 Спиральный теплообменник был изобретен в двадцатых годах прошлого века для использования в целлюлозно-бумажной промышленности. Эти теплообменники впервые позволили обеспечить надежную теплопередачу между средами, содержащими твердые включения.
В конце прошлого столетия конструкция спиральных теплообменников была радикально изменена и улучшена, и приобрела значительные преимущества по сравнению с первоначальной.
3.1.Устройство и принцип работы спирального теплообменника.
Два или четыре длинных металлических листа укладываются спиралью вокруг центральной трубы, образуя два или четыре однопроточных канала. Для того, чтобы обеспечить постоянную величину зазоров к одной стороне листов привариваются разделительные шипы.
Центральная труба при помощи специальной перегородки разделена на две камеры, которые образуют входной и выходной коллектора. Скрученные спирали помещаются в цилиндрический кожух.
Внешние концы спиральных листов привариваются вдоль образующей обечайки. Для выхода каналов наружу в местах фиксации краев каналов в кожухе просверливаются отверстия, которые герметично закрываются входным и выходным коллекторами с присоединительными патрубками.
 Движение потоков в спиральных теплообменниках происходит по криволинейным каналам близким по форме к концентрическим окружностям. Направление векторов скоростей движения потоков постоянно претерпевают изменение.
Геометрия каналов и разделительные шипы создают значительную турбулентность уже при низких скоростях потоков, при этом улучшается теплопередача и уменьшается загрязнение.
Все это обуславливает компактность конструкции спиральных теплообменников, которые могут быть интегрированы с любой технологической линией, что значительно сокращает затраты на установку.
Идея оказалась очень удобной, так как позволяет изменять расстояние между листами стали в зависимости от степени вязкости или загрязненности теплоносителей, участвующих в теплообмене в спиральном теплообменнике. Подобная идея позволила проводить чистку спиральных теплообменников простым способом, открывая крышки с обоих сторон теплообменной поверхности и промывая на просвет всю теплообменную поверхность.
Таким образом, спиральные теплообменники получили широкое распространение в различных отраслях промышленности, где требуется теплообмен между средами с высокой степенью вязкости и загрязнения, включая среды содержащие в объеме твердые волокна или частицы разного условного диаметра.
 Вся конструкция помещается в цилиндрический корпус. Наружные концы листов привариваются вдоль коллекторов, образуя оставшиеся два входной и выходной патрубки с боковой стороны корпуса.
3.2.Возможные конфигурации потоков:
- Противоток (наиболее часто);
- Перекрестные потоки (обычно в конденсаторах и испарителях);
- Параллельные потоки (редко);
- Комбинации вышеназванных.
Благодаря прочной и жесткой цельносварной конструкции, а так же тому, что спиральные теплообменники мало подвержены загрязнению, затраты на их обслуживание сведены до минимума. Спиральные теплообменники часто являются наиболее оптимальным и экономичным решением задач теплообмена.
Поскольку геометрия каналов может быть изменена в широких пределах, спиральные теплообменники действительно оптимально адаптируются к требованиям Заказчика. Несмотря на изменяющиеся массовые расходы и различия в требуемых температурах, спиральный теплообменник зачастую позволяет осуществлять теплопередачу в одном и том же устройстве на разных режимах и неполной нагрузке.
По сути, спиральные теплообменники представляют собой длинные щелевые однопроточные каналы, свернутые в спираль.
Таким образом, в спиральных теплообменниках может быть достигнута практически любая тепловая длина взаимодействия двух сред, а значит и разность температур потоков меньше 3°С.
При этом, в спиральных теплообменниках возможен нагрев или охлаждение "проблемных" технологических сред, для которых недопустимы резкие повороты потоков, провоцирующие блокировку каналов. В спиральных теплообменниках существует большое разнообразие вариантов изготовления разделительных перегородок центральной трубы.
Каждый адаптирован к выполнению определенных задач и позволяет выбрать оптимальное решение для любого применения.
Важная особенность конструкции предлагаемых спиральных теплообменников — это использование непрерывных (цельных) металлических листов от центральной трубы до кожуха, что позволяет практически полностью исключить сварные швы и внутри, и в труднодоступных местах теплообменников.
