Uudelleenjulkaisu – Yksityiskohtainen selostus: Lämmönvaihtimen toimintaperiaate

On olemassa eräs energiansäästölaite, jota kutsutaan lämmönvaihtimeksi ja joka mahdollistaa lämmönsiirron kahden tai useamman eri lämpötilaisen nesteen välillä. Laajamittaisessa lämmityksessä lämmönvaihdin on ehdottomasti välttämätön.

Lämmönvaihtimien lämmönsiirtotavan perusteella ne voidaan jakaa kolmeen pääryhmään:

On olemassa laite, jota kutsutaan suorakontaktiseksi lämmönvaihtimeksi tai myös sekatyyppiseksi lämmönvaihtimeksi. Se on laite, jonka avulla kylmä ja kuuma neste pääsevät suoraan kosketuksiin keskenään lämmönvaihdon aikaansaamiseksi. Yleensä näistä kahdesta suorakontaktissa olevasta nesteestä toinen on kaasu ja toinen neste, jonka höyrystymispaine on suhteellisen alhainen.

Lämmönvarastoiva lämmönvaihdinToimintaperiaate, perustuu kiinteän aineen lämmönjohtavuuteen. Tarkemmin sanottuna lämpimämpi väliaine lämmittää ensin kiinteän aineen tiettyyn lämpötilaan, minkä jälkeen kylmempi väliaine ottaa lämpöä kiinteästä aineesta, ja tämän prosessin kautta lämpö siirtyy.

Eräs lämmönvaihtimen tyyppi on väliseinätyyppinen lämmönvaihdin, joka hyödyntää väliväliainetta lämmönsiirrossa. Kylmä ja kuuma väliaine on erotettu toisistaan kiinteällä väliseinällä, ja lämmönvaihto tapahtuu väliseinän kautta. Lämmitysalalla väliseinätyyppisiä lämmönvaihtimia käytetään laajimmin. Rakenteensa mukaan ne voidaan jakaa putkityyppisiin, levytyyppisiin ja lämpöputkityyppisiin lämmönvaihtimiin.

I. Putki- ja vaipallinen lämmönvaihdin

Laitetta, jota kutsutaan putki- ja vaipallaiseksi lämmönvaihtimeksi, kutsutaan myös putkipakettilämmönvaihtimeksi. Se kuuluu väliseinätyyppisiin lämmönvaihtimiin, joissa lämmönsiirtopintana toimii vaippaan suljetun putkipaketin seinämä. Sen rakenne on suhteellisen yksinkertainen, ja sen käyttö on luotettavaa. Sen valmistuksessa voidaan käyttää erilaisia rakennusmateriaaleja, joista tässä keskitytään pääasiassa metallimateriaaleihin. Se soveltuu käytettäväksi korkeissa lämpötiloissa ja paineissa, ja se on tällä hetkellä laajimmin käytetty lämmönvaihtotyyppi.

Putki- ja vaipallinen lämmönvaihdin

Käytettyjen kompensointimenetelmien perusteella putki- ja vaipalliset lämmönvaihtimet voidaan jakaa neljään tyyppiin: kiinteäputkilevyiset lämmönvaihtimet, kelluvat lämmönvaihtimet, U-putkiset lämmönvaihtimet sekä tiivistepesäiset lämmönvaihtimet.

II. Kiinteäputkilevyinen lämmönvaihdin

Putki- ja vaipallisten lämmönvaihtimien joukossa on yksi tyyppi, nimittäin kiinteäputkilevyinen lämmönvaihdin, jonka molemmissa päissä olevat putkilevyt on hitsattu kiinni vaippaan. Se koostuu pääasiassa vaipasta, putkilevyistä, putkipakasta sekä yläkannesta (päätylevystä) ja muista osista.

Kiinteä putkilevyinen lämmönvaihdin

Kiinteän putkilevyisen lämmönvaihtimen etuja ovat:

Rakenne on yksinkertainen;

Samalla kotelon halkaisijalla putkistojen lukumäärä on suurin ja ohitusputkien lukumäärä pienin;

Jokainen lämmönvaihtoputki voidaan vaihtaa, ja putkien sisäpuolen puhdistus on helppoa.

