Классификация теплообменных аппаратов
Условия проведения процессов теплообмена в промышленных аппаратах чрезвычайно разнообразны. Эти аппараты применяют для рабочих сред
с различным агрегатным состоянием и структурой (газ, пар, капельная жидкость, эмульсия и т.д.) в широком диапазоне температур, давлений и физико-химических свойств.
Из-за разнообразия предъявляемых к теплообменным аппаратам требований, связанных с условиями их эксплуатации, применяют аппараты самых разных конструкций и типов, причем для аппаратов каждого типа разработан широкий размерный ряд поверхности теплообмена (от нескольких квадратных метров до тысяч в одном аппарате). В размерном ряду теплообменники различаются по допускаемым давлениям и температурам рабочей среды, а также по материалам, из которых изготовлен аппарат.
Строгой классификации теплообменных аппаратов не существует. Применительно к нефтеперерабатывающей промышленности теплообменные аппараты можно классифицировать по следующим основным признакам [1, 2, 6, 8].
| ТОА |
| поверхностные теплообменные аппараты |
| аппараты смешения |
| изготовленные из труб |
| изготовленные из листового проката |
| изготовленные из неметаллических материалов |
| кожухотрубчатые |
| типа «труба в трубе» |
| змеевиковые |
| погружные |
| аппараты воздушного охлаждения |
| пластинчатые |
| спиральные |
| градирни |
Рисунок 2.41 – Классификация теплообменных аппаратов в зависимости от способа передачи тепла
А) В зависимости от способа передачи тепла аппараты делятся на следующие группы (рисунок 2.41):
· Поверхностные теплообменные аппараты, в которых передача тепла между теплообменивающимися средами осуществляется через поверхность, разделяющую эти среды.
Данную группу ТОА можно в свою очередь классифицировать по конструкции:
– аппараты, изготовленные из труб ( кожухотрубчатые ТОА (рисунок 2.42), типа «труба в трубе» (рисунок 2.43), аппараты воздушного охлаждения (рисунок 2.44), погружные (рисунок 2.45), змеевиковые и т.д);
– аппараты, поверхность теплообмена которых изготовлена из листового проката (пластинчатые (рисунок 2.46), спиральные и т.д.);
Рисунок 2.42 – Кожухотрубчатый ТОА
| 
Рисунок 2.43 – ТОА типа
«труба в трубе»
| |
Рисунок 2.44 – Аппарат
воздушного охлаждения
| 
Рисунок 2.45 – Погружной ТОА
| |
|  
| |
| Рисунок 2.46 – Пластинчатый ТОА | ||
– аппараты с поверхностью теплообмена, изготовленной из неметаллических материалов (графита, пластмасс, стекла и т.д.).
· Аппараты смешения, в которых передача тепла между теплообменивающимися средами происходит путем их соприкосновения. Для изготовления теплообменных аппаратов смешения требуется, как правило, меньше металла; кроме того, во многих случаях они обеспечивают более эффективный теплообмен. Однако, несмотря на эти преимущества, аппараты смешения часто нельзя использовать вследствие недопустимости прямого соприкосновения потоков. К таким аппаратам, в частности, относятся градирни (рисунок 2.47).
Рисунок 2.47 – Теплообменный аппарат смешения (градирня)
Конструктивно пластинчатый теплообменник (ПТО) представляет собой пакет теплообменных пластин и прокладок, установленный в специальную раму и стянутый резьбовыми шпильками до определенного размера.
Б) В зависимости от назначения аппараты делятся на следующие группы (рисунок 2.48) [5].
· Теплообменники – аппараты для регенерациитепла, уносимого отходящими потоками. Целевым процессом, протекающим в них, может являться нагрев холодного потока, или охлаждение горячего, или тот и другой процесс в равной степени.
| ТОА |
| для нагрева и охлаждения |
| подогреватели, испарители, кипятильники |
| холодильники и конденсаторы |
Рисунок 2.48 – Классификация ТОА по назначению
При этом нагрев одного и охлаждение другого потока позволяет сократить расход подводимого извне тепла (сократить расход топлива, греющего водяного пара и т. д.) и охлаждающего агента.
К этой группе аппаратов относятся теплообменники для нагрева нефти на установке, осуществляемого за счет использования тепла отходящих с установки дистиллятов, остатка, а также промежуточного циркуляционного орошения. Сюда относятся также котлы-утилизаторы, где получают водяной пар за счет использования тепла нефтепродуктов, дымовых газов или катализатора на установках каталитического крекинга. К этой группе относятся и регенераторы холода.
· Подогреватели– аппараты для нагрева дистиллятов или реагентов за счет тепла теплоносителя.
Целевым процессом в них является нагрев. В качестве теплоносителя применяют главным образом водяной пар, характеризующийся высоким коэффициентом теплоотдачи при конденсации и большим значением скрытой теплоты конденсации. Теплоносителями могут служить также высококипящие нефтепродукты, нагреваемые в трубчатых печах;
· Конденсаторы –аппараты для конденсации и охлаждения паров путем передачи тепла охлаждающему агенту.
· Холодильники –аппараты для охлаждения жидких потоков. При регенерации тепла того или иного продукта его окончательное охлаждение до температуры, требуемой для безопасного транспорта и хранения, обычно завершается в холодильниках.
Если при охлаждении из жидкого потока выделяют кристаллы, то холодильный аппарат называется кристаллизатором.
В конденсаторах, холодильниках и кристаллизаторах целевым процессом является охлаждение горячей среды.
· Испарители, кипятильники, в которых нагрев или нагрев и частичное испарение осуществляется за счет использования высокотемпературных потоков нефтепродуктов и специальных теплоносителей (водяной пар, пары углеводородов, специальные высококипящие жидкости и др.). В таких аппаратах нагрев или испарение одной среды является целевым процессом, тогда как охлаждение горячего потока является побочным и обусловливается необходимостью нагрева исходного холодного потока.
Примером аппаратов этой группы могут служить нагреватели сырья, использующие тепло водяного пара, кипятильники, при помощи которых в низ ректификационной колонны подводится тепло, необходимое для ректификации, и т.д.
В) В зависимости от направления движения теплоносителей – прямоточные, противоточные, перекрестного тока и др.
Г) В зависимости от числа ходов по трубному и межтрубному пространству: одно-, двух-, четырех- и многоходовые.
В общем объеме эксплуатируемых на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях теплообменных аппаратов около 80% занимают кожухотрубчатые ТОА. Эти теплообменники достаточно просты в изготовлении и надежны в эксплуатации и в то же время достаточно универсальны, т.е. могут быть использованы для осуществления теплообмена между газами, парами, жидкостями в любом сочетании теплоносителей и в широком диапазоне их давлений и температур.
Поэтому основное внимание в данной работе будет уделено данному типу теплообменных аппаратов.
Дата добавления: 2016-04-02; просмотров: 1502;