Классификация и принцип работы
Как упоминалось ранее, сегодня существует несколько разновидностей тепловых обменников. Они различаются по своей конструкции и устройству. Рассмотрим их свойства и особенности подробно.
Первичные
Первичная разновидность обменника выполнена в форме крупной и изогнутой трубки, похожей на змеевик. Как правило, данную деталь изготавливают из металла, который не подвержен губительному влиянию коррозии. Кроме того, в плоскости такого элемента присутствуют специальные пластинки, имеющие различные размеры.
Обычно поверхности первичных тепловых обменников обрабатываются специальными красками, которые защищают основания от негативного внешнего воздействия и появления ржавчины.
Что касается принципа работы такого обменника, то он заключается в отправке энергии от газа к тепловому носителю. Уровень мощности обменника находится в зависимости от длины трубы и числа ребер.
Зачастую первичный теплообменник выходит из строя из-за грязи и копоти или активного внутреннего скопления солевых отложений. Если такие загрязнения оказывают влияние на деталь, то с течением времени она может начать работать со сбоями в процессе циркуляции. Кроме того, уровень теплопроводности стен агрегата от этого так же может ощутимо снизиться.
Отопительное оборудование с такой деталью, как правило, стоит дешевле и имеет несложную конструкцию. Поломкам такие модели не подвержены, особенно если их вовремя обслуживать. Однако нужно учесть, что первичный тепловой обменник является менее функциональным, так как выполняет только одну задачу
Кроме того, очень важно учитывать тот факт, что такие изделия рекомендуется дополнять специальными фильтрами. Эти составляющие будут надежно защищать обменник от негативных внешних воздействий и разного рода отложений
Вторичный
Вторичный, или теплообменник горячего водоснабжения, отличается от первичного экземпляра тем, что в его конструкции имеются специальные пластинки, которые соединяются между собой. Наиболее распространенными являются вторичные теплообменники, произведенные из стали.
В подобных моделях тепло передается от жидкости к жидкости. Они являются более надежными и долговечными. Что касается скорости теплового обмена, то она в таких моделях является более высокой. Благодаря данной особенности различные загрязнения/соли не откладываются на поверхности комплектующих деталей. Из-за этого обменники служат гораздо дольше, а также их не приходится постоянно подвергать очистке. Чем больше пластинок в таких изделиях, тем более высокими являются их параметры мощности, а также эффективность выполняемой задачи.
Такие разновидности теплообменников хороши своей многофункциональностью – они отвечают не только за отопление жилища, но и за обеспечение горячим водоснабжением (ГВС). Обычно котлы с этими элементами стоят дороже, однако их покупают больше за счет практичности и необходимого функционала.
Совмещенный (битермический)
Такой тепловой обменник отличается от остальных вариантов тем, что имеет двойной обмен тепла – от теплоносителя к воде и от газа к тепловому носителю. Вода в отопительной трубе подогревается с внешней стороны, а в это время внутреннее отделение подготавливает горячую воду.
Эти детали являют собой трубу с припаянными к ней пластинками-ребрами из меди. При этом сама труба является двойной (с двумя раздельными отсеками). Ее внутренняя часть отвечает за горячую воду, а внешняя предназначена для самого теплового носителя.
Совмещенная разновидность теплового обменника имеет одно важное преимущество – для нее характерна очень простая конструкция, не подверженная поломкам. В данном случае вторичный теплообменник не нужен, как и трехкодовый клапан
Благодаря этим характерным особенностям котлы с подобными элементами обходятся недорого, а их размеры являются компактными.
Разумеется, такие варианты обменников имеют и свои минусы. Например, они не могут похвастаться большой мощностью в режиме горячего водоснабжения. Кроме того, подобные разновидности подвержены солевым отложениям. Соли, которые содержатся в воде, в короткие сроки оседают на таких деталях, что негативно сказывается на работе котла в целом.
Также нужно учитывать, что ремонт битермических обменников – дело не из простых. По словам специалистов, в 90% случаев починка этих моделей не представляется возможной. Кроме того, далеко не каждый мастер соглашается работать с подобной деталью, а те, кто все-таки берется за такую работу, не всегда имеют достаточную квалификацию. Кроме того, совмещенные элементы подвержены появлению протечек из-за большого числа внутренних стыков и соединений.
