Виды и устройство теплообменников

ООО «Термо-Северный поток» разрабатывает и изготавливает следующие типы теплообменников (ТО), различающиеся конструктивно:

• ОПТ, предназначенный для теплообмена газообразных сред,
• ВП-ОПТ, предназначенный для теплообмена между газообразной и жидкой средами, либо двумя газообразными, одна из которых работает под давлением значительно выше атмосферного,
• ДСТ (диффузно-сварной), предназначенный для теплообмена сред с высокими давлениями.

На данный момент, во всех типах ТО могут быть реализованы следующие схемы движения сред:

• одноходовая перекрёстная,
• многоходовая перекрёстно-противоточная,
• многоходовая перекрёстно-прямоточная.

Конструктивные особенности теплообменников

Теплообменники типа ОПТ

Теплообменник ОПТ представляет собой теплообменник пластинчатого типа, выполненный из оребренных панелей – стальных листов с продольно приваренными токами высокой частоты ребрами (рис. 1). Теплообменные поверхности расположены слоями – между каналами теплоносителя (ТН) 1 (рис. 1) находятся каналы теплоносителя 2 (рис. 2). Тип схемы тока теплоносителей по каналам – перекрестный. Набор панелей из нескольких слоев образует теплообменный модуль (рис. 3). Сборка из модулей и компенсаторов (опционально) образует насадку.

Конструктивно теплообменник ОПТ в общем случае состоит из следующих элементов:

• теплообменная секция (насадка), может включать несколько модулей,
• диффузоры подачи теплоносителей,
• конфузоры отвода теплоносителей,
• входные и выходные камеры сред,
• соединительные короба,
• смесительные камеры,
• компенсаторы термических напряжений,
• элементы крепления теплоизоляции,
• элементы крепления датчиковой аппаратуры,
• такелажные элементы,
• опорная рама.

На рисунках 4 и 5 представлена схема движения теплоносителей.

 

Теплообменники типа ВП-ОПТ

Теплообменник типа ВП-ОПТ представляет собой теплообменник пластинчатого типа, выполненный из оребренных панелей – стальных листов с продольно приваренными токами высокой частоты ребрами (рис. 6). Между оребренными панелями размещается рамка из прутков, выполненных из нержавеющей стали (рис. 7), образующая многоходовой «лабиринт» для протока жидкости. Через каналы оребренных панелей пропускаются газообразный теплоноситель, в рамку подается жидкость. Панели и рамки герметично приварены друг к другу. Оребренный лист панели является границей раздела сред, через который происходит интенсивный теплообмен. Опрессовка модуля производится по ТУ, утвержденным ООО «Термо-Северный поток» с учетом требований  ГОСТ 52630-2012 «Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия».

Теплообменник типа ВП-ОПТ состоит из следующих элементов (рис. 9):

1. Теплообменного модуля.
2. Газового диффузора.
3. Газового конфузора.
4. Коллектора подвода жидкости.
5. Коллектора отвода жидкости.
6. Крана слива жидкости.
7. Крана спуска воздуха.
8. Силовых крышек.
9. Стяжных шпилек.

Теплообменники типа ДСТ

Теплообменники типа ДСТ в общем виде представляют собой набор пластин с микроканалами. Пластины соединяются друг с другом с помощью диффузионной сварки, образуя модули (рис. 10). Набор пластин из нескольких слоев образует теплообменный модуль, сборка из модулей образует насадку. Теплообменник состоит из теплообменной насадки, коллекторов теплоносителей и переходных элементов между ходами (рис. 11).

Рабочие условия теплообменников

Конструкция и подбор материалов позволяют работать теплообменникам типа ОПТ в следующих условиях:

• температура  сред теплообмена – от минус 200 до 1200 °C (стойкость обеспечивается как подбором материала, так и снижением температуры конструкции за счёт соотношения коэффициентов теплоотдачи в пользу ТН с более низкой температурой),
• давление сред (абсолютное) – от 0,01 до 5 атм,
• за счёт модульности и гибкости внутренней структуры (оребрения) расходы сред практически не ограничены,
• возможна работа в конденсационном режиме,
• конфигурация каналов (прямолинейные, отсутствие застойных зон) позволяет работать с сильно запылёнными средами (в т.ч. с абразивными за счёт применяемых материалов), при этом, чистка теплообменных поверхностей значительно упрощена по сравнению с трубчатыми конструкциями,
• гибкость в выборе материала позволяет изготавливать ТО для химически агрессивных сред.

