10.1.1. Нагревающие агенты

Насыщенный водяной пар является наиболее распространенным нагревающим агентом вследствие того, что удовлетворяет практически всем вышеперечисленным требованиям. При конденсации водяного пара обеспечивается высокий коэффициент теплоотдачи, значительная удельная теплота конденсации позволяет передать большое количество теплоты малыми расходами пара. Поскольку температура насыщенного пара жестко связана с его давлением это позволяет легко регулировать температуру данного теплоносителя. Кроме того, учитывая, что при конденсации насыщенного пара при постоянном давлении его температура не меняется, можно отметить еще одно преимущество – неизменность температуры теплоносителя вдоль всей поверхности теплообмена. Очевидны и такие достоинства, как нетоксичность, взрыво- и пожаробезопасность, дешевизна и доступность. Тепло может подводиться как с помощью «глухого» (через стенку), так и «острого» (при непосредственном контакте с охлаждающим агентом) водяного пара. Последний способ применяется реже, лишь в тех случаях, когда допустимо смешение конденсата с охлаждающим агентом. При использовании «глухого» пара требуется дополнительное устройство – конденсатоотводчик. Он предназначен для обеспечения отвода только конденсата, предотвращая выход несконденсировавшегося пара. Принцип действия большинства конденсатоотводчиков заключается в открывании клапана, соединенного с поплавком, лишь при заполнении корпуса до определенного уровня конденсатом. При этом слой конденсата препятствует выходу пара.

Существенным недостатком водяного пара является резкий рост давления при увеличении температуры, что ограничивает область его применения 180190⁰С (1012 атм), так как более высокие значения температуры и, следовательно, давления приводят к утяжелению и удорожанию оборудования и коммуникаций.

Поэтому для нагрева до более высоких температур используются так называемые высокотемпературные теплоносители. К ним относятся: перегретая вода, высокотемпературные органические теплоносители (ВОТ), расплавы солей и жидкие металлы.

Перегретая вода может использоваться вплоть до критических значений параметров состояния Т_кр=374С,p_кр=225 атм. Однако недостатком данного теплоносителя является высокое давление, что существенно усложняет и удорожает аппаратуру.

Высокотемпературные органические теплоносители (ВОТ) позволяют производить нагрев до 250400С при давлениях, не превышающих десяти атмосфер. В качестве ВОТ используются как индивидуальные вещества (глицерин, этиленгликоль, нафталин, дифенил и др.), так и смеси. Наибольшее промышленное применение получила дифенильная смесь (26,5% дифенила и 73,5% дифенилового эфира), которая обладает большей термической стойкостью и меньшей температурой плавления (12,3С), чем составляющие ее компоненты. Температура кипения дифенильной смеси составляет при атмосферном давлении 258С. Она может использоваться как в жидком, так и в паровом состоянии. Недостатком дифенильной смеси, как и большинства других ВОТ, являются меньшие по сравнению с водой значения удельной теплоты конденсации и удельной теплоемкости.

Расплавы солей используются для нагрева до более высоких температур (550С). Теплоносители этой группы применяют, как правило, в жидком виде. Наиболее широко в промышленности используется нитрит-нитратная смесь (40%NaNO₂, 7% NaNO₃, 53% KNO₃). Недостатками данного теплоносителя являются меньшие коэффициенты теплоотдачи, чем у перегретой воды, а также высокая температура плавления (142,3С), что требует парового обогрева трубопроводов во избежание затвердевания теплоносителя.

Жидкие металлы применяют для нагрева до 400800С. В промышленности используют ртуть, литий, натрий, калий, свинец и другие легкоплавкие металлы и их сплавы. Их преимуществами являются высокие коэффициенты теплопроводности и теплоотдачи, а недостатками – токсичность и химическая агрессивность металлов щелочной группы.

Для нагрева до более высоких температур могут использоваться прямые источники тепла и, в частности, топочные газы (1000 1100С). Их недостатки заключаются в низких коэффициентах теплопроводности и теплоотдачи, невысоких удельных теплоемкостях, что приводит к необходимости больших расходов газа, а также к его значительному охлаждению.