Schimbatoare de caldura la temperaturi ridicatesunt importante în multe industrii, inclusiv în industria chimică și în producție. În special, ele sunt vitale pentru dezvoltarea unei generări eficiente de energie, care devine mai critică ca niciodată.
De obicei, se consideră că un schimbător de căldură cu temperatură înaltă-include schimbătoare de căldură care suportă temperaturi între 500-1400 de grade . Un schimbător de căldură cu carcasă și tub poate fi proiectat pentru a face față unei game de temperaturi, dar chiar și atunci când se utilizează materiale specializate, acestea depășesc rareori 500 de grade înainte ca considerente unice să intre în joc.
Provocările cu schimbătoarele de căldură cu manșă și tuburi de temperatură ridicată
Proiectarea schimbătoarelor de căldură care funcționează la temperaturi ridicate aduce un set unic de provocări.
Transfer de căldură
Transferul de căldură prin radiație poate avea un rol mai proeminent în schimbătoarele de căldură cu carcasă și tuburi de temperatură înaltă, comparativ cu unitățile de temperatură mai joasă. Acest lucru adaugă un plus de complexitate calculelor de inginerie.
Există, de asemenea, un potențial mai mare de pierdere de căldură în mediu de la suprafața exterioară a schimbătorului de căldură. Acest lucru trebuie luat în considerare în designul unității în sine, precum și în fundația acesteia și în orice altă carcasă.
Materiale
Ca și în cazul tuturor schimbătoarelor de căldură cu carcasă și tub, schimbătoarele de căldură la temperatură înaltă trebuie să fie fabricate din materiale adecvate. Provocarea suplimentară este că mult mai puține materiale pot face față temperaturilor crescute, mai ales dacă sunt combinate cu cerința de a manipula materiale corozive. Acest lucru poate duce la restricții sau noi provocări, cum ar fi costuri suplimentare sau dificultăți în manipularea materialelor.
Selectarea materialului și a grosimii adecvate pentru schimbătorul de căldură cu carcasă și tuburi de temperatură ridicată se bazează pe cerințele de temperatură ale procesului. Capacitățile materialului de suport-șocului termic sunt, de asemenea, o considerație esențială, precum și rezistența la coroziune împotriva murdăriei, sărurilor, sulfaților, acizilor, alcalinelor sau altor materiale pe care le va manipula schimbătorul de căldură.
Analiza tensiunii materialelor este esențială în orice proiectare a schimbătorului de căldură cu carcasă și tub, dar cu riscuri și costuri mai mari asociate cu unitățile de temperatură înaltă, devine și mai vitală.
Hastelloy este un exemplu de material care este utilizat în schimbătoarele de căldură cu carcasă și tuburi de temperatură înaltă, în special atunci când sunt utilizate fluide agresive din punct de vedere chimic.
În plus față de Hastelloy, sunt utilizate următoarele materiale, dar fără a se limita la:
- Inconel 617
- Inconel 625
- 800H
- Haynes 230 și 120
Selectarea lichidului de răcire este, de asemenea, o provocare suplimentară atunci când lucrați la temperaturi mai ridicate. Aburul ar produce presiuni extreme, necesitând cochilii și tuburi mult mai groase; acesta este motivul pentru care trebuie luate în considerare mediile alternative precum gazele, metalele lichide sau sărurile topite.
Proiecta
În medii cu temperatură ridicată, datorită prezenței gazelor fierbinți, se va obține un coeficient de transfer termic scăzut. Într-un design cu temperatură mai scăzută, acest lucru se poate realiza folosind tuburi cu aripioare care ajută produsul să fie mai eficient la dimensiuni compacte.
Cu toate acestea, în unitățile de înveliș și tuburi de temperatură ridicată, fluxul gazos conține de obicei particule care ar duce la murdărie și ar umple spațiul dintre aripioare. Acest lucru ar face ca aripioarele în sine să nu fie mai avantajoase decât modelele standard. În plus, viteza gazului poate fi adesea prea mică pentru ca aripioarele să facă o diferență notabilă.
Căderea de presiune în schimbătoarele de căldură cu temperatură înaltă trebuie menținută la un nivel scăzut. Aceasta înseamnă că diametrele și pasul tuburilor trebuie adesea să fie mai mari, ceea ce duce la provocări suplimentare cu adăugarea de ventilatoare sau suflante care sunt încă rentabile.
Tipurile obișnuite de plăci tubulare utilizate în schimbătoarele de căldură tubulare și manta de temperatură mai joasă nu sunt întotdeauna potrivite în aplicațiile la temperaturi înalte. De exemplu, foile tubulare plutitoare, care necesită o garnitură de etanșare, nu funcționează sau nu funcționează eficient, la temperaturi foarte ridicate.
Cu toate acestea, este totuși vital ca expansiunea diferențială să fie luată în considerare în schimbătoarele de căldură cu manșă și tuburi de temperatură ridicată. Inginerii trebuie adesea să găsească soluții mai unice pentru a asigura funcționarea eficientă a produsului la temperaturi ridicate.
Aplicații ale schimbătoarelor de căldură cu manta și tuburi de înaltă temperatură
Schimbătoarele de căldură cu manta și tuburi de temperatură înaltă au o gamă largă de aplicații. Acolo unde trebuie produse sau procesate gaze la temperatură înaltă, va fi necesar un schimbător de căldură la temperatură înaltă.
Generare de energie
Temperaturile de funcționare mai ridicate sunt importante pentru îmbunătățirea eficienței producției de energie, care, la rândul său, ajută la îmbunătățirea producerii de energie regenerabilă și la reducerea dependenței lumii de sursele de energie din combustibili fosili.
Hidrogenul are potențialul de a fi o formă principală de stocare a energiei și combustibil. Cu toate acestea, în prezent nu este viabil la scară largă. Pe măsură ce tehnologia continuă să exploreze modul în care acest lucru ar putea fi posibil, este clar că schimbătoarele de căldură de înaltă temperatură ar putea juca un rol cheie.
De exemplu, proiectul internațional Generația a IV-a a identificat un design de reactor răcit cu gaz-la temperaturi foarte ridicate, capabil să producă hidrogen fără a utiliza combustibili fosili sau a emite gaze cu efect de seră. Pentru această aplicație, un schimbător de căldură eficient la temperatură înaltă ar fi esențial.
Recuperarea căldurii reziduale industriale
Recuperarea căldurii reziduale industriale captează gazele fierbinți pe măsură ce ies din echipamentele industriale pentru a utiliza energia termică. Unele dintre aceste gaze pot fi extrem de fierbinți și au nevoie de schimbătoare de căldură specializate pentru a le gestiona eficient. Aceste gaze pot fi corozive.
Schimbătoarele de căldură de înaltă temperatură utilizate pentru recuperarea căldurii reziduale ar putea ajuta, de asemenea, la reducerea poluării termice la temperaturi ridicate. Recuperarea și reutilizarea energiei termice reziduale îmbunătățește impactul proceselor industriale asupra mediului.
Nu sunteți sigur dacă specificațiile specifice ale schimbătorului de căldură se potrivesc cu fluxul dvs. de proces? Contactați-ne-echipa noastră de profesioniști va recomanda specificații adecvate pe baza parametrilor dvs. medii, a încărcăturii de transfer de căldură și a spațiului de instalare și vă va oferi cazuri de aplicații similare.
E-mail:global@gneesteels.com