Конструкция и подбор материалов позволяют работать теплообменникам типа ВП-ОПТ в следующих условиях:

• температура  сред теплообмена – от минус 200 до 1200 °C (стойкость обеспечивается подбором материала, необходимая температура конструкции соотношением коэффициентов теплоотдачи теплоносителей),
• давление сред (абсолютное) – от 0,01 до 100 атм,
• за счёт модульности и гибкости внутренней структуры (оребрения) расходы сред практически не ограничены,
• возможна работа в конденсационном режиме,
• конфигурация газовых каналов (прямолинейные, отсутствие застойных зон) позволяет работать с сильно запылёнными средами (в т.ч. с абразивными за счёт применяемых материалов), при этом, чистка теплообменных поверхностей значительно упрощена по сравнению с трубчатыми конструкциями,
• гибкость в выборе материала позволяет изготавливать ТО для химически агрессивных сред.

Конструкция и подбор материалов позволяют работать теплообменникам типа ДСТ в следующих условиях:

• температура  сред теплообмена – от минус 200 до 700 °C,
• давление сред (абсолютное) – от 0,0001 до 250 атм,
• расходы сред – от 0,1 до 20 кг/с (можно и больше в модульном исполнении),
• гибкость в выборе материала позволяет изготавливать ТО для химически агрессивных сред.

Основные используемые материалы теплообменников:

• малоуглеродистые стали (сталь 20) с теплостойкостью до 450 … 475 °С – используется при изготовлении ТО для не агрессивных сред – воздух, дым природного газа (в условиях отсутствия конденсации влаги),
• сталь AISI 409 (03Х12Т) с жаростойкостью до 750 °С – ТО для слабоагрессивных сред / повышенных температур,
• сталь AISI 321 (08Х18Н10Т) с жаростойкостью до 870…920 °С – ТО для среднеагрессивных сред / высоких температур,
• сталь AISI 316Ti (08Х17Н13М2Т) с жаростойкостью до 850 °С – ТО для агрессивных сред,
• стали AISI 309/310 (08Х23Н13/08Х23Н18) с жаростойкостью до 1000/1100 °С – в условиях, когда температура конструкции находится в диапазоне 850…970/1070С,
• сталь AISI 201 (12Х15Г9НД) с жаростойкостью до 800 °С и высокой износостойкостью – ТО для сильно запылённых, абразивных сред.

Преимущества теплообменников ОПТ и ВП-ОПТ:

• при сопоставимых эксплуатационных характеристиках, за счёт высоких коэффициентов теплоотдачи и максимально эффективного использования теплообменной поверхности (отсутствия застойных зон), ОПТ имеет меньшие массо-габаритные характеристики и за счет меньшей металлоемкости меньшую цену по сравнению с большинством известных конструкций;
• модульность и гибкость внутренней структуры позволяют применять ОПТ при практически любых расходах сред;
• возможность применения различных материалов в модулях позволяет ОПТ работать в широчайших диапазонах температур и агрессивности сред при сохранении адекватной цены;
• отсутствие застойных зон и применяемые материалы позволяет работать с сильно запылёнными и абразивными средами.
• Компактность ОПТ иллюстрирует рисунок 12. ОПТ применён для замены прямоточной секции рекуператора на одном из металлургических предприятий в России. На рисунке представлена прямоточная секция ОПТ и оставшаяся противоточная трубчатая секция. Масса трубчатой секции – 5,5 тонн, масса секции ОПТ – 2,4 тонны. При этом рекуператор в целом сохранил свои характеристики по мощности нагрева воздуха на горение и по сопротивлениям трактов дыма и воздуха.

Перейти в каталог продукции