3.3.Преимущества спиральных теплообменников:
- Широкий диапазон рабочих температур и давлений;
- Компактная конструкция (например, 700 м2 в 6 м3);
- Широкий рабочий диапазон (10 – 100% от расчетной нагрузки);
- Высокие коэффициенты теплопередачи;
- Высокая турбулентность;
- Пониженная загрязняемость;
- Меньшее количество остановов на обслуживание;
- Высокий самоочищающий эффект при применении сильно загрязненных жидкостей;
- Легкая очистка механическим и химическим способом;
- Отсутствие ограничений при выборе величины зазора канала;
- Массовые расходы по обеим сторонам могут значительно отличаться; - Низкие потери давления;
- Большой выбор материалов уплотнений;
3.4.Технические характеристики спиральных теплообменников:
Монтаж и установка
Как правило, спиральные теплообменники поставляются с опорной рамой, в которой теплообменник может свободно поворачиваться, что обеспечивает: - Легкий дренаж;
- Простой доступ с целью осмотра или чистки;
- Простоту установки и снятия крышек и уплотнений.
Стандартное исполнение патрубков спиральных теплообменников и их ориентация упрощают и удешевляют трубную обвязку, а также обеспечивает простоту выпуска воздуха из обоих каналов (с возможностью автоматизации этого процесса).
Спиральные теплообменники в применениях с суспензиями и шламами, которые требуют частого открывания, обычно оснащаются специальными поддерживающими крышки петлями.
Обслуживание и чистка
Спиральные теплообменники практически не нуждаются в обслуживании, кроме случаев, обусловленных свойствами/характеристиками сред и рабочими условиями. Периодически требуется выполнение следующих мероприятий (периодичность определяется применением: от раза в месяц до раза в несколько лет):
- Химическая чистка (без разборки) – эффективна при одноходовой конструкции;
- Механическая чистка – легко осуществляется благодаря относительно небольшой ширине каналов;
- Замена уплотнений.
Эти операции могут быть выполнены персоналом заказчика без привлечения специалистов.
3.5.Экономичность спиральных теплообменников:
- Низкие затраты на установку;
- Небольшие площади для размещения;
- Возможность интегрирования с другим оборудованием;
- Простота монтажа и перемещения;
- Низкие расходы на обслуживание.
3.6.Области применения спиральных теплообменников:
- Нефтепереработка (Тяжелые масла, промывочные масла)
- Химическая промышленность (ПВХ, Латекс, Акрилацетат, TiO2 и.т.д.)
- Целлюлозно-бумажная промышленность (Отработанные сульфатные и сульфитные растворы, водные растворы SO2, дезодорация при конденсировании)
- Сталелитейные, газоперерабатывающие и коксовые заводы (Бензол, промывные масла, раствор NH3, оросительные конденсаторы)
- Текстильная промышленность (Рекуперация тепла красителей и промывочных жидкостей)
- Сахарная и пищевая промышленность, пивоварение (Прессовая вода, сырой сок, сточные воды,растительное масло, спирт, картофельные, зерновые или кукурузные пасты)
- Очистка муниципальных и химических сточных вод (Сброженный ил, термическая стерилизация, сточные и сбросные воды)
- Горнодобывающая промышленность (Алюминатные щелоки, бокситные суспензии, окислы магния)
3.7.Задачи, решаемые помощью спиральных теплообменников:
- Охлаждение;
- Нагрев;
- Рекуперация тепла;
- Конденсация;
- Испарение;
- Термосифон;
- Ребойлер.
3.8.Рабочие среды спиральных теплообменников:
- Жидкости;
- Суспензии;
- Жидкости, содержащие волокна и твердые частицы;
- Вязкие жидкости;
- Неньютоновские жидкости, включая различные гидросмеси, растворы полимеров
- Сточные воды;
- Пары с инертными газами и без них;
3.9.Основные технические характеристики
- дистанция между 2-мя листами, образующими канал от 5 до 70 мм
- ширина листов, образующих канал от 50 до 2000 мм
- теплообменная поверхность аппарата от 0,1 до 800 м2
- толщина листа от 2 до 8 мм
- толщина листа корпуса (кожуха) от 4 до 30 мм
- рабочее давление от вакуума до 45 бар и более
- рабочая температура от -100 до + 450 °С
- диаметр корпуса от 250 до 2600 мм
- материалы углеродистые стали, нержавеющие стали, алюминиевые сплавы,
сплавы никеля, титан, цирконий, другие
- сертификаты PED, TÜV, ASME, ISO 9001:2000, ГОСТ, другие
|
2015-05-13
5853
