Contenido relacionado con el intercambiador de calor
(1) Inspección dimensional y de forma geométrica de materias primas y piezas de equipos;
(2) El análisis de composición química, la prueba de análisis de propiedades mecánicas y la inspección metalográfica de materias primas y soldaduras se denominan colectivamente pruebas de falla;
(3) El método de inspección para defectos internos de materias primas y soldaduras no es -pruebas destructivas, que incluyen: pruebas radiográficas, pruebas ultrasónicas, pruebas de partículas magnéticas, pruebas de penetrantes, etc.
(4) Prueba de presión del equipo, incluida prueba de presión de agua, prueba de medio, prueba de estanqueidad, etc.
Prueba de presión y prueba de estanqueidad al aire:
El intercambiador de calor fabricado debe someterse a una prueba de presión o estanqueidad al aire adicional de la junta de conexión de la placa del tubo del intercambiador de calor, del lado del tubo y del lado de la carcasa. Prueba, la prueba de presión incluye prueba de presión de agua y prueba de presión de aire. En términos generales, las pruebas hidrostáticas se realizan en intercambiadores de calor. Sin embargo, por razones estructurales o de soporte, cuando no se puede llenar el líquido o las condiciones de operación no permiten líquido de prueba residual, se puede utilizar la prueba de presión de aire.
Si el medio es altamente tóxico y peligroso, o no hay rastros de fuga entre el tubo y el lado de la carcasa, se debe agregar la prueba de estanqueidad. La secuencia de la prueba de presión del intercambiador de calor es la siguiente:
Primero, realice una prueba de presión del lado de la carcasa en el intercambiador de calor de placa de tubos fijos y, al mismo tiempo, verifique la junta de conexión entre el intercambiador de calor. tubo y la placa del tubo, y luego realizar una prueba de presión en el lado del tubo.
Los intercambiadores de calor de tubos en forma de U, los hervidores (haces de tubos en forma de U) y los intercambiadores de calor de caja de prensaestopas deben usar anillos de presión de prueba para realice pruebas de presión en el lado de la carcasa, verifique las juntas al mismo tiempo y luego realice pruebas de presión en el lado de los tubos.
Para intercambiadores de calor de cabezal flotante y hervidores tipo caldera (haces de tubos de cabezal flotante), utilice primero; el anillo de presión de prueba y las herramientas especiales del cabezal flotante para realizar una prueba de presión en el cabezal del tubo para hervidores tipo caldera, la prueba de presión debe realizarse en el cabezal del tubo. Se instala una carcasa de prueba de presión especial en el intercambiador de calor y luego en el tubo; se lleva a cabo la prueba de presión lateral y, finalmente, se lleva a cabo la prueba de presión lateral de la carcasa;
La prueba de presión de las juntas superpuestas del intercambiador de calor se puede realizar mediante un dispositivo separado. Cuando el intercambiador de calor está conectado, la prueba de presión en el lado del tubo y en el lado de la carcasa debe realizarse después del apilamiento. La base para la instalación del intercambiador de calor debe cumplirse de modo que el intercambiador de calor no se hunda, de lo contrario la tubería transmitirá una deformación excesiva a la boquilla del intercambiador de calor. Generalmente existen dos tipos de cimientos: uno es un cimiento de silla de ladrillo, donde el intercambiador de calor se coloca directamente sobre la base de silla sin soporte de silla. El intercambiador de calor y la base no están fijos y pueden moverse libremente según lo requiera la expansión térmica. El otro es una base de hormigón y el intercambiador de calor está firmemente conectado a la base con pernos de anclaje a través de cojinetes de silla.
Antes de instalar el intercambiador de calor, se deben realizar estrictamente una inspección y aceptación de calidad básica. Los elementos principales son los siguientes: descripción general de la superficie de la base; si la elevación de la base, la posición del plano, la forma y las dimensiones principales y los orificios reservados cumplen con los requisitos reales; si la posición de los pernos de anclaje es correcta; si las roscas están intactas; si las tuercas y arandelas están completas, la base para colocar las juntas, si la superficie es plana, etc.
