Меню

Теплообменник труба в трубе назначение

Как работает теплообменник труба в трубе – преимущества и недостатки устройства

Теплообменник труба в трубе служит для нагревания или охлаждения теплоносителя в системах отопительного и промышленного типа. Данные аппараты используются также в нефтегазовой, химической и других отраслях промышленности.

Общая информация про теплообменник труба в трубе

При помощи теплообменных аппаратов, или теплообменников, осуществляется обмен тепловой энергией между двумя веществами, использующимися в роли теплоносителя. Это приводит к нагреванию одного из них, и охлаждению другого. Исходя из этой способности одни теплообменники на тепловых трубах выполняют роль нагревателей, другие – холодильников.

Способ передачи тепла устройствами может быть:

  • Поверхностным. Служит для разделения теплоносителя. В данном случае предусмотрена специальная стенка, хорошо проводящая тепло между двумя отделениями резервуара.
  • Регенеративным. Процедура передачи тепла включает в себя два этапа, в процессе которых специальная насадка попеременно нагревается и охлаждается.
  • Смесительным. Для теплообмена двух сред применяется их прямой контакт и перемешивание.

Конструкционные особенности

Данную группу аппаратов относят к поверхностным тепловым приборам. Устройство теплообменника труба в трубе не отличается особой сложностью. Чаще всего в состав теплообменника входит несколько элементов: их располагают друг над другом, соединяя между собой специальным креплением. В состав каждого отдельного звена входят вставленные друг в друга трубы, предназначенные для теплообмена между собой. Внешнюю трубу большего диаметра соединяют с аналогичными элементами соседних отделений.

Это же касается и расположенных внутри труб меньшего диаметра: для них также применяется последовательное соединение. Для обеспечения возможности регулярных чисток на всех соединениях устанавливаются разъемы. Внутренние трубы в основном соединяют съемными калачами. За счет маленького поперечного сечения внутри системы достигается высокая скорость перемещения теплоносителя по трубам и между ними.

Если теплообмен требуется для теплоносителя в больших объемах, конструкцию аппарата дополняют несколькими добавочными секциями, для объединения которых предусмотрены общие коллекторы.

Достоинства теплообменника

Простая схема теплообменника труба в трубе не является помехой для его значительной популярности. Что касается обслуживания, то простота устройства дает возможность проводить его самостоятельно, без привлечения сантехников.

К основным преимуществам аппаратов данного типа можно отнести следующее:

  1. Оптимальная скорость транспортировки теплоносителя. Это достигается благодаря тщательному подбору водопроводных труб необходимого диаметра: это дает возможность раствору двигаться внутри системы беспрепятственно.
  2. Простота изготовления и ухода. Это позволяет без проблем проводить регулярную чистку устройства, позитивно влияющую на продолжительность его службы.
  3. Универсальность. Данное свойство теплообменника позволяет использовать не только жидкий, но также парообразный теплоноситель. Как результат, аппарат с успехом может применяться в самых разных системах.

К недостаткам оборудования обычно относят такие моменты:

  • Большие размеры. Это накладывает свой отпечаток как на транспортировку, так и эксплуатацию прибора. Особенно это касается приватного использования, т.к. дополнительное пространство на установку аппарата найти не всегда просто.
  • Дороговизна. Стоимость наружных труб, не занятых в теплообмене, а также труб, которыми оснащается грунтовый теплообменник (если они имеются в общей конструкции) довольно значительна.
  • Сложность проектирования. Данная процедура по силам разве что профессионалам, так как требует проведения сложных вычислений и знания точных параметров системы. Как результат, общая стоимость монтажных работ увеличивается.

Несмотря на имеющиеся недостатки теплообменников труба в трубе, положительные стороны это успешно компенсируют: это объясняет большую популярность данных аппаратов не только в промышленных сферах, но и частных домовладениях.

