3.2 Змеевиковые теплообменники

Основным теплообменным эле­ментом является змеевик-труба, согнутая по определенному про­филю.

На рис. 7, а, б показаны погружные теплообменники с одним (а) и несколькими (б) спиральными змеевиками 1, по которым движется теплоноситель. Змеевики погружаются в жидкость (тепло­носитель II), находящуюся в корпусе аппарата.

Скорость движения жидкости мала вследствие большого сечения корпуса аппарата, что

обусловливает низкие значения коэффициентов теплоотдачи от наружной стенки змеевика к жидкости (или наоборот). Для увеличе­ния этого коэффициента теплоотдачи повышают скорость движения жидкости путем установки в корпусе аппарата , внутри змеевика, стакана. В этом случае жидкость движется по кольцевому пространству между стенками аппарата и стакана с повышенной скоростью. Часто в погружных теплообменниках устанавливают змеевики из прямых труб, соединен­ных калачами.

Вследствие простоты устройства, низкой стоимости, доступно­сти наружных стенок змеевика для чистки и осмотра, возможности работы змеевиков при высоких давлениях эти теплообменники находят достаточно широкое применение в промышленности. По­гружные змеевиковые теплообменники имеют сравнительно не­большую поверхность теплообмена (до 10-15 м²).

Довольно широкое применение в технике находят теплообменни­ки с наружными змеевиками (рис. 8), применение которых позво­ляет проводить процесс при высоких давлениях (до 6 МПа). К стен­кам аппаратов (обычно реакторов) снаружи приваривают змеевики, изготовленные из полуцилиндров или угловой стали (рис. 8, б, в). Если же необходимо использовать теплоноситель при еще более высоком давлении (например, перегретую воду при 25 МПа), то змеевик приваривают к корпусу аппарата многослойным швом (рис. 8, а).

К достоинствам аппарата с приваренными змеевиками следует отнести возможность разделения системы труб змеевика на не­сколько секций, питаемых независимо друг от друга. Включением и отключением отдельных секций становится возможным регулиро­вать обогрев или охлаждение. Кроме того, материал приваривае­мых змеевиков может быть отличным (более дешевым) от материа­ла корпуса аппарата.

Гораздо сложнее изготовить аппарат, в стены которого змеевик «залит» (рис. 8, г); ремонт такого аппарата практически невозмо­жен. Кроме того, коэффициент теплоотдачи в данном случае имеет низкое значение. Поэтому такие аппараты используют довольно редко.

Оросительные теплообменники применяют в основном для охла­ждения жидкостей и газов или конденсации паров.

Оросительный теплообменник представляет собой змеевик (рис 9) из разме­щенных друг над другом прямых труб 7, соединенных между собой калачами 2. Снаружи трубы орошают водой, которую подают в желоб 3 для равномерною распределения охлаждающей воды по всей длине верхней трубы змеевика. Отрабо­танная вода поступает в корыто 4 для сбора воды. По трубам протекает охлаждае­мый теплоноситель. [1]

Орошающая теплообменник вода при перетекании по наружным стенкам труб частично испаряется: при этом процесс теплообмена идет интенсивнее, вследствие чего расход воды на охлаждение в оросительных теплообменниках ниже, чем в холодильниках дру­гих типов. Но при этом происходит необратимая потеря воды. Во избежание сильного увлажнения воздуха в помещении ороситель­ные теплообменники обычно устанавливают на открытом воздухе. По этой же причине, если оросительный теплообменник необходи­мо установить в помещении, его приходится помещать в громозд­кие кожухи, которые подключают к системе вытяжной вентиляции. К недостаткам этих теплообменников следует отнести также гро­моздкость, неравномерность смачивания наружной поверхности труб, нижние ряды которых могут вообще не смачиваться и прак­тически не участвовать в теплообмене. Поэтому, несмотря на простоту изготовления, легкость чистки наружных стенок труб и другие достоинства, оросительные теплообменники находят огра­ниченное применение. [7]