Una vez completada la aceptación de la base, antes de instalar el intercambiador de calor, coloque la plataforma de hierro sobre la base. La superficie de la base sobre la que se coloca la plataforma de hierro debe estar nivelada para garantizar un buen contacto entre los dos. . El espesor de la junta se puede ajustar para llevar el intercambiador de calor al nivel diseñado. Después de colocar las almohadillas, se puede aumentar la estabilidad del intercambiador de calor sobre la base y su peso se puede transferir uniformemente a la base a través de las almohadillas. Los hierros de cuerno se pueden dividir en hierros de cuerno planos, hierros de cuerno inclinados y hierros de cuerno abiertos. Entre ellos, las almohadillas inclinadas deben utilizarse por parejas. Debe haber almohadillas a ambos lados de los pernos de anclaje y la instalación de las almohadillas no debe obstaculizar la expansión térmica del intercambiador de calor.
Una vez colocado el intercambiador de calor, es necesario nivelarlo con un nivel para que todas las aberturas de las tuberías puedan conectarse a las tuberías sin tensión. Después de nivelar, la plataforma de hierro inclinada se puede soldar firmemente al soporte, pero no se puede soldar a la plataforma de hierro plana ni a la placa deslizante que se encuentra debajo. Al instalar dos o más intercambiadores de calor superpuestos, se debe completar la alineación del intercambiador de calor inferior y asegurar completamente los pernos de anclaje antes de instalar el intercambiador de calor superior. Antes de la instalación, se debe verificar y limpiar la condición de extracción del núcleo del intercambiador de calor con haces de tubos extraíbles y se deben proteger la superficie de sellado y el deflector al extraer el haz de tubos. Al mover y levantar el haz de tubos, éste debe colocarse sobre una estructura de soporte especial para evitar daños a los tubos de intercambio de calor.
Dependiendo de la forma del intercambiador de calor, se debe dejar suficiente espacio en ambos extremos del intercambiador de calor para satisfacer las necesidades de limpieza y mantenimiento en las condiciones de trabajo (operación). Debe haber espacio suficiente en el extremo de la cubierta superior fija del intercambiador de calor de cabezal flotante para facilitar la extracción del haz de tubos de la carcasa, y se debe dejar más de un metro en el extremo de la cubierta exterior para facilitar el desmontaje y montaje del cubierta exterior y la cubierta del cabezal flotante.
Se debe dejar espacio suficiente en ambos extremos del intercambiador de calor de placas de tubos fijos para facilitar la extracción y sustitución de tubos. Además, al limpiar mecánicamente el interior de la tubería. Se pueden fregar ambos extremos del tubo. La cubierta superior fija del intercambiador de calor de tubos en U debe dejar suficiente espacio para extraer el haz de tubos, y en el extremo opuesto también debe haber suficiente espacio para retirar la carcasa.
El intercambiador de calor no debe funcionar en condiciones que excedan las especificadas en la placa de características. La temperatura y la caída de presión del tubo y los medios del lado de la carcasa deben monitorearse con frecuencia, y se deben analizar las fugas y las incrustaciones de los tubos de intercambio de calor. El intercambiador de calor de carcasa y tubos es un proceso en el que los materiales dentro y fuera del intercambiador de calor realizan intercambio de calor, enfriamiento, condensación, calentamiento y evaporación. En comparación con otros equipos, la superficie de contacto de otros medios corrosivos es grande y existe un alto riesgo de fugas sueltas en la interfaz entre la corrosión y la perforación. Por lo tanto, en comparación con otros equipos, se deben considerar más los métodos anticorrosión y antifugas de los intercambiadores de calor. Cuando el intercambiador de calor se calienta con vapor o se enfría con agua, la mayoría de las sustancias disueltas en el agua calentada aumentarán, pero también aumentará la solubilidad. El agua de refrigeración a menudo se recicla. Debido a la evaporación del agua, las sales se concentran, lo que provoca sedimentación o incrustaciones.
Dado que el agua contiene gases corrosivos disueltos e iones de cloruro, el equipo se corroe y la corrosión y las incrustaciones se producen alternativamente, lo que agrava la corrosión del acero. Por tanto, es necesario limpiarlo para mejorar el rendimiento del intercambiador de calor. Debido a que la dificultad de la limpieza aumenta rápidamente a medida que aumenta el espesor o la deposición de incrustaciones, el intervalo de limpieza no debe ser demasiado largo. Se deben realizar inspecciones, mantenimiento y limpieza periódicos de acuerdo con las características del equipo de producción, la naturaleza del medio de intercambio de calor, la tasa de corrosión y el ciclo operativo.
