Srovnání plášťových a trubkových a deskových výměníků tepla – NZTO Blog

Systémy přenosu tepla mezi dvěma kapalnými nebo plynnými médii se nazývají plášťové a trubkové a deskové výměníky tepla. Skořepinové a trubkové typy se instalují do starších domů, protože svými parametry postačují pro otopné soustavy. Vzhledem k růstu vícepodlažních budov je relevantní zařízení deskového typu. Volba typu zařízení je dána požadavky na kompaktnost, spolehlivost a stabilitu provozu v různých podmínkách.

Plášťové a trubkové výměníky tepla

Skořápková a trubková zařízení se skládají z plášťů, svazků teplosměnných trubek, roštů, přepážek a krabic. Tělo je válcové s trubkovými svazky uvnitř. Oba konce svazků jsou připevněny k mříži. Pro zlepšení součinitele přestupu tepla kapaliny vně potrubí je v plášti instalováno několik přepážek. Přepážka zvyšuje rychlost kapaliny. Tím se zlepšuje turbulence pracovního prostředí.

Systém plášťového a trubkového výměníku se skládá ze dvou kovových trubek probíhajících paralelně k sobě. Jako držák se používají utěsněná pouzdra. Jedno z pracovních médií s nejnižší teplotou prochází pláštěm a druhé potrubím. Oba proudy rovnoměrně vyměňují teplonosné médium a pracovní médium.

Častěji se používají hladké trubky. V zařízeních s plynnými nosiči tepla nebo kapalinami s nízkou tepelnou vodivostí se používají vyvinuté nebo zesílené trubky například s nízkými výstupky různých tvarů a konfigurací. Nízkožebrované trubky se používají v zařízeních s fázovými přechody v chladicí kapalině (odpařování nebo kondenzace). Podle místa práce existují zařízení s trubkami taženými za studena, protlačovanými nebo svařovanými z kovů, plastů a keramiky.

Počet trubic určuje, jak velká plocha je vystavena proudění ze strany pláště a určuje množství přeneseného tepla. Princip činnosti je založen na odstraňování kapaliny přes chladicí kapalinu. Obvykle je výstupní teplota kapaliny jednoznačně určena tlakem par (Pn). Hlavním regulačním účinkem je závislost teploty kapaliny na výstupu na hodnotě tlaku (hodnotě přítoku) páry přiváděné do systému.

Charakteristiky přenosu tepla závisí na vlastnostech typu pláště a trubky:

• paralelní – média se stejnou teplotou mají stejný směr;
• přímý kontakt – s přímým kontaktem pracovních médií. Hmoty různých teplot se míchají přímo;
• regenerační – teplo z povrchu se střídavě akumuluje a odvádí;
• rekuperační odpařovací – v ledových instalacích, automobilových chladičích.

Plášťové a trubkové výměníky tepla se používají v chladničkách, kompresorových jednotkách v metalurgii a hornictví, odsolovacích zařízeních, ventilaci a klimatizaci. Jsou také běžné v zařízeních určených k výrobě vysoce výkonné energie.

Plášťové výměníky tepla mají různé vnitřní konstrukční prvky vybrané v souladu s očekávaným tepelným výkonem, požadovanou kompenzací tepelné deformace a výkonem pro čerpání chladiva. Samostatně se posuzuje dodržení provozních teplot a tlaků a odolnost proti korozi.

Deskové výměníky tepla

Deskový výměník obsahuje desky spojené kryty a utěsněné pryžovými těsněními. Konstrukce jsou zcela utěsněny díky dodatečným šroubovým spojům. Počet desek závisí na velikosti rámu. Výbava obsahuje ocelové, hliníkové a titanové prvky.

Chladivo se pohybuje podle určitého vzoru, protože prvky jsou spojeny podle vzoru horký-studený-horký. Výměny tepla mezi těmito proudy je dosaženo přenosem tepla přes dělicí kanály. Tím se zvyšuje účinnost pracovních kapalin.

