5.2. Теплообменники смешения

В теплообменниках этого типа тепло передается от одной среды к другой путем непосредственного контакта потоков, т. е. путем их смешения и используется лишь в том случае, когда смешение потоков допустимо.

Теплообменники смешения по принципу действия можно подразделить на барботеры, градирни и конденсаторы.

Барботеры - это простейшие устройства для ввода водяного пара в жидкость, состоящие из труб с отверстиями в верхней части, укладываемых горизонтально на дно сосуда. Трубы могут быть согнуты в форме спирали, сварены в концентрические кольца или решетку из прямых труб. Поднимающиеся в нагреваемой жидкости пузырьки пара интенсивно ее перемешивают. Высота уровня жидкости в сосуде должна быть достаточной для того, чтобы пузырьки пара при подъеме успели сконденсироваться, это необходимо с целью использования тепла конденсации.

Градирни получили широкое распространение в качестве водоохлаждающих устройств в оборотных системах водоснабжения. Конструктивно градирня представляет собой высокую деревянную или железобетонную башню, в нижней части которой смонтирован ороситель. В зависимости от конструкции оросителя, предназначенного увеличить поверхность контакта охлаждаемой воды и воздуха, различают пленочные, капельные (рис. 5.14), брызгальные и капельно-пленочные градирни. В пленочных градирнях вода стекает в виде пленок, в капельных и брызгальных - в виде капель, в капельно-пленочных - в виде капель и пленок.

5.1.Эксплуатация теплообменных аппаратов.

а) Кожухотрубчатые теплообменники с неподвижными трубными решетками.

В аппаратах данной конструкции трубы закреплены в двух трубных решетках, которые в свою очередь жестко связаны с корпусом, поэтому основным недостатком данной конструкции является плохая восприимчивость к температурной напряженности. Это ограничивает разницу температуры используемых сред. Разница этих температур зависит от того, куда направляется более горячая среда, зависит от максимальной температуры рабочей среды и от рабочего давления в аппарате. Но, как правило, теплообменники жесткой конструкции используются при разнице температуры сред не более 50^оС. Вторым недостатком этих аппаратов является невозможность механической очистки и невозможность осмотра внутри труб и внутренней поверхности кожуха. Невозможность очистки приводит к появлению различных отложений на поверхности и, следовательно, уменьшению процесса теплопередачи. В связи с невозможностью осмотра нельзя своевременно выявить какие-либо дефекты на соответствующей поверхности, а это увеличивает вероятность аварии. Во избежание таких нежелательных моментов в межтрубное пространство рекомендуется направлять незагрязненные среды, среды не дающие отложений, среды не вызывающие коррозию. Чтобы избежать аварийную ситуацию при работе с жесткими конструкциями необходимо строго соблюдать необходимые температурные пределы для рабочих сред в соответствии с паспортными данными. Наибольшее температурное напряжение будет возникать в момент пуска или остановки аппарата. Поэтому в зависимости от температуры и характеристики рабочих сред, оговаривается порядок их подачи во время пуска. Подавать их нужно так, чтобы разница температур между кожухом и трубами не превышала допустимую температуру. Наиболее вероятные аварии связаны с температурной деформацией - это вырывание труб из гнезд трубной решетки или разрыв труб. Для многоходовых аппаратов температурная деформация, приводящая к этим последствиям, может быть связана с потребностью постепенного заполнения. При этом температуры в первом и последнем ходе могут существенно отличаться.

б). Эксплуатация теплообменников типа «труба в трубе» жесткой конструкции.

Для обеспечения безопасной работы этих аппаратов необходимо соблюдать допустимую разность температур между потоками (как правило, не больше 40^оС) и не следует подавать загрязненные среды, вызывающих коррозию внутри труб. Если разность температур сред больше этой величины, то можно использовать аппараты данной конструкции с сальниковым уплотнением возле соединения внутренних и наружных труб. Возможные аварии в аппарате данной конструкции могут быть связаны с нарушением внутренних и наружных труб вследствие деформации. Аппараты данной конструкции могут использоваться в качестве кристаллизаторов, при этом образующиеся кристаллические вещества отлагаются на поверхности. Безопасная работа таких аппаратов будет определяться исправностью скребковых элементов, выводящих осадок из аппарата. Их остановка может привести к закупорке теплообменника и аварийному выходу его из строя. Перед пуском аппарата необходимо проверить целостность вала, на котором находятся скребковые механизмы.

в). Эксплуатация теплообменников с плавающей головкой.

В аппарате трубы закреплены в двух трубных решетках, одна из которых жестко связана с кожухом, а другая закрыта крышкой и может свободно перемещаться внутри аппарата. Аппараты данной конструкции могут работать при любой разнице температур между средами, но при этом следует ограничивать разницу температур на входе и на выходе рабочей среды из труб во избежание возникновения температурной деформации в трубной решетке. К числу недостатков данного аппарата можно отнести возможную разгерметизацию узла соединения труб с трубной решеткой под действием изгибающих моментов, возникающего под действием большого веса труб с рабочей средой. Недостаток - плавающая головка находится в среде одного из потоков, крепежные детали при этом могут испытывать температурные деформации, что может привести к разгерметизации узла.

г). Эксплуатация теплообменников с У-образными трубами. В аппаратах данного типа обеспечивается полная компенсация температурного напряжения. Поэтому температурные деформации при работе этих аппаратов не возникают. Работа аппаратов данной конструкции затруднена в связи с плохой очисткой внутренней поверхности труб, в связи с их изгибом, Поэтому не следует подавать в трубы загрязненную жидкость или же среды, дающей отложения. Другим недостатком является возможность разгерметизации узла соединения труб с трубной решеткой вследствие большой массы труб заполненных рабочей средой.

Чтобы избежать этого, рекомендуется устанавливать запорную арматуру в аппаратах диаметром более 800 мм.

д). Эксплуатация аппаратов с паровым пространством.

При эксплуатации теплообменников с паровым пространством необходимо контролировать уровень жидкости в аппарате, так чтобы при любом режиме работы трубный пучок был полностью погружен в жидкость. Аварийная ситуация при работе с данным аппаратом может возникнуть в том случае, если допустить перегрев жидкости, что может повлечь за собой выброс испаряющегося продукта. Во избежание этого необходимо контролировать количество и параметры теплоносителя. В качестве теплоносителя чаще всего используют пар, поэтому необходимо следить за давлением пара. Кроме того, необходимо контролировать расход жидкости поступающей на испарение. Если в аппарате в процессе испарения жидкости давление больше установленных пределов, то аппарат необходимо снабдить предохранительными клапанами.