Uno scambiatore di calore è un dispositivo a risparmio energetico che trasferisce il calore tra due o più fluidi a temperature diverse. Per il riscaldamento di grandi superfici è essenziale l'esistenza di uno scambiatore di calore.
Secondo il metodo di trasferimento del calore dello scambiatore di calore, lo scambiatore di calore può essere suddiviso in tre categorie:
Uno scambiatore di calore a contatto diretto, detto anche scambiatore di calore ibrido, è un dispositivo in cui fluidi caldi e freddi sono a diretto contatto e si scambiano calore. Solitamente i due fluidi a diretto contatto sono gas e liquido con pressione di vaporizzazione inferiore;
Il principio di funzionamento dello scambiatore di calore ad accumulo di energia è quello di utilizzare la conduttività termica delle sostanze solide. In particolare, il mezzo di calore prima riscalda la sostanza solida a una certa temperatura, e il mezzo freddo ottiene quindi calore dalla sostanza solida. Attraverso questo processo, è possibile realizzare il trasferimento di calore. ;
Lo scambiatore di calore della parete divisoria utilizza anche la conduzione del calore dell'intermediario e i mezzi freddi e caldi sono separati da una solida parete divisoria e scambiano calore attraverso la parete divisoria. Per le imprese di riscaldamento, gli scambiatori di calore a parete divisoria sono i più utilizzati. Secondo diverse strutture, può anche essere suddiviso in scambiatori di calore a tubi, scambiatori di calore a piastre e scambiatori di calore a tubi di calore.
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Scambiatore di calore a fascio tubiero
Gli scambiatori di calore a fascio tubiero sono anche chiamati scambiatori di calore a fascio tubiero. Si tratta di uno scambiatore di calore a parete divisoria che utilizza la parete del fascio tubiero racchiuso nel mantello come superficie di scambio termico. Questo tipo di scambiatore di calore ha una struttura relativamente semplice e un funzionamento affidabile. Può essere realizzato con vari materiali strutturali (principalmente materiali metallici) e può essere utilizzato ad alta temperatura e alta pressione. È il tipo più utilizzato attualmente.
Scambiatore di calore a fascio tubiero
In base alle misure di compensazione adottate, gli scambiatori di calore a fascio tubiero possono essere suddivisi in quattro tipologie: scambiatori di calore a piastre tubiere fissi, scambiatori di calore a testa flottante, scambiatori di calore a tubi di U e scambiatori di calore a baderna.
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Scambiatore di calore a piastra tubiera fisso
Lo scambiatore di calore fisso a piastre tubiere è un tipo di scambiatore di calore a fascio tubiero. Le piastre tubiere ad entrambe le estremità dello scambiatore di calore a piastra tubiera fissa sono collegate al mantello mediante saldatura e sono composte principalmente da mantello, lamiera tubiera, fascio tubiero, coperchio superiore (testa) e altri componenti.
Scambiatore di calore a piastra tubiera fisso
I vantaggi degli scambiatori a piastre tubiere fissi sono:
◆Struttura semplice;
◆Nello stesso diametro del mantello, il numero di tubi è il più grande e il bypass è il minimo;
◆Ogni tubo di scambio termico può essere sostituito e l'interno del tubo è facile da pulire.
Gli svantaggi degli scambiatori di calore a piastre tubiere fissi sono:
◆Il lato mantello non può essere pulito meccanicamente;
◆Quando la differenza di temperatura tra il tubo di scambio termico e l'involucro è grande (superiore a 50 gradi), verrà generata la sollecitazione della differenza di temperatura. La soluzione è installare un giunto di dilatazione sull'involucro, quindi la pressione sul lato dell'involucro non può essere troppo elevata a causa della limitazione della resistenza del giunto di dilatazione;
◆ È adatto solo per occasioni di lavoro in cui il fluido è pulito e non facile da ridimensionare e la differenza di temperatura tra i due fluidi è piccola o la differenza di temperatura è grande ma la pressione laterale del guscio non è elevata.
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scambiatore di calore a testa flottante
Lo scambiatore di calore a testa flottante è una sorta di scambiatore di calore a fascio tubiero. Ha un'estremità della piastra tubiera che non è collegata al guscio e può fluttuare liberamente nella direzione assiale. È anche chiamata testa fluttuante. La testa flottante è composta da una piastra tubiera flottante, un anello di aggancio e un coperchio dell'estremità della testa flottante, che è una connessione staccabile, e il fascio tubiero può essere estratto dal guscio.
scambiatore di calore a testa flottante
I vantaggi degli scambiatori di calore a testa flottante sono:
◆Se c'è una differenza di temperatura tra il tubo di scambio termico e il mantello, cioè quando il mantello o il tubo di scambio termico si espandono, non ci sarà alcuno stress da differenza di temperatura;
◆Il fascio di tubi può essere estratto dall'involucro, il che è comodo per la pulizia all'interno e tra i tubi.