Типы рекуперативных теплообменников
Большим спросом на сегодня пользуются рекуперативные теплообменные устройства. Соглас
но конструкционному исполнению выделяют следующие виды представленных агрегатов:
Кожухотрубный
Это устройство, представляющее собой пучки труб, приваренные к кожуху и прикрепленные к трубным решеткам при помощи болтов.
Движение первого носителя тепла в межтрубном пространстве осуществляется через присутствующие на корпусе штуцера. Другой теплоноситель течет по трубам. На корпусе или крышке представленных устройств присутствуют перегородки.В целях повышения отдачи тепла трубы подвергают процессу оребрения методом накатки или навивки ленты.
Погруженный
Его конструкция предполагает погружение одного теплоносителя в емкость с другим. Такие устройства характеризуются дешевизной и простотой.
Движение воды в межтрубном пространстве происходит с малой скоростью, результатом чего становится малая теплоотдача.
Теплообменные устройства типа «труба в трубе»
Состоит из нескольких звеньев, расположенных друг над другом и соединенных между собой. Каждое звено представляет собой конструкцию из вставленных друг в друга труб, между которыми и происходит теплообмен.
Их целесообразно эксплуатировать при высоких показателях давления и небольших расходах воды в системе.
Оросительный
Состоит из нескольких рядов труб, расположенных одна над другой, по наружной поверхности которых тонкой пленкой стекает охлаждающая их вода
Его активно применяют в холодильных установках, так как они выступают в роли конденсаторов.
Графитовый
Конструкция теплообменного устройства предполагает наличие блоков из графита, уплотненных между собой при помощи прокладок из резины и зафиксированных крышками.
Графит считается прекрасным проводником тепловой энергии. Для устранения пористости происходит его обработка специальными составами.
Используется для химически агрессивных жидкостей.
Пластинчатый
Это устройство изготовлено из пластин, поверхность которых отштампована специальным методом. Результатом такой работы становится образование каналов, по которым движется теплоноситель. Между собой пластины уплотнены.Процесс изготовления такого устройства отличается своей простотой, его легко чистить, он обладает высокой теплоотдачей. Минус – не выдерживает высокое давление.
Пластинчато-ребристый
Состоит из системы разделительных пластин, между которыми находятся ребристые поверхности — насадки, присоединенные к пластинам методом пайки в вакууме.
Предназначены для теплообмена между неагрессивными жидкими и газообразными средами в интервале температур от плюс 200 °C до минус 270 °C.
Обладает малым весом и размерами, высокой прочностью и жесткостью.
Оребренно-пластинчатый
Его конструкция предполагает наличие оребренных панелей маленькой толщины, производство которых происходит при помощи высокочастотной сварки.
Благодаря такой конструкции и применяемым материалам удается достичь высокого температурного режима теплоносителя, малого гидравлического давления, высокого КПД, продолжительного срока эксплуатации, низкой стоимости.
Целесообразно его использовать при утилизации тепла газов.
Спиральный
Оснащен двумя каналами, которые навиты в форме спирали около основной разделительной перегородки. Их цель – нагрев и охлаждения жидкостей, обладающих высоким показателем вязкости.
Характеристики и расчет
Пластины и уплотнители в качестве главных деталей теплообменных устройств производятся из разных по своим показателям и характеристикам материалов. Во время выбора в пользу определенного изделия основную роль играет его предназначение и сфера применения.
Если рассматривать отопительные системы и ГВС, то в этой сфере чаще всего используются пластины, которые сделаны из нержавейки, и пластичные уплотнители из специальной резины NBR или EPDM. Наличие пластин из нержавеющей стали дает возможность работать с тепловым носителем, нагретым до 120 градусов, в другом же случае теплообменник может разогревать жидкость до 180°C.
Между пластинами для герметизации расположены прокладки
При применении теплообменников в промышленной сфере и их подключении к технологическим процессам с действием масел, кислот, жиров, щелочей и других агрессивных сред используются пластины, которые сделаны из титана, бронзы и иных металлов. В этих случаях требуется установка асбестовых или фторкаучуковых прокладок.
Выбор теплообменника выполняется с учетом расчетов, которые производятся с помощью специального программного обеспечения.
Во время расчетов необходимо учитывать:
- расход нагреваемой жидкости;
- изначальная температура теплового носителя;
- затраты теплоносителя на отопление;
- необходимая температура прогревания.
