Принципы организации течения теплоносителей в аппарате

Слайд 3

Принципы организации течения теплоносителей в аппарате

Тепловые процессы в теплообменных аппаратах протекают при взаимодействии по крайней мере двух теплоносителей с различными температурами, причем теплота переносится от первичного теплоносителя с большей температурой к вторичному теплоносителю с меньшей температурой.

Теплоносители, используемые в теплообменных аппаратах ПТУ, подразделяются по агрегатному состоянию на жидкие (циркуляционная, сетевая и питательная вода, конденсат, масло) и газообразные (водяной пар, воздух, газовая смесь).

При проектировании кожухотрубных теплообменных аппаратов возникает проблема размещения теплоносителей по сторонам поверхности теплообмена — внутри трубок или в межтрубном пространстве. Обоснованное решение этой проблемы требует учета факторов тепловой эффективности, надежности, экономичности работы аппарата, а также минимизации его массогабаритных и стоимостных характеристик. Выбор конкретной схемы течения теплоносителей определяется взаимным влиянием следующих факторов: стоимости материалов и изготовления аппарата (капитальных затрат), эксплуатационных расходов (особенно расходов на прокачку теплоносителей), возможности очистки аппарата, склонности металла к коррозии, разности рабочих давлений сред, опасности утечки теплоносителя, рабочего диапазона температур, возможности возникновения термических напряжений вследствие различного удлинения элементов конструкции аппарата, вибрации трубок и появления усталостных напряжений и т. д.

Особенность пароводяных кожухотрубных теплообменных аппаратов состоит в том, что проходное сечение межтрубного пространства во много раз больше проходного сечения трубок, что предполагает размещение газообразного теплоносителя с меньшим давлением и, следовательно, с большим удельным объемом, в межтрубном пространстве аппарата. Соответственно охлаждающая или нагреваемая вода направляется в трубки поверхности теплообмена. Такое размещение теплоносителей не только позволяет поддерживать высокую тепловую эффективность аппаратов с конденсацией пара и упрощает поддержание герметичности аппарата, но и расширяет возможности применения более простых типов конструкций и более дешевых конструкционных материалов, так как допускает меньшие толщины стенок корпуса аппарата.

В конденсаторах паровых турбин принятая схема течения теплоносителей — насыщенный пар в межтрубном пространстве, циркуляционная вода внутри трубок — обеспечивает гравитационную сепарацию пара и образующегося конденсата, позволяет организовать развитый фронт натекания пара на трубный пучок, уменьшить среднюю толщину пленки конденсата на поверхности трубок и повысить тем самым интенсивность теплообмена, упрощает отвод неконденсирующихся газов из парового пространства, а также облегчает очистку внутренней поверхности трубок от загрязнений, вносимых охлаждающей водой.

В теплообменниках типа «жидкость — жидкость» целесообразно направлять более вязкую жидкость, для которой значение числа Рейнольдса ниже, в межтрубное пространство, а менее вязкую жидкость с более высокими числами Рейнольдса — по трубкам. Так можно обеспечить более высокий коэффициент теплоотдачи вследствие турбулизации потока, обусловленной поперечным обтеканием пучков трубок, и сблизить уровни теплоотдачи теплоносителей с внутренней и наружной сторон поверхности теплообмена.

Во всех случаях для повышения уровня теплоотдачи выгодно увеличивать длину пути и скорость движения теплоносителей, для чего в межтрубном пространстве устанавливаются перегородки, а внутритрубный теплоноситель направляется в несколько последовательных ходов, если это позволяет величина допустимых потерь давления.

Одной из основных характеристик конструкции теплообменного аппарата является тип относительного движения потоков теплоносителей и схема их взаимного движения. По направлению преимущественного движения теплоносителей следует различать противоточные и прямоточные аппараты, а также аппараты с перекрестным током.

а — прямоток, б — противоток, в — перекрестный ток, г — смешанная схема, д — многократный перекрестный ток;
1 — первый теплоноситель, 2 — второй теплоноситель

Если в теплообменном аппарате первичный (горячий) и вторичный (холодный) теплоносители протекают параллельно в одном направлении (рис. 1. 8, а), то такая схема движения называется прямотоком. Если теплоносители протекают параллельно, но в противоположном направлении (рис. 1. 8, б), то такая схема движения называется противотоком. Если среды протекают во взаимно перпендикулярных направлениях (рис 1. 8, в), то схема их движения называется перекрестным током. Помимо таких простых схем движения в реальных теплообменных аппаратах реализуются и более сложные: смешанная схема, объединяющая принципы прямотока и противотока (рис 1. 8, г), а также многократный перекрестный ток (рис 1. 8, д).

Рассмотренные схемы отличаются между собой степенью использования температурного потенциала теплоносителей, т. е. разницы их температур. С этой точки зрения наиболее выгоден чистый противоток, поэтому в теплообменных аппаратах любой конструкции, работающих без изменения агрегатного состояния теплоносителей, для получения наименьшей поверхности теплообмена при прочих равных условиях необходимо применять принцип противоточного движения теплоносителей. Если выдержать принцип чистого противотока невозможно по конструктивным или компоновочным соображениям, следует организовать перекрестный ток теплоносителей с соблюдением общего противоточного течения. При изменении агрегатного состояния хотя бы одного из теплоносителей любые схемы движения принципиально равноценны [1].

Слайд 4