Un intercambiador de calor puede ser una unidad separada, como un calentador, un refrigerador y un condensador. También puede formar parte de un equipo de proceso, como un intercambiador de calor en una torre de síntesis de amoniaco.
Debido a las limitaciones en la tecnología de fabricación y el nivel científico, los primeros intercambiadores de calor solo podían adoptar estructuras simples con pequeñas áreas de transferencia de calor y grandes volúmenes, como los intercambiadores de calor de tubos en forma de serpiente. Con el desarrollo de la tecnología de fabricación, los intercambiadores de calor de carcasa y tubos han ido tomando forma gradualmente. No solo tienen una gran área de transferencia de calor por unidad de volumen, sino que también tienen buenos efectos de transferencia de calor. Durante mucho tiempo han sido un intercambiador de calor típico en la industria. producción. Los intercambiadores de calor de placas aparecieron en la década de 1920 y se utilizaban en la industria alimentaria. Los intercambiadores de calor de tubos de placas tienen una estructura compacta y un buen efecto de transferencia de calor, por lo que se han desarrollado en varias formas. A principios de la década de 1930, Suecia fabricó por primera vez el intercambiador de calor de placas en espiral. Luego, los británicos utilizaron cobre y sus aleaciones para fabricar intercambiadores de calor de placas y aletas mediante soldadura fuerte, que se utilizaban para disipar el calor de los motores de los aviones. A finales de la década de 1930, Suecia fabricó el primer intercambiador de calor de placas y carcasa para su uso en fábricas de celulosa. Durante este período, para resolver el problema de la transferencia de calor en medios altamente corrosivos, la gente comenzó a prestar atención a los intercambiadores de calor fabricados con nuevos materiales.
Alrededor de la década de 1960, debido al rápido desarrollo de la tecnología aeroespacial y la ciencia de vanguardia, existía una necesidad urgente de varios intercambiadores de calor eficientes y compactos. Junto con el desarrollo de la tecnología de estampado, soldadura fuerte y sellado, se ha mejorado aún más el proceso de fabricación de los intercambiadores de calor, promoviendo así el desarrollo vigoroso y la aplicación generalizada de los intercambiadores de calor de placas compactos. Además, desde la década de 1960, los intercambiadores de calor de carcasa y tubos típicos se han desarrollado aún más para satisfacer las necesidades de intercambio de calor y ahorro de energía en condiciones de alta temperatura y alta presión. A mediados de la década de 1970, para mejorar la transferencia de calor, se creó el intercambiador de calor de tubos de calor basándose en la investigación y el desarrollo de tubos de calor.
En términos generales, las direcciones relativas del flujo de los fluidos en los intercambiadores de calor se pueden dividir en dos tipos: flujo directo y contraflujo. En el flujo aguas abajo, la diferencia de temperatura entre los dos fluidos es mayor en la entrada, disminuye gradualmente a lo largo de la superficie de transferencia de calor y alcanza la diferencia de temperatura más pequeña en la salida. En el flujo a contracorriente, la diferencia de temperatura entre los dos fluidos es uniforme a lo largo de la superficie de transferencia de calor. Bajo la condición de que la temperatura de los fluidos fríos y calientes en la entrada y salida permanezca sin cambios, y cuando no haya cambio de fase entre los dos fluidos, la diferencia de temperatura promedio máxima durante el contraflujo es la más pequeña aguas abajo.
Bajo la misma tasa de transferencia de calor, el contraflujo puede aumentar la diferencia de temperatura promedio y reducir el área de transferencia de calor del intercambiador de calor. Si el área de transferencia de calor permanece constante, el consumo de fluido de calefacción o refrigeración se puede reducir cuando se utiliza el flujo a contracorriente. El primero puede ahorrar costos de equipo y el segundo puede ahorrar costos operativos. Por lo tanto, el intercambio de calor a contracorriente debe utilizarse tanto como sea posible en el diseño o la producción.
