Малькова А.Е.
ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ КРИОГЕННЫХ УСТАНОВОК *
Аннотация:
в статье рассмотрен теплообмен при криогенных температурах и соответствующее оборудование для данных условий
Ключевые слова:
теплообмен, криогенные теплообменники, рекуперативный теплообменник, конструкции аппаратов
УДК 66
Малькова А.Е.
студент кафедры химии и химической технологии
Амурский государственный университет
(г. Благовещенск, Россия)
ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ КРИОГЕННЫХ УСТАНОВОК
Аннотация: в статье рассмотрен теплообмен при криогенных температурах и соответствующее оборудование для данных условий.
Ключевые слова: теплообмен, криогенные теплообменники, рекуперативный теплообменник, конструкции аппаратов.
Особенность теплообменных процессов при криогенных температурах состоит в значительном изменении теплофизических свойств криоагентов и конструкционных материалов криогенных установок. В криогенных системах имеют место фазовые превращения многокомпонентных смесей. Особенности теплообмена при фазовых переходах многокомпонентных смесей часто используются при расчетах криогенных теплообменных аппаратов [1].
По принципу действия криогенный теплообменники можно подразделить на две основные группы:
1) регенераторы – аппараты, в которых теплообменивающиеся потоки попеременно омывают одну и ту же поверхность, и массу, аккумулирующую и отдающую теплоту; условия теплообмена в таких аппаратах нестационарны;
2) рекуператоры – аппараты, в которых теплообменивающиеся потоки разделены поверхностью теплообмена; тепловой поток обычно постоянен и перпендикулярен движению теплоносителя, условия теплообмена чаще всего стационарны.
По конструкции регенераторы отличаются видом используемой в них насадки, а именно различают регенераторы с алюминиевой гофрированной насадкой (рис. 1) и регенераторы с базальтовой насадкой.
Регенераторы с алюминиевой насадкой состоят из рядов дисков, скрученных из гофрированных алюминиевых лент. Такой диск называется галетой. Насадка, состоящая из уложенных друг на друга дисков, разделяется на три зоны: верхнюю, среднюю, нижнюю. В верхней (теплой) зоне регенератора установлены диски с большим относительным свободным объемом, нижней (холодной) зоне регенератора установлены диски с наименьшим свободным объемом. Гофрированная лента в дисках уложена таким образом, что образуются каналы для прохода воздуха [2].
Расход энергии при использовании регенераторов, как правило, несколько выше (5–8 %), чем, если бы в установках использовались теплообменники рекуперативного типа, однако конструктивная и технологическая простота, большой ресурс работы, высокая надежность, особенно в условиях сильно загрязненного воздуха, вытеснили другие теплообменники в воздухоразделительных установках средней и крупной производительности.
Рисунок 1 – Регенератор с алюминиевой дисковой насадкой:
1, 4, 6 – решетки верхняя, средняя и нижняя; 2 – насадка алюминиевая; 3 – корпус; 5 – насадка каменная; 7 – опорное кольцо; 8 – шпилька нажимная
Конструкции теплообменников рекуперативного типа мало отличаются от теплообменников, используемых в холодильной технике (рис. 2) [3].
Рисунок 2 – Принципиальные схемы теплообменников, применяемых в криогенных системах:
а – труба в трубе; б – пучок труб в трубе; в – из спаянных трубок; г – прямотрубный с сегментными перегородками; д – прямотрубный без перегородок; е – витой; ж – пластинчато-ребристый; з – матричный
Основным оборудованием на заводах по производству СПГ является теплообменник, именно в этом аппарате происходит охлаждение и сжижение природного газа. Многопоточные теплообменники должны обеспечить теплообмен при противотоке нескольких потоков с минимальной разностью температур. Данному условию соответствует два вида теплообменников: спиральновитые (рис. 3) и пластинчато-ребристые [4].
Данные теплообменные аппараты являются разновидностью кожухо-трубчатых теплообменников. Аппарат вертикального типа, несколько тысяч тонких трубок (6–10 мм диаметром) навиты геликоидально по перекрестной сетке. Перекрестные сетки дают эффект отражающихся перегородок для двухфазного флюида низкого давления, который охлаждает пучок испарением в процессе циркуляции в вертикальном направлении в каландре. Каландр выполнен из нержавеющей стали, навивные пучки из алюминия. Навивка дает гибкость, необходимую для компенсации термических удлинений и укорочений.
Рисунок 3 – Спиральновитой многопоточный теплообменник
Их размеры зависят от числа труб, толщины стенок, размеров бандажей, поддерживающих трубные пучки для избежания их провисания. Такие теплообменники ограничены по размеру диаметра, для возможности транспортировки аппарата до завода. Доставляют такие теплообменники специальными транспортными поездами или баржами [5].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Номер журнала Вестник науки №4 (61) том 4
Ссылка для цитирования:
Малькова А.Е. ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ КРИОГЕННЫХ УСТАНОВОК // Вестник науки №4 (61) том 4. С. 264 - 268. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/7878 (дата обращения: 30.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2023. 16+