В качестве нагревающей среды, которая протекает через теплообменник, может применяться нагретая вода до температуры 90-120°C или пар с температурой до 170°C. Тип теплового носителя подбирается с учетом вида используемого котельного оборудования. Размеры и число пластин выбираются так, чтобы получился теплоноситель с температурой, которая соответствует действующим стандартам — не выше 65°C.
Теплообменник может быть изготовлен из разных видов металла
Необходимо сказать, что главными техническими характеристиками, которые при этом также считаются и основными преимуществами, являются компактные габариты оборудования и возможность обеспечить довольно значительный расход.
Диапазон площадей обмена и вероятных расходов у аппаратов довольно высокий. Самые маленькие из них, к примеру, от компании Alfa Laval, имеют размер поверхности до 1 м² и при этом обеспечивают прохождение количества теплоносителя до 0,3 м³/час. Наиболее же габаритные приборы имеют размер около 2500 м² и расход, который превышает 4000 м³/час.
Принцип работы теплообменника
Во время осуществления теплообмена движение жидкостей происходит по направлению друг к другу. Наличие специального элемента из стали или дополнительного резинового уплотнения позволяет предотвратить смешение жидкостей в тех местах, где существует возможность протекания.
В зависимости от того, в каких именно условиях планируется эксплуатация конкретного теплообменника, количество пластин, а также способ обработки их поверхности, могут отличаться. Это относится и к применяемым расходным материалам.
Так, производители предлагают не только изделия из доступной нержавеющей стали, но и модели, выполненные из современных сплавов, устойчивые к длительному воздействию агрессивных сред.
Некоторые сравнительные данные
При выборе использования пластинчатого или кожухотрубного теплообменника чаще люди выбирают первые, так как их коэффициент передачи тепла гораздо выше, чем у традиционного кожухотрубного аппарата. К тому же пластинчатые приборы обладают меньшей площадью.
Теплообменники пластинчатого типа, изготавливаемые за рубежом, оснащаются рядом средств, позволяющих им работать в автоматическом режиме посредством изначальной настройки и регуляции, а также они оснащаются прочной арматурой. В подобных аппаратах снижается величина теплоносителя, который расходуется для нагрева воды. Следовательно, это позволяет снизить нагрузку на сетевой набор насосов, а также уменьшить количество энергии, которое ими потребляется.
В настоящее время с нарастающей популярностью начинают изготавливать и использовать геликоидные теплообменные устройства. Их особенностью является профилирование трубок. Оно делается для того, чтобы прирост сопротивления гидравлической природы мог превысить возрастание отдачи тепла в случае применения турбулизации потоков. Данное устройство является довольно дешевым в сравнении с иностранными моделями, а его качество очень высоко. Чтобы защитить механизм от коррозии, для каждой трубной доски применяют напыление газотермического типа.
Три упомянутых в этом пункте теплообменника изготавливаются, как правило, посредством использования стали с высоким показателем коррозийной стойкости и жаропрочностью. Однако, несмотря на эксплуатацию подобных материалов, структурные компоненты теплообменников все равно могут подвергаться коррозии питтингового типа.
Какой лучше раздельный или битермический
Сказать, какой из них предпочтительней или во всем лучше нельзя. С хорошим качественным исполнением обе конструкции справляются с поставленными задачами. Режим работы и особенности, связанные с этим, которые видит потребитель, либо не ощущаются, либо имеют схожую природу, то есть что в одном случае, что в другом требуется привыкнуть к каким-то ограничениям или специфике работы котла.
Битермический теплообменник, а точнее готовый котел с ним обойдется дешевле, что для многих может стать определяющим фактором. Тем более что без существенного усложнения конструкции в котле используется всего один узел теплообмена, который можно обслуживать даже проще, чем раздельные контуры.
С битермическим теплообменником проще определиться с качественной моделью котла. Как ни странно, даже в одной линейке котлов с раздельными радиаторами часто встречается сочетание различных по конструкции и материалам теплообменников для отопления и ГВС. Выбирая котел, придется тщательно проверять особенности и технические характеристики всех его элементов, чтобы не допустить ошибки. Ведь если позариться на качественный контур отопления, можно получить проблемный узел, отвечающий за горячую воду.
Сказать, что двухконтурные котлы с раздельными теплообменниками лучше за счет своей ремонтопригодности, нельзя, это будет явным преувеличением. Проблема с накипью или другими типами отложений на стенках трубки актуальна в равной степени для любого котла при использовании неподготовленной воды. Принципы ремонта и используемые приемы одинаковы для теплообменников любой конструкции. Если же учесть, что в раздельном радиаторе может использоваться пластинчатый теплообменник, и вовсе окажется, что битермический гораздо живучее.