Kiinteän putkilevyn lämmönvaihtimen haittapuolia ovat:

Kuorikappaleita ei saa puhdistaa mekaanisesti;

Jos lämmönvaihtoputken ja vaipparakenteen välinen lämpötilaero on huomattavan suuri, jopa yli 50 °C, syntyy lämpötilaerosta johtuvaa jännitystä. Tämä ongelma ratkaistaan asentamalla vaipparakenteeseen paisuntaliitos, minkä vuoksi vaippapuolen paine ei voi olla liian korkea paisuntaliitoksen lujuuden asettamien rajoitusten vuoksi.

Soveltuu ainoastaan tilanteisiin, joissa neste on puhdasta eikä se kerrostu helposti, sekä tilanteisiin, joissa kahden virtauksen lämpötilaero on pieni, tai tilanteisiin, joissa lämpötilaero on suuri, mutta vaippapuolen paine ei ole kovin korkea.

3. Kelluva-tyyppinen lämmönvaihdin

Eräs putki- ja vaipallinen lämmönvaihdin, jonka toisessa päässä oleva putkilevy ei ole kiinnitetty vaippaan, vaan se voi liikkua vapaasti aksiaalisuunnassa; tätä päätä kutsutaan myös kelluvaksi pääksi. Kelluva pää koostuu kelluvasta putkilevystä, kiinnitysrenkaasta ja kelluvan pään päätykannesta; se on irrotettava liitos, jonka ansiosta putkipaketti voidaan vetää ulos vaipasta.

Kelluva-tyyppinen lämmönvaihdin

Kelluvan pään lämmönvaihtimen etuja ovat:

Jos lämmönvaihtoputken ja vaippaosan välillä on lämpötilaero, eli kun vaippaosa tai lämmönvaihtoputki laajenee, lämpötilaerosta johtuvia jännityksiä ei synny.

Putkipaketti voidaan vetää ulos kotelosta, mikä helpottaa putkien sisäpuolen ja välisten osien puhdistusta.

Kelluvan pään lämmönvaihtimen haittapuolia ovat:

Rakenne on melko monimutkainen, materiaalin kulutus on suuri ja rakennuskustannukset ovat korkeat;

Jos kelluvan kannen ja kelluvan putkilevyn välinen tiiviste ei ole tiivis, syntyy sisävuoto, joka johtaa kahden väliaineen sekoittumiseen.

IV. U-muotoinen putkilämmönvaihdin

U-muotoinen putkilämmönvaihdin, joka koostuu putkilevystä, vaipasta, putkipaketista ja muista osista, on eräs tyyppi putki-vaipallisten lämmönvaihtimien joukossa, jossa jokainen putki on taivutettu U-muotoon ja jonka tulo- ja lähtöaukot on asennettu molemmin puolin sijaitseviin samoihin putkilevyihin. Päätylevyt on jaettu väliseinillä kahteen kammioon, minkä ansiosta jokainen putki voi liikkua vapaasti, eikä tämä liike vaikuta muihin putkiin tai vaippaan.

U-muotoinen putkilämmönvaihdin

U-muotoisen putkilämmönvaihtimen etuja ovat:

Putkipaketti voi kellua vapaasti, eikä lämpötilaeroista aiheutuvia jännityksiä tarvitse ottaa huomioon, joten sitä voidaan käyttää tilanteissa, joissa lämpötilaerot ovat suuria;

Siinä on vain yksi putkilevy, laippoja on vähän, vuotokohtia on vähän ja rakenne on yksinkertainen;

U-muotoiset putkilämmönvaihtimet ovat luotettavia ja edullisia.

U-muotoisen putkilämmönvaihtimen haittapuolia ovat:

Koska putkilla on oltava tietty taivutussäde, putkien sisäpuolen puhdistaminen on melko vaikeaa, ja putkilevyn käyttöaste on lisäksi melko alhainen.

Sisimmän putken ja sen vieressä olevan putken välinen etäisyys on suuri, minkä vuoksi vaippapuolella voi helposti syntyä oikosulkuja. Jos virtausnopeus putken sisällä on liian suuri, se aiheuttaa vakavaa eroosiota U-mutkan osassa, mikä puolestaan lyhentää sen käyttöikää.

Jos sisäputki vaurioituu, sitä ei voi vaihtaa, minkä vuoksi hävikkiprosentti on suuri.

