | - | 126 | 188 | 150 | 224 | 33 | 39 | 5,1 | 10,0 | 4,4 | 6,0 | |
| 800 | 20 | - | 225 | 335 | 263 | 390 | 58 | 68 | 9,3 | 17,0 | 9,0 | 9,0 | |
| 1000 | 20 | - | 383 | 567 | 443 | 656 | 98 | 114 | 13,0 | 25,0 | 12,6 | 13,0 | |
| 1200 | 20 | - | 575 | 850 | 660 | 973 | 148 | 168 | 19,0 | 36,0 | 17,0 | 21,0 | |
| 1400 | 20 | - | 796 665 | 1170 964 | 923 753 | 1361 1108 | 202 227 | 232 262 | 24,0 | 47,0 45,0 | 22,0 | 28,0 22,0 | |
الجدول 4.17. المبادلات الحرارية من نوع "الأنبوب في الأنبوب" [8]
| المعلمات الأساسية (الشكل 4.19) | جهاز | ||||
| واحد أو اثنين من التدفق القابل للطي صغير الحجم |
خيط واحد غير قابل للفصل صغير الحجم |
انهيار في النسق |
غير قابل للانفصال في النسق |
قطعة أرض قابلة للانهيار- في النسق |
|
| حرارة القطر الخارجي أنابيب الصرف ، مم |
25, 38, 48, 57 | 76, 89, 108, 133, 159 | 38, 48, 57 | ||
| القطر الخارجي لأنابيب الصدف ، مم | 57, 76, 89, 108 | 108, 133, 159, 219 | 89, 108 | ||
| طول أنابيب التغليف ، م | 1,5; 3,0; 6,0; 4,5 | 4,5; 6,0; | 6,0; 9,0; | 3,0; 6,0; | |
| مساحة سطح التبادل الحراري ، م 2 | 0,5–5,0 | 0,1–1,0 | 5,0–18,0 | 1,5–6,0 | 5,0–93,0 |
| منقطة تقاطع نيويورك ، م 2 .I0 4: داخل المبادلات الحرارية المبادلات الحرارية الخارجية |
2,5–35,0 | 2,5–17,5 | 50–170 | 45–170 | 35–400 |
| الضغط الاسمي ، MPa: داخل المبادلات الحرارية المبادلات الحرارية الخارجية |
6,4; 10,0; | ||||
| 6,4; 10,0; | 1,6; 4,0 | 1,6; 4,0 | 1,6; 4,0 | ||
الوصف الفني
المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب المصنعة من قبل Geoclima- جهاز معقد نوعًا ما ، وهناك أنواع عديدة منه. إنهم ينتمون إلى نوع المتعافي. يتم تقسيم المبادلات الحرارية إلى أنواع حسب اتجاه حركة المبرد.
أنواع المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب:
- تدفق عبر؛
- تيار معاكس.
- التدفق المباشر.
حصلت المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب على اسمها لأن الأنابيب الرفيعة التي يتحرك من خلالها المبرد توجد في منتصف الغلاف الرئيسي. يحدد عدد الأنابيب الموجودة في منتصف الغلاف مدى سرعة تحرك المادة. بدوره ، سيعتمد معامل انتقال الحرارة على سرعة حركة المادة. تُستخدم المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب CROM / GEOCLIMA للتدفئة / التبريد والتكثيف / التبخر لمختلف الوسائط السائلة والبخارية في عمليات الإنتاج المختلفة.
يصنع إنتاج المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب في روسيا الأنواع التالية من الأجهزة:
- المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب Geoclima للغازات المضغوطة
- المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب Geoclima لاستعادة حرارة غاز العادم
- المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب Geoclima لتبريد الغاز الحيوي
- المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب Geoclima - بخار / ماء
- المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب Geoclima لـ CO 2
- المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب Geoclima مصنوعة من مواد خاصة (inox 304 ، 316 ، 316L ، 316Ti ، 321 ، 90Cu10NiFe ، 70Cu30NiFe ، الكربون الصلب ، التيتانيوم)
- المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب Geoclima ذات الأنابيب المحورية. (تستخدم لتبريد تسخين الغازات والزيوت والوسائط العدوانية واستعادة الحرارة المهدرة غازات المداخن. ظروف عمل المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب مع الأنابيب المحورية CROM ؛ الضغط -300ATM ، ودرجة الحرارة + 600 * درجة مئوية.
- المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب Geoklima من النوع المغمور (يحدث دوران المبرد في الفراغ الحلقي ، ويحدث دوران الماء عبر الأنابيب).
الخصائص
يوفر استخدام التطورات والتقنيات المتقدمة في إنشاء المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب أعلى كفاءة في نقل الحرارة بنفس الحجم.
لتصنيع المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب ، يتم استخدام الفولاذ السبائكي وعالي القوة. يتم استخدام هذه الأنواع من الفولاذ لأن هذه الأجهزة ، كقاعدة عامة ، تعمل في بيئة شديدة العدوانية يمكن أن تسبب التآكل.
تنقسم المبادلات الحرارية أيضًا إلى أنواع. يتم إنتاج الأنواع التالية من بيانات الجهاز:
- مع غلاف غلاف درجة الحرارة ؛
- بأنابيب ثابتة
- مع أنابيب U
- مع رأس عائم
- ربما أيضا تطبيق معقدحلول تصميم مختلفة ، على سبيل المثال ، يمكن استخدام رأس عائم ومعوض حراري في تصميم واحد.
يتم تصنيف أجهزة Shell and-tube وفقًا لوظائفها:
- المبادلات الحرارية عالمية ؛
- المبخرات.
- المكثفات.
- ثلاجات.
حسب الموقع ، المبادلات الحرارية هي:
- أفقي؛
- عمودي
الخصائص المميزة للمعدات:
الميزة الرئيسية والأكثر أهمية هي المتانة العالية من هذا النوعوحدات الصدمات الهيدروليكية. لا تتمتع معظم أنواع المبادلات الحرارية المنتجة اليوم بهذه الجودة.
الميزة الثانية هي أن وحدات الغلاف والأنبوب لا تحتاج إلى بيئة نظيفة. معظم الأجهزة في البيئات العدوانية غير مستقرة. على سبيل المثال ، لا تحتوي المبادلات الحرارية اللوحية على هذه الخاصية ، ويمكنها العمل حصريًا في بيئات نظيفة.
ثالث ميزة كبيرةالمبادلات الحرارية للقذيفة والأنبوب هي كفاءتها العالية. من حيث الكفاءة ، يمكن مقارنتها بـ صفيحة تبادل حرارة، وهو الأكثر فاعلية وفقًا لمعظم المعلمات.
وبالتالي ، يمكننا القول بثقة أن المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب هي من بين أكثر الوحدات موثوقية ودائمة وكفاءة:
- أداء رائع
- الاكتناز
- الموثوقية
- براعة في الاستخدام.
المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوبمن بين الأجهزة الأكثر شيوعًا. يتم استخدامها لنقل الحرارة والعمليات الكيميائية الحرارية بين مختلف السوائل والأبخرة والغازات - سواء بدون تغيير أو مع تغيير في حالة التجميع.
المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوبظهرت في بداية القرن العشرين فيما يتعلق باحتياجات المحطات الحرارية في المبادلات الحرارية سطح كبير، مثل المكثفات وسخانات المياه التي تعمل نسبيًا ضغط مرتفع. المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوبتستخدم كمكثفات وسخانات ومبخرات. في الوقت الحاضر ، أصبح تصميمها ، نتيجة للتطورات الخاصة ، مع مراعاة الخبرة التشغيلية ، أكثر تقدمًا. في نفس السنوات ، بدأ الاستخدام الصناعي الواسع في صناعة النفط. للتشغيل في ظروف صعبةكانت هناك حاجة إلى سخانات ومبردات جماعية ومبخرات ومكثفات لأجزاء مختلفة من النفط الخام والسوائل العضوية المصاحبة. غالبًا ما كان يتعين على المبادلات الحرارية العمل مع السوائل الملوثة أثناء درجات حرارة عاليةوالضغوط ، ولذا كان لابد من تصميمها بحيث يسهل إصلاحها وتنظيفها.