Особенности проектировки

Во время проведения расчетных мероприятий теплообменника труба в трубе нужно подобрать наиболее оптимальный материал, из которого он будет изготовлен. Кроме того, на этом этапе определяют основные параметры конструкции. Хотя ниже и будут рассмотрены основные моменты проектировки аппаратов данной группы, однако самостоятельное проведение подобных работ не рекомендуется. Читайте также: «Как сделать теплообменник на трубу дымохода – варианты конструкции и способы монтажа».

Лучше всего, если этим займутся специалисты по теплотехнике. Так как для целого ряда теплоносителей характерна повышенная коррозийная активность, основные элементы теплообменника стараются изготовлять из нержавеющей стали. Этим также обеспечивается максимально возможная продолжительность службы аппарата. При использовании для изготовления другого материала потребуется проведение тщательного анализа особенностей эксплуатации теплообменника.

Чтобы рассчитать габариты основных секций теплообменника труба в трубе, потребуется информация о следующих параметрах:

  • Средний показатель разницы температур теплоносителей.
  • Тепловая нагруженность прибора.
  • Коэффициент теплоотдачи, происходящей между стенками аппарата и теплоносителем.
  • Показатель теплового сопротивления стенок теплообменника.
  • Площадь расчетной поверхности, вдоль которой осуществляется теплообмен.
Читайте также:  Розовый дым из трубы что это

Теплотехнические характеристики потребуется дополнить еще некоторыми расчетами. В первую очередь это касается гидравлических параметров, которыми обладает аппарат. Принцип работы теплообменника труба в трубе во многом зависит и от того, какая механическая нагрузка оказывается на металлические трубы системы отопления. Что касается коэффициентов теплообмена труб, то они напрямую зависят от рабочих сред, с которыми взаимодействуют: их знание позволит самостоятельно рассчитать теплообменную систему.

Несложная конструкция теплообменника труба в трубе содействует значительной распространенности аппаратов данного типа. Главное, чтобы большие габариты системы не являлись помехой в установке и последующей ее эксплуатации.

Источник

Теплообменники «труба в трубе» проектирование, изготовление и монтаж

Теплообменник «труба в трубе», обозначаемый маркировкой «ТТ», – теплообменный аппарат, состоящий из двух труб разного диаметра, вмонтированных одна в другую. Одна труба меньшего диаметра помещается и раскрепляется в трубе большего диаметра. В результате такой компоновки образуется 1-й канал в узком трубопроводе и 2-й – концентрического сечения. В процессе работы одна из сред течет по внутренней трубе, другая циркулирует по кольцевому пространству и защищена снаружи трубчатым кожухом.

Теплообменники позволяют производить нагрев или охлаждение обрабатываемого продукта, горячей воды или пара за счет передачи или отбора тепла между двумя перекачиваемыми агентами. В процессе прокачки не происходит перемешивания сред (за исключением смесительной конструкции), также каждый из них изолирован от окружающей атмосферы.

Как вид теплового оборудования ТТ отличаются несложным функционалом и надежны в эксплуатации. Благодаря этим качествам, в совокупности с «демократичной» ценой изделий, они получили широкое распространение в теплотехнике. За возможность самостоятельного изготовления простых сварных конструкций и неприхотливость в обслуживании они пользуются признанием среди «эксплуатационщиков» систем теплоснабжения.

Компоненты и технические характеристики

Теплообменники представляют инсталляцию «одна в одну» 2 труб разного диаметра, Внутренняя туба имеет меньший диаметр d и называется «теплообменной», наружная с диаметром D именуется «кожуховой». Изделия производятся в соответствии с ТУ 3612-014-00220302-99. Теплообменные устройства выпускаются производителями в следующих типоразмерах и имеют следующие технические характеристики:

В зависимости от назначения теплообменник подразделяются на нагреватели и холодильники. Объединение отдельных теплообменных устройств производится соединением кожуховых труб калачами и сочленением встык теплообменных труб в проточные тракты. После этого они подключается раздельно к своему контуру технологической системы или отопительной сети.

