Эффективность и надежность: современные сплавы для идеальных теплообменных процессов
Теплообменное оборудование используется практически в любой отрасли промышленности, в различных технологических линиях для нагрева или охлаждения рабочих сред и продуктов до нужной температуры.
Нередко теплообмен сопровождается фазовым переходом теплоносителя или исходного продукта: низкотемпературная кристаллизация, выпаривание, конденсация. В некоторых технологических процессах именно фазовый переход является целью использования теплообменного оборудования.
Например, выпаривание и низкотемпературная кристаллизация используются для изменения концентрации ключевого компонента в исходном сырье и получения концентрированного продукта. Выходной концентрат далее может использоваться как в различных технологических процессах для дальнейших его преобразований, так и в качестве самостоятельного итогового продукта процесса, а также как промежуточное звено в получении итогового раствора – транспортировка концентрата и дальнейшее его разбавление до получения раствора с заданной концентрацией ключевого компонента являются более простыми и дешёвыми, чем производство и транспортировка готового раствора
Нередко теплообмен сопровождается фазовым переходом теплоносителя или исходного продукта: низкотемпературная кристаллизация, выпаривание, конденсация. В некоторых технологических процессах именно фазовый переход является целью использования теплообменного оборудования.
Например, выпаривание и низкотемпературная кристаллизация используются для изменения концентрации ключевого компонента в исходном сырье и получения концентрированного продукта. Выходной концентрат далее может использоваться как в различных технологических процессах для дальнейших его преобразований, так и в качестве самостоятельного итогового продукта процесса, а также как промежуточное звено в получении итогового раствора – транспортировка концентрата и дальнейшее его разбавление до получения раствора с заданной концентрацией ключевого компонента являются более простыми и дешёвыми, чем производство и транспортировка готового раствора
Некоторое теплообменное оборудование используется в энергетических комплексах. Получаемая от нагретой рабочей среды энергия аккумулируется и используется для множества технологических процессов с использованием различных теплообменных установок.
Очевидно, что всё это разнообразие оборудования включает в себя использование широкого спектра материалов. Причём некоторые материалы подбираются для осуществления основного процесса – теплопередачи между рабочими средами. То есть их основная задача наиболее эффективно передавать энергию в виде тепла между теплоносителями (рабочими средами). Другие же материалы должны выполнять прочностные функции конструкции, обеспечивать ее устойчивость, герметичность. При этом все материалы необходимо подбирать из условия их коррозионной стойкости в заданных режимах эксплуатации, обеспечения наибольшей компактности конструкции, а также наименьшей материалоемкости.
Очевидно, что всё это разнообразие оборудования включает в себя использование широкого спектра материалов. Причём некоторые материалы подбираются для осуществления основного процесса – теплопередачи между рабочими средами. То есть их основная задача наиболее эффективно передавать энергию в виде тепла между теплоносителями (рабочими средами). Другие же материалы должны выполнять прочностные функции конструкции, обеспечивать ее устойчивость, герметичность. При этом все материалы необходимо подбирать из условия их коррозионной стойкости в заданных режимах эксплуатации, обеспечения наибольшей компактности конструкции, а также наименьшей материалоемкости.
Теплообменные аппараты типа «труба в трубе»
Рассмотрим один из типов теплообменного оборудования, распространённых в промышленности – конструкций типа «труба в трубе» (рисунок 4.1)
Принцип работы таких аппаратов следующий (по рисунку 4.1): первый теплоноситель I движется внутри теплообменной трубы 2. В патрубок ввода 4 подаётся второй теплоноситель II, который попадает в межтрубное пространство – объём, образованный кольцевым зазором между кожуховой трубой 1 и теплообменной трубой 2, после чего теплоноситель II выводится из аппарата через патрубок 3. Теплообмен между теплоносителями I и II происходит через стенку теплообменной трубы 2. По мере движения внутри аппарата горячий теплоноситель охлаждается, а холодный теплоноситель нагревается.
На практике в качестве первого теплоносителя выступает горячая жидкая среда – примем для примера воду с температурой 60℃. Тогда в качестве второго теплоносителя выбирается холодная среда – рассмотрим пример с водой при температуре 20℃.