Рейтинг производителей теплообменников
- качеству и надежности;
- ремонтопригодности;
- стоимости;
- наличия и выполнения гарантий;
- обеспечения запасными элементами и расходными материалами;
- срокам изготовления и поставкам;
- расположению производств и складов по отношению к потенциальному заказчику.
В связи с отсутствием в России конкуренции по штамповке пластин, теплообменники собирают из импортных элементов, сажая на отечественную рамку. Поэтому главный критерий для сравнения — пластины. Только Alfa Laval Поток выпускает пластины и резиновые прокладки. Наиболее себя зарекомендовали в качестве производителей пластин шесть компаний:
- Теплотекс (комплектующие АРV — Дания);
- Алфа Лаваль Поток;
- СВЕП ИнтернешенРидан АБ (Швеция);
- Ридан (комплектующие Sondex — Дания);
- Машимпекс (комплектующие Geo — Германия);
- Данфосс (комплектующие — Данфосс Финляндия).
Анализ проводился на основании данных, пришедших от представителей производителей, поставщиков и теплоснабжающих организаций. Он показал, что компания Алфа Лаваль Поток — единственная, которая производит пластины и прокладки в России, импортируя лишь стальные заготовки для них и сырую резину. Все производство и складское помещение находится в Московской области, срок гарантии на продукцию от 12 до 18 месяцев, а время изготовления не более 14 дней. Более 10 лет теплообменники этой фирмы работают без нареканий, компания имеет все сертификационные и лицензионные документы, в отличие от своих конкурентов, их не имеющих. Обслуживающий персонал имеет высокую квалификацию, а предоставлением сервиса занимаются уполномоченные организации. Все это говорит в пользу приобретения теплообменника фирмы Альфа Лаваль, и, хотя, цена его на 20% выше, чем у конкурентов — бесперебойная и надежная работа устройства компенсирует этот недостаток в полной мере.
Вторичные теплообменники
Котёл для отопления дома с вторичным теплообменником — это оборудование с соединёнными между собой пластинами из нержавеющей стали. Такие теплообменники устанавливают в котлах Linea, Mini kW, Major kW и Micra 2. Эти производители продумывают самые малейшие детали, прежде чем определиться, как сделать котёл отопления. Производят такие котлы с большой площадью теплообмена, с высокой теплопроводностью пластин, что и обеспечивает необходимый теплообмен даже при высокой скорости потока теплоносителя. Благодаря скорости потока такой теплообменник может «похвастаться» отсутствием отложения на своих стенках разнообразных солей жёсткости.
Конструктивные особенности пластинчатых ГВС-обменников отличаются направлением потоков холодной воды и теплоносителя прямо навстречу друг другу. Мощность такого теплообменника зависит исключительно от того количества пластин, которые между собой связаны. Чем больше их — тем выше мощность и больше площадь теплообмена.
Конструктивно такие теплообменники представляют собой коаксиальные трубы (то есть одну трубу, расположенную в другой), на поверхности которой напаяны рёбра теплообменника — специальные медные пластины.
Внутренняя труба предназначается для санитарной воды ГВС, а наружная труба — для теплоносителя в системе отопления. При работе в режиме отопления теплоносителю непосредственно передаётся тепло от сгораемых газов. Когда же котёл работает в ГВС-режиме, тепло сгораемых газов изначально передаётся теплоносителю, а уже после этого — контуру ГВС. При этом циркуляция в контуре отопления останавливается.
Недостаток этого теплообменника заключается в одном. В режиме работы горячего водоснабжения теплопередача довольно ограничена. Поэтому, и количество приготовленной горячей воды получается немного ниже, чем в котлах, в которых располагаются сразу два теплообменника.
В заключение стоит сказать несколько слов о теплообменниках, отличающихся повышенной ёмкостью. Устанавливают их в оригинальных котлах класса VIP — к примеру, таких как Eura. По конструкции они являются шести-восьмилитровыми бойлерами, внутри которых расположены медные змеевики почти по всему объёму. Называют такие теплообменники нередко также ещё и мини-бойлерами.