Особенности проектирования конструкции

Правильные расчеты и подробный чертеж – залог положительного и эффективного результата.

Если ваш бюджет не позволяет обратиться в специальные организации, и вы будете заниматься данным процессом самостоятельно, то инструкция такова:

  • Определите материал, который будет служить основой для конструкции – именно от него зависит эффективность и ассортимент используемого топлива.
  • Расчет полезной площади теплообменника в зависимости от площади, которую необходимо отопить. Вы должны понимать, чем больше габаритов «внутренних» труб, тем и больше тепла будет поступать в помещение.
  • Прочность используемых материалов, которые должны гарантировано эксплуатировать в течение нескольких десятков лет.
  • Учесть гидравлические характеристики системы, которая осуществляет транспортировку топлива для отопления.
  • Обойти все коммуникации, чтобы не при монтаже, не при каких-то непредвиденных обстоятельствах они не пострадали.
  • Уделить особое внимание оконным проемам и входной двери, которые являются основными источниками холода и потери тепла.

К сведению! Не забывайте, что продолжительная трубопроводная система отопления обладает небольшим недостатком – постепенно температура теплоносителя будет снижаться.

Теперь остается готовый чертеж теплообменника труба в трубе показать рабочим, которые займутся сваркой системы и дожидаться готового результата. А в это время определиться с выбором бригады, которая будет производить монтаж конструкции. (См. также статью Однотрубная система отопления: особенности.)

На фото – вариант готового изделия, используемого на промышленных объектах

Недостаток от «бюджетного преимущества» аппарата: как его устранить?

Однако, отмечая дешевизну теплообменника как безусловное преимущество, нельзя забывать об «обратной стороне медали». Простые конструкции теплообменников уступают более дорогим аналогам по теплотехническим характеристикам. Достаточно сравнить ТТ с другими кожухотрубными аппаратам, малобюджетной разновидностью которых, собственно говоря, он является. Как гласит мудрость: «Если в одном месте прибавилось, то в другом убавится».

Читайте также:  Мастика для соединения труб

В данном случае слабость конструкции «труба в трубе» проявилось в недостаточной площади поверхности теплообмена гладких труб, что ограничивает применение агента в паре «газ-газ»/«газ-жидкость». При сниженных установочных затратах применение таких аппаратов увеличивает расходы в процессе эксплуатации теплового оборудования.

Однако существует ряд превентивных мер и конструктивных доработок действие которых, если не устраняет полостью, то значительно нивелирует указанный недостаток. Они особенно интенсифицируют теплоотдачу в системах, прокачивающих «жидкость-жидкость», заметно снижая стоимость на единицу поверхности процесса:

• подбор теплоносителя с высокой удельной теплоемкостью;

• использование противотока агентов (прокачки потоков во встречных направлениях);

• применение насосов/компрессоров наряду с конвекцией для транспортировки теплоносителя со скоростью до 3 м/c;

• увеличение межтрубного кольцевого пространства в изделиях до 20–30 мм:

• локализация ребристых и ошипованных труб увеличенной площади соприкосновения с теплоносителем;

• использование реверсирования потоков для периодической очистки от загрязнений кольцевого пространства и теплообменных труб.

Конструкция теплообменника (труба в трубе)

Спроектированные по принципу «труба в трубе» аппараты характеризуются следующими особенностями конструкции:

  • Во-первых, такие устройства предполагает пакетную компоновку, когда несколько объединенных звеньев располагаются практически бок обок.
  • Во-вторых, как устройства поверхностного типа, придерживающиеся принципа труба в трубе теплообменники, собираются путем инсталляции в трубопровод пакета труб меньшего диаметра, сквозь который будет пропускаться охлаждающая или нагревающая среда.
  • В-третьих, исходя из принципа непрерывности, трубы теплообменников должны пронизывать внутреннее пространство трубопровода по всей длине транспортирующей системы. Причем для обеспечения ремонта сборку труб и теплообменника, и трубопровода реализуют с помощью разъемных соединений. То есть, всю конструкцию можно разобрать и собрать в любой момент.
  • В-четвертых, сечение трубы в транспортирующем канале должно быть больше сечения трубы в канале теплообменника. Ведь помимо возможности инсталлировать теплообменник в трубопровод такое соотношение габаритов позволяет разогнать теплоноситель в охлаждающей или нагревающей системе до максимальной скорости.
  • В-пятых, непрерывная схема «труба в трубе» дает возможность прокачивать сквозь систему любой объем транспортируемой жидкости или теплоносителя.