Gli svantaggi degli scambiatori di calore a testa flottante sono:
◆Struttura complicata, grande quantità di materiali e costi elevati;
◆Se la tenuta tra il coperchio della testa flottante e la piastra tubiera flottante non è ermetica, si verificheranno perdite interne, con conseguente miscelazione dei due fluidi.
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Scambiatore di calore con tubo a U
Lo scambiatore di calore a tubi a forma di U è una sorta di scambiatore di calore a fascio tubiero, composto da piastre tubiere, gusci, fasci tubieri e altri componenti. Ogni tubo dello scambiatore di calore con tubo a U è piegato a forma di U e l'ingresso e l'uscita sono installati rispettivamente su entrambi i lati della stessa piastra tubiera. La testa è divisa in due camere da un tramezzo, in modo che ogni tubo possa essere liberamente espanso e contratto. , indipendentemente da altri tubi e alloggiamenti.
Scambiatore di calore con tubo a U
I vantaggi degli scambiatori di calore con tubi a U sono:
◆Il fascio tubiero può galleggiare liberamente senza considerare lo stress della differenza di temperatura e può essere utilizzato in occasioni con una grande differenza di temperatura;
◆ Ha solo una piastra tubiera, meno flange, meno punti di perdita e struttura semplice;
◆ Lo scambiatore di calore a tubo a forma di U è affidabile nel funzionamento e basso costo.
Gli svantaggi degli scambiatori di calore con tubo a U sono:
◆È difficile pulire l'interno del tubo. Poiché il tubo deve avere un certo raggio di curvatura, il tasso di utilizzo della piastra tubiera è basso;
◆La distanza tra i tubi nello strato più interno del fascio di tubi è grande e il lato del guscio è facile da cortocircuitare. Quando la velocità del flusso nel tubo è troppo elevata, causerà una grave erosione alla sezione del tubo piegato a U e ne influirà sulla durata;
◆Se il tubo interno è danneggiato, non può essere sostituito, quindi il tasso di scarto è elevato.
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Scambiatore di calore a spruzzo
Lo scambiatore di calore a spruzzo è una sorta di scambiatore di calore tubolare, che fissa i tubi di scambio termico sul telaio in acciaio in file, il fluido caldo scorre nei tubi e l'acqua di raffreddamento viene versata uniformemente dal dispositivo di spruzzatura superiore, quindi è chiamato anche Spray cooler. L'esterno del tubo dello scambiatore di calore a spruzzo è uno strato di pellicola liquida con un alto grado di turbolenza e il coefficiente di trasferimento del calore all'esterno del tubo è molto maggiore di quello dello scambiatore di calore sommerso. Inoltre, lo scambiatore di calore a spruzzo è posizionato principalmente nel luogo in cui circola l'aria e l'evaporazione dell'acqua di raffreddamento sottrae anche parte del calore, che può ridurre la temperatura dell'acqua di raffreddamento e aumentare la forza motrice del trasferimento di calore . Rispetto allo scambiatore di calore ad immersione, l'effetto di trasferimento del calore dello scambiatore di calore a spruzzo è notevolmente migliorato.
Scambiatore di calore a spruzzo
I vantaggi degli scambiatori di calore spray sono:
◆Struttura semplice e basso costo;
◆ Può ridurre la temperatura dell'acqua di raffreddamento e aumentare la forza motrice del trasferimento di calore;
◆Può resistere ad alta pressione;
◆ Facile per la manutenzione e la pulizia, bassi requisiti di qualità dell'acqua.
Gli svantaggi degli scambiatori di calore spray sono:
◆ La spruzzatura irregolare dell'acqua di raffreddamento influirà sull'effetto di trasferimento del calore;
◆ Può essere installato solo all'aperto.
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Scambiatore di calore a tubi
Lo scambiatore di calore dell'involucro è una sorta di scambiatore di calore a tubi, che è un involucro circolare concentrico collegato da due tubi standard di dimensioni diverse. Quello esterno è chiamato lato conchiglia e quello interno è chiamato lato tubo. Due fluidi diversi possono fluire in senso inverso (o nella stessa direzione) nel lato mantello e nel lato tubo per ottenere l'effetto dello scambio termico. Gli scambiatori di calore a tubo e tubo sono generalmente costituiti da un guscio (incluso un guscio interno e un guscio esterno), un gomito a forma di U, un premistoppa e simili.
Scambiatore di calore a tubi
I vantaggi degli scambiatori di calore ad involucro sono:
◆Struttura semplice, in grado di sopportare pressioni elevate;
◆L'area di trasferimento del calore può essere aumentata o diminuita in base alle esigenze, il che è conveniente per l'applicazione.
