Russian Federation
The paper considers the problems of heat transfer intensification in shell-and-tube heat exchangers used in the chemical industry and suggests methods for their solution
heat exchanger, heat transfer coefficient, coolant, thermal resistance
Более половины от общего количества оборудования химических предприятий составляют теплообменные аппараты, которые относятся к наиболее металлоемким видам технологического оборудования. Уменьшить габаритные размеры и снизить металлоемкость теплообменного оборудования позволит успешное решение проблемы по повышению эффективности данного вида оборудования. Задача по повышению эффективности работы теплообменных аппаратов связана главным образом с выравниванием коэффициентов теплоотдачи теплоносителей со стороны трубного и межтрубного пространств. Повышение эффективности работы и увеличение коэффициентов теплоотдачи может быть достигнуто изменением гидродинамики теплоносителя, а также за счет увеличения поверхности теплопередачи путем оребрения труб со стороны теплоносителя, обладающего меньшим коэффициентом теплоотдачи. Изменения гидродинамики потока можно достичь путем перенаправления теплоносителей из трубного в межтрубное пространство; применением перегородок в трубном и межтрубном пространствах; использованием различных турбулизирующих вставок, разрушающих пограничный слой теплоносителя, сопротивление которого, по результатам исследований, является главным фактором, снижающим интенсивность теплопередачи.
Процесс теплообмена можно интенсифицировать также с помощью нанесения искусственной шероховатости на теплопередающие поверхности, применением спирально-профилированных труб или накаткой кольцевых канавок на поверхности труб. Эффект достигается и при изменении поперечного сечения труб путем сжатия. В этом случае даже при ламинарном режиме течения теплоносителя теплоотдача в трубах на 20-100 % выше, чем в гладких трубах. Одним из наиболее перспективных способов создания искусственных шероховатостей на поверхностях является нанесение цинковых или алюминиевых пористых металлизированных покрытий на внутреннюю или внешнюю поверхность теплообменных труб [1]. Металлизированное покрытие на поверхности может быть нанесено сплошным или спиральным с определенным шагом витком напыления. Таким образом, на поверхности труб образуется густая сетка пор и капиллярных каналов, создающая лучшие условия для парообразования или конденсации паров за счет развитой поверхности напыления. Расчетным путем установлено, что по сравнению с гладкими трубами, коэффициент теплоотдачи для напыленных труб, в зависимости от высоты напыления спирали и шага витков, увеличивается в 2–4 раза [1]. Применение теплообменных труб с пористыми металлизированными покрытиями по сравнению с оребренными трубами позволит уменьшить длину теплообменных труб в 2–2,5 раза, при этом примерно в 1,5–2 раза уменьшается диаметр обечайки и крышек аппарата, в результате снижается металлоемкость теплообменного аппарата. Кроме того, поверхность металлизированных теплообменных труб будет защищена от коррозионного воздействия, что актуально для химической промышленности.
Турбулизация потоков теплоносителей позволит снизить солеотложение и накипь на теплопередающих поверхностях и, в конечном итоге, повысить эффективность теплообмена. Кроме перечисленных методов в отечественной и зарубежной практике делаются попытки интенсифицировать теплопередачу и другими методами, например использованием вращающихся турбулизаторов [2], очищающихся труб и т.п.
1. Dement'ev, A. I. Razrabotka oborudovaniya dlya naneseniya poristogo metallizirovannogo pokrytiya na poverhnost' teploobmennyh trub / A. I. Dement'ev, E. V. Podoplelov, V. V. Martinyuk, N. A. Korchevin // Sovremennye tehnologii. Sistemnyy analiz. Modelirovanie. – 2017. – № 2 (54). – S. 49-54.
2. Kustov, B. O. Analiz metodov intensifikacii teploobmennyh processov v teploobmennikah s podvizhnymi elementami / B. O. Kustov, A. V. Bal'chugov // Sovremennye tehnologii i nauchno-tehnicheskiy progress – 2017. – № 1. – S. 43-44.