Чем выше разность температур теплоносителей, тем выше интенсивность теплообменного процесса. Однако, при этом существенно возрастают и температурные напряжения в аппарате. Поэтому, например, для цельносварных конструкций типа «труба в трубе», согласно «ТУ 3612-014-00220302-99 Теплообменники труба в трубе. Технические условия» и «ТУ 3612-100-00220302-2005 Аппараты теплообменные кожухотрубчатые, трубные пучки к ним и теплообменники "труба в трубе". Общие технические условия» максимальная разность температур теплоносителей на входе в аппарат – 40 градусов.
Таким образом, сплав для теплообменного аппарата необходимо подбирать так, чтобы он выдерживал температурные напряжения и давление внутри аппарата. При этом стоит учитывать и плотность сплава для обеспечения наименьшей массы аппараты.
На практике в качестве первого теплоносителя выступает горячая жидкая среда – примем для примера воду с температурой 60℃. Тогда в качестве второго теплоносителя выбирается холодная среда – рассмотрим пример с водой при температуре 20℃.
Чем выше разность температур теплоносителей, тем выше интенсивность теплообменного процесса. Однако, при этом существенно возрастают и температурные напряжения в аппарате. Поэтому, например, для цельносварных конструкций типа «труба в трубе», согласно «ТУ 3612-014-00220302-99 Теплообменники труба в трубе. Технические условия» и «ТУ 3612-100-00220302-2005 Аппараты теплообменные кожухотрубчатые, трубные пучки к ним и теплообменники "труба в трубе". Общие технические условия» максимальная разность температур теплоносителей на входе в аппарат – 40 градусов.
Таким образом, сплав для теплообменного аппарата необходимо подбирать так, чтобы он выдерживал температурные напряжения и давление внутри аппарата. При этом стоит учитывать и плотность сплава для обеспечения наименьшей массы аппараты.
Как связан выбор сплава с интенсивностью теплообменного процесса
В первую очередь важен коэффициент теплопроводности материала λст, который существенно различается у сплавов. Так, в ряде источников приводится теплопроводность для углеродистых сплавов в диапазоне 50-90 Вт/(м‧оС), низкоуглеродистых – 47-54 Вт/(м‧оС), а легированных 12-22 Вт/(м‧оС).
Можно отметить теплопроводность [в Вт/(м‧оС)] ряда сплавов с заданным температурным коэффициентом линейного расширения, поставляемых компанией «Техсплав» в соответствии с «ГОСТ 10994-74 Сплавы прецизионные. Марки»
Можно отметить теплопроводность [в Вт/(м‧оС)] ряда сплавов с заданным температурным коэффициентом линейного расширения, поставляемых компанией «Техсплав» в соответствии с «ГОСТ 10994-74 Сплавы прецизионные. Марки»
Среди перечисленных сплавов наилучшим выбором для изготовления теплообменной трубы аппарата будет являться сплав 30НКД.
Во-вторых, стоит учитывать коррозионную стойкость сплава при работе с заданными рабочими средами, здесь так же важна температура рабочих сред. Всё это сказывается на термическом сопротивлении загрязнений на стенке теплообменной трубы. Важно стремиться к отсутствию появления загрязнений – полной стойкости сплава в рабочих средах.
В-третьих, как и отмечалось ранее, важно учитывать температурные напряжения при эксплуатации аппарата. Причём возникающие напряжения в материале имеют нелинейный характер, что можно наблюдать по результатам компьютерного моделирования.
Во-вторых, стоит учитывать коррозионную стойкость сплава при работе с заданными рабочими средами, здесь так же важна температура рабочих сред. Всё это сказывается на термическом сопротивлении загрязнений на стенке теплообменной трубы. Важно стремиться к отсутствию появления загрязнений – полной стойкости сплава в рабочих средах.
В-третьих, как и отмечалось ранее, важно учитывать температурные напряжения при эксплуатации аппарата. Причём возникающие напряжения в материале имеют нелинейный характер, что можно наблюдать по результатам компьютерного моделирования.
Узнать больше о сплавах с заданным температурным коэффициентом линейного расширения, вы можете в отделе продаж: +7 (495) 542-97-27
zakaz@tehsplav.ru
zakaz@tehsplav.ru
