Спиральный теплообменник был изобретен в двадцатых годах прошлого века шведским инженером Розенбладом для использования в целлюлозно-бумажной промышленности. Эти теплообменники впервые позволили обеспечить надежную теплопередачу между средами, содержащими твердые включения. В начале семидесятых конструкция спиральных теплообменников была радикально изменена и улучшена, и приобрела значительные преимущества по сравнению с конструкцией Розенблада.
Конструкция и принцип работы
|
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.
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. |
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;
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.
Экономичность cпиральных теплообменников:
- Низкие затраты на установку;
- Небольшие площади для размещения;
- Возможность интегрирования с другим оборудованием;
- Простота монтажа и перемещения;
- Низкие расходы на обслуживание.
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)
•Очистка муниципальных и химических сточных вод
(Сброженный ил, термическая стерилизация, сточные и сбросные воды)
•Горнодобывающая промышленность
(Алюминатные щелоки, бокситные суспензии, окислы магния) |
•Сталелитейные, газоперерабатывающие и коксовые заводы
(Бензол, промывные масла, раствор NH3, оросительный 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)
•Фармацевтика
•Везде
Конденсирование (вакуумное и при нормальных условиях) |
Задачи, решаемые помощью спиральных теплообменников:
- Охлаждение;
- Нагрев;
- Рекуперация тепла;
- Конденсация;
- Испарение;
- Термосифон;
- Ребойлер.
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;
- прочее…
|
