Спиральные теплообменники

распределение сред внутри спирального теплообменника

Спиральный теплообменник — устройство, в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя холодному (нагреваемому). Теплоносителями могут быть газы, пары, жидкости. В зависимости от назначения теплообменные аппараты используют как нагреватели и как охладители. Применяется в технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой, энергетике и других отраслей промышленности.

История

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.

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.

Задачи, решаемые помощью спиральных теплообменников:

• Охлаждение;
• Нагрев;
• Рекуперация тепла;
• Конденсация;
• Испарение;
• Термосифон;
• Ребойлер.

Преимущество

• Высокий коэффициент теплообмена достигающий 3820 ккал/м2 ? ч ? oС, что в 2-3 раза выше, чем у трубчатых теплообменников.
• Надежная конструкция, благодаря герметизации каждого из двух проходов, встречные потоки не смешиваются.
• Спиральные таплообменники (СТ) занимают гораздо меньшую площадь по сравнению с трубчатыми теплообменниками.
• Спиральные теплообменники отличаются компактностью, малыми гидравлическими сопротивлениями и значительной интенсивностью теплообмена при повышенных скоростях теплоносителей.
• Возможность самоочистки. Их легко обслуживать.
• Пониженная загрязняемость;
• Меньшее количество остановов на обслуживание;

Области применения

• 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

Источники

• Спиральные теплообменники - статья
• Спиральные теплообменники