Cev izmenjevalca toplote v cevi: značilnosti oblikovanja

Izmenjevalniki toplote Cev v cevi je namenjena za ogrevanje ali hlajenje (odvisno od lokacije toplotnega izmenjevalnika) nosilca toplote v ogrevalnih sistemih, kot tudi v industrijskih sistemih. Toplotni izmenjevalniki te vrste se uporabljajo tudi v naftni in plinski, kemični in drugi industriji.

V tem materialu bomo poskušali razmisliti o konstrukciji toplotnih izmenjevalcev te vrste, kot tudi poudariti, kako se izračuna cev izmenjevalnika toplote v cevi.

toplotni izmenjevalci za cevi

Splošne informacije o toplotnih izmenjevalnikih

Toplotni izmenjevalniki (imenovani tudi toplotni izmenjevalci) se uporabljajo za izmenjavo toplote med dvema tekočinama za prenos toplote. V tem primeru se eno hladilno sredstvo segreje, drugo pa ohladi.

Glede na namen se izmenjevalniki toplote na toplotnih ceveh delijo na:

• Grelniki
• Hladilniki

Glede na metodo prenosa toplote se izmenjevalniki toplote delijo na:

• Površina- hladilne tekočine v njih so ločene s steno, skozi katero poteka izmenjava toplote
.
• Regenerativno- proces prenosa toplote je razdeljen na dva obdobja in se pojavi z alternativnim ogrevanjem-hlajenjem posebne šobe
.
• Mešanje- prenos toplote v takšnih napravah poteka z neposrednim stikom in mešanjem tekočin za prenos toplote.

Konstrukcija cevi izmenjevalnika toplote v cevi

Toplotni izmenjevalniki tipa cev-v-cev se imenujejo toplotni izmenjevalci površinskega tipa.

Kako deluje prenosnik toplote iz cevi v cev?

Njegova zasnova je preprosta:

• Najpogosteje tak toplotni izmenjevalnik sestoji iz več povezav, ki so nameščene ena nad drugo in medsebojno povezane. Spodaj je prikazana risba cevi izmenjevalnika toplote v cevi.

• Vsaka zveza takega toplotnega izmenjevalnika je konstrukcija cevi, vstavljene druga v drugo, med katerimi poteka izmenjava toplote.
• Zunanja cev ima večji premer in je povezana z zunanjimi cevmi drugih povezav, cevi manjšega premera, ki so nameščene v njem, so med seboj povezane tudi zaporedno.

Bodite pozorni!

Za zagotovitev čiščenja izmenjevalnika toplote je treba priključke vseh cevi odstraniti.

Najpogosteje se za povezavo zračnih cevi uporabljajo odstranljive pogače.

• Majhen prerez toplotnega izmenjevalnika bo omogočil doseči visoko hitrost hladilnega sredstva v ceveh in v obročnem prostoru.
• Če je za prenos toplote potrebna znatna količina hladilne tekočine, je v konstrukcijo izmenjevalnika toplote vključenih več delov, ki se med seboj kombinirajo s skupnimi kolektorji.

Prednosti izmenjevalnikov toplote v cevi

Kljub enostavnosti oblikovanjacevi v cevi toplotnih izmenjevalnikov tega tipa so zelo priljubljene.

To je predvsem posledica očitnih prednosti takšnih prenosnikov toplote:

• Prvič, izmenjevalniki toplote, izdelani v skladu z načelom „cevi v cevi“, zagotavljajo optimalno hitrost hladilnega sredstva z izbiro vodnih cevi ustreznega premera .
• Drugič, takšni toplotni izmenjevalci so preprosti za izdelavo in vzdrževanje. Čiščenje takšnih toplotnih izmenjevalnikov je prav tako zelo preprosto, kar zagotavlja pomembno podaljšanje življenjske dobe in storitve.
• Poleg tega imajo toplotni izmenjevalniki „cevi v cevi“ zadostno vsestranskost: v takem sistemu lahko kot hladilno sredstvo delujejo ne samo tekoča, temveč tudi para.

Slabosti prenosnikov toplote v cevi

Slabosti toplotnih izmenjevalnikov so cevi v cevi:

• Velika velikost
• Visoki stroški (zunanje cevi, ki ne sodelujejo pri izmenjavi toplote, kot tudi cevi za podzemni toplotni izmenjevalnik, če so vključene v celotno zasnovo, so precej drage)
.
• Težave pri načrtovanju (izračun cevi izmenjevalnika toplote do cevi bo opisan spodaj)

Vendar pa so te pomanjkljivosti uravnotežene z zgoraj navedenimi prednostmi, ker se taki toplotni izmenjevalci pogosto uporabljajo.

Načrtovanje cevi izmenjevalnika toplote v cevi

Izračun toplotnih izmenjevalcev

Izračun cevi v cevi izmenjevalnika toplote vključuje izbiro materiala za njegovo izdelavo, \ tin - opredelitev ključnih parametrov strukture.

V nadaljevanju obravnavamo glavne točke, povezane z načrtovanjem tovrstnih izmenjevalnikov toplote, vendar je treba opozoriti, da je izvedbo projektnega dela priporočljivo zaupati strokovnjakom s področja toplotne tehnike.

Ob upoštevanju jedkosti številnih hladilnih sredstev in potrebe po zagotovitvi najdaljše življenjske dobe toplotnega izmenjevalnika se najpogosteje iz nerjavečega jekla izdelajo glavni elementi ( jeklenih cevi za ogrevanje ). Iz drugega materiala je možno izdelati izmenjevalnik toplote, vendar je v tem primeru potrebna natančna analiza pogojev njegove uporabe.

Pri izračunu dimenzij glavnih elementov cevi izmenjevalnika toplote v cevi upoštevamo naslednje vrednosti:

• Povprečna temperaturna razlika med hladilnim sredstvom
• Toplotna obremenitev aparata
• Koeficient prenosa toplote od stene izmenjevalnika toplote do raztopine
• Toplotna odpornost stene toplotnega izmenjevalnika
• Koeficient prenosa toplote
• Izračunana površina za izmenjavo toplote

Poleg toplotne zmogljivosti, izračunavanja izmenjevalnika toplote v cevi v cevi, se izračunajo hidravlične značilnosti sistema in izvede strukturni izračun za določitev mehanske obremenitve kovinskih cevi za ogrevanje toplotnega izmenjevalnika.

Tabela koeficientov prenosa toplote

V nadaljevanju je prikazana tabela koeficientov izmenjave toplote za cevi za toplotni izmenjevalnik „cevi v cevi“ z različnimi delovnimi mediji. Podatke iz te tabele lahko uporabite z neodvisnim izračunom sistema izmenjave toplote.

Vrsta izmenjevalnika toplote	Delovno okolje	Koeficient prenosa toplote, W /m2K
Cevi v cevi	Plin znotraj in zunaj cevi (atmosferski tlak)	5 - 35
Plin znotraj in zunaj cevi (visok tlak)	150 - 500
Tekočina zunaj /znotraj in plin znotraj /zunaj (atmosferski tlak)	15 - 70
Plin znotraj (visokotlačni) - tekočina zunaj cevi.	200 - 400
Tekočine znotraj in zunaj cevi.	150 - 1200
Zunanje hlape /tekočine znotraj cevi.	300 - 1200

Zaradi enostavne izvedbe cevnega tipa v cevi se lahko ta tip izmenjevalnika toplote uporablja zelo široko. In če se ne bojite njenih precejšnjih dimenzij, potem je dizajn »cevi v cevi« odlična možnost!