Кіріспе
Жылу алмастырғыштардың класы Қабықшалы және түтікшілі жылу алмастырғыштар - жылу алмастырғыштардың класы. Бұл мұнай өңдеу зауыттарында және басқа да ірі химиялық процестерде қолданылатын жылу алмастырғыштың ең кең таралған түрі және жоғары қысымды қолдануға жарамды. Бұл жылу алмастырғыштың атауынан көрінетіндей, оның құрамында іштегі құбырлар топтамасы бар қабық (үлкен қысымды ыдыс) болады. Бір сұйықтық құбырлар арқылы өтеді, ал екінші сұйықтық құбырлар арқылы (қабық арқылы) екі сұйықтық арасында жылуды беру үшін ағады. Құбырлар жиынтығы түтікше деп аталады және бірнеше түтікшеден құралуы мүмкін: жай, бойлық қанатты және т.б.
A shell and tube heat exchanger is a class of heat exchanger designs. It is the most common type of heat exchanger in oil refineries and other large chemical processes, and is suited for higher pressure applications. As its name implies, this type of heat exchanger consists of a shell (a large pressure vessel) with a bundle of tubes inside it. One fluid runs through the tubes, and another fluid flows over the tubes (through the shell) to transfer heat between the two fluids. The set of tubes is called a tube bundle, and may be composed of several types of tubes: plain, longitudinally finned, etc.
Теория және қолдану
Жылу алмастырғышты екі түрлі температурамен екі сұйықтық өткізеді. Бірі құбырлар арқылы (түтік жағы) ағып өтеді, ал екіншісі құбырлардан тыс, бірақ қабықтың ішінде (қабық жағы) ағып өтеді. Жылу бір сұйықтықтан екіншісіне түтік қабырғалары арқылы, түтік жағынан қабық жағына немесе керісінше беріледі. Сұйықтықтар қабықша немесе түтік жағында сұйықтықтар немесе газдар болуы мүмкін. Жылуды тиімді беру үшін жылу берудің үлкен аумағын пайдалану керек, бұл көптеген құбырларды пайдалануға әкеледі. Осылайша қалдық жылуды пайдалануға болады. Бұл энергияны үнемдеудің тиімді жолы. Әр жағында тек бір фазасы бар (сүтті немесе газды) жылу алмастырғыштар бір фазалы немесе бір фазалы жылу алмастырғыштар деп аталуы мүмкін. Екі фазалы жылу алмастырғыштар сұйықтықты газға (буға) қайнату үшін қыздыру үшін, кейде қазандықтар деп аталады, немесе буларды салқындату және сұйықтыққа (конденсаторлар деп аталады) конденсациялау үшін пайдаланылуы мүмкін, фазалық өзгеріс әдетте қабық жағында болады. Бу локомотивтеріндегі қазандықтар әдетте үлкен, әдетте цилиндрлік пішінді қабық және түтік жылу алмастырғыштар болып табылады. Бумен жұмыс істейтін турбиналары бар ірі электр станцияларында турбинадан шыққан буды конденсациялау үшін қабықша және түтік беті конденсаторлары қолданылады, ол бу генераторында буға айналу үшін қайта өңделеді. Олар сондай-ақ сумен салқындатылған салқындатқыштарда буландырғыш пен конденсатордағы суық зат пен су арасындағы жылуды беру үшін және тек буландырғыш үшін ауамен салқындатылған салқындатқыштарда қолданылады.