• chladicí kapalina zahřátá na určitou teplotu je nasměrována do horního otvoru;
• pracovní médium postupně klesá podél sudých desek;
• studená kapalina se pohybuje podél lichých prvků podél úhlopříček rohů.

Pomocí takového schématu regulační operátor reguluje teplotu v topném systému přidáváním a odebíráním desek. Tato vlastnost zařízení umožňuje řídit a snižovat spotřebu tepelné energie.

Moderní deskové výměníky tepla se používají v:

• v zařízení pro výměnu tepla pro systémy zásobování horkým teplem a vytápění;
• snížit teplotu energetických zdrojů v ropném průmyslu;
• v potravinářských provozech. Poskytují účinný přenos tepla a pokrývají potřeby výměny tepla při výrobě potravin;
• pro ohřev mořské vody a chladicí zařízení při stavbě lodí;
• v chemické a farmaceutické výrobě pro odpařování, zpracování kalů a výrobu bioenergie, etanolu, nafty, bioplynu.

Jednotky tohoto typu nahrazují trubkové výměníky, protože mají zajímavější vlastnosti. Deskové výměníky mají zvýšený koeficient prostupu tepla. Výsledkem je dobré vytápění prostor a úspora energie.

Rozdíly mezi výměníky tepla

Hlavním ukazatelem je spolehlivost zařízení. Je zohledněno při vývoji zařízení a jejich provozu. Deskové výměníky jsou na jedné straně spolehlivější díky použití korozivzdorných materiálů – ocel, nikl, titan. Na druhou stranu trubkové systémy jsou díky svým komponentům odolné proti vodním rázům, změnám teploty a tlaku.

Za stejných počátečních teplotních podmínek mají tyto dva typy zařízení různé vlastnosti. Hlavní rozdíly jsou v řadě ukazatelů:

• rozměry. Deskový výměník tepla je kompaktnější, protože vložení dalších desek nezvětší objem zařízení. U trubkového výměníku tepla jsou rozměry působivější díky instalaci nových teplosměnných trubek;
• hmotnost. Desky jsou vyrobeny z tenkých plechů, což snižuje hmotnost. Druhý typ trubek vyžaduje instalaci dalších nosných prvků rámu;
• přenos tepla. Pro zvýšené teploty a tlaky se používají trubkové výměníky, protože pro agresivní provozní podmínky jsou vhodné pouze desky z titanu nebo jiných drahých kovů;
• pracovní funkce. Výměna desek je jednodušší než výměna trubek, takže celkově deskové výměníky vydrží déle. Ale schéma testování těsnosti je mnohem komplikovanější než při použití výměníku pláště a trubek;
• cena služby. Instalace deskového výměníku tepla je méně výnosná, ale jeho čištění se provádí jednoduchým a levným způsobem – turbulentním prouděním;
• tepelná izolace. Zařízení s deskami nevyžaduje další izolační vrstvu, zatímco požadavky GOST neumožňují použití trubkového zařízení bez další vrstvy;
• snadnost páskování. Zařízení typu pláště a trubky má obvykle vícesměrný výstup vody. U druhého typu zařízení jsou trubky vyvedeny na jednu stranu. Na základě toho se skořepinové varianty snáze hodí do objektů a nevyžadují dodatečnou výstavbu systémů odvodnění vody.

Aby bylo možné provozovat skořepinové a trubkové zařízení, musí být uspořádán základ. Zařízení je navrženo pro úplnou demontáž při zjištění havarijních situací. V deskovém výměníku tepla je netěsnost detekována a okamžitě odstraněna.

Porovnání výměníků při teplotních rozdílech

Když teploty kolísají, je trubkové zařízení hospodárnější. Deskové výměníky tepla obsahují vysoký tlak, takže průtok uvnitř je omezený. Zařízení vyžaduje výměnu těsnění každé dva roky. Postup výměny způsobí nefunkčnost zařízení.