على مر السنين المبادلات الحرارية قذيفة وأنبوبأصبح أكثر أنواع الأجهزة استخدامًا. هذا يرجع في المقام الأول إلى موثوقية التصميم ، ومجموعة كبيرة من الخيارات ل ظروف مختلفةالعملية ، على وجه الخصوص:
- تدفق أحادي الطور ، يغلي ويتكثف على الجانبين الساخن والبارد مبادل حراريمع تصميم عمودي أو أفقي
- يتراوح الضغط من الفراغ إلى القيم العالية
- اختلافات ضغط متفاوتة على نطاق واسع على كلا الجانبين بسبب مجموعة متنوعة من الخيارات
- تلبية متطلبات الضغوط الحرارية دون زيادة كبيرة في تكلفة الجهاز
- الأحجام من الصغيرة إلى الكبيرة للغاية (5000 متر مربع)
- إمكانية التطبيق مواد متعددةحسب التكلفة والتآكل ، نظام درجة الحرارةوالضغط
- استخدام أسطح التبادل الحراري المتطورة داخل وخارج الأنابيب ، ومكثفات مختلفة ، إلخ.
- امكانية استخراج حزمة الانابيب للتنظيف والاصلاح
ومع ذلك ، هناك مجموعة متنوعة من شروط التطبيق المبادلات الحرارية قذيفة وأنبوبويجب ألا يمنع تصميمها بأي حال من الأحوال البحث عن حلول بديلة أخرى ، مثل استخدام المبادلات الحرارية ذات الألواح أو اللولبية أو المدمجة ، حيث تكون خصائصها مقبولة ويمكن أن يؤدي استخدامها إلى حلول أكثر اقتصادا.
المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوبتتكون من حزم أنابيب مثبتة في صفائح وأنابيب وأغلفة وغرف وفوهات ودعامات. يتم فصل الفراغات الأنبوبية والحلقة في هذه الأجهزة ، ويمكن تقسيم كل منها بواسطة أقسام إلى عدة مقاطع. مخطط كلاسيكيهو مبين في الشكل:
يمكن أن يتراوح سطح نقل الحرارة للأجهزة من عدة مئات من السنتيمترات المربعة إلى عدة آلاف. متر مربع. وبالتالي، مكثف توربينات البخاربسعة 150 ميغاواط تتكون من 17 ألف أنبوب يبلغ إجمالي سطح التبادل الحراري حوالي 9000 م 2.
يتم عرض مخططات أجهزة الصدف والأنبوب من الأنواع الأكثر شيوعًا في الشكل:
الغلاف (الجسم) قذيفة وأنبوب مبادل حراريعبارة عن أنبوب ملحوم من صفائح فولاذية واحدة أو أكثر. تختلف الأصداف بشكل أساسي في طريقة توصيلها بصفائح وأغطية الأنبوب. يتم تحديد سماكة جدار الغلاف بضغط وسيط العمل وقطر الغلاف ، ولكن يُفترض ألا يقل عن 4 مم. يتم لحام الفلنجات بالحواف الأسطوانية للغلاف لتوصيلها بالأغطية أو القيعان. دعامات الجهاز متصلة بالسطح الخارجي للغلاف.
أنبوبي المبادلات الحرارية قذيفة وأنبوبمصنوعة من أنابيب مستقيمة أو منحنية (على شكل حرف U أو على شكل W) بقطر من 12 إلى 57 مم. يفضل استخدام الأنابيب الفولاذية غير الملحومة.
في منطقة التدفق من الفضاء الحلقي أكبر 2-3 مرات من مساحة التدفق داخل الأنابيب. لذلك ، عند معدلات التدفق المتساوية للحاملات الحرارية مع نفس حالة الطور ، تكون معاملات نقل الحرارة على سطح الفراغ الحلقي منخفضة ، مما يقلل من معامل نقل الحرارة الكلي في الجهاز. جهاز الأقسام في الفراغ الحلقي قذيفة وأنبوب مبادل حرارييساهم في زيادة سرعة المبرد وزيادة كفاءة نقل الحرارة.