Gli svantaggi degli scambiatori di calore ad involucro sono:
◆Ci sono molti giunti tra i tubi, che sono facili da perdere;
◆Ampia superficie calpestabile e grande consumo di metallo per unità di superficie di scambio termico.
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Scambiatore di calore incamiciato
Lo scambiatore di calore incamiciato è una sorta di scambiatore di calore a piastre, che viene realizzato installando una camicia sulla parete esterna del contenitore, ed ha una struttura semplice; ma la sua superficie riscaldante è limitata dalla parete del contenitore e il coefficiente di scambio termico non è elevato. Per migliorare il coefficiente di trasferimento del calore e riscaldare uniformemente il liquido nel bollitore, è possibile installare un agitatore nel bollitore. Quando l'acqua di raffreddamento o l'agente di riscaldamento non a cambiamento di fase viene fatto passare nella camicia, è anche possibile impostare nella camicia dei deflettori a spirale o altre misure per aumentare la turbolenza per aumentare il coefficiente di trasferimento del calore su un lato della camicia. Per sopperire alla mancanza di superficie di scambio termico, le serpentine possono essere installate anche all'interno del bollitore. Gli scambiatori di calore incamiciati sono ampiamente utilizzati per il riscaldamento e il raffreddamento dei processi di reazione.
Scambiatore di calore incamiciato
I vantaggi degli scambiatori di calore incamiciati sono:
◆Struttura semplice;
◆ Facile da elaborare.
Gli svantaggi degli scambiatori di calore incamiciati sono:
◆Piccola area di trasferimento del calore e bassa efficienza di trasferimento del calore.
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Scambiatore di calore a piastre a spirale
Lo scambiatore di calore a piastre a spirale è una sorta di scambiatore di calore a piastre, costituito da due piastre metalliche parallele, che formano due canali a spirale concentrici all'interno. Una partizione è posta al centro dello scambiatore di calore per separare i canali a spirale e una colonna distanziatrice è saldata tra le due piastre per mantenere la spaziatura dei canali.
Scambiatore di calore a piastre a spirale
I vantaggi degli scambiatori di calore a piastre a spirale sono:
◆Alto coefficiente di scambio termico;
◆Non facile da scalare e bloccare;
◆In grado di utilizzare una fonte di calore a temperatura inferiore;
◆Struttura compatta.
Gli svantaggi degli scambiatori di calore a piastre a spirale sono:
◆La pressione e la temperatura di esercizio non devono essere troppo elevate;
◆Non è facile da revisionare.
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scambiatore di calore a tubi di calore
Il tubo di calore viene formato riempiendo una certa quantità di un determinato liquido di lavoro in un tubo metallico sigillato che rimuove il gas non condensabile. Il liquido di lavoro assorbe il calore all'estremità calda e bolle e vaporizza. Il vapore generato scorre verso l'estremità fredda per condensare e rilasciare calore latente. La condensa ritorna all'estremità calda e bolle e vaporizza di nuovo. Questo ciclo si ripete e il calore viene continuamente trasferito dall'estremità calda all'estremità fredda.
scambiatore di calore a tubi di calore
I vantaggi degli scambiatori di calore a tubi di calore sono:
◆Struttura semplice, lunga durata e funzionamento affidabile;
◆Conduttività termica estremamente elevata e buona proprietà isotermica;
◆ L'area di trasferimento del calore su entrambi i lati del lato freddo e caldo può essere modificata arbitrariamente, può trasferire il calore su una lunga distanza e può controllare la temperatura.
I suoi svantaggi sono:
◆Scarsa resistenza all'ossidazione e resistenza alle alte temperature.
Precauzioni per l'uso dello scambiatore di calore:
◆Tenere pulita la rete di tubazioni. Che sia prima o dopo il completamento del lavoro, la rete di tubazioni deve essere pulita per evitare il blocco dello scambiatore di calore. Inoltre, è necessario prestare attenzione alla pulizia del dispositivo di decontaminazione e del filtro, in modo che l'intero lavoro di scambio termico possa essere completato senza problemi.
◆Controllare rigorosamente l'acqua addolcita. Prima di elaborare il mezzo di riscaldamento, controllare la qualità dell'acqua nel sistema e nel serbatoio di addolcimento e iniettarlo dopo aver confermato che la qualità dell'acqua è qualificata.
◆ Testare il nuovo sistema. Per il nuovo sistema, non può essere utilizzato immediatamente in alternanza con lo scambiatore di calore, ma il nuovo sistema deve essere messo in funzione entro un determinato periodo di tempo e lo scambiatore di calore può essere incorporato nel sistema solo dopo il completamento del test di funzionamento. Lo scopo è impedire che le impurità nella rete di tubazioni danneggino l'apparecchiatura interna dello scambiatore di calore