Cuando los fluidos fríos y calientes sufren un cambio de fase (ebullición o condensación), dado que durante el cambio de fase sólo se libera o absorbe el calor latente de vaporización, la temperatura del fluido en sí no cambia, por lo que la temperatura de entrada y las temperaturas de salida de los fluidos son iguales, y las temperaturas de los dos fluidos son iguales. La diferencia de temperatura entre los dos fluidos no tiene nada que ver con la elección de la dirección del flujo del fluido. Además de las dos direcciones de flujo, flujo directo y contraflujo, también existen flujo cruzado y flujo de desviación.
En el proceso de transferencia de calor, reducir la resistencia térmica en el intercambiador de calor deflector para mejorar el coeficiente de transferencia de calor es una cuestión importante. La resistencia térmica proviene principalmente de la fina capa de fluido (llamada capa límite) adherida a las superficies de transferencia de calor en ambos lados de la pared divisoria y de la capa de suciedad que se forma en ambos lados de la pared cuando se utiliza el intercambiador de calor. La resistencia térmica de las paredes metálicas es relativamente pequeña.
El aumento de la velocidad y la perturbación del fluido pueden adelgazar la capa límite, reducir la resistencia térmica y aumentar el coeficiente de transferencia de calor. Sin embargo, aumentar el caudal de fluido aumentará el consumo de energía, por lo que se debe hacer una coordinación razonable entre la reducción de la resistencia térmica y la reducción del consumo de energía en el diseño. Para reducir la resistencia térmica de la suciedad, puede intentar retrasar la formación de suciedad y limpiar la superficie de transferencia de calor con regularidad.
Generalmente, los intercambiadores de calor están fabricados con materiales metálicos, entre los que se utilizan mayoritariamente acero al carbono y acero de baja aleación para fabricar intercambiadores de calor de media y baja presión. El acero inoxidable se utiliza principalmente en diferentes condiciones de resistencia a la corrosión, y el acero inoxidable austenítico también se puede utilizar como material resistente a altas y bajas temperaturas. El cobre, el aluminio y sus aleaciones se utilizan principalmente para fabricar intercambiadores de calor de baja temperatura; las aleaciones de níquel se utilizan a altas temperaturas, además de fabricar piezas de juntas, también se utilizan algunos materiales no metálicos para fabricar intercambiadores de calor resistentes a la corrosión; Intercambiadores de calor de grafito, Intercambiador de calor de flúor plástico, Intercambiador de calor de vidrio, etc. Rusia ha propuesto un método avanzado, la pulverización neumática, para mejorar el rendimiento de la superficie de las aletas. Su esencia es utilizar un fluido frío o ligeramente caliente de alta velocidad que contiene partículas para rociar partículas de polvo sobre la superficie de las aletas. Con este método se pueden pulverizar no sólo metales, sino también aleaciones y cerámicas (mezclas de cermet), obteniendo así diversas superficies con diferentes propiedades. Normalmente, en la práctica, la resistencia de contacto de la superficie inferior de las aletas es uno de los factores que limita la instalación de aletas en las tuberías. Para evaluar el rendimiento de los intercambiadores de calor de tubos de aletas, se realizó un estudio experimental. En el experimento, se roció AC-al sobre la superficie de la aleta y se añadió alúmina de horno eléctrico blanca 24a. La resistencia de contacto de la parte inferior de la aleta se puede evaluar cotejando los datos obtenidos de las pruebas. Comparando la eficiencia de las aletas estudiadas con los datos calculados, se concluyó que la resistencia de contacto de la parte inferior de la aleta rociadora aerodinámica no tiene una influencia sustancial en la eficiencia. Para demostrar esto, se analizó la estructura metalográfica de la zona de transición entre el fondo (tubo) y la superficie (aleta).
El análisis de las muestras de la zona de transición mostró que no había microfisuras densas a lo largo de todo el límite de conexión.