Через стены такого мини-бойлера проходит контур ГВС, по змеевику — контур теплоносителя. Преимущество такого теплообменника заключается в том, что в связи с большим объёмом теплоносителя в теплообменнике при изменении скорости потока и температуры воды ГВС, начинают сглаживаться пульсации температуры воды прямо на выходе котла. Одним словом, на выходе постоянно обеспечивается горячая вода (со стабильной температурой) в независимости от изменения напора воды и от скачков температуры на входе. Помимо этого, теплообменники с повышенной ёмкостью позволяют воспользоваться функцией под названием «быстрый старт», обеспечивающей сразу же после включения крана подачу горячей воды.
Использование материалов разрешено только при наличии индексируемой ссылки на страницу с материалом.
Хотите больше?
Для чего используются теплообменники
Там, где есть необходимость нагреть или охладить жидкие среды применяют различного рода теплообменники. Широкое использование пластинчатые теплообменные устройства получили в промышленности, производстве и сельском хозяйстве, они востребованы:
- для проведения различных технологических процессов;
- в отоплении, горячем водоснабжении, приточной вентиляции жилых и производственных площадей;
- для нагрева и охлаждения нефтяных продуктов в нефтеперерабатывающей и химической отрасли;
- для опреснения соленой воды на морских судах;
- для пастеризации и охлаждения пива, молока, соков и прочих в пищевкусовой промышленности;
- для охлаждения масел и смазывающее-охлаждающих жидкостей различных технологических процессов.
Основным преимуществом пластинчатых теплообменников перед другими можно назвать компактность, они занимают в 5−10 раз меньшие площади при монтаже. У пластинчатых теплообменников высокий КПД, минимальные потери тепла и давления. Проведение монтажа и ремонта не предполагает больших материальных затрат
В пластинчатом теплообменнике есть возможность разборки, что немаловажно для замены пластин и чистки самого устройства. Также мощность можно увеличивать путем добавления пластин
Устанавливать его можно прямо на пол или любую несущую поверхность.
Вывод и рекомендации
В сравнении с теплообменниками U, W-трубчатыми и с неподвижными трубками кожухотрубные имеют больше преимуществ и являются эффективнее. Поэтому их чаще покупают, несмотря на высокую стоимость. С другой стороны, самостоятельное изготовление подобной системы вызовет большие трудности, а скорее всего, приведет к значительным потерям тепла в процессе работы.
Особое внимание при эксплуатации теплообменника следует уделять состоянию труб, а также настройке в зависимости от конденсата. Любое вмешательство в систему приводит к изменению площади теплообмена, поэтому ремонт и пуско-наладку должны производить обученные специалисты
Вас может заинтересовать:
Теплообменное оборудованиеКожухотрубные теплообменники
Рекомендуемые статьи
-
Что такое теплообменник, зачем он нужен Процесс передачи тепла называют теплообменом. Аппараты, в которых происходит процесс – теплообменники. Если в процессе участвуют два агента, разделенные перегородкой – это поверхностные рекуперационные аппараты. Происходит процесс смешения теплого и холодного потока контактом – теплообменник смесительный. Системы теплообмена, зачем нужен теплообменник
Пример смесительного устройства – градирни. Отходящие газы отдают… -
Классификация металлоконструкций Ещё в XIX веке человечество начало использовать сложные металлоконструкции – несущий каркас из составных металлических элементов. Их использование было связано со многими сложностями, но обладает и неоспоримыми преимуществами. На сегодняшний день они распространены почти повсеместно – при строительстве станков, аппаратов, механизмов, но чаще всего – при строительстве зданий и массивных сооружений. Прочность и лёгкость…
-
Снижение экспортной пошлины на нефть В виду непредсказуемых скачков национальной валюты, цена на нефть стала объектом пристального внимания не только экспертов-экономистов и биржевых маклеров, но и обычного гражданина. Рубль привязан к нефти, нефть — к доллару. Влияние котировок черного золота на экономику России очевидно: растут цены, страдает социальный сектор и т.д. В сложившейся ситуации Правительство РФ вынуждено маневрировать, принимая определенные изменения…
-
Как выбрать промышленный насос Промышленный насос необходим практически на любом производстве. В отличие от бытовых насосов они должны выдерживать высокие нагрузки, быть износостойкими и иметь максимальную производительность. Кроме того, насосы подобного типа должны быть экономически выгодными для предприятия, на котором они используются. Для того чтобы купить подходящий промышленный наcос, необходимо изучить его основные характеристики и учитывать…
