Projektowanie i budowa wymienników ciepła o dużej wytrzymałości

Wymiennik ciepła to sprzęt, który przenosi ciepło między dwoma lub więcej strumieniami procesowymi. Wybór odpowiedniego typu projektu może zminimalizować koszty energii i przestoje.

Istnieje kilka różnych typów wymienników ciepła, w tym przepływ równoległy, przeciwprądowy i krzyżowy. Najlepszy projekt zależy od przyszłej skalowalności i łatwości konserwacji.

Projekt

Wybór odpowiedniej konstrukcji wymiennika ciepła rozpoczyna się od zrozumienia wymagań procesowych, takich jak wielkość mocy cieplnej i wymagana zmiana temperatury między płynami. Inne czynniki, które należy wziąć pod uwagę, obejmują lepkość używanych płynów, zawartość cząstek stałych i skład chemiczny. W zależności od rodzaju procesu, wymienniki ciepła mogą być gaz-gaz, gaz-ciecz, ciecz-ciecz lub dwufazowe.

Płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła zawiera szereg rur w zamkniętym, cylindrycznym naczyniu ciśnieniowym. Mogą być wykonane ze stali węglowej, stali nierdzewnej, tytanu, inconelu lub innych materiałów. Rury są zaprojektowane tak, aby wytrzymać temperaturę, ciśnienie i naprężenia termiczne. Są one umieszczone z kołkiem dystansowym pośrodku, aby zapobiec omijaniu i mieszaniu się płynu. Szerokość dna sitowego i szczelina są zoptymalizowane pod kątem maksymalnej wydajności, łatwego dostępu i czystości.

Produkcja

Istnieje kilka opcji wytwarzania wymienników ciepła o dużej wytrzymałości. Te zaprojektowane do zastosowań korozyjnych mogą wykorzystywać rury wzmocnione włóknem, aby wytrzymać trudne warunki pracy często spotykane w chlorowanych substancjach organicznych. Płytowe wymienniki ciepła zawierają szereg pofałdowanych płyt ze stopu, które są uszczelnione i ściśnięte razem wewnątrz ramy ze stali węglowej, tworząc szereg kanałów przepływowych. Te kanały przepływowe kierują przepływami płynów i zapobiegają mieszaniu się płynów.

Stale nierdzewne i stopy niklu są wykorzystywane do budowy rurowych i płaszczowo-rurowych wymienników ciepła. Jednostki te są siłą napędową w przemyśle spożywczym, napojów i farmaceutycznym. Mogą poradzić sobie z wysokimi temperaturami niezbędnymi do utrzymania ciągłości produkcji.

Instalacja

W procesach zielonej fermentacji beztlenowej, które wytwarzają biogaz z obornika zwierzęcego, produktów ubocznych żywności i tłuszczów, spiralny płytowy wymiennik ciepła może przesyłać wolny od patogenów metan do rurociągów w celu transportu i przechowywania. Biogaz może być następnie spalany w celu wytworzenia energii elektrycznej i ciepła. Pozostałe biosolidy wolne od patogenów można odwodnić i wykorzystać jako nawóz do kondycjonowania gleby.

W domach wymiennik ciepła powietrze-powietrze przetwarza zużyte powietrze w pomieszczeniu, ogrzewając je w celu doprowadzenia świeżego, ogrzanego powietrza i wyeliminowania nadmiaru pary wodnej, która mogłaby prowadzić do skraplania się pary wodnej. Pomaga także zachować zdrowie mieszkańców, filtrując szkodliwe chemikalia, cząstki stałe, radon i inne zanieczyszczenia.

Konserwacja

Utrzymanie wymiennika ciepła w dobrym stanie jest kluczem do płynnego przebiegu produkcji. Nadmierne zanieczyszczenie może prowadzić do zanieczyszczenia lub niezdatności do użytku produktu, korozji i wycieków. Według Ethanol Producer Magazine może nawet stanowić zagrożenie pożarowe.

Na szczęście istnieje wiele sposobów na utrzymanie wymiennika ciepła w czystości. Pobieranie próbek jest skutecznym sposobem oceny stanu systemu i zaleca się pobieranie wielu próbek płynów z całego systemu. Informacje te są niezbędne przy planowaniu dnia konserwacji.

W przypadku płaszczowo-rurowych wymienników ciepła ważne jest, aby wybrać konstrukcję z głowicą typu maskującego, aby ułatwić konserwację. Ten typ głowicy może być kołnierzowy lub spawany i zazwyczaj ma zdejmowane pokrywy kanałów dla łatwej kontroli. Długość rurek musi być również wystarczająca, aby umożliwić ich łatwy demontaż i wymianę.