Por lo tanto, el método de pulverización neumática puede promover la interacción entre la superficie y la matriz para formar límites de ramificación y puede promover la penetración de partículas de polvo en la matriz, lo que indica una alta fuerza de adhesión, contacto físico y formación de cadenas metálicas. Por lo tanto, la pulverización neumática no sólo se puede utilizar para moldear, sino que también se puede utilizar para fijar aletas fabricadas mediante métodos ordinarios en la superficie de los tubos de intercambio de calor, y también se puede utilizar para complementar y fortalecer la parte inferior de las aletas ordinarias. Es previsible que el método de pulverización neumática se utilice ampliamente para producir intercambiadores de calor compactos y eficientes. En los intercambiadores de calor de carcasa y tubos, el lado de la carcasa suele ser un eslabón débil. Por lo general, los deflectores arqueados ordinarios crearán un sistema de canales de flujo tortuosos (canal de flujo tortuoso), lo que dará lugar a grandes rincones muertos y una retromezcla relativamente alta. Estos rincones muertos agravarán la incrustación en el lado de la carcasa y son perjudiciales para la eficiencia de la transferencia de calor. La retromezcla también distorsiona y reduce la diferencia de temperatura promedio. Por lo tanto, los deflectores arqueados reducirán la transferencia neta de calor en comparación con el flujo tipo pistón. Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos con deflectores arqueados superiores son difíciles de cumplir con los requisitos de alta eficiencia térmica, por lo que a menudo son reemplazados por otros tipos de intercambiadores de calor (como los intercambiadores de calor de placas compactos). Mejorar la geometría de los deflectores comunes es el primer paso en el desarrollo del lado de la carcasa. Aunque se utilizan medidas tales como tiras de sellado y deflectores adicionales para mejorar el rendimiento del intercambiador de calor, las principales desventajas de los diseños de deflectores ordinarios todavía existen.
Por lo tanto, Estados Unidos ha propuesto un nuevo plan, que consiste en utilizar deflectores en espiral. El avance del diseño ha sido confirmado por estudios de dinámica de fluidos y resultados de pruebas de transferencia de calor, y ha sido patentado. Esta estructura supera las principales deficiencias de los deflectores convencionales. El principio de diseño del deflector en espiral es muy simple: se instala una placa especial con una sección transversal circular en el "sistema de deflector cuasi-espiral". Cada deflector ocupa una cuarta parte de la sección de la carcasa del intercambiador de calor y su ángulo de inclinación. mira hacia el intercambiador. El eje del intercambiador de calor mantiene un ángulo de inclinación con el eje del intercambiador de calor. Las periferias de los deflectores adyacentes están conectadas y forman una forma de espiral continua con el círculo exterior. Los deflectores se superponen axialmente y, si se desea reducir la luz de los tubos de soporte, también está disponible un diseño de doble hélice. La estructura del deflector en espiral puede cumplir con una amplia gama de condiciones de proceso. Este diseño tiene una gran flexibilidad y puede seleccionar el ángulo de hélice óptimo según las diferentes condiciones de trabajo. Se pueden seleccionar individualmente deflectores superpuestos o estructuras de deflectores de doble hélice. La empresa sueca Alares ha desarrollado un intercambiador de calor de tubos planos, a menudo llamado intercambiador de calor de tubos torcidos. Brown Company en Houston, EE. UU., realizó mejoras. El proceso de fabricación de tubos planos en espiral incluye dos procesos: "aplanado" y "torcido por calor". El intercambiador de calor de tubos trenzados mejorado es tan simple como un intercambiador de calor de carcasa y tubos tradicional, pero con muchos avances interesantes. Logra los siguientes beneficios técnicos y económicos: mejor transferencia de calor, reducción de incrustaciones, verdadero contraflujo, costos reducidos, sin vibración, ahorro de espacio y sin elementos deflectores.
Debido a la estructura única del tubo, el lado del tubo y el lado de la carcasa están en movimiento espiral al mismo tiempo, lo que promueve el grado de turbulencia. El coeficiente total de transferencia de calor de este intercambiador de calor es un 40% mayor que el de los intercambiadores de calor convencionales y la caída de presión es casi la misma. Al montar el intercambiador de calor, también se pueden mezclar tubos planos en espiral y tubos lisos. El intercambiador de calor se fabrica estrictamente de acuerdo con las normas ASME. Este intercambiador de calor se puede utilizar para reemplazar todos los intercambiadores de calor de carcasa y tubos y equipos convencionales. Se pueden obtener los mejores valores que se pueden obtener de los intercambiadores de calor de carcasa y tubos ordinarios y de los equipos de transferencia de calor de placas y marcos. Se estima que tiene amplias perspectivas de aplicación en la industria química y petroquímica. Intercambiador de calor de placas en espiral
Intercambiador de calor de placas en espiral
Un intercambiador de calor en el que el elemento de transferencia de calor está compuesto por placas en espiral.
