Все о теплообменнике

Покупателям теплового оборудования очень актуально знать все о теплообменнике и о видах теплообменных аппаратов. Внимания заслуживают их принцип работы и схемы расчета по площади. Классификацию оборудования тоже стоит изучить.

Теплообменные аппараты имеют очень важное практическое назначение. Они обеспечивают передачу тепла между двумя агентами (называемыми теплоносителями) и исключают при этом их непосредственный контакт, перемешивание. Теплообменник нужен везде, где требуется отбирать теплоту, например, у покидающего здание воздуха, продукта сгорания или воды, и перераспределять ее, удерживать внутри обогреваемого объема. Такое оборудование работает во всех независимых комплексах теплоснабжения. Без его использования можно регулировать температуру теплоносителя строго в сторону ее понижения.

Теоретически производство и распределение тепловой энергии возможно даже без теплообменников. Штука в том, однако, что это оказывается совершенно неэффективно. Даже автоматика без такого полезного дополнения едва ли улучшит функционирование системы. Теплообменные узлы особенно актуальны в котельных комплексах. Но их могут использовать и непосредственно в жилищах или на производственных объектах.

Хорошим примером чертежа теплообменника выступает эта схема. Ее размеры — 220х84 см. Можно также присмотреться и к схеме одноходового кожухотрубчатого изделия. Но все чертежи не позволяют толком представить схему действия. Она нуждается в дополнительном описании.

Каждый тип теплообменных конструкций должен выполняться в соответствии со специфическим ГОСТом. Однако не все так легко и просто, есть общие, универсальные принципы действия. В устройство попадает (направляется) поток теплоносителя. Он движется по нескольким изолированным контурам (обычно этих контуров 2, но встречаются и более сложные решения).

Практически обязательной составной частью устройства выступает трубная доска. Это цилиндрический блок, в котором делают много отверстий. Выработка трубных досок обязательно идет на продвинутых станках с ЧПУ. Наибольший габарит детали — 300х150 см. Теплообменник конденсатор — особый тип устройств, в котором идут процессы конденсации.

Внутрь конденсатора проходят перегретые пары теплоносителя. Их температура будет постепенно понижаться, а в ходе конденсации вещество переходит в жидкое агрегатное состояние. Отвод тепла может идти при помощи воздуха, воды и других агентов.

Обозначение теплообменных аппаратов на схемах должно обязательно соответствовать нормам ГОСТ 2.789.74. Но если они применяются в химическом производстве, то желательно использовать обозначения согласно ГОСТ 2.793.79. Среди типов устройств выделяется первичный аппарат. Он подогревает теплоноситель той энергией, которая отбирается непосредственно в камере сжигания, и такая техника часто используется в бытовых отопительных котлах. Вторичные обменные узлы ставятся в двухконтурные котлы.

Пластинчатые системы представлены в том числе и моделью от «Теплотекс» 50-М. Он способен работать при температуре до 200 градусов. Минимальный уровень температуры составляет — 30 градусов. В системах отопления часто применяется водяной тип теплообменников. Суть его работы состоит в прямом контакте горячей и холодной жидкостных сред, разделенных перегородкой.

Водоводяной обменник может пригодиться для горячего водоснабжения и отопления. Он также востребован в нефтехимической отрасли. Наиболее совершенный вариант — секционный скоростной подогреватель. Между секциями ставятся соединяющие штуцеры. В климатических системах довольно давно находит применение, между прочим, и воздушный тип теплообменников.

Официально он именуется скорее воздухо-воздушной техникой. Важным показателем эффективности, наряду с температурой, выступает падение давления. Оно иногда на притоке и оттоке происходит неодинаково.

Суть пароводяного теплообменника вкратце коренится уже в его названии. Предсказуемо энергия отбирается от пара и передается воде. Важными критериями являются рабочие давления паровой и водяной сред. Подобное оборудование хорошо проявляет себя в котельных, в жилых и производственных зданиях. Форма днища может несколько отличаться.

