4. Оросительные теплообменники

Оросительные теплообменники собирают из прямых горизонтальных труб и соединительных калачей (на сварке или на фланцах) в виде плоских змеевиков, укрепляемых на специальных каркасах. Орошающая холодная вода подается из желоба или перфорированных труб на верхнюю трубу, стекает с нее на нижележащую трубу и, пройдя последовательно по поверхности всех труб, стекает в поддон. Вследствие частичного испарения охлаждающей воды ее расход всегда ниже, чем в охладителях другого типа. Оросительные теплообменники применяют главным образом в качестве холодильников для жидкостей и газов или как конденсаторы.

Расчет оросительных теплообменников производится в следующей последовательности:

1. Выбираются элементы конструкции аппарата: материал, длина и диаметр труб, число секций m (рекомендуется m = 4, 6 или 8), относительный шаг труб S/d_н в пределах 1,2 - 2,0.

2. Определяется тепловая нагрузка аппарата Q по формулам (3) или (4).

3. Определяется количество орошающей воды по формуле

W = W_н + W_и, кг/ч, (91)

где W_н – количество нагреваемой воды, кг/ч, определяется по уравнению

(92)

Здесь С_в – средняя теплоемкость орошающей воды, кДж/(кг∙К);

t_в″ – конечная температура орошающей воды, ^оС;

t_в′ - начальная температура орошающей воды, ^оС.

W_и – количество испарившейся воды, кг/ч, определяется по уравнению

(93)

Здесь r – скрытая теплота парообразования орошающей воды при ее средней температуре, кДж/кг

4. Определяется средняя разность температур между теплоносителями при их перекрестном токе по формуле (73)

5. Определяются величины коэффициентов ₁_ и К, Вт/(м² ∙К).

6. Находится поверхность теплообмена всего аппарата F по формуле (1)

7. Определяется поверхность теплообмена одной секции

, м² (94)

8. Определяется количество последовательно включенных звеньев в одной секции

. (95)

Если _  _, то d_p = 0,5(d_вн + d_н), м. Число звеньев Z должно быть целым числом.

5. Погружные теплообменники

Теплообменные аппараты этого типа состоят из плоских или цилиндрических змеевиков, погруженных в сосуд с рабочей жидкостью. Один теплоноситель циркулирует в сосуде, другой вводится в трубу змеевика. Вследствие малой скорости омывания жидкостью и низкой интенсивности теплообмена снаружи змеевика погруженные теплообменники являются недостаточно эффективными аппаратами, но вследствие простоты изготовления и возможности использования для этого любого коррозионностойкого материала они получили широкое распространение. Их целесообразно использовать, когда жидкий теплоноситель снаружи змеевика находится в состоянии кипения или имеет механические включения, а также представляет из себя агрессивную среду.

Ввиду сравнительно большого гидравлического сопротивления змеевиков скорость жидкостей в них принимают 0,3 - 0,8 м/с, а для газов при атмосферном давлении 3 - 10 м/с.

Для паровых змеевиков для нагревания жидкостей начальная скорость пара в змеевике не должна превышать 30 м/с. Предельное наибольшее отношение l/d_вн (где l – длина каждого змеевика) в зависимости от абсолютного давления пара Р при средней разности температур t_ср= 30 – 40 ^оС, составляет

Таблица 9

Р, ата	5	4	3	2	1,5	1,25	0,8	0,5
(l/d)max	275	250	225	200	175	150	125	100

При других значениях t_ср приведенные значения l/d следует умножить на коэффициент 6/t_ср^0,5.

Расчет погружных теплообменников производится в следующем порядке:

1. Выбирается внутренний диаметр труб в пределах 32 - 76 мм.

2. Выбирается скорость движения теплоносителя по трубам и определяется число параллельно включенных рабочих секций m;

В практике аппаратостроения число секций обычно принимается равным 8, 10 или 12 для случая движения газа внутри труб.

3. Определяется тепловая нагрузка аппарата Q по формулам (3), (4) и (5).

4. Определяется средняя разность температур между теплоносителями по формулам (70), (71) или (72).

5. Определяются величины коэффициентов ₁;_и К, Вт/(м² ∙К).

6. Находится поверхность теплообмена аппарата F по формуле (1).

7. Рассчитывается длина труб в секции по формуле

(96)

8. Принимая диаметр спирали D_СП, м, определяет число витков в змеевике

(97)

9. Задаваясь шагом спирали h_сп, м, определяем высоту секции

(98)

10. В случае необходимости определяются внутренний диаметр коллекторов и диаметры патрубков.

Сравнительные характеристики рекуперативных аппаратов приведены в табл. 9.

Таблица 10

Конструктивные признаки теплообменных аппаратов	Простота и легкость изготовления	Возможность осуществления чистого противотока	Достижение высоких скоростей		Легкость очистки		Доступность для осмотра и ремонта	Поверхность теплообмена на ед. объема м2/м3	Расход металла на ед поверхности теплообменника кг/м2
			в трубах	в межтруб. Простр	Труб	межтруб. простр.
Кожухотрубные Одноходовые	Х	+	-	-	+	-	Х	15-40	30-80
Многоходовые	Х	Х	+	Х	+	-	Х	15-40	30-80
Элементные	Х	+	+	Х	+	-	Х	10-15	30-80
«труба в трубе»	+	+	+	+	+	-	Х	4-15	175
Погруженные	+	-	+	-	-	+	+	5-10	90-120
Оросительные	+	-	+	не треб.	Х	+	+	3-6	40-60

В таблице 10 приняты следующие обозначения: + - аппарат соответствует требованиям; Х – частично соответствует; – - не соответствует.