El intercambiador de calor de placas en espiral es un equipo de intercambio de calor de alta eficiencia, adecuado para transferencia de calor vapor-vapor, vapor-líquido y líquido-líquido. Adecuado para industrias químicas, petroleras, solventes, farmacéuticas, alimentarias, industriales ligeras, textiles, metalúrgicas, laminadas de acero, coque y otras industrias. Según su forma estructural, se puede dividir en intercambiadores de calor de placas en espiral no desmontables (tipo ⅰ) e intercambiadores de calor de placas en espiral desmontables (tipo ⅱ, ⅲ).
Estructura y rendimiento del intercambiador de calor de placas en espiral
1. El dispositivo consta de dos bobinas que forman dos canales en espiral uniformes. Los dos medios de transferencia de calor pueden fluir en contracorriente, lo que mejora en gran medida el efecto de intercambio de calor. Incluso dos medios con pequeñas diferencias de temperatura pueden lograr efectos ideales de intercambio de calor.
2. La boquilla de la carcasa adopta una estructura tangencial con pequeña resistencia local. Dado que la curvatura del canal en espiral es uniforme, el líquido que fluye en el equipo no tiene puntos de giro importantes y la resistencia total es pequeña. Por lo tanto, se puede aumentar el caudal de diseño, dándole una mayor capacidad de transferencia de calor.
3. La cara final del canal en espiral del intercambiador de calor de placas en espiral no desmontable Tipo I está soldada y sellada, con un buen rendimiento de sellado.
4. El principio estructural del intercambiador de calor de placas en espiral desmontable Tipo II es básicamente el mismo que el del intercambiador de calor no desmontable, pero un canal se puede desmontar y limpiar, lo que es especialmente adecuado para calor. Intercambio de líquidos viscosos y precipitados.
5. El principio estructural del intercambiador de calor de placas en espiral desmontable tipo III es básicamente el mismo que el del intercambiador de calor no desmontable, pero sus dos canales son desmontables para su limpieza y tienen una amplia gama de aplicaciones. .
6. Cuando un solo dispositivo no puede cumplir con los requisitos de uso, se pueden usar varios dispositivos en combinación, pero la combinación debe cumplir con los siguientes requisitos: combinación en paralelo, combinación en serie y la distancia entre el dispositivo y el El canal es el mismo. Combinación mixta: una vía en paralelo y otra en serie. El intercambiador de calor de refuerzo de velocidad sónica variable, es decir, un intercambiador de calor de chorro de flujo de dos fases, se usa ampliamente en diversos campos del intercambio de calor de vapor y agua. Desarrollado de forma independiente por Luoyang Blue Ocean Industrial Co., Ltd. en China. Utiliza vapor como energía y, mediante la compresión y mezcla de vapor y agua, la temperatura del agua aumenta instantáneamente. Adopta tecnología de ondas de choque de presión para lograr el efecto sin fuerza externa, lo que reduce en gran medida el costo para el usuario y puede reemplazar a los intercambiadores de calor tradicionales.
El intercambiador de calor de refuerzo de velocidad sónica variable es un equipo de intercambio de calor de mezcla de vapor y agua.
El vapor se introduce en la cámara de mezcla en forma de chorro después de la tecnología de expansión adiabática y se mezcla uniformemente con el agua caliente tratada con membrana bajo el impacto del vapor para formar una mezcla comprimida de vapor y agua con un cierto volumen calculado. relación. Cuando su densidad de compresión instantánea alcanza un cierto valor, se forma un fenómeno de campo de flujo de dos fases. Bajo la intensificación del estado del campo, el valor de la velocidad del sonido de la mezcla tiene una transición que rompe la barrera crítica del sonido y una gran cantidad de ondas de choque de presión estallan al mismo tiempo. Las características de conducción unidireccional de la onda de choque de presión hacen que el agua caliente que alcanza la temperatura de diseño suba instantáneamente en las tuberías de igual sección transversal sin regresar. La tecnología de presurización de velocidad sónica variable e intercambio de calor logra a la fuerza el efecto dual de "intercambio de calor instantáneo + sin presurización por fuerza externa" mediante el fortalecimiento ordenado del campo de flujo de dos fases.