Конструкции спиральных теплообменных аппаратов

Лабораторная работа № 8

Изучение конструкций и расчет спиральных рекуперативных

Теплообменных аппаратов

Целью работы является углубленное изучение процессов, протекающих в спиральных теплообменных аппаратах.

Основными задачами, выполняемыми в ходе работы, являются изучение взаимного влияния конструкционных решений на процессы теплообмена в спиральных теплообменных аппаратах, имеющих ряд существенных преимуществ перед традиционными кожухотрубными теплообменными аппаратами.

Конструкции спиральных теплообменных аппаратов

Спиральные теплообменные аппараты являются универсальным оборудованием – они применимы, как в работе с жидкими неоднородными средами, склонными к образованию отложений на теплопередающих поверхностях, так и при наличии конденсации пара или газа в условиях высокого вакуума. Они используются во многих отраслях в качестве аппаратов, обеспечивающих интенсивный теплообмен. Они допускают использование жидкостей, содержащих до 20% твердых примесей а также встречные потоки «газ-жидкость» и «газ-газ». Горизонтальные спиральные теплообменники применяют для теплообмена между двумя жидкостями.

Для теплообмена между конденсирующимся паром и жидкостью используют вертикальные спиральные теплообменники; такие теплообменники применяют в качестве конденсаторов и паровых подогревателей для жидкости.

Преимущества спиральных теплообменников:

− высокие значения коэффициента теплопередачи;

− надежная конструкция, благодаря герметизации каждого из двух проходов, встречные потоки не смешиваются.

− занимают гораздо меньшую площадь по сравнению с трубчатыми теплообменниками;

− возможность работы со средами, содержащими примеси, а также с вязкими теплоносителями;

− пониженная загрязняемость;

− меньшее количество остановов на обслуживание;

− высокий самоочищающий эффект при применении сильно загрязненных жидкостей;

− компактность, малые гидравлические сопротивлениями и значительная интенсивность теплообмена при повышенных скоростях теплоносителей;

− легкая очистка механическим и химическим способами;

− возможность работать со средами, имеющими температуру выше 200-300°С;

− отсутствие ограничений при выборе величины зазора канала;

− массовые расходы по обеим сторонам могут значительно отличаться.

Спиральный ТА (рис. 8.1) представляет собой две металлические ленты, соединенные в середине перегородкой (керном) и навитые вокруг этой перегородки так, что образуются два канала − для греющей и нагреваемой сред, между которыми через стенку ленты передается теплота. Каждый канал присоединен к штуцеру в центре  теплообменника  и на его пе-

Рис. 8.1. Спиральные теплообменные аппараты а, в – горизонтальный: 1, 2 – теплообменные металлические ленты; 3 – разделительная пластина (керн); 4 – крышка; б – вертикальный; г – общий вид теплообменника

риферии. Для устойчивости против смятия спирали под действием внешнего давления (избыточного давления в наружных каналах) к поверхности ленты привариваются дистанционирующие штифты. Высота штифтов определяет высоту канала (зазор между лентами), а частота их расположения (продольный и поперечный шаг) − допустимое давление в аппарате.

Спиральные ТА могут изготовляться из любой металлической ленты толщиной до 3 мм, которую можно изгибать в холодном состоянии и сваривать, например, из углеродистой стали, нержавеющих сталей всех марок, высоколегированных сплавов, титана и цветных металлов. Они предназначены для подогрева или охлаждения жидкостей и газов с давлением до 1 МПа, могут работать как при противотоке, так и прямотоке, без изменения и с изменением агрегатного состояния одного из теплоносителей.

Спиральные ТА почти в два раза компактнее обычных кожухотрубных теплообменников и их масса относительно невелика; при малых гидравлических сопротивлениях в них достигается высокий коэффициент теплопередачи и обеспечивается длительная работа без очистки.

Конструкции спиральных теплообменных аппаратов других видов изучаются по наглядным материалам (плакаты, слайды и пр.). Особое внимание уделяется конструктивным особенностям ТА данного типа − способам герметизации торцевых участков каналов, различным схемам движения теплоносителей и пр.

    По итогам выполнения первой части студенты должны представить рисунок (компоновочную схему) и спецификацию основных элементов ТА. Вид теплообменного аппарата − в соответствии с вариантом задания.