Преимущества теплообменников «труба в трубе»

Опираясь на описанные выше конструктивные особенности, подобные теплообменники приобретают следующий набор преимуществ:


Такой аппарат гарантирует оптимальный режим транспортировки жидкости. Ведь скорость течения теплоносителя и транспортируемой среды может быть практически любой. Ну а возможные недостатки можно откалибровать путем подбора диаметров труб теплообменника прямо в процессе сборки.

  • Теплообменные аппараты подобного типа не требуют особого внимания в процессе эксплуатации – чистка труб теплообменника и транспортной системы выполняется за считанные минуты. Кроме того, в случае поломки эти устройства можно отремонтировать за пару часов, путем демонтажа поврежденного модуля (отрезка) и установки новой детали с аналогичными характеристиками.
  • Подобная конструкция не имеет ограничений по типу среды, используемой в системе транспортировки или теплообмена. То есть, сквозь подобный теплообменник можно прокачивать и воду, и пар, и вязкие жидкости, и газообразные среды.
  • Недостатки теплообменников

    Впрочем, упомянутые выше особенности конструкции теплообменника являются причиной не только достоинств, но и недостатков.

    Причем к числу недостатков схемы «труба в трубе» можно причислить следующее:

    • Довольно значительные габариты системы. Ведь внутри транспортирующего канала размещается трубопровод теплообменника, в итоге, для сохранения прежней пропускной способности нужно увеличить диаметр основной (наружной) трубы.
    • Высокую стоимость подобной системы. На создание такого теплообменника расходуется достаточно большой объем металла. А сам процесс сборки систем типа труба в трубе» требует привлечения квалифицированных и дорогостоящих специалистов.
    • Сложный процесс расчета и проектирования подобных конструкций.

    Причем последнему пункту следует уделить особое внимание. Поэтому далее по тексту мы рассмотрим нюансы процесса расчета и проектирования таких аппаратов.

    Какой теплоноситель использовать в агрегате?

    Если теплоноситель не является продуктом переработки, а его выбор однозначно не предусмотрен технологическим процессом, могут применяться различные жидкие и газообразные агенты. В адаптированных к определенному носителю системах ГВС или парогазового отопления с оборудованием сочетаются следующие теплоносители. Они расположены в порядке убывания частоты применения в агрегатах этого вида:

    • вода как теплоноситель с низкой вязкостью и высокой удельной теплоемкостью 4,2 кДж/кг * °С оптимально подходит под данный тип тепловых аппаратов;

    Читайте также:  Диаметр трубы для нарезки внутренней резьбы

    • водяной пар обладает высоким удельным теплосодержанием, в случае охлаждения до 100°С и переходе в другое агрегатное состояние выделяет 2260 кДж/кг высвобождаемой энергии (скрытая теплота конденсации);

    • топочные газы образуются в результате сжигания твердого или газообразного топлива, требуют больших поверхностей теплоотдачи, поэтому использование в данном типе теплообменников агента не столь эффективно при рециркуляции;

    • высококипящие промышленные теплоносители с температурой кипения до 420°С и «незамерзайки» (антифриз, этиленгликоль, глицерин, органические и минеральные масла) имеют высокую теплоотдачу, но некоторые требуют дополнительных затрат на прокачку в гидравлическом тракте по причине повышенной вязкости;

    • теплообменные аппараты часто заправляют дифинольной смесью на основе 26,5% дифинила и 73,5% одноименного спирта, она используется в 40% технологических установок и представляет прозрачную жидкость специфического янтарного цвета с высокой теплоемкостью.