تستخدم ألواح الأنابيب (الشبكات) لتثبيت حزمة من الأنابيب بداخلها عن طريق الحرق أو التفكيك أو اللحام أو الختم أو الصناديق. ألواح الأنبوب ملحومة بالغلاف (الشكل أ ، ج) ، مثبتة بمسامير بين حواف الغلاف والغطاء (الشكل ب ، د) أو مثبتة فقط في شفة الغرفة الحرة (الشكل هـ ، و) . عادة ما تكون مادة الألواح عبارة عن صفائح فولاذية بسمك لا يقل عن 20 مم.
المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوبيمكن أن يكون صلبًا (الشكل أ ، ي) ، غير صلب (الشكل د ، هـ ، و ، ح ، ط) وشبه صلب (الشكل ب ، ج ، ز) ، تمريرة واحدة ومتعددة ، التدفق المباشر ، التدفق العكسي والتدفق المتقاطع ، أفقي ، مائل وعمودي.
يوضح الشكل أ) اتجاهًا واحدًا مبادل حراريمع أنابيب مستقيمة ذات تصميم صلب. يتم توصيل الغلاف والأنابيب بواسطة صفائح أنابيب وبالتالي لا توجد إمكانية للتعويض عن الاستطالات الحرارية. هذه الأجهزة بسيطة التصميم ، ولكن لا يمكن استخدامها إلا عند اختلافات صغيرة نسبيًا في درجات الحرارة بين الجسم وحزمة الأنبوب (حتى 50 درجة مئوية). لديهم معاملات نقل حرارة منخفضة بسبب السرعة المنخفضة للمبرد في الحلقة.
في المبادلات الحرارية قذيفة وأنبوبمساحة التدفق للفضاء الحلقي أكبر بمقدار 2-3 مرات من مساحة تدفق الأنابيب. لذلك ، في نفس معدلات تدفق ناقلات الحرارة التي لها نفس حالة التجميع ، تكون معاملات نقل الحرارة على سطح الفراغ الحلقي منخفضة ، مما يقلل من معامل انتقال الحرارة في الجهاز. يساهم ترتيب الحواجز في الفراغ الحلقي في زيادة سرعة المبرد وزيادة معامل نقل الحرارة. يوضح الشكل 1 ب مبادل حراريمع حواجز عرضية في الفراغ الحلقي وتعويض الغشاء شبه الصلب للاستطالات الحرارية بسبب بعض حرية حركة لوحة الأنبوب العلوي.
في سائل بخار المبادلات الحراريةيمر البخار عادة في الفراغ الحلقي والسائل - عبر الأنابيب. عادة ما يكون اختلاف درجة الحرارة بين جدار الغلاف والأنابيب كبيرًا. للتعويض عن الاختلاف في الاستطالات الحرارية بين الغلاف والأنابيب ، يتم تثبيت معوضات العدسة (الشكل ج) أو صندوق التعبئة (الشكل ح ، ط) أو المنفاخ (الشكل ز).
لإزالة الضغوط في المعدن بسبب الاستطالة الحرارية ، غرفة واحدة المبادلات الحراريةمع أنابيب منحنية على شكل حرف U و W. إنها مناسبة في ضغوط المبردات العالية ، لأن تصنيع غرف المياه وتثبيت الأنابيب في صفائح الأنابيب في الأجهزة ذات الضغط العالي هي عمليات معقدة ومكلفة. ومع ذلك ، لا يمكن استخدام الأجهزة ذات الأنابيب المثنية على نطاق واسع بسبب صعوبة تصنيع الأنابيب ذات أنصاف أقطار الانحناء المختلفة ، وصعوبة استبدال الأنابيب ، وإزعاج تنظيف الأنابيب المثنية.