Kvůli špatné kvalitě vody v ruských městech se trubkové výměníky tepla rychle ucpávají. Konstrukční vlastnosti zařízení neumožňují jejich úplné vyčištění. To snižuje účinnost přenosu tepla, což nutí inženýry ponechat velkou rezervu pro měřítko při navrhování potrubí. Čištění ucpaného zařízení je prakticky zbytečný proces. Proto je zařízení deskového typu stále rozšířenější.

Proces čištění plášťového a trubkového výměníku je však jednodušší, protože tento postup vyžaduje pouze odstranění koncových krytů a otevření jádra. Čistící činnosti se provádějí často, protože tvrdá mořská voda zanechává na stěnách těžko omyvatelné usazeniny, zužuje průchod potrubí a snižuje rychlost přenosu tepla.

Výhody plášťových a trubkových výměníků tepla

Odborníci preferují trubková zařízení, a to i přes vlastnosti deskových výměníků. To je vysvětleno dlouhou životností a schopností používat zařízení s jakýmkoli chladicím médiem.

Výhody skořepinových a trubkových zařízení:

• žádné požadavky na čistotu pracovního prostředí – trubkové výměníky pracují s kontaminovanými kapalinami;
• levná služba;
• odolnost proti vodnímu rázu;
• velká výměnná plocha;
• jednoduché schéma práce.

Plášťový výměník tepla je zařízení s vysoce kvalitními vlastnostmi. Má prodlouženou životnost, ale vyžaduje plánovanou údržbu kvůli interakci s agresivním prostředím a vysokými teplotami.

Nevýhody plášťových a trubkových výměníků tepla

Zařízení s pláštěm a trubkou má řadu nevýhod:

• velká hmotnost a rozměry;
• zvýšená nákladová položka na komponenty;
• komplexní systém plánovaného čištění a oprav z důvodu nemožnosti demontáže zařízení;
• tepelné ztráty při nízkém průtoku chladicí kapaliny.

Skořápková a trubicová zařízení mají ve srovnání s deskovými typy nízkou účinnost. Pro velké podniky, kde jsou převládajícím parametrem provozní náklady, se tento typ zařízení používá.

Výhody deskových výměníků tepla

Deskové výměníky tepla jsou běžnější. Svými rozměry jsou vhodné pro malé topné systémy.

• nízká hmotnost;
• možnost zvětšení plochy zařízení zvýšením počtu desek;
• náklady na komponenty;
• zvýšená účinnost;
• možnost opravy bez větší demontáže zařízení.

Pro moderní podniky je výhodnější použití deskové verze kvůli její kompaktnosti a možnosti rychlé opravy.

Nevýhody deskových výměníků tepla

Kromě výhod mají deskové výměníky tepla řadu nevýhod:

• lze použít pouze s chemicky čištěnými pracovními médii;
• pravidelná výměna těsnění – aktuální kontrola přesahuje 50 % ceny jednotky. Pokud jsou v městském prostředí materiály vždy dostupné, pak pro odlehlé oblasti je jediným řešením instalace trubkového zařízení;
• vyžadují časté čištění chemickými sloučeninami;
• V případě nutnosti výměny desek je zařízení kompletně demontováno. Zařízení je dlouhodobě mimo provoz. Řešení problému vyžaduje vysoce kvalifikované specialisty;
• závislost výkonových charakteristik na tvrdosti vody.

Hlavní nevýhodou deskových zařízení je vysoký koeficient hydraulických ztrát. GOST stanovují parametry pro rychlost pracovních kapalin v místech výměny tepla – až 0,4 m/s. Rychlost nosiče se zvyšuje, ale schopnost řídit tepelný výkon je omezená. Kromě toho se zhoršují hmotnostní a rozměrové charakteristiky.

Deskové a trubkové moderní výměníky tepla jsou zařízení určená k přenosu tepla z jednoho média do druhého. Zařízení mají různé vlastnosti, což vám umožňuje vybrat zařízení pro konkrétní účely. Deskový výměník tepla je kompaktní, má vysokou účinnost a levné komponenty. Plášťové a trubkové výměníky tepla jsou vhodné do kontaminovaného prostředí. Takové výměníky jsou odolné proti vodnímu rázu a snadno se udržují.