Қалқалы және түтікшілі жылу алмастырғыштың құрылысы
Қабық пен түтік конструкциясында көптеген өзгерістер болуы мүмкін. Әдетте, әрбір түтіктің ұштары түтікшелердегі тесіктер арқылы пленумдарға (кейде су қораптары деп аталады) қосылады. Құбырлар тура немесе U пішінде бүгілген болуы мүмкін, оларды U түтіктері деп атайды. Қысымдағы су реакторлары деп аталатын ядролық электр станцияларында бу генераторлары деп аталатын үлкен жылу алмастырғыштар екі фазалы, қабықшалы және түтікшелі жылу алмастырғыштар болып табылады, олар әдетте U түтіктері бар. Олар жер үсті конденсаторынан қайта өңделген суды буға айналдырып, турбинаны қозғалтқанда электр қуатын өндіру үшін пайдаланылады. Қалқалы және түтікшілі жылу алмастырғыштардың көпшілігі түтік жағында 1, 2 немесе 4 өту дизайны бар. Бұл құбырлардағы сұйықтық қабықшадағы сұйықтықтан қанша рет өтетінін білдіреді. Бір жолды жылу алмастырғышта сұйықтық әр түтіктің бір шетінен кіріп, екінші жағынан шығады. Электр станцияларындағы беткі конденсаторлар көбінесе бір жолды түтікпен жылу алмастырғыштар болып табылады (диаграмма үшін беткі конденсаторды қараңыз). Екі және төрт өту дизайны кең таралған, өйткені сұйықтық бір жақтан кіре алады және шыға алады. Бұл құрылысты әлдеқайда қарапайым етеді. Көбінесе қабық жағы арқылы ағысты басқаратын баффлер болады, сондықтан сұйықтық қабық жағы арқылы қысқа жолмен жүрмейді, нәтижесінде тиімді емес төменгі ағыс көлемі қалдырылады. Олар, әдетте, құбырдың қаптамасына емес, қаптаманың техникалық қызмет көрсету үшін алынып тасталуы үшін бекітіледі. Қарсы ағымды жылу алмастырғыштар ең тиімді, өйткені олар ыстық және суық ағымдар арасындағы орташа температураның ең жоғары айырмашылығына мүмкіндік береді. Алайда көптеген компаниялар екі өткізгіштік жылу алмастырғышты U түтігімен қолданбайды, өйткені олар оңай сынуы мүмкін және оларды жасау қымбатқа түседі. Көбінесе бірнеше жылу алмастырғышты бір үлкен алмастырғыштың қарсы ағымды симуляциялау үшін пайдалануға болады.
Құбыр материалдарын таңдау
Жылуды жақсы өткізе алу үшін құбыр материалы жақсы жылу өткізгіштігіне ие болуы керек. Ыстық құбыр арқылы ыстықтан суық жаққа ауысатындықтан, құбырлардың ені бойынша температура айырмашылығы болады. Түтіктің материалы әр түрлі температурада әртүрлі түрде термиялық кеңейуге бейім болғандықтан, жұмыс кезінде термиялық стресс пайда болады. Бұл сұйықтықтардың өзінен болатын жоғары қысымнан болатын кез келген стресске қосымша. Түтіктің материалы жұмыс жағдайларында (температура, қысым, рН және т.б.) ұзақ уақыт бойы корпус пен түтіктің жағындағы сұйықтықтармен үйлесімді болуы тиіс. тозу сияқты зақымдануды азайту үшін. Осы талаптардың барлығы мықты, жылу өткізгіш, коррозияға төзімді, жоғары сапалы құбыр материалдарын, әдетте металдарды, оның ішінде алюминийді, мыс қорытпасын, тот баспайтын болатты, көміртекті болатты, темірсіз мыс қорытпасын, инконелді, никельді, Гастеллойді және титанды мұқият таңдауды талап етеді. Перфторалкоксиалкан (ПФА) және фторлы этиленпропилен (ФЭП) сияқты фторполимерлер, сондай-ақ, төсем материалдарын өндіру үшін, олардың экстремалды температураға жоғары төзімділігі үшін қолданылады. Құбыр материалдарын дұрыс таңдамау құбыр арқылы қабық пен құбыр жақтарының арасына ағып кетуі мүмкін, бұл сұйықтықтың өзара ластануына және қысымның жоғалуына әкелуі мүмкін.