Они нужны при прогреве и охлаждении различных жидкостей и газов. Нередко эта техника применяется для испарения и конденсационных манипуляций. Трубы в решетках ставятся точно по вершинам равносторонних треугольников, либо, реже, по вершинам квадратов. Есть варианты с неподвижной решеткой или с линзовыми компенсаторами, смонтированными на кожухе. Подбор труб определяется условиями будущей эксплуатации.

Такой аппарат хорошо проявляет себя, если теплоноситель в разных контурах движется примерно с одинаковыми скоростями. Его агрегатное состояние при этом изменяться не должно. Секции соединяются строго последовательно. Элементными теплообменниками также пользуются, если рабочие среды имеют высокое давление. Классическое конструктивное решение – «труба в трубе».

Это как раз и есть «труба в трубе». Трубки распределяются строго концентрически. Двухходовой или, иначе говоря, двухконтурный аппарат — это 2 последовательно соединенных одноходовых системы. Система может иметь 4 или 6 патрубков для присоединения. Нагрев или охлаждение часто проводятся разными источниками.

Извив труб имеет явные преимущества перед прямым их строением. Важнейшее достоинство — увеличенная площадь контакта с внешней средой. Теплоносители идут как по трубам, так и по межтрубному пространству. Ограничений по рабочим средам нет. Рабочие температуры и давления могут иметь широкий диапазон, а износостойкость на очень высоком уровне.

Их характерная черта — змеевики плоской или цилиндрической формы. Малая площадь контакта и низкая скорость движения теплоносителя оборачиваются низким КПД. Чаще всего такая техника используется, если основной агент прогрет до степени закипания. Змеевики изготавливают из свинца либо из специальной керамики. В производстве конструкций обычно используют проверенные за долгое время сварочные методики.

Речь идет, разумеется, не про системы, используемые при поливе сельхозкультур. Это конструкции из прямых труб, которые снаружи омываются водой (отсюда и название). В основном такая техника нужна как холодильник для жидкости или газа. Громоздкость и низкая тепловая эффективность во многом оправдываются простотой изготовления и последующего использования. В некоторых случаях применяются специальные аппараты, в том числе стойкие к кислотам.

Такие системы отлично проявляют себя при низких температурах. Изделия из алюминия подходят для работы с максимально чистыми техническими жидкостями. Их применяют в нефтехимии и как часть воздухоразделительных аппаратов. Но производители отопительных радиаторов и экономайзеров также оценили по достоинству это решение. Оребренные конструкции позволяют увеличить общую площадь контакта сред, и тем самым нарастить КПД.

Подобный аппарат стабильно входит в число частей геотермальных отопительных систем. Устройство хорошо помогает при сильном разбросе почвенных и воздушных температур. Но осенью и весной даже высокая площадь контактных участков и многоходовая схема исполнения не позволяют избежать негативных эффектов. Потому на межсезонье устройство должно отключаться. Часто агрегат подключают вместе с рекуператором.

Суть системы — контакт двух вторичных и первичного контура. При необходимости отключается поступление 50% холодильной мощности. Часто такие устройства имеют секционный формат. Оборудование ставится с расчетом на минимизацию вибрации. Если она неизбежна, придется монтировать поглотители.

Характерные особенности:

• возможность применения полиэтиленовых труб высокой плотности;

• автономность работы системы при условии четкой теплоизоляции;

• движение жидкости за счет разницы плотности при нагреве;

• возможность применения как обычной воды, так и антифриза.

Сечение такого устройства велико. Другие ценные свойства:

• стабильность при любых давлениях;

• гибкость размерного ряда;

• эффективность и экономичность;

• простота очистки;

• разнообразие тепловых агентов.

В основном это маслоохладители. Они нужны:

• на строительной и сельскохозяйственной технике;

• в нефтяном оборудовании;

• в прокатных станах;

• в прочей подвижной и стационарной аппаратуре.

