МАШИНОСТРОЕНИЕ

СПИРАЛЬНЫЕ ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ

Спиральные теплообменники имеют дос­таточно широкое применение в промышленно­сти, что объясняется следующим: возможно­стью изготовления из металлического рулон­ного материала, подвергаемого холодной обра­ботке и свариванию; возможностью организа­ции противотока; меньшей подверженностью загрязнения поверхностей, так как отсутствуют резкие изменения направления потока; мень­шим гидравлическим сопротивлением потока при одинаковой скорости, чем у кожухотруб­чатых теплообменников.

Спиральные теплообменники применяют в качестве конденсаторов, испарителей, а так­же для охлаждения и нагревания жидкостей, газов и парогазовых смесей. Ректификацион­ные колонны могут компоноваться спираль­ными теплообменниками в качестве дефлегма­торов. Особенно эффективны спиральные теп­лообменники для обработки высоковязких жидкостей, так как устраняется проблема рас­пределения такой жидкости по трубам, а также при обработке шламов и жидкостей, содержа­щих волокнистые материалы.

Конструкция спирального теплообмен­ника. Он представляет собой два спиральных ка­нала 7, навитых из рулонного материала 2 во­круг центральной разделительной перегородки (керно) 3 и закрытых с торцов крышками 4 (рис. 4.1.39). Такой теплообменник может быть установлен на цапфах. Теплоноситель А посту­пает под давлением через штуцер в крышке в камеру центровика, а затем по спирали - в кол­лектор, расположенный на периферии, и выхо­дит из теплообменника. Другой теплоноситель В подается во второй коллектор и движется по спирали к центру, т. е. противотоком к первому, и выводится из аппарата через штуцер второй крышки.

Спиральные теплообменники классифи­цируют по виду уплотнения торцов каналов: с тупиковыми каналами, с глухими каналами, со сквозными каналами. К тупиковым каналам относятся такие, в которых один канал завари­вается при помощи вставленной ленты с одной стороны, а второй канал - с противоположной стороны (рис. 4.1.40. а). После снятия крышек оба канала легко подвергаются чистке. Такой способ уплотнения каналов наиболее распро­странен.

К глухим каналам относятся такие, в ко­торых канал на торцах заваривается с обеих сторон (рис. 4.1.40, б). В этом случае один ка­нал не может быть очищен механическим спо­собом. Возможен вариант, когда оба канала за­вариваются с двух сторон, тогда ни один канал не может быть очищен механически.

Сквозные каналы - это каналы, открытые с торцов (рис. 4.1.40, в. г). Уплотнение достига­ется с помощью листового прокладочного ма­териала (рис. 4.1.40, в) или манжет U-образного сечения (рис. 4.1.40, г). При этом способе оба канала поддаются чистке, но возможно попа­дание одног о теплоносителя в другой.

Для придания спиральным теплообмен­никам жесткости, особенно при давлении выше 0,3 МПа, к одной из лент, как правило, перед навивкой приваривают штифты. Они не только увеличивают жесткость конструкции, но и фиксируют расстояние между спиралями.

Спиральные теплообменники изготовля­ют из углеродистой рулонной стали СтЗ, 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т и 08Х17Н13М2Т толщиной 2 мм (давлением до 0,3 МПа) или 3 мм (давлением до 0,6 МПА), шириной рулона 0,2... 1,5 м при ширине канала 8 или 12 мм. Для изготовления крышек может применяться двухслойная сталь типа СтЗ и 12Х18Н10Т, 20К и 08Х17Н13М2Т, никель и никелевые сплавы и др. В качестве прокладок применяют резину, паронит, фторопласт и др.

Промышленностью выпускаются спи­ральные теплообменники с площадью поверх­ности теплообмена 3,2... 100 м2.

При технологическом расчете спираль­ных теплообменников определяют: площадь поверхности теплообмена; число витков спи­рали; потери напора теплоносителями при про­хождении через каналы теплообменника. Ме­тодика и порядок расчета подробно изложены в [8].

Расчеты на прочность и устойчивость элементов теплообменника включают расчеты крышек, фланцевых соединений, спиралей. Расчет крышек производится по ГОСТ 14249, расчет спирали на прочность и устойчивость - по [29].