V. Suihkutyyppinen lämmönvaihdin

Suihkutuslämmönvaihdin kuuluu putkityyppisiin lämmönvaihtimiin. Siinä lämmönvaihtoputket on kiinnitetty riveittäin teräsrunkoon, kuuma neste virtaa putkien sisällä ja jäähdytysvesi suihkuttuu tasaisesti ylhäältä sijaitsevasta suihkutuslaitteesta, minkä vuoksi sitä kutsutaan myös suihkutusjäähdyttimeksi. Suihkutuslämmönvaihtimen putkien ulkopinnalla on voimakkaasti pyörteilevä nestekalvo, minkä ansiosta putkien ulkopinnan lämmönsiirtokerroin on huomattavasti suurempi kuin upotuslämmönvaihtimessa. Lisäksi ruiskutuslämmönvaihdin sijoitetaan useimmiten paikkaan, jossa ilmankierto on hyvä, jolloin jäähdytysveden haihtuminen vie osan lämmöstä. Tämä auttaa alentamaan jäähdytysveden lämpötilaa ja lisäämään lämmönsiirron motivaatiovoimaa. Uppolämmönvaihtimeen verrattuna ruiskutuslämmönvaihtimen lämmönsiirtotehokkuus on selvästi parempi.

Suihkutyyppinen lämmönvaihdin

Suihkutyyppisen lämmönvaihtimen etuja ovat:

Rakenne on yksinkertainen ja kustannukset alhaiset;

Se voi alentaa jäähdytysveden lämpötilaa ja lisätä lämmönsiirron motivaatiovoimaa;

kestää korkeaa jännitettä;

Helppo huoltaa ja puhdistaa, ja vedenlaatuvaatimukset ovat vähäiset.

Suihkutyyppisen lämmönvaihtimen haittapuolia ovat:

Jäähdytysveden epätasainen suihkutus vaikuttaa lämmönsiirron tehokkuuteen;

Voidaan asentaa vain ulos.

VI. Putkikotelotyyppinen lämmönvaihdin

Vaippalämmönvaihdin on yksi putkilämmönvaihtimien tyypeistä. Se koostuu kahdesta erikokoisesta vakioputkesta, jotka on liitetty toisiinsa muodostaen samankeskisen vaipparakenteen; ulompaa osaa kutsutaan vaippapuoliksi ja sisempää osaa putkipuoliksi. Kaksi erilaista väliainetta voi saavuttaa lämmönvaihtotehon virtaamalla vastakkaisiin (tai samaan) suuntiin vaippapuolella ja putkipuolella. Vaippatyyppinen lämmönvaihdin koostuu yleensä vaipasta (joka sisältää sisä- ja ulkovaipan), U-muotoisista mutkiputkista sekä tiivistepesistä.

Putkikoteloinen lämmönvaihdin

Putkikotelotyyppisen lämmönvaihtimen etuja ovat:

Rakenne on yksinkertainen ja se kestää korkeaa painetta;

Lämmönsiirtopinta-alaa voidaan tarpeen mukaan suurentaa tai pienentää, mikä tekee laitteesta helppokäyttöisen.

Putkikotelotyyppisen lämmönvaihtimen haittapuolia ovat:

Putkissa on paljon liitoskohtia, joten ne vuotavat helposti;

Pinta-ala on suuri, ja lämmönsiirtopintaa kohti kulutetaan paljon metallia.

VII. Vaipallinen lämmönvaihdin

Vaippalämmönvaihdin on eräs levylämmönvaihtimen tyyppi, joka valmistetaan asentamalla vaippa säiliön ulkoseinään; sen rakenne on suhteellisen yksinkertainen. Sen lämmityspinta on kuitenkin rajoitettu säiliön seinämän mukaan, eikä sen lämmönsiirtokerroin ole kovin korkea. Lämmönsiirtokertoimen parantamiseksi ja säiliön sisällä olevan nesteen tasaisen lämpenemisen varmistamiseksi säiliön sisään voidaan asentaa sekoitin. Kun vaippaan johdetaan jäähdytysvettä tai faasimuutosta aiheuttamatonta lämmönsiirtoainetta, vaippaan voidaan asentaa myös kierukkaerottimia tai muita turbulenssia lisääviä ratkaisuja, joilla parannetaan vaippaan puolella tapahtuvan lämmönsiirron tehokkuutta. Lämmönsiirtopinnan puutteiden korvaamiseksi kattilan sisään voidaan asentaa myös käärmeputkia. Vaippalämmönvaihtimia käytetään laajalti reaktioprosessien lämmitykseen ja jäähdytykseen.