يصعب تصنيع أجهزة التعويض (غشاء ، منفاخ ، بأنابيب مثنية) أو لا يمكن الاعتماد عليها بشكل كافٍ في التشغيل (العدسة ، الغدة). تصميم أكثر مثالية مبادل حراريمع التثبيت الصلب للوحة الأنبوب الواحد وحرية الحركة للوحة الثانية مع الغطاء الداخلي لنظام الأنبوب (الشكل هـ). بعض الزيادة في تكلفة الجهاز بسبب زيادة قطر الجسم وتصنيع قاع إضافي له ما يبرره بالبساطة والموثوقية في التشغيل. تسمى هذه الأجهزة المبادلات الحرارية"رأس عائم". المبادلات الحراريةمع التيار المستعرض (الشكل. ي) تتميز بزيادة معامل انتقال الحرارة على السطح الخارجي بسبب حقيقة أن المبرد يتحرك عبر حزمة الأنبوب. مع التدفق المتقاطع ، يتناقص فرق درجة الحرارة بين ناقلات الحرارة ، ومع ذلك ، مع وجود عدد كافٍ من أقسام الأنابيب ، يكون الفرق مقارنةً بالتدفق المعاكس صغيرًا. في بعض التصاميم مثل المبادلات الحراريةعندما يتدفق الغاز في الفراغ الحلقي والسائل في الأنابيب ، يتم استخدام الأنابيب ذات الأضلاع المستعرضة لزيادة معامل نقل الحرارة.
هذا النوع هو الأكثر شيوعًا من بين جميع أنواع المبادلات الحرارية. يتم استخدامه عند العمل مع أي سوائل أو وسط غازي أو بخار ، بما في ذلك إذا تغيرت حالة الوسيط أثناء عملية التقطير.
تاريخ المظهر والتنفيذ
اخترع مبادلات حرارية ذات غلاف وأنبوب (أو) في بداية القرن الماضي ، من أجل استخدامها بنشاط أثناء تشغيل محطات الطاقة الحرارية ، حيث عدد كبير منتم تقطير الماء الساخن عند ضغط مرتفع. في المستقبل ، بدأ استخدام الاختراع في إنشاء المبخرات وهياكل التدفئة. على مر السنين ، تم تحسين تصميم المبادل الحراري للقذيفة والأنبوب ، وأصبح التصميم أقل تعقيدًا ، ويجري الآن تطويره بحيث يمكن الوصول إليه للتنظيف العناصر الفردية. في كثير من الأحيان ، بدأ استخدام هذه الأنظمة في صناعة تكرير النفط وإنتاجه المواد الكيميائية المنزليةلأن منتجات هذه الصناعات تحمل الكثير من الشوائب. تتطلب رواسبهم فقط التنظيف الدوري للجدران الداخلية للمبادل الحراري.
كما نرى في الرسم البياني المقدم ، يتكون المبادل الحراري للقذيفة والأنبوب من حزمة من الأنابيب الموجودة في غرفتها ومثبتة على لوح أو صر. الغلاف - في الواقع ، اسم الغرفة بأكملها ، ملحومة من ورقة لا تقل عن 4 مم (أو أكثر ، اعتمادًا على خصائص بيئة العمل) ، حيث توجد أنابيب صغيرة ولوحة. عادة ما يتم استخدام ألواح الصلب كمادة للوحة. فيما بينها ، يتم توصيل الأنابيب عن طريق أنابيب فرعية ، وهناك أيضًا مدخل ومخرج للغرفة ، واستنزاف مكثف ، وأقسام.
اعتمادًا على عدد الأنابيب وقطرها ، تختلف قوة المبادل الحراري. لذلك ، إذا كان سطح نقل الحرارة حوالي 9000 قدم مربع. م ، ستكون سعة المبادل الحراري 150 ميغاواط ، وهذا مثال على تشغيل التوربينات البخارية.
يشير جهاز المبادل الحراري ذي الغلاف والأنبوب إلى توصيل الأنابيب الملحومة بلوحة وأغطية ، والتي يمكن أن تكون مختلفة ، بالإضافة إلى ثني الغلاف (على شكل حرف U أو W). فيما يلي أنواع الأجهزة الأكثر شيوعًا في الممارسة.