    В отопительных системах вязкость теплоносителя является часто определяющим параметром в пользу выбора того или иного теплового носителя. Ввиду серьезных затрат на дополнительную установку компрессоров и насосного оборудования, высокой стоимости потребляемой электроэнергии на прокачку агента эта статья расходов существенно влияет на тарифы за отопление.

    Поэтому учитываются не только конструктивные возможности тепловых агрегатов по использованию того или иного агента в, но и подсчитывается эффективность работы системы теплоснабжения. Особенно на это обращают внимание при устройстве индивидуальных тепловых пунктов (ИТП) частных домовладений и котельных многоквартирных жилых домов (МКД).

    Преимущества и недостатки теплообменника типа «труба в трубе»

    Данный вид теплообменников пользуется популярностью благодаря удобству в эксплуатации, простоте ремонта, прочности конструкции (здесь важную роль играют фланцевые соединения), легкости в сборке, скорости монтажа, компенсации температурных деформаций, возможности подбора оптимального сечения труб, высокой скорости перемещения вещества внутри устройства, бесперебойной работе, компактным параметрам, универсальной схеме и широкой распространенности. Кроме того, данные теплообменники долго служат и позволяют использовать и жидкие, и парообразные агенты.

    Можно выделить и два недостатка. Во-первых, устройство необходимо регулярно и тщательно чистить. Во-вторых, они стоят немало, но оправдывают высокую цену многочисленными плюсами.

    Варианты производства изделий

    Современные аппараты производятся на высокотехнологичном оборудовании с использованием автоматизированных высокоточных линий сварки. В процессе изготовления используется высококачественная сталь различных сортаментов.

    Она обладает стойкостью к реагентам и агрессивному воздействию рабочей среды. Сложный технологический процесс предусматривает использование в конструкции инновационных материалов и компонентов.

    Существует исполнение изделий «У» для умеренного и «Т», предназначенное для эксплуатации в тропическом климате. Все без исключения ТТ могут размещаться в зонах с 7-ми балльной (по 12-ти балльной шкале) сейсмичностью. Вся территория РФ, за исключением 3 регионов, находится в зоне умеренной сейсмичности, не превышающей этих значений. В зависимости от типа аппарата назначенный срок службы устройств составляет от 5 до 12 лет.

    Теплообменные девайсы выпускаются в следующих вариантах исполнения:

    1. с приварными на изделии двойниками;

    2. со съемными двойниками агрегата.

    Типы аппаратов ТТ

    По типам теплообменники делят на:

    ТТОН – однополочные неразборные. Существует исполнение с приварными двойниками. Оно предназначено для работы в среде, не дающей отложений в концентрическом пространстве и внутри теплообменных труб. Следовательно, они совместимы с чистыми теплоносителем и обрабатываемой средой. В устройствах со съемным двойником операция очистки предусмотрена.

    ТТОР – однополочные разборные, предназначены для транспортировки и подогрева сильно загрязненных сред. Работают в очистных установках сточных вод с расходом жидкого агента до 60 т/час, паровом подогревателе умеренно загрязненного продукта. Конструкцией предусмотрено температурное удлинение теплообменных труб при температуре до 150°С.

    ТТМ – многопоточные разборные применяются для конвективного теплообмена, конденсации или испарения рабочих сред. Незаменимы в условиях работы, отягченных повышенной вязкостью. Используются в установках с высокой пропускной способностью до 300 т/час. С целью интенсификации теплообмена используются трубы с продольными ребрами или ошипованные трубопроводы.

    ТТРМ – малопоточные разборные незаменимы в системах с относительно малым расходом агента от 100 до 15000 кг в трубном пространстве. Применяются в лабораторных и пилотных установках (маслоохладителях, мазутоподогревателях). Используются процессы конденсации/испарения в концентрическом пространстве.

    Источник

    Adblock
    detector