Особенности спиральных теплообменников

Спиральный теплообменник по своему принципу действия напоминает контурно-ярусный: нагретая вода стремится вверх, холодная – вниз, чему способствует небольшое колебание плотности (её снижение при нагревании). Подобный процесс характерен для всех жидкостей и газов.

Спиральный теплообменник (СТО) – один из типов кожухотрубного устройства, состоящего из спиралевидного корпуса, который включает в себя две плоские поверхности. Обычно он состоит из двух плоских металлополос, свёрнутых в два спиралевидных канала. Такой тип теплообменных устройств применяется при нагревании варочной ёмкости, при повторном использовании тепловой энергии, для небольшого нагревания и охлаждения водостока.

СТО обладает спиралевидным или плоскоспиральным исполнением. Отдалённо каналы напоминают витой проход, но это не совсем так. Недостаток спиральных агрегатов – ускоренное засорение каналов отложениями, например, накипью при нагреве водопроводной воды. Данный недостаток компенсируется за счёт однопоточного водотока и вращающегося тока жидкости, благодаря чему поддерживается механизм самоочищения. Этот эффект обусловлен небольшим перепадом давления между двумя каналами, что позволяет агрегату вытягивать скопления отложений. Относительная чистота внутри канальных ходов сохраняется в течение значительного периода эксплуатации.

В пределах трубкообразного внешнего кожуха спирального теплообменника помещена пара удлинённых металлических полос. К ним приварены штифтовые распорки. Полосы скручены и намотаны на расположенный в центре стальной стержень, который даёт возможность формирования спиралевидной системы, включающей в себя два равномерно распределённых одноканальных хода. Расположение элементов напоминает положение пластин в пластинчатом теплообменнике. Пластины в последнем служат как модуль, повышающий площадь поверхности.

В данном теплообменнике следующие одна за другой стороны обоих канальных ходов сварены вместе. Плоские или конусообразные крышки прослоек прикреплены болтовыми метизами по обе стороны спиралевидного модуля. Данная система обладает законченным видом.

Согласно чертежу, устройство подразумевает следующий расчёт. Крышки в виде конусов или плоскостей не дают жидкости в обоих ходах смешиваться друг с другом. Согласно схеме теплообменника, жидкость (в данном случае это вода) в спиральном устройстве течёт одним из трёх способов.

• Протекание во взаимно противоположных направлениях. Спиралевидные устройства с таким ходом жидкости ставятся вертикально для сбора частиц пара в капли. Если установить такое устройство горизонтально, то оно пригодится для отработки частиц твёрдого вещества в значительных количествах.
• Спиральный или поперечный ход. Одна жидкость течёт по спирали, другая – поперечно. Такая система должна обладать спирально-сквозными канальными ходами, прикреплёнными с каждой из обеих сторон.
• Распределённо-спиралевидный поток ставится вертикально для перегонки конденсируемых и несконденсировавшихся сред. Здесь хладагентное вещество протекает спирально и выходит сверху, а сконденсированные парообразные и газообразные вещества – снизу. Рабочая среда и теплоноситель могут достигать давления в 20 атмосфер, температура сред – порядка 100-110 по Цельсию.

Теплообменные аппараты применяют при нефтеперегонке, переработке маслофракций смазочных и промывающих модификаций. Также теплообменные установки нашли применение в целлюлозно-бумажном производстве – перегонка отработавших своё серосодержащих соединений. Химпром использует их при производстве ПВХ и латекса, ряда иных пластиков. В народном хозяйстве теплообменники играют важную роль в физико-химических способах очистки стоков (в составе очистных сооружений).

В горнодобывающих отраслях их применяют в качестве перегонки обогатительных и промывающих суспензий.

Сахаропроизводство пропускает через теплообменники воду и обрабатываемые соки. Спиртопроизводство подразумевает охлаждение зерновых вытяжек, браги, нагревание бражного сусла. Пищепром применяет теплообменники для обработки сточных вод, перегонки растительных масел, паст, приготовленных из картофеля, томатов, кукурузы или зерна. Многие из перечисленных выше сферы деятельности, в которых задействованы теплообменники, вплотную сосуществуют с производством лекарств.