ميزة أخرى للجهاز هي المسافة بين الأنابيب ، والتي يجب أن تكون 2-3 أضعاف المقطع العرضي. نتيجة لذلك ، يكون معامل نقل الحرارة صغيرًا ، وهذا يساهم في كفاءة المبادل الحراري بأكمله.
بناءً على الاسم ، فإن المبادل الحراري هو جهاز تم إنشاؤه لنقل الحرارة المتولدة إلى جسم ساخن. المبرد في هذه الحالة هو التصميم الموصوف أعلاه. إن تشغيل المبادل الحراري للقذيفة والأنبوب هو أن وسائط العمل الباردة والساخنة تتحرك عبر قذائف مختلفة ، ويحدث التبادل الحراري في الفراغ بينهما.
وسط العمل داخل الأنابيب سائل ، بينما البخار الساخنيمر عبر المسافة بين الأنابيب ، مكونًا مكثفًا. نظرًا لأن جدران الأنابيب تسخن أكثر من اللوحة التي تم توصيلها بها ، فيجب تعويض هذا الاختلاف ، وإلا فسيكون للجهاز خسائر كبيرة في الحرارة. يتم استخدام ثلاثة أنواع من المعوضات المزعومة لهذا: العدسات أو الغدد أو المنفاخ.
أيضًا ، عند العمل مع سائل تحت ضغط عالٍ ، يتم استخدام المبادلات الحرارية ذات الغرفة الواحدة. لديهم انحناء من النوع U ، W ، وهو ضروري لتجنب الضغوط العالية في الفولاذ بسبب التمدد الحراري. إنتاجها مكلف للغاية ، يصعب استبدال الأنابيب في حالة الإصلاح. لذلك ، فإن الطلب على هذه المبادلات الحرارية أقل في السوق.
اعتمادًا على طريقة ربط الأنابيب بلوح أو صر ، هناك:
- أنابيب ملحومة
- ثابت في منافذ متوهجة ؛
- انسحب إلى شفة
- مختوم؛
- وجود أختام الزيت في تصميم السحابة.
وفقًا لنوع البناء ، تكون المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب (انظر الرسم البياني أعلاه):
- جامدة (أحرف في الشكل أ ، ي) ، غير صلبة (د ، هـ ، و ، ح ، ط) وشبه صلبة (أحرف في الشكل ب ، ج ، ز) ؛
- حسب عدد الحركات - أحادية أو متعددة ؛
- في اتجاه تدفق المائع التقني - مباشر أو عرضي أو عكس التيار الموجه ؛
- حسب الموقع ، تكون الألواح أفقية ورأسية وتقع في مستوى مائل.
مجموعة واسعة من المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب
- يمكن أن يصل الضغط في الأنابيب قيم مختلفة، من الفراغ إلى الأعلى ؛
- من الممكن الوصول اليه شرط ضروريبسبب الضغوط الحرارية ، في حين أن سعر الجهاز لن يتغير بشكل كبير ؛
- يمكن أن تختلف أبعاد النظام أيضًا: من مبادل حراري منزلي في الحمام إلى منطقة صناعية تبلغ مساحتها 5000 متر مربع. م ؛
- ليست هناك حاجة لتنظيف بيئة العمل مسبقًا ؛
- استخدم لإنشاء النواة مواد مختلفةحسب تكاليف الإنتاج. ومع ذلك ، فهي تلبي جميع متطلبات درجة الحرارة والضغط ومقاومة التآكل ؛
- يمكن إزالة قسم منفصل من الأنابيب للتنظيف أو الإصلاح.
هل التصميم به عيوب؟ ليس بدونهم: قذيفة وأنبوب مبادل حراريضخمة جدا. نظرًا لحجمها ، غالبًا ما تتطلب وحدة منفصلة غرفة التقنية. نظرًا لارتفاع استهلاك المعدن ، فإن تكلفة تصنيع مثل هذا الجهاز مرتفعة أيضًا.
بالمقارنة مع المبادلات الحرارية ذات الأنبوب U و W و الأنبوب الثابت ، فإن المبادلات الحرارية للقذيفة والأنبوب لها مزايا أكثر وأكثر كفاءة. لذلك ، يتم شراؤها في كثير من الأحيان ، على الرغم من ذلك التكلفة العالية. من ناحية أخرى، إنتاج مستقلمثل هذا النظام سوف يسبب صعوبات كبيرة ، وعلى الأرجح سوف يؤدي إلى خسائر كبيرة في الحرارة أثناء التشغيل.
يجب إيلاء اهتمام خاص أثناء تشغيل المبادل الحراري لحالة الأنابيب ، وكذلك التعديل اعتمادًا على المكثف. أي تدخل في النظام يؤدي إلى تغيير في منطقة التبادل الحراري ، لذلك يجب إجراء الإصلاحات والتشغيل من قبل متخصصين مدربين.
قد تكون مهتمًا بـ:
مضخة صناعيةمطلوب في كل صناعة تقريبًا. على عكس مضخات منزليةيجب أن تتحمل الأحمال العالية ، وأن تكون مقاومة للاهتراء ولديها الاداء العالي. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تكون المضخات من هذا النوع فعالة من حيث التكلفة للمؤسسة التي يتم استخدامها فيها. من أجل شراء مضخة صناعية مناسبة ، من الضروري دراسة خصائصها الرئيسية ومراعاة ...
سوائل التدفئة والتبريد خطوة ضروريةفي عدد من العمليات التكنولوجية. لهذا ، يتم استخدام المبادلات الحرارية. يعتمد مبدأ تشغيل الجهاز على نقل الحرارة من المبرد ، ويتم تنفيذ وظائفه بواسطة الماء والبخار والوسائط العضوية وغير العضوية. عند اختيار المبادل الحراري الأفضل لعملية إنتاج معينة ، يجب أن تستند إلى ميزات التصميم والمواد ، بدءًا من ...
الحوض العمودي له شكل خزان أسطواني مصنوع من المعدن (يصنع أحيانًا شكل مربع). شكل القاع مخروطي أو هرمي. يمكن تصنيف المستوطنين بناءً على تصميم المدخل - المركزي والمحيطي. العرض الأكثر استخدامًا مع مدخل مركزي. يتحرك الماء في الحوض بحركة تنازلية - تصاعدية. مبدأ العمل الرأسي ...
وضعت وزارة الطاقة خطة لتطوير الكهرباء الخضراء بحلول عام 2020. حصة الكهرباء من مصادر بديلةيجب أن تصل الكهرباء إلى 4.5٪ من إجمالي كمية الطاقة المولدة في الدولة. ومع ذلك ، وفقًا للخبراء ، لا تحتاج الدولة ببساطة إلى مثل هذه الكمية من الكهرباء من مصادر متجددة. الرأي العام في هذا المجال هو تطوير توليد الكهرباء من خلال ...
ظهرت المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب في بداية القرن العشرين بسبب الحاجة إلى المحطات الحرارية للمبادلات الحرارية السطحية الكبيرة ، مثل المكثفات وسخانات المياه ، التي تعمل بضغط مرتفع نسبيًا. تستخدم المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب كمكثفات وسخانات ومبخرات. في الوقت الحاضر ، أصبح تصميمها ، نتيجة للتطورات الخاصة ، مع مراعاة الخبرة التشغيلية ، أكثر تقدمًا. في نفس السنوات ، بدأ الاستخدام الصناعي الواسع للمبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب في صناعة النفط. تتطلب العملية الشاقة وجود سخانات ومبردات ومبخرات ومكثفات لأجزاء مختلفة من النفط الخام والسوائل العضوية المرتبطة به. غالبًا ما كان يتعين على المبادلات الحرارية العمل مع السوائل الملوثة في درجات حرارة وضغوط عالية ، وبالتالي كان لابد من تصميمها بحيث يمكن إصلاحها وتنظيفها بسهولة.