Үш қысымнан қорғау
Қабықшалы және түтікшілі жылу алмастырғыштарда түтік жарылып, жоғары қысымдағы (ЖЖ) сұйықтық кіріп, жылу алмастырғыштың төмен қысымдағы (ЖЖ) жағын қысымға түсіруі мүмкін. Ауыстырғыштардың әдеттегі конфигурациясы - HP сұйықтығы құбырларда және LP су, салқындату немесе жылыту құралдары қабық жағында болуы керек. Құбырдың жарылуы қабықтың бүтіндігіне нұқсан келтіріп, тұтанғыш газ немесе сұйықтық шығаруға әкеп соғады, бұл адамдарға және қаржылық шығынға әкеп соғады. Айырбастаушының қабығы артық қысымнан жарылу дискілерімен немесе босату клапандарымен қорғалуы тиіс. Қорғау құрылғыларының ашылу уақыты айырғышты қорғау үшін маңызды болып табылды. Мұндай құрылғылар алмастырғыштың қабығына тікелей орнатылады және босату жүйесіне шығарылады.
Шолу
Қабықшалы және түтікшілі жылу алмастырғыштар жылу инженериясының ажырамас құрамдас бөлігі болып табылады, олар негізінен жылуды тиімді беру үшін қолданылады. Бұл алмастырғыштардағы құбырлардың құрылысы мен орналасуы олардың жұмыс істеуіне және тиімділігіне өте маңызды. Қабықшалы және түтікшілі жылу алмастырғыштардағы құбырлардың дәл конструкциясы мен спецификациясы жылу инженериясының күрделілігін көрсетеді. Материалды таңдаудан бастап құбырларды орналастыруға және сұйықтық ағынына дейінгі әр жобалау аспектісі алмастырғыштың жұмыс істеуінде маңызды рөл атқарады, бұл салада талап етілетін күрделілік пен дәлдікті көрсетеді.
Анықтама және стандарттар
Бұл алмастырғыштардағы құбырлар, көбінесе конденсатор құбырлары деп аталады, олар әдеттегі су құбырларынан ерекшеленеді. Олар сыртқы диаметр сияқты нақты өлшемдерді белгілейтін Бирмингем сым өлшегіш (BWG) стандартына сәйкес келеді. Мысалы, BWG бойынша 1 дюймдік түтік дәл 1 дюймдік сыртқы диаметріне ие болады. Толық сипаттамаларды арнайы анықтамалықтарда табуға болады.
Материалдар
Құбырлар әр түрлі материалдардан жасалады, олардың әрқайсысы жылу өткізгіштігі, беріктігі және коррозияға төзімділігі сияқты жүйелік талаптарға сай таңдалады.
Құбырдың орналасуы
Құбырлардың орналасуы - жобалаудың маңызды аспектісі. Олар құбыр табақтарында бұрғыланған тесіктерге орналастырылады, ал түтік аралығы деп аталатын тесіктер арасындағы арақашықтық құрылымдық бүтіндік пен тиімділік үшін маңызды фактор болып табылады. Түтіктер әдетте шаршы немесе үшбұрышты үлгіде ұйымдастырылады, ал нақты орналасулар инженерлік сілтемелерде егжей-тегжейлі сипатталады.
Құбырлардың саны
Құбырлардың саны - құбыр табанын әлсіретусіз белгілі бір диаметрдегі қабыққа сыятын құбырлардың ең көп саны. Бұл аспект жылу алмастырғыштың құрылымдық бүтіндігі мен тиімділігін қамтамасыз ету үшін өте маңызды. Түрлі өлшемдегі қабықшалар үшін түтік санау туралы ақпаратты арнайы әдебиеттен табуға болады.
Сұйықтық ағыны
Қабықшалы және түтікшілі жылу алмастырғыштарда жылуды беру үшін екі түрлі сұйықтық ағыны бар. Құбыр сұйықтығы түтіктердің ішінде айналып жүреді, ал қабықша сұйықтығы олардың айналасында, баффлер арқылы бағытталады. Қабық сұйықтығының қозғалысы, ол бір жақта немесе жоғары және төмен болса да, және оның құбырлар арқылы өтетін саны, жылу беру тиімділігін арттыру үшін маңызды сегменттік баффлер арқылы бақыланады. Бұл аспектілер арнайы сілтемелерде егжей-тегжейлі түсіндіріледі.