Kaksoisvaipallinen lämmönvaihdin

Kaksoisvaipallisen lämmönvaihtimen etuja ovat:

Rakenne on yksinkertainen;

Helppo työstää.

Kaksoisvaipallisen lämmönvaihtimen haittapuolia ovat:

Lämmönsiirtopinta-ala on pieni, ja lämmönsiirtotehokkuus on heikko.

VIII. Kierukkapaneelilämmönvaihdin

Kierukkalämmönvaihdin kuuluu levylämmönvaihtimien ryhmään. Se muodostuu kahdesta rinnakkain olevasta metallilevystä, jotka on kääritty yhteen, jolloin sen sisälle muodostuu kaksi samankeskistä kierukkamaista kanavaa. Lämmönvaihtimen keskelle on sijoitettu välilevy, joka erottaa spiraalimaiset kanavat toisistaan. Kahden levyn väliin on hitsattu etäisyyspylväitä, joiden tehtävänä on ylläpitää kanavien välistä etäisyyttä.

Kierukkapaneelilämmönvaihdin

Kierukkapaneelilämmönvaihtimen etuja ovat:

Korkea lämmönsiirtokerroin;

Ei kerää helposti kalkkia eikä tukkeudu;

voidaan hyödyntää matalalämpöisiä lämmönlähteitä;

Kompakti rakenne.

Kierukkapaneelilämmönvaihtimen haittapuolia ovat:

Käyttöpaine ja lämpötila eivät saa olla liian korkeita;

Vaikea huoltaa

IX. Lämpöputkilämmönvaihdin

Lämpöputki koostuu yhdestä suljetusta metalliputkesta, josta on poistettu tiivistymättömät kaasut. Putki on täytetty tietyllä määrällä tiettyä työainetta, joka imee lämpöä kuumasta päästä ja kiehuu höyrystyen. Syntynyt höyry virtaa kylmään päähän, jossa se tiivistyy ja vapauttaa piilevää lämpöä, Lauennut neste palaa kuumaan päähän, jossa se kiehuu ja höyrystyy uudelleen. Näin kierto toistuu, ja lämpö siirtyy jatkuvasti kuumasta päästä kylmään päähän.

Lämpöputkilämmönvaihdin

Lämpöputkilämmönvaihtimen etuja ovat:

Rakenne on yksinkertainen, käyttöikä pitkä ja toiminta luotettava;

Erittäin korkea lämmönjohtavuus ja hyvä isoterminen käyttäytyminen;

Lämmönsiirtopinta-alaa voidaan muuttaa vapaasti sekä kylmällä että kuumalla puolella, lämmönsiirto on mahdollista pitkillä etäisyyksillä ja lämpötilaa voidaan säätää.

Sen haittapuolia ovat:

Antioksidanttivaikutus ja lämmönkestävyys ovat heikot.

Lämmönvaihtimen käyttöohjeet:

Ennen töiden aloittamista putkisto on pidettävä puhtaana, ja myös töiden päätyttyä putkisto on pidettävä puhtaana. Putkisto on puhdistettava, jotta lämmönvaihtimen tukkeutuminen voidaan estää. Lisäksi on ehdottomasti huolehdittava lianerottimien ja suodattimien puhdistuksesta, jotta koko lämmönvaihtoprosessi sujuu ongelmitta.

Pehmennetyn veden laatu on tarkastettava huolellisesti. Ennen lämmönsiirtoaineen käsittelyn aloittamista on tarkastettava veden laatu järjestelmässä ja pehmennyssäiliössä, ja täyttö voidaan aloittaa vasta, kun on varmistettu, että veden laatu täyttää vaatimukset.

Tarkastettaessa tätä äskettäin käyttöön otettua järjestelmää ei sitä voida heti ottaa vuorottelevaan käyttöön lämmönvaihtimen kanssa, vaan uuden järjestelmän on oltava toiminnassa määrätyn ajan. Vasta kun käyttötestaus on suoritettu, lämmönvaihdin voidaan liittää järjestelmään. Tämän tarkoituksena on estää putkistossa olevien epäpuhtauksien aiheuttamat vauriot lämmönvaihtimen sisäisille osille.