على مر السنين ، أصبحت المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب هي أكثر أنواع الأجهزة استخدامًا. هذا يرجع في المقام الأول إلى موثوقية التصميم ، ومجموعة كبيرة من الخيارات لظروف التشغيل المختلفة ، على وجه الخصوص:
التدفقات أحادية الطور والغليان والتكثيف على الجانبين الساخن والبارد للمبادل الحراري بتصميم رأسي أو أفقي ؛
يتراوح الضغط من الفراغ إلى القيم العالية ؛
ينخفض ضغط متفاوت على نطاق واسع على كلا الجانبين بسبب مجموعة متنوعة من الخيارات ؛
تلبية متطلبات الضغوط الحرارية دون زيادة كبيرة في تكلفة الجهاز ؛
الأحجام من الصغيرة إلى الكبيرة للغاية (5000 م 2) ؛
إمكانية استخدام مواد مختلفة وفقًا لمتطلبات التكلفة والتآكل ودرجة الحرارة والضغط ؛
استخدام أسطح التبادل الحراري المتطورة داخل الأنابيب وخارجها ، ومكثفات مختلفة ، وما إلى ذلك ؛
امكانية استخراج حزمة الانابيب للتنظيف والاصلاح.
في المبادل الحراري ذو الغلاف والأنبوب ، يتدفق أحد الناقلات الحرارية عبر الأنابيب ، والآخر - عبر الحلقة. تنتقل الحرارة من مبرد إلى آخر عبر السطح بواسطة جدار من الأنابيب.
المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب هي عبارة عن مسار واحد ، حيث يتحرك الناقلان الحراريان دون تغيير الاتجاه على القسم بأكمله (أحدهما على طول الأنبوب ، والآخر على طول الحلقة) ، وممر متعدد ، حيث تغير التدفقات اتجاهها بالتتابع مع مساعدة الأقسام الإضافية ، وبالتالي زيادة معامل انتقال الحرارة وسرعة التدفق.
العناصر الرئيسية للمبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب هي حزم الأنابيب ، وألواح الأنابيب ، والإسكان ، والأغطية ، والأنابيب الفرعية. يتم تثبيت نهايات الأنابيب في صفائح الأنابيب عن طريق الحرق واللحام واللحام.
لزيادة سرعة حركة ناقلات الحرارة من أجل تكثيف نقل الحرارة ، غالبًا ما يتم تثبيت الأقسام ، سواء في الأنبوب أو في الحلقة.
يمكن أن تكون المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب رأسية وأفقية ومائلة وفقًا لمتطلبات العملية أو سهولة التركيب. اعتمادًا على حجم استطالة درجة حرارة الأنابيب والجسم ، يتم استخدام مبادلات حرارية ذات غلاف وأنبوب ذات تصميم صلب وشبه صلب وغير صلب. يظهر أحد الخيارات لمثل هذا المبادل الحراري في الشكل 1.2.1.
أرز. 1.2 - مبادل حراري شل وأنبوب
يمكن أن يتراوح سطح نقل الحرارة للأجهزة من عدة مئات من السنتيمترات المربعة إلى عدة آلاف من الأمتار المربعة.
غلاف (جسم) المبادل الحراري للقذيفة والأنبوب عبارة عن أنبوب ملحوم من صفائح فولاذية واحدة أو أكثر. تختلف الأصداف بشكل أساسي في طريقة توصيلها بصفائح وأغطية الأنبوب. يتم تحديد سماكة جدار الغلاف بضغط وسيط العمل وقطر الغلاف ، ولكن يُفترض ألا يقل عن 4 مم. يتم لحام الفلنجات بالحواف الأسطوانية للغلاف لتوصيلها بالأغطية أو القيعان. دعامات الجهاز متصلة بالسطح الخارجي للغلاف.
في المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب ، تكون مساحة التدفق في الفراغ الحلقي أكبر بمقدار 2-3 مرات من مساحة تدفق الأنابيب. لذلك ، في نفس معدلات تدفق ناقلات الحرارة التي لها نفس حالة التجميع ، تكون معاملات نقل الحرارة على سطح الفراغ الحلقي منخفضة ، مما يقلل من معامل انتقال الحرارة في الجهاز. يساهم ترتيب الحواجز في الفراغ الحلقي في زيادة سرعة المبرد وزيادة معامل نقل الحرارة.