Точных сведений про этот тип нет. Есть только упоминания, что это синоним пластинчатой системы. Резиновые прокладки монтируются без клея. Монтаж частей идет на раму. Собрать устройство и очищать его несложно.

Смесительные, они же контактные, теплообменники подразумевают прямое перемешивание обменивающихся теплом сред. От разделяющих конструкций разработчики отказываются. Потому сфера применения ограничена. Вторичный формат применяется в двухконтурных котлах на узле горячего водоснабжения. Практически все типы могут иметь секционный характер (попросту говоря, изготавливаться из однородных блоков) и оснащаться оребренными частями, повышающими КПД.

Некоторые модели содержат графитовый компонент. Такое решение приемлемо, если идет работа со средами, очень активными в плане коррозии. Прежде эту проблему решали за счет керамики. Но ряд ее недостатков заставил перейти к графиту.

Фреоновый аппарат — тип, применяемый и поныне; выделяют более частные варианты — испарители и конденсаторы.

Роторный вариант крайне перспективен. Такое устройство оттягивает теплоту от уходящих газов. Экономия достигает 40% топлив или энергии. В основном роторные аппараты применяют в приточно-вытяжной вентиляции. Многоходовой тип исполнения теплообменника:

• оптимизирует скорость движения вещества-агента;

• сокращает непроизводительную потерю давления;

• увеличивает эффективность теплопередачи.

Коаксиальный теплообменник выполняется из пары коаксиальных труб, делаемых из нержавеющей стали. Система позволяет сэкономить много энергии. Обслуживание существенно упрощается. Рекуперативный, он же противоточный, аппарат — это такая схема, в которой поступающий и выводящийся наружу теплоноситель движутся строго противоположно.

Чаще всего на практике сравнивают медные теплообменники с моделями из алюминиевых сплавов. Отмыть алюминий довольно просто. Он легок и устойчив к попаданию влаги. Медь считается более безопасным вариантом и отличается повышенной передачей тепла.

Теплообменники часто применяются для отопления — это знают все. Но такие системы нужны и для газовой колонки. От того, насколько они качественны, зависит срок эксплуатации самой колонки. Однако и для теплого пола подобное оборудование также является обязательным фактически элементом. Смонтировать их просто, а дальнейшее применение позволяет рассчитывать на эффективный прогрев конструкций пола.

Теплообменные узлы бывают предназначены еще:

• для холодильника (где они используются при циркуляции хладагента);

• для покрасочной камеры на производстве — поскольку окрашивание требует стабильной температуры, но прямой контакт красителя с нагревателем должен быть исключен;

• для вентиляции промышленных объектов и иных крупных зданий (там он позволяет экономить немало ресурсов на обогреве);

• для котла бассейна.

Но даже на этом сфера применения теплообменного оборудования не исчерпывается. Так, оно может использоваться и для рыбалки. Не для самой рыбалки, точнее, а для горелок, применяемых на рыбалке зимой. Теплообменники бывают необходимы еще для катера.

Дополнительно речь может идти про:

• комплексы тонкой очистки;

• охладители корабельных моторов;

• маслоохладители;

• охладители циркулирующей воды на индустриальных электростанциях;

• отвод тепла от турбин, компрессоров и иного оборудования.

Безусловно, учитывать репутацию производителя вполне разумно. Но еще важнее изучить отзывы о конкретных моделях, о том, не требуется ли им ремонт излишне часто, нет ли проблем при техобслуживании. Рассчитать необходимый температурный напор и правильно учесть обслуживаемую площадь, особенно в многоквартирном доме, смогут только специалисты. Размер оборудования, его масса и присоединительные габариты патрубков также должны учитываться. Дополнительно обращают внимание на:

• расчетное давление;

• массу пластин;

• скорость потока;

• применяемые материалы;